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第一部分 数据库系统基础第1章 绪论3

1.1 数据库管理技术3

1.1.1 文件管理系统4

1.1.2 数据库系统5

1.2 数据库系统的发展7

1.3 数据库的研究9

1.3.1 数据库理论研究9

1.3.2 数据库管理系统研究10

1.3.3 数据库应用研究10

1.4 数据库应用11

1.5 数据库系统评估12

1.5.1 数据特征13

1.5.2 应用特征13

1.5.3 DBMS支持13

1.6 现代数据库技术14

习题114

第2章 数据库系统概念15

2.1 数据及其表示15

2.1.1 数据与信息15

2.1.2 数据表示的两个领域16

2.1.3 数据项间的联系17

2.1.4 记录间的联系18

2.2 数据的视图19

2.2.1 数据抽象19

2.2.2 数据库的分层视图19

2.2.3 数据独立性21

2.2.4 模式与实例22

2.3 数据模型23

2.3.1 模型的概念23

2.3.2 数据模型的概念24

2.3.3 数据模型的分析24

2.4 数据库语言25

2.4.1 数据定义语言25

2.4.2 数据操纵语言26

2.4.3 宿主语言26

2.5 数据库组织27

2.6 查询28

2.7 事务管理28

2.7.1 接纳28

2.7.2 资源管理29

2.7.3 数据库一致性保护29

2.7.4 故障恢复29

2.7.5 执行管理29

2.8 存储数据管理29

2.9 数据库用户30

2.9.1 数据处理人员30

2.9.2 非数据处理人员（最终用户）31

2.10 数据库系统概述31

2.10.1 数据库系统组成31

2.10.2 关系数据库系统33

2.10.3 网状数据库系统36

2.10.4 层次数据库系统40

习题243

第3章 数据库数据模型44

3.1 数据模型的概念44

3.2 E-R模型45

3.2.1 实体与实体集45

3.2.2 属性、关键字及值域46

3.2.3 联系与联系集47

3.2.4 E-R图49

3.2.5 标识50

3.2.6 联系的成员籍51

3.2.7 弱实体52

3.3 关系模型53

3.3.1 概述53

3.3.2 基本概念54

3.3.3 关系的一般特征56

3.3.4 关系数据完整性56

3.3.5 关系代数57

3.3.6 关系演算63

3.4 记录式模型66

3.4.1 网状模型66

3.4.2 层次模型68

3.4.3 数据完整性约束70

3.5 语义模型70

3.5.1 语义模型概述70

3.5.2 扩展的关系模型72

3.5.3 角色模型74

3.5.4 函数模型77

3.6 对象数据模型78

3.6.1 面向对象的基本概念78

3.6.2 对象数据结构81

3.6.3 类结构82

3.6.4 方法与消息83

习题384

第4章 SQL数据库语言86

4.1 SQL的组成86

4.1.1 主要部件86

4.1.2 基本查询结构87

4.2 数据定义及其维护87

4.2.1 基本关系的定义及变更87

4.2.2 视图的定义与撤销89

4.2.3 索引的建立89

4.3 基本查询89

4.3.1 无条件简单查询90

4.3.2 条件查询90

4.3.3 空值查询92

4.3.4 查询结果排序93

4.4 使用聚集函数的查询93

4.4.1 聚集函数93

4.4.2 消去重复94

4.4.3 查询结果分组94

4.4.4 分组筛选94

4.5 复杂查询95

4.5.1 关系的连接95

4.5.2 简单连接查询96

4.5.3 元组变量97

4.5.4 查询的并、交、差97

4.5.5 嵌套的子查询98

4.6 数据库的变更101

4.6.1 数据插入101

4.6.2 数据删除101

4.6.3 数据修改102

4.7 数据控制102

4.7.1 安全性控制102

4.7.2 完整性控制104

4.7.3 事务执行控制107

4.7.4 事务并发控制107

4.8 嵌入式SQL109

4.8.1 阻抗不匹配问题109

4.8.2 SQL与主语言的接口109

4.8.3 游标110

4.9 动态SQL113

4.9.1 嵌入式动态SQL语句113

4.9.2 参数与变元114

4.9.3 SELECT语句的处理115

4.9.4 动态SQL游标的使用116

4.10 SQL的触发器116

习题4117

第二部分 数据库系统结构第5章 数据库系统体系结构121

5.1 数据库系统的一般功能模型121

5.2 数据库系统的层次结构模型122

5.3 集中式数据库系统结构125

5.4 分布式数据库系统结构126

5.5 客户机／服务器数据库系统结构127

5.5.1 一般C/S系统127

5.5.2 事务服务器系统128

5.5.3 数据服务器系统129

