数据库设计期中测试题1.数据模型分为(）和（）、（）。2.数据库系统的三种模式：（）、（）、（）及两级影射为：（）和（）3.E-R图是由（）、（）和（）这3个基本要素组成的。4.关系模式的三类完整性约束条件分别是（）、（）和（）。5.实体联系模型中三种联系是（）、（）、（）;简答题假设教学管理规定：一个学生可选修多门课，一门课有若干学生选修；一个教师可讲授多门课，一门课只有一个教师讲授；一个学生选修一门课，仅有一个成绩。学生的属性有学号、学生姓名；教师的属性有教师编号，教师姓名；课程的属性有课程号、课程名。要求：根据上述语义画出ER图，要求在图中画出实体的属性并注明联系的类型；数据库设计概述 1. 什么是数据库设计数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储、管理数据，满足各种用户的应用需求（信息要求和处理要求）在数据库领域内，常常把使用数据库的各类系统统称为数据库应用系统如：教务管理系统 题库管理系统 工资管理系统 人事管理系统 考勤管理系统 医院信息管理系统 电子病历 2 数据库设计的内容 数据库设计包括数据库的结构设计和数据库的行为设计两方面的内容。数据库的结构设计静态模型设计数据库的行为设计动态模型设计 数据库设计概述现实世界概念模型设计加载数据库物理数据库设计逻辑数据库设计数据分析功能分析功能设计事务设计应用程序设计调试运行数据库设计的全过程运行和维护 数据库设计概述 数据库设计的基本步骤数据库设计的基本步骤了解和分析用户需求对需求分析所得到数据的进行综合、归纳,，形成概念模型 将概念模型所描述的数据映射为某个特定的DBMSDBMS支持的数据模型确定存储结构和存取方法设计人员利用DBMSDBMS提供的数据语言和数据库开发工具，建立数据库，编制应用程序，组织数据入库，并进行试运行 数据库设计概述数据库恢复技术第七章 数据库恢复技术7.1事务的基本概念7.2数据库恢复概述7.3故障的种类7.4恢复的实现技术7.5恢复策略7.6数据库镜像7.1 事务的基本概念一、什么是事务二、如何定义事务三、事务的特性一、什么是事务事务(Transaction)是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作要么全做，要么全不做，是一个不可分割的工作单位事务和程序是两个概念 在关系数据库中，一个事务可以是一条SQL语句，一组SQL语句或整个程序 一个应用程序通常包含多个事务事务是恢复和并发控制的基本单位三、事务的特性(ACID特性)事务的ACID特性：原子性（Atomicity）一致性（Consistency）隔离性（Isolation）持续性（Durability）1. 原子性事务是数据库的逻辑工作单位 事务中包括的诸操作要么都做，要么都不做2. 一致性事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态一致性状态：数据库中只包含成功事务提交的结果不一致状态：数据库中包含失败事务的结果一致性与原子性银行转帐：从帐号A中取出一万元，存入帐号B。 定义一个事务，该事务包括两个操作 这两个操作要么全做，要么全不做全做或者全不做，数据库都处于一致性状态。如果只做一个操作，数据库就处于不一致性状态。B=B+1 A=A-1BA3. 隔离性对并发执行而言一个事务的执行不能被其他事务干扰一个事务内部的操作及使用的数据对其他并发事务是隔离的并发执行的各个事务之间不能互相干扰T1的修改被T2覆盖了！读A=16AA-3写回A=13 读A=16 AA-1 写回A=15T2T14. 持续性持续性也称永久性（Permanence） 一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的。 接下来的其他操作或故障不应该对其执行结果有任何影响。