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第1章 引言1

1.1数据库系统的目的1

1.2数据视图3

1.2.1数据抽象3

1.2.2实例和模式4

1.2.3数据独立性4

1.3数据模型5

1.3.1基于对象的逻辑模型5

1.3.2基于记录的逻辑模型6

1.3.3物理数据模型7

1.4数据库语言8

1.4.1数据定义语言8

1.4.2数据操纵语言8

1.5事务管理9

1.6存储管理10

1.7数据库管理员10

1.8数据库用户10

1.9系统总体结构11

1.10总结13

习题13

文献注解14

第2章 实体-联系模型15

2.1基本概念15

2.1.1实体集15

2.1.2联系集17

2.2设计问题18

2.2.1用实体集还是用属性18

2.2.2用实体集还是用联系集19

2.2.3二元联系集与n元联系集19

2.3映射约束20

2.3.1映射的基数20

2.3.2存在依赖22

2.4码22

2.4.1实体集22

2.4.2联系集23

2.5实体-联系图23

2.6弱实体集26

2.7扩展E-R特性27

2.7.1特殊化27

2.7.2概括28

2.7.3属性继承29

2.7.4约束设计29

2.7.5聚集31

2.8设计数据库的E-R模式32

2.8.1设计阶段32

2.8.2银行业务的数据需求33

2.8.3与银行相关的实体集34

2.8.4与银行相关的联系集34

2.8.5银行企业E-R图34

2.9将E-R模式转换为表35

2.9.1用表表示强实体集35

2.9.2用表表示弱实体集36

2.9.3用表表示联系集36

2.9.4多值属性38

2.9.5用表表示概括38

2.9.6用表表示聚集39

2.10总结39

习题40

文献注解42

第3章 关系模型43

3.1关系数据库的结构43

3.1.1基本结构43

3.1.2数据库模式44

3.1.3码46

3.1.4查询语言47

3.2关系代数48

3.2.1基本运算48

3.2.2关系代数的形式化定义53

3.2.3附加运算53

3.3元组关系演算56

3.3.1查询的例子57

3.3.2形式化定义58

3.3.3表达式的安全性59

3.3.4语言的表达能力59

3.4域关系演算59

3.4.1形式化定义60

3.4.2查询的例子60

3.4.3表达式的安全性61

3.4.4语言的表达能力61

3.5扩展关系代数运算62

3.5.1广义投影62

3.5.2外连接62

3.5.3聚集函数63

3.6数据库的修改65

3.6.1删除65

3.6.2插入65

3.6.3更新66

3.7视图66

3.7.1视图定义67

3.7.2通过视图进行更新与空值68

3.7.3用视图定义视图68

3.8总结69

习题70

文献注解72

第4章 SQL74

4.1背景74

4.2基本结构75

4.2.1 Select子句76

4.2.2 Where子句76

4.2.3 from子句77

4.2.4更名运算78

4.2.5元组变量78

4.2.6字符串操作79

4.2.7排列元组的显示次序80

4.2.8重复80

4.3集合操作81

4.3.1并操作81

4.3.2交操作82

4.3.3差操作82

4.4聚集函数83

4.5空值85

4.6嵌套子查询85

4.6.1集合成员资格85

4.6.2集合的比较87

4.6.3测试是否为空关系88

4.6.4测试是否存在重复元组89

4.7派生关系90

4.8视图90

4.9数据库的修改91

4.9.1删除91

4.9.2插入92

4.9.3更新94

4.9.4视图的更新95

4.10关系的连接95

4.10.1举例95

4.10.2连接类型和条件97

4.11数据定义语言DDL98

4.11.1 SQL中的域类型99

4.11.2 SQL的模式定义99

4.12嵌入式SQL102

4.13其他SQL特性104

4.14总结104

习题105

文献注解107

第5章 其他关系语言108

5.1 Query-by-Example108

5.1.1在一个关系上的查询108

5.1.2在多个关系上的查询111

5.1.3条件框112

5.1.4结果关系113

5.1.5元组的显示次序114

5.1.6聚集操作114

5.1.7数据库的修改116

5.2 Quel119

5.2.1简单查询119

5.2.2元组变量120

5.2.3聚集函数121

5.2.4数据库的修改123

5.2.5集合操作125

5.2.6 Quel和元组关系演算126

5.3 Datalog127

5.3.1基本结构127

5.3.2 Datalog规则语法128

5.3.3非递归Datalog语义130

5.3.4安全性132