5.6 并行数据库系统结构130

5.6.1 无共享结构130

5.6.2 全共享结构131

5.6.3 共享磁盘结构131

5.6.4 层次结构131

5.7 移动数据库系统结构131

习题5132

第6章 数据库存储结构133

6.1 数据库存储空间组织133

6.1.1 存储层次结构133

6.1.2 磁盘结构135

6.1.3 RAID（磁盘阵列）技术139

6.1.4 磁盘空间管理142

6.2 缓冲区管理143

6.2.1 缓冲区管理器143

6.2.2 缓冲区替换策略144

6.3 物理数据库模型145

6.3.1 逻辑存储结构到物理存储结构的映射145

6.3.2 存储数据的安置146

6.3.3 存储文件结构147

6.3.4 页结构149

6.3.5 存储记录格式151

6.3.6 特殊数据项的存储处理153

6.3.7 记录的存储处理157

6.4 文件的组织形式159

6.5 顺序结构160

6.6 索引结构161

6.6.1 KTA变换161

6.6.2 索引的组织162

6.6.3 索引的特性162

6.6.4 索引存取164

6.7 Hash结构165

6.7.1 一般Hash组织模型165

6.7.2 桶式Hash169

6.7.3 撒播Hash169

6.7.4 索引Hash170

6.7.5 可扩展的Hash170

6.7.6 线性扩展Hash172

6.7.7 多目录Hash174

6.8 树索引结构175

6.8.1 B-树结构175

6.8.2 B＋-树结构179

6.8.3 B-树的性能分析180

6.8.4 索引顺序结构181

6.9 链表结构183

6.9.1 整体链表结构183

6.9.2 多分链表结构184

6.9.3 链表的查询185

6.9.4 链表结构的数据维护186

6.10 倒排表结构186

习题6187

第7章 数据库管理系统体系结构190

7.1 数据的集成管理190

7.1.1 数据独立190

7.1.2 数据共享193

7.1.3 数据的集中控制194

7.1.4 数据可用性194

7.2 DBMS的功能195

7.3 DBMS的组成与结构195

7.4 数据字典系统197

7.4.1 数据字典结构197

7.4.2 数据字典的管理197

7.4.3 数据字典系统的实现198

7.5 DBMS的进程结构199

7.5.1 N:0式结构199

7.5.2 N:N式结构200

7.5.3 N:1式结构200

7.5.4 N:M式结构201

习题7202

第三部分 数据库系统实现第8章 数据库使用205

8.1 数据库运行205

8.1.1 运行环境的构成205

8.1.2 运行环境的类型206

8.1.3 处理方式207

8.2 数据库使用方式207

8.2.1 编程使用方式207

8.2.2 交互使用方式209

8.3 用户请求的实现过程209

8.4 数据库的存取211

8.4.1 逻辑数据存取212

8.4.2 物理数据存取212

8.4.3 数据库存取实现过程212

习题8214

第9章 查询处理215

9.1 查询处理概述215

9.2 查询处理步骤217

9.2.1 语法分析217

9.2.2 语法树218

9.2.3 语句翻译219

9.2.4 逻辑计划生成220

9.2.5 逻辑查询计划优化221

9.2.6 物理查询计划生成221

9.2.7 物理计划优化223

9.2.8 查询计划执行224

9.3 查询优化技术224

9.3.1 关系代数的等价性定律224

9.3.2 逻辑查询优化的一般策略227

9.3.3 物理操作实现的算法227

9.4 查询的代价估算230

9.4.1 操作代价模型230

9.4.2 一趟算法的代价231

9.4.3 基于排序两趟算法的代价231

9.4.4 基于Hash两趟算法的代价232

9.4.5 基于索引算法的代价233

9.5 查询计划的选择方法233

9.5.1 相关技术233

9.5.2 逻辑查询计划的启发式选优234

9.5.3 物理查询计划的选择方法234

习题9236

第10章 事务237

10.1 事务的概念237

10.2 事务的ACID特性238

10.2.1 原子性238

10.2.2 一致性239

10.2.3 隔离性239

10.2.4 永久性240

10.3 事务的分类240

10.3.1 按构造分类240

10.3.2 按执行时间分类241

10.3.3 按使用数据的方式分类241

10.3.4 按执行的方式分类241

10.4 事务的状态241

10.5 事务的正确性243

10.6 复杂事务的模型243

10.6.1 复杂事务的一般模型243

10.6.2 典型复杂事务类型244

10.6.3 复杂事务的特性245

10.6.4 嵌套事务246

习题10247

第11章 事务处理248