事务的特性 保证事务ACID特性是事务处理的任务破坏事务ACID特性的因素 多个事务并行运行时，不同事务的操作交叉执行 事务在运行过程中被强行停止第七章 数据库恢复技术7.1事务的基本概念7.2数据库恢复概述7.3故障的种类7.4恢复的实现技术7.5恢复策略7.6数据库镜像7.2 数据库恢复概述故障是不可避免的 计算机硬件故障 系统软件和应用软件的错误 操作员的失误 恶意的破坏故障的影响 运行事务非正常中断 破坏数据库数据库恢复概述（续）数据库管理系统对故障的对策 DBMS提供恢复子系统 保证故障发生后，能把数据库中的数据从错误状态恢复到某种逻辑一致的状态 保证事务ACID恢复技术是衡量系统优劣的重要指标第七章 数据库恢复技术7.1事务的基本概念7.2数据库恢复概述7.3故障的种类7.4恢复的实现技术7.5恢复策略7.6数据库镜像一、事务故障什么是事务故障 某个事务在运行过程中由于种种原因未运行至正常终止点就夭折了事务故障的常见原因 输入数据有误 运算溢出 违反了某些完整性限制 某些应用程序出错 并行事务发生死锁 。二、系统故障什么是系统故障 整个系统的正常运行突然被破坏 所有正在运行的事务都非正常终止 内存中数据库缓冲区的信息全部丢失系统故障的常见原因操作系统或DBMS代码错误操作员操作失误特定类型的硬件错误（如CPU故障）突然停电系统故障的恢复清除尚未完成的事务对数据库的所有修改 系统重新启动时，恢复程序要强行撤消（UNDO）所有未完成事务将缓冲区中已完成事务提交的结果写入数据库 系统重新启动时，恢复程序需要重做（REDO）所有已提交的事务7.3 故障的种类事务故障系统故障介质故障三、介质故障硬件故障使存储在外存中的数据部分丢失或全部丢失介质故障比前两类故障的可能性小得多，但破坏性大得多介质故障的常见原因硬件故障 磁盘损坏 磁头碰撞 操作系统的某种潜在错误 瞬时强磁场干扰第七章 数据库恢复技术7.1事务的基本概念7.2数据库恢复概述7.3故障的种类7.4恢复的实现技术7.5恢复策略7.6具有检查点的恢复技术7.7数据库镜像7.8Oracle的恢复技术7.9小结7.4 恢复的实现技术恢复机制涉及的关键问题1. 如何建立冗余数据数据转储（backup）登录日志文件（logging）2. 如何利用这些冗余数据实施数据库恢复7.4.1 数据转储一、什么是转储二、转储的用途三、转储方法一、什么是转储转储是指DBA将整个数据库复制到磁带或另一个磁盘上保存起来的过程。这些备用的数据文本称为后备副本或后援副本。转储 故障发生点故障发生点 转储转储 运行事务运行事务 正常运行正常运行 Ta Ta Tb Tb Tf Tf 重装后备副本重装后备副本 重新运行事务重新运行事务恢复恢复 三、转储方法1静态转储与动态转储2海量转储与增量转储3转储方法小结1静态转储在系统中无运行事务时进行转储转储开始时数据库处于一致性状态转储期间不允许对数据库的任何存取、修改活动优点：实现简单缺点：降低了数据库的可用性 转储必须等用户事务结束储必须等用户事务结束 新的事务必须等转储结束新的事务必须等转储结束利用静态转储副本进行恢复 故障发生点故障发生点 静态静态转储转储 运行事务运行事务 正常运行正常运行 Ta Ta Tb Tb Tf Tf 重装后备副本重装后备副本 恢复恢复 动态转储转储操作与用户事务并发进行转储期间允许对数据库进行存取或修改优点 不用等待正在运行的用户事务结束 不会影响新事务的运行动态转储的缺点 不能保证副本中的数据正确有效动态转储利用动态转储得到的副本进行故障恢复 需要把动态转储期间各事务对数据库的修改活动登记下来，建立日志文件 后备副本加上日志文件才能把数据库恢复到某一时刻的正确状态利用动态转储副本进行恢复 运运行行事事务务 故障发生点故障发生点 动态动态转储转储 运行事务运行事务 正常运行正常运行 Ta Ta Tb Tb Tf Tf重装后备副本重装后备副本 利用日志文件恢复利用日志文件恢复恢复恢复 利用动态转储副本进行恢复 Ta Ta Tb Tb Tf Tf 动态动态转储转储 运行事务运行事务 故障发生点故障发生点正常运行正常运行 登记日志文件登记日志文件 登记新日志文件登记新日志文件 转储日志文件转储日志文件 重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复恢复到一恢复到一 致性状态致性状态2海量转储与增量转储海量转储:每次转储全部数据库增量转储:只转储上次转储后更新过的数据海量转储与增量转储比较 从恢复角度看，使用海量转储得到的后备副本进行恢复往往更方便 但如果数据库很大，事务处理又十分频繁，则增量转储方式更实用更有效3转储方法小结转储方法分类转储状态转储状态动态转储动态转储静态转储静态转储转储转储方式方式海量转储海量转储动态海量转储动态海量转储静态海量转储静态海量转储增量转储增量转储动态增量转储动态增量转储静态增量转储静态增量转储转储策略应定期进行数据转储，制作后备副本。