5.3.5 Datalog中的关系运算132

5.3.6 Datalog中的递归133

5.3.7递归的能力135

5.4总结137

习题137

文献注解139

第6章 完整性约束140

6.1域约束140

6.2参照完整性141

6.2.1基本概念141

6.2.2 E-R模型中的参照完整性142

6.2.3数据库的修改142

6.2.4 SQL中的参照完整性142

6.3断言144

6.4触发器145

6.5函数依赖146

6.5.1基本概念146

6.5.2函数依赖集的闭包149

6.5.3属性集的闭包150

6.5.4正则覆盖151

6.6总结152

习题153

文献注解154

第7章 关系数据库设计156

7.1关系数据库设计中易犯的错误156

7.2模式分解157

7.3利用函数依赖作规范化160

7.3.1分解应具有的特性160

7.3.2 Boyce-Codd范式163

7.3.3第三范式166

7.3.4 BCNF和3NF的比较167

7.4利用多值依赖作规范化168

7.4.1多值依赖168

7.4.2多值依赖的理论170

7.4.3第四范式171

7.5利用连接依赖作规范化173

7.5.1连接依赖174

7.5.2投影-连接范式175

7.6域-码范式176

7.7数据库设计的其他方法177

7.8总结178

习题179

文献注解181

第8章 面向对象数据库182

8.1新的数据库应用182

8.2面向对象数据模型183

8.2.1对象结构183

8.2.2对象类184

8.2.3继承185

8.2.4多重继承186

8.2.5对象标识188

8.2.6对象包含189

8.3面向对象的语言190

8.4持久化程序设计语言190

8.4.1对象的持久性191

8.4.2对象标识与指针191

8.4.3持久对象的存储和访问192

8.5持久化C++系统193

8.5.1 ODMG C++对象定义语言193

8.5.2 ODMG C++对象操纵语言194

8.6总结196

习题197

文献注解197

第9章 对象-关系数据库199

9.1嵌套关系199

9.2复杂类型和面向对象201

9.2.1有结构的类型和集合体类型201

9.2.2继承202

9.2.3引用类型205

9.3与复杂类型有关的查询205

9.3.1以关系为值的属性205

9.3.2路径表达式206

9.3.3嵌套与解除嵌套207

9.3.4函数208

9.4复杂值和复杂对象的创建209

9.5面向对象数据库与对象-关系数据库的比较210

9.6总结210

习题210

文献注解211

第10章 存储结构和文件结构213

10.1物理存储介质概览213

10.2磁盘214

10.2.1磁盘的物理特性215

10.2.2磁盘性能的度量标准216

10.2.3磁盘块存取的优化217

10.3 RAID218

10.3.1通过冗余提高可靠性219

10.3.2通过并行提高性能219

10.3.3 RAID级别220

10.3.4选择正确的RAID级别222

10.3.5扩展223

10.4第三级存储223

10.4.1光盘223

10.4.2磁带223

10.5存储访问224

10.5.1缓冲区管理器224

10.5.2缓冲区替换策略225

10.6文件组织226

10.6.1定长记录226

10.6.2变长记录228

10.7文件中记录的组织230

10.7.1顺序文件组织231

10.7.2聚集文件组织231

10.8数据字典的存储233

10.9面向对象数据库的存储结构234

10.9.1对象到文件的映射234

10.9.2对象标识的实现234

10.9.3持久化指针的管理235

10.9.4对象的磁盘结构与内存结构238

10.9.5大对象239

10.10总结239

习题240

文献注解242

第11章 索引和散列244

11.1基本概念244

11.2顺序索引244

11.2.1主索引245

11.2.2辅助索引248

11.3 B+树索引文件249

11.3.1 B+树的结构249

11.3.2 B+树上的查询250

11.3.3 B+树的更新251

11.3.4 B+树文件组织254

11.4 B树索引文件256

11.5静态散列257

11.5.1散列文件组织257

11.5.2散列索引260

11.6动态散列法261

11.7顺序索引和散列的比较265

11.8 SQL中的索引定义266

11.9多码访问267

11.9.1网格文件268

11.9.2分段散列270

11.10总结270

习题271

文献注解272

第12章 查询处理274

12.1概述274

12.2用于估计代价的目录信息276

12.3查询代价的度量277

12.4选择运算277

12.4.1基本算法277