11.1 事务处理的任务248

11.2 事务经历模型249

11.2.1 事务管理原语操作250

11.2.2 数据库原语操作250

11.2.3 事务经历251

11.2.4 事务处理过程252

11.3 事务调度253

11.4 可串行性255

11.4.1 效果可串行性255

11.4.2 视图可串行性255

11.4.3 冲突可串行性256

11.4.4 可串行性的测试258

11.5 并发调度的原则262

11.5.1 事务相互干扰的问题262

11.5.2 可串行性的程度264

11.5.3 可恢复性264

11.5.4 隔离的级别266

11.6 封锁式并发控制267

11.6.1 锁267

11.6.2 加锁与解锁268

11.6.3 封锁的主要问题269

11.6.4 两阶段封锁270

11.6.5 2PL的变种271

11.6.6 锁的升级与更新锁273

11.6.7 增量锁274

11.6.8 封锁管理及其实现275

11.7 多层结构数据的封锁277

11.7.1 多粒度锁277

11.7.2 树结构的封锁278

11.8 幻象处理与索引的封锁280

11.9 死锁处理282

11.9.1 死锁的预防282

11.9.2 死锁检测284

11.9.3 死锁解除285

11.10 无锁的并发控制285

11.10.1 基于时间戳的方法285

11.10.2 乐观的方法289

11.10.3 多版本的方法291

习题11293

第12章 故障恢复295

12.1 数据库故障恢复概述295

12.2 故障分类297

12.2.1 事务失败297

12.2.2 系统崩溃297

12.2.3 介质故障297

12.3 日志298

12.3.1 日志记录类型298

12.3.2 日志记录格式299

12.3.3 日志管理300

12.4 检验点301

12.4.1 清晰检验点302

12.4.2 含混检验点303

12.4.3 模糊检验点303

12.5 备份304

12.5.1 清晰备份305

12.5.2 模糊备份305

12.6 基于日志的恢复306

12.6.1 事务失败恢复306

12.6.2 系统崩溃的恢复307

12.6.3 介质故障恢复311

12.7 其他恢复策略312

12.7.1 ARIES312

12.7.2 影子法313

12.7.3 逻辑日志法314

习题12314

第13章 数据库安全315

13.1 数据库安全概述315

13.2 用户识别316

13.2.1 用户的个人特征识别317

13.2.2 用户的特有东西识别317

13.2.3 用户的专门知识识别317

13.3 授权317

13.3.1 授权方案318

13.3.2 权限转授318

13.3.3 视图与程序授权319

13.4 存取控制模型319

13.4.1 存取控制的层次320

13.4.2 存取控制矩阵321

13.4.3 逻辑存取控制模型321

13.5 存取控制策略322

13.5.1 自主存取控制322

13.5.2 强制存取控制322

13.5.3 多级安全与多实例性323

13.5.4 隐通道324

13.5.5 统计数据库的安全性324

13.6 数据加密325

13.6.1 基本概念325

13.6.2 基本的传统加密方法326

13.6.3 改进的传统加密方法327

13.6.4 公钥加密法329

13.7 数据库安全的其他问题330

13.7.1 安全级别330

13.7.2 网络环境下的数据库安全331

13.7.3 审计332

习题13333

第四部分 数据库系统建立第14章 数据库设计337

14.1 数据库设计概述337

14.1.1 数据库设计问题337

14.1.2 数据库设计方法学338

14.1.3 数据库设计过程339

14.1.4 数据与应用特征的考虑342

14.2 需求分析343

14.2.1 需求的分类343

14.2.2 需求分析的步骤与任务344

14.2.3 应用环境分析345

14.2.4 元数据收集345

14.2.5 应用分析346

14.2.6 需求规范表示与文档编制工具348

14.3 概念数据建模349

14.3.1 建模观点349

14.3.2 建模方法349

14.3.3 建模的基本任务与步骤350

14.4 逻辑结构设计351

14.4.1 逻辑结构设计的任务与步骤351

14.4.2 概念模型到关系模型的逻辑转换353

14.4.3 关系模型到记录式模型的转换353

14.4.4 应用设计353

14.4.5 模式性能评测354

14.5 物理数据库设计355

14.5.1 物理设计的任务356

14.5.2 存储记录结构设计357

14.5.3 存储记录的安置357

14.5.4 存取机制选择359

14.5.5 物理数据库性能测量359

14.6 数据库的管理360