但转储又是十分耗费时间和资源的，不能频繁进行。DBA应该根据数据库使用情况确定适当的转储周期和转储方法。例： 每天晚上进行动态增量转储 每周进行一次动态海量转储 每月进行一次静态海量转储7.4 恢复的实现技术7.4.1数据转储7.4.2登记日志文件7.4.2 登记日志文件一、日志文件的内容二、日志文件的用途三、登记日志文件的原则一、日志文件的内容1.什么是日志文件日志文件(log)是用来记录事务对数据库的更新操作的文件2.日志文件的格式以记录为单位的日志文件以数据块为单位的日志文件日志文件的内容（续）3.日志文件内容 各个事务的开始标记(BEGIN TRANSACTION) 各个事务的结束标记(COMMIT或ROLLBACK) 各个事务的所有更新操作 与事务有关的内部更新操作日志文件中的一个日志记录(logrecord)4. 基于记录的日志文件每条日志记录的内容 事务标识 操作类型（插入、删除或修改） 操作对象（记录ID、Block NO.） 更新前数据的旧值（对插入操作而言，此项为空值） 更新后数据的新值（对删除操作而言, 此项为空值）5. 基于数据块的日志文件每条日志记录的内容 事务标识（标明是哪个事务） 操作对象（记录ID、Block NO.） 更新前数据所在的整个数据块的值（对插入操作而言，此项为空值） 更新后整个数据块的值（对删除操作而言, 此项为空值）二、日志文件的用途1用途 进行事务故障恢复 进行系统故障恢复 协助后备副本进行介质故障恢复日志文件的用途（续）2与静态转储后备副本配合进行介质故障恢复 静态转储的数据已是一致性的数据 如果静态转储完成后，仍能定期转储日志文件，则在出现介质故障重装数据副本后，可以利用这些日志文件副本对已完成的事务进行重做处理 这样不必重新运行那些已完成的事务程序就可把数据库恢复到故障前某一时刻的正确状态日志文件的用途（续） 故障发生点故障发生点 静态转储静态转储 运行事务运行事务 正常运行正常运行 Ta Ta Tb TfTb Tf 登记日志文件登记日志文件 重装后备副本重装后备副本 利用日志文件恢复事务利用日志文件恢复事务 继续运行继续运行介质故障恢复介质故障恢复 登登记记日日志志文文件件 日志文件的用途（续）3介质故障恢复：LOGFILE+动态转储后备副本 动态转储数据库：同时转储同一时点的日志文件 后备副本与该日志文件结合起来才能将数据库恢复到一致性状态。 利用这些日志文件副本进一步恢复事务，避免重新运行事务程序。三、登记日志文件的原则为保证数据库是可恢复的，登记日志文件时必须遵循两条原则 登记的次序严格按并行事务执行的时间次序 必须先写日志文件，后写数据库1.写日志文件操作：把表示这个修改的日志记录 写到日志文件2.写数据库操作：把对数据的修改写到数据库中登记日志文件的原则（续）为什么要先写日志文件 写数据库和写日志文件是两个不同的操作 在这两个操作之间可能发生故障 如果先写了数据库修改，而在日志文件中没有登记下这个修改，则以后就无法恢复这个修改了 如果先写日志，但没有修改数据库，按日志文件恢复时只不过是多执行一次不必要的UNDO操作，并不会影响数据库的正确性第七章 数据库恢复技术7.1事务的基本概念7.2数据库恢复概述7.3故障的种类7.4恢复的实现技术7.5恢复策略7.6数据库镜像7.5 恢复策略7.5.1 事务故障的恢复7.5.2 系统故障的恢复7.5.3 介质故障的恢复7.5.1 事务故障的恢复事务故障：事务在运行至正常终止点前被中止恢复方法 由恢复子系统应利用日志文件由恢复子系统应利用日志文件撤消（撤消（UNDOUNDO）此事务）此事务已对数据库进行已对数据库进行的修改的修改事务故障的恢复由系统自动完成，不需要用户干预事务故障的恢复步骤1. 反向扫描文件日志（即从最后向前扫描日志文件），查找该事务的更新操作。2. 对该事务的更新操作执行逆操作。即将日志记录中“更新前的值”（Befor Image, BI）写入数据库。 