12.4.2利用索引的选择279

12.4.3涉及比较的选择279

12.4.4复杂选择的实现281

12.5排序283

12.6连接运算285

12.6.1连接结果集大小的估计285

12.6.2嵌套循环连接286

12.6.3块嵌套循环连接287

12.6.4索引嵌套循环连接288

12.6.5归并连接288

12.6.6散列连接290

12.6.7复杂连接293

12.7其他运算294

12.7.1消除重复294

12.7.2投影295

12.7.3集合运算295

12.7.4外连接295

12.7.5聚集296

12.8表达式计算297

12.8.1实体化297

12.8.2流水线298

12.9关系表达式的转换300

12.9.1表达式的等价性300

12.9.2等价规则301

12.9.3变换的一些例子302

12.9.4连接的次序304

12.9.5等价表达式的枚举305

12.10选择执行计划305

12.10.1执行技术的相互作用306

12.10.2基于代价的优化306

12.10.3启发式优化307

12.10.4查询优化器的结构309

12.11总结310

习题311

文献注解313

第13章 事务315

13.1事务概念315

13.2事务状态317

13.3原子性和持久性的实现318

13.4并发执行319

13.5可串行化322

13.5.1冲突可串行化322

13.5.2视图可串行化324

13.6可恢复性325

13.6.1可恢复调度325

13.6.2无级联调度325

13.7隔离性的实现325

13.8 SQL中的事务定义326

13.9可串行化判定326

13.9.1冲突可串行化的判定327

13.9.2视图可串行化的判定328

13.10总结331

习题331

文献注解332

第14章 并发控制333

14.1基于锁的协议333

14.1.1锁333

14.1.2锁的授予336

14.1.3两阶段封锁协议336

14.1.4基于图的协议338

14.2基于时间戳的协议340

14.2.1时间戳340

14.2.2时间戳排序协议340

14.2.3 Thomas写规则341

14.3基于有效性检查的协议342

14.4多粒度343

14.5多版本机制345

14.5.1多版本的时间戳排序345

14.5.2多版本两阶段封锁346

14.6死锁处理346

14.6.1死锁预防347

14.6.2基于超时的机制348

14.6.3死锁检测与恢复348

14.7插入与删除操作349

14.7.1删除349

14.7.2插入350

14.7.3幻象现象350

14.8索引结构中的并发352

14.9总结353

习题354

文献注解357

第15章 恢复系统359

15.1故障分类359

15.2存储器结构359

15.2.1存储器类型359

15.2.2稳定存储器的实现360

15.2.3数据访问361

15.3恢复与原子性362

15.4基于日志的恢复362

15.4.1延迟的数据库修改363

15.4.2立即的数据库修改365

15.4.3检查点367

15.5影子分页368

15.6并发事务的恢复370

15.6.1与并发控制的关系371

15.6.2事务回滚371

15.6.3检查点371

15.6.4重启动恢复372

15.7缓冲区管理372

15.7.1日志记录缓冲372

15.7.2数据库缓冲373

15.7.3操作系统在缓冲区管理中的作用374

15.8非易失性存储器数据丢失的故障374

15.9高级恢复技术375

15.9.1逻辑Undo日志375

15.9.2事务回滚376

15.9.3检查点376

15.9.4重启动恢复376

15.9.5模糊检查点377

15.10总结377

习题378

文献注解379

第16章 数据库系统体系结构381

16.1集中式系统381

16.2客户-服务器系统382

16.2.1事务服务器383

16.2.2数据服务器384

16.3并行系统385

16.3.1加速比和扩展性385

16.3.2互连网络386

16.3.3并行数据库体系结构387

16.4分布式系统389

16.4.1说明性的例子389

16.4.2利弊权衡390

16.5网络类型391

16.5.1局域网391

16.5.2广域网391

16.6总结393

习题393

文献注解394

第17章 并行数据库395

17.1引言395

17.2 I/O并行395

17.2.1划分技术395

17.2.2划分技术比较396

17.2.3偏斜的处理397

17.3查询间并行397

17.4查询内并行398

17.5操作内并行399

17.5.1并行排序399

17.5.2并行连接400

17.5.3其他关系操作403