14.6.1 数据库的建立361

14.6.2 数据库测试362

14.6.3 应用程序测试363

14.6.4 性能监视与调整363

14.6.5 数据库重组与重构364

习题14366

第15章 语义数据建模367

15.1 语义建模概述367

15.2 基于语义建模的数据库设计368

15.3 数据抽象370

15.3.1 聚集370

15.3.2 分类370

15.3.3 概括370

15.3.4 组合371

15.4 用户视图的E-R建模372

15.4.1 基本原则372

15.4.2 实体、联系与属性的选择374

15.4.3 一些E-R建模问题374

15.4.4 扩展的E-R特性376

15.5 视图合并377

15.5.1 恒等合并377

15.5.2 聚集合并378

15.5.3 概括合并378

习题15379

第16章 关系数据分析381

16.1 关系数据库设计法概述381

16.1.1 表示标准382

16.1.2 冗余标准382

16.2 不良设计带来的问题383

16.2.1 冗余383

16.2.2 插入异常383

16.2.3 删除异常384

16.2.4 修改异常384

16.2.5 空值384

16.3 函数依赖385

16.3.1 基本概念385

16.3.2 关键字的定义386

16.3.3 函数依赖的推理386

16.3.4 函数依赖集的闭包387

16.3.5 属性集的闭包390

16.4 关系模式的基本范式391

16.4.1 1NF391

16.4.2 2NF392

16.4.3 3NF393

16.4.4 Boyce-Codd范式394

16.5 关系的分解395

16.5.1 无损连接分解395

16.5.2 无损连接分解的检测396

16.5.3 保持依赖分解398

16.5.4 保持依赖分解的测试399

16.6 关系模式的规范化400

16.6.1 BCNF模式分解400

16.6.2 3NF模式分解402

16.6.3 BCNF和3NF的比较404

16.7 其他依赖与范式404

16.7.1 多值依赖404

16.7.2 第四范式407

16.7.3 连接依赖与第五范式408

16.7.4 更多的依赖与范式409

16.8 规范化过程小结410

16.9 关系模式综合法412

16.9.1 函数依赖的语义412

16.9.2 综合算法开发413

习题16414

第17章 数据库应用开发416

17.1 用户接口与工具416

17.1.1 表格接口416

17.1.2 报告生成器417

17.1.3 数据分析工具417

17.1.4 图形用户界面417

17.1.5 应用开发接口417

17.2 JDBC418

17.2.1 JDBC体系结构418

17.2.2 JDBC工作原理420

17.2.3 执行SQL语句421

17.2.4 事务管理423

17.2.5 数据库元数据423

17.2.6 SQL异常与警告424

17.3 ODBC简介425

17.4 模式级存储过程427

17.4.1 存储过程的结果与执行原理428

17.4.2 创建存储过程428

17.4.3 调用存储过程429

17.4.4 SQL/PSM430

习题17432

第五部分 现代数据库技术新发展第18章 实时数据库435

18.1 实时数据库的发展435

18.2 数据库、实时系统和实时数据库436

18.2.1 实时应用特征与要求436

18.2.2 数据库与实时系统437

18.2.3 档储数据库与实时数据库438

18.3 实时数据库的特征438

18.3.1 实时数据库中的时间438

18.3.2 实时数据特征439

18.3.3 实时事务特征440

18.4 实时数据模型440

18.4.1 实时数据对象440

18.4.2 时间一致性限制441

18.4.3 实时关系代数441

18.5 实时数据库系统结构442

18.5.1 RTDB的功能特性442

18.5.2 RTDB的主要技术443

18.5.3 实时数据库管理系统结构444

18.6 实时事务处理445

18.6.1 实时事务模型445

18.6.2 实时事务的正确性448

18.6.3 实时事务调度449

18.6.4 实时事务并发控制451

18.7 实时数据库管理453

18.7.1 实时内存数据库技术453

18.7.2 实时数据安置原则454

18.7.3 内外存数据库的交换454

18.8 实时数据库I/O调度454

18.9 实时数据库缓冲区管理455

18.9.1 P-LRU策略455

18.9.2 P-LFU策略456

18.9.3 优先夭折456

18.9.4 优先继承457

第19章 内存数据库458

19.1 内存数据库的研究458

19.2 内存数据库的概念459

19.2.1 内存数据库与磁盘数据库的比较分析459

19.2.2 内存数据库的定义461