插入操作，插入操作， “更新前的值更新前的值”为空，则相当于做删除操作为空，则相当于做删除操作 删除操作，删除操作，“更新后的值更新后的值”为空，则相当于做插入操作为空，则相当于做插入操作 若是修改操作，则用若是修改操作，则用BI BI 代替代替 AIAI（After ImageAfter Image）事务故障的恢复步骤3.继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并做同样处理（执行逆操作）。4.如此处理下去，直至读到此事务的开始标记，事务故障恢复就完成了。7.5.2 系统故障的恢复系统故障造成数据库不一致状态的原因 一些未完成事务对数据库的更新已写入数据库 一些已提交事务对数据库的更新还留在缓冲区没来得及写入数据库恢复方法 1. Undo 故障发生时未完成的事务 2. Redo 已完成的事务系统故障的恢复由系统在重新启动时自动完成，不需要用户干预系统故障的恢复步骤1. 正向扫描日志文件（即从头扫描日志文件） （重做）Redo队列: 在故障发生前已经提交的事务 T1, T3, T8. （撤销）Undo队列:故障发生时尚未完成的事务 T2, T4, T5, T6, T7, T9 .系统故障的恢复步骤2. 对Undo队列事务进行UNDO处理 反向扫描日志文件，对每个UNDO事务的更 新操作执行逆操作 T2, T4, T5, T6, T7, T9 3. 对Redo队列事务进行REDO处理 正向扫描日志文件，对每个REDO事务重新 执行登记的操作 T1, T3, T8.7.5.3 介质故障的恢复1.重装数据库，使数据库恢复到一致性状态2.重做已完成的事务7.5.3 介质故障的恢复恢复步骤1.装入最新的后备数据库副本，使数据库恢复到最近一次转储时的一致性状态。 对于静态转储的数据库副本，装入后数据库即处于一致性状态 对于动态转储的数据库副本，还须同时装入转储时刻的日志文件副本，利用与恢复系统故障相同的方法（即REDO+UNDO），才能将数据库恢复到一致性状态。利用静态转储副本将数据库恢复到一致性状态 故障发生点故障发生点 静态静态转储转储 运行事务运行事务 正常运行正常运行 Ta Ta Tb Tb Tf Tf 登记日志文件登记日志文件 重装后备副本重装后备副本 恢复恢复 利用动态转储副本将数据库恢复到一致性状态 Ta Ta Tb Tb Tf Tf 动态动态转储转储 运行事务运行事务 故障发生点故障发生点正常运行正常运行 登记日志文件登记日志文件 登记新日志文件登记新日志文件 转储日志文件转储日志文件 重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复恢复到一恢复到一 致性状态致性状态介质故障的恢复（续）2.装入有关的日志文件副本，重做已完成的事务。 首先扫描日志文件，找出故障发生时已提交的事务的标识，将其记入重做队列。 然后正向扫描日志文件，对重做队列中的所有事务进行重做处理。即将日志记录中“更新后的值”写入数据库。介质故障的恢复（续）介质故障的恢复需要DBA介入DBA的工作 重装最近转储的数据库副本和有关的各日志文件副本 执行系统提供的恢复命令具体的恢复操作仍由DBMS完成第七章 数据库恢复技术7.1事务的基本概念7.2数据库恢复概述7.3故障的种类7.4恢复的实现技术7.5恢复策略7.6数据库镜像7.7 数据库镜像介质故障是对系统影响最为严重的一种故障，严重影响数据库的可用性 介质故障恢复比较费时介质故障恢复比较费时 为预防介质故障，为预防介质故障，DBADBA必须周期性地转储数据库必须周期性地转储数据库提高数据库可用性的解决方案 数据库镜像（数据库镜像（MirrorMirror）数据库镜像（续）数据库镜像 DBMS自动把整个数据库或其中的关键数据复制到另一个磁盘上 DBMS自动保证镜像数据与主数据的一致性(图7.5a)数据库镜像的用途出现介质故障时 DBMS自动利用镜像磁盘数据进行数据库的恢复，不需要关闭系统和重装数据库副本(图7.5b)没有出现故障时 可用于并发操作(图7.5a) 一个用户对数据加排他锁修改数据 其他用户可以读镜像数据库上的数据数据库镜像（续） 下课了。下课了。休息一会儿。休息一会儿。