17.5.4操作并行计算的代价403

17.6操作间并行404

17.6.1流水线并行404

17.6.2独立的并行405

17.6.3查询优化405

17.7并行系统设计406

17.8总结407

习题407

文献注解408

第18章 分布式数据库410

18.1分布式数据存储410

18.1.1数据复制410

18.1.2数据分片411

18.1.3数据复制与分片413

18.2网络透明性414

18.2.1数据项的命名414

18.2.2透明性与更新415

18.3分布式查询处理416

18.3.1查询转换416

18.3.2简单的连接处理417

18.3.3半连接策略417

18.3.4利用并行性的连接策略418

18.4分布式事务模型418

18.4.1系统结构419

18.4.2系统故障模式419

18.4.3强壮性421

18.5提交协议422

18.5.1两阶段提交422

18.5.2三阶段提交424

18.5.3协议的比较427

18.6协调器选择427

18.6.1备份协调器427

18.6.2选举算法428

18.7并发控制428

18.7.1封锁协议428

18.7.2时间戳430

18.8死锁处理431

18.8.1集中方式431

18.8.2全分布方式432

18.9多数据库系统434

18.9.1数据的一致视图434

18.9.2事务管理435

18.10总结437

习题437

文献注解439

第19章 特别的话题441

19.1安全性和完整性441

19.1.1安全性和完整性违例441

19.1.2授权442

19.1.3授权与视图443

19.1.4权限的授予443

19.1.5在SQL中进行安全性说明444

19.1.6加密445

19.1.7统计数据库447

19.2标准化447

19.3性能基准程序449

19.3.1任务集449

19.3.2数据库应用类型450

19.3.3 TPC基准程序450

19.3.4 OODB基准程序451

19.4性能调整451

19.4.1瓶颈的位置451

19.4.2可调参数452

19.4.3模式的调整453

19.4.4索引的调整453

19.4.5事务的调整454

19.4.6性能模拟454

19.5数据库中的时间455

19.5.1 SQL-92中的时间定义455

19.5.2时态查询语言456

19.6用户界面456

19.7主动数据库458

19.8总结460

习题461

文献注解462

第20章 高级事务处理464

20.1远程备份系统464

20.2事务处理监控器466

20.2.1 TP监控器体系结构466

20.2.2使用TP监控器进行应用协调468

20.3高性能事务系统469

20.3.1主存数据库469

20.3.2成组提交470

20.4长事务470

20.4.1不可串行化的执行471

20.4.2并发控制472

20.4.3嵌套事务和多级事务472

20.4.4补偿事务473

20.4.5实现问题474

20.5实时事务系统474

20.6较弱的一致性级别475

20.6.1二级一致性475

20.6.2游标稳定475

20.7事务工作流476

20.7.1工作流说明477

20.7.2工作流的故障原子性需求478

20.7.3工作流的执行478

20.7.4工作流的恢复479

20.8总结480

习题480

文献注解481

第21章 新的应用483

21.1决策支持系统483

21.2数据分析484

21.3数据挖掘486

21.3.1用规则表示知识486

21.3.2数据挖掘问题的类型487

21.3.3用户制导的数据挖掘488

21.3.4规则的自动发现488

21.4数据仓库工程490

21.5空间和地理数据库491

21.5.1几何信息的表示492

21.5.2设计数据库493

21.5.3地理数据493

21.5.4空间查询495

21.5.5空间数据的索引495

21.6多媒体数据库497

21.6.1基于相似性的检索498

21.6.2连续介质数据498

21.7移动性和个人数据库499

21.7.1移动计算模型500

21.7.2路由和查询处理500

21.7.3广播数据500

21.7.4连接断开与一致性501

21.8信息检索系统502

21.8.1查询503

21.8.2文档的索引503

21.8.3浏览与超文本504

21.9分布式信息系统506

21.10 World Wide Web507

21.10.1统一资源定位器507

21.10.2 Web服务器508

21.10.3显示语言508

21.10.4数据库的Web接口510

21.10.5在Web上查找信息511

21.11总结512

习题513

文献注解514

附录A网状模型516

附录B层次模型521