19.2.3 内存数据库的关键问题462

19.3 内存数据库组织463

19.3.1 内存数据库的存储空间结构463

19.3.2 主要的物理数据组织方式464

19.4 MMDB的Hash存取方法465

19.4.1 桶散布Hashing466

19.4.2 可扩展Hashing466

19.4.3 线性扩展Hashing467

19.4.4 多目录Hashing468

19.4.5 多层目录Hashing468

19.5 MMDB图的存取方法468

19.5.1 内存数据库图468

19.5.2 MM-DBG的操作470

19.5.3 MM-DBG的性能分析470

19.6 SB-树索引存取方法472

19.6.1 SB-树结构472

19.6.2 SB-树的查找473

19.6.3 SB-树的维护473

19.6.4 性能分析473

19.7 MMDB的数据装入与交换474

19.7.1 M-DB的初始装入474

19.7.2 内外存数据交换策略475

19.7.3 基于事务预分析处理的数据交换475

19.8 内存数据库的恢复476

19.8.1 一般恢复机制模型476

19.8.2 记日志477

19.8.3 检验点操作479

19.8.4 M-DB重装479

第20章 主动数据库481

20.1 主动数据库的研发481

20.1.1 动机与应用要求481

20.1.2 主动数据库的发展482

20.1.3 主动数据库的应用483

20.2 主动数据库概念484

20.2.1 主动能力484

20.2.2 主动机制485

20.2.3 执行方式486

20.3 主动数据库的体系结构487

20.3.1 对象管理488

20.3.2 事务管理488

20.3.3 事务探测器与处理488

20.3.4 触发器管理488

20.3.5 条件评价488

20.3.6 数据及存储资源管理488

20.4 事件488

20.4.1 事件的概念489

20.4.2 事件的类型489

20.4.3 事件的操作490

20.4.4 事件的探测与处理491

20.5 触发器491

20.5.1 触发器的概念492

20.5.2 触发器条件及其评价492

20.5.3 被触发的活动494

20.6 触发器的监视与执行495

20.6.1 触发器的监视495

20.6.2 触发器的执行模型495

20.6.3 触发器的实现过程496

第21章 时态数据库497

21.1 时态数据库概述497

21.1.1 时态数据库的发展497

21.1.2 时态数据库的研究领域498

21.1.3 时态数据库的动机499

21.1.4 时态数据库的特征与要求500

21.2 关于时态数据管理500

21.2.1 时间表示500

21.2.2 时间维501

21.2.3 时态推理502

21.2.4 与数据相连的时间502

21.3 时态数据库的进化502

21.3.1 瞬像数据库502

21.3.2 回滚数据库503

21.3.3 历史数据库504

21.3.4 时态数据库504

21.4 时态数据建模505

21.4.1 时态数据结构505

21.4.2 时态数据操作506

21.4.3 时态约束507

21.4.4 两种典型的时态数据模型507

21.5 时态查询语言510

21.5.1 基于SQL的时态查询语言开发510

21.5.2 TQuel语言511

21.5.3 TempSQL语言512

21.5.4 TSQL2语言512

21.6 时态数据库管理系统513

21.6.1 时态数据库管理系统的基本能力513

21.6.2 时态数据库管理系统的组成514

21.6.3 时态查询处理技术515

第22章 其他现代数据库517

22.1 工程数据库517

22.1.1 工程数据库的特征517

22.1.2 工程数据模型518

22.1.3 工程数据库管理系统519

22.1.4 工程数据库系统的开发方法520

22.1.5 工程数据库的主要应用领域520

22.2 多媒体数据库521

22.2.1 多媒体数据库与传统数据库的不同521

22.2.2 多媒体数据表示522

22.2.3 多媒体数据模型523

22.2.4 多媒体数据库管理系统524

22.2.5 多媒体数据库关键技术及其实现526

22.3 Internet与数据库527

22.3.1 WWW527

22.3.2 Web数据库管理530

22.3.3 HTML文档531

22.3.4 XML文档532

22.3.5 XML数据管理534

22.4 移动数据库535

22.4.1 移动数据库的系统模型535

22.4.2 移动数据库系统的特性536

22.4.3 移动数据库的关键技术536

22.5 空间数据库538

22.5.1 空间数据538

22.5.2 空间查询539

22.5.3 空间索引539

参考文献541