bài giảng chương i tổng quan về hệ quản trị cơ sở dữ liệu (database management system)

Database tt  Cơ sở dữ liệu Database  Một tập hợp có cấu trúc của những dữ liệu có liên quan với nhau được lưu trữ trong máy tính  Danh sách sinh viên  Niên giám điện thoại  Tập ngẫu

Trang 3

MỤC TIÊU

 Trình bày cái nhìn bao quát về cơ sở dữ liệu (Database) cũng như về hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS), hệ Cơ sở dữ liệu (Database System).

 Các yêu cầu khi xây dựng một DBMS.

 Một số khái niệm quan trọng: giao tác (transaction), concurrent control, khôi phục sau sự

cố …

 Hiểu cấu trúc tổng thể của một DBMS.

 Hiểu vai trò của người sử dụng hệ thống.

Trang 4

QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG QUẢN

LÝ DỮ LiỆU

Hệ Thống Quản

Lý Tập Tin

Tập tin

Tập tin Dữ liệu

Chương 1 : Nhập môn Hệ Quản Trị CSDL

Trang 5

Course data file

Student data file Student data file

Instructor data file Course data file

Course data file Semeter data file

Trang 6

Course data file

Student data file

Instructor data file

Semeter data file

Trang 7

MỘT SỐ KHÁI NiỆM CƠ BẢN

 Database : Cơ sở dữ liệu

một tập các dữ liệu có liên quan với nhau được tổ chức và lưu trữ theo một định dạng nào đó nhằm làm làm giảm thiểu

sự dư thừa dữ liệu và có thể phục vụ cho nhiều user đồng thời.

Trang 8

 Một mô tả hình thức về thông tin và hoạt động

 Tên, địa chỉ, số điện thoại của khách hàng

 Báo cáo doanh thu

Trang 9

Database (tt)

 Cơ sở dữ liệu (Database)

 Một tập hợp có cấu trúc của những dữ liệu có liên quan với nhau được lưu trữ trong máy tính

 Danh sách sinh viên

 Niên giám điện thoại

 Tập ngẫu nhiên của các dữ liệu không thể xem là một CSDL.

Trang 10

NHANVIEN HONV TENLOT TENNV MANV NGSINH MA_NQL PHG

Tran Hong Quang 123456789 03/09/1969 987654321 4 Nguyen Thanh Tung 333445555 12/08/1955 888665555 5 Nguyen Manh Hung 666884444 09/15/1962 333445555 5 Tran Thanh Tam 453453453 07/31/1972 333445555 5

Trang 11

DBMS (Database Management System)

 Một phần mềm hệ thống cho phép định nghĩa, xây dựng

xử lý và bảo trì dữ liệu

 Định nghĩa – khai báo bộ khung dữ liệu cùng với các mô tả chi tiết về dữ liệu thông qua DDL

 Xây dựng – lưu trữ dữ liệu lên bộ nhớ phụ

 Xử lý – truy vấn, cập nhật và phát sinh báo cáo thông qua DML.

 Bảo trì : cho phép bảo trì dữ liệu ở trạng thái nhất quán trước khi hư hỏng phần cứng hoặc phần mềm.

Trang 12

Chương 1 : Nhập môn Hệ Quản Trị CSDL

quản lý CSDL.

DBMS (tt)

12

Trang 13

HỆ CƠ SỞ DỮ LiỆU

 Một số bất lợi khi lưu trữ thông tin trong hệ thống file thông thường (flat file) :

dư thừa dữ liệu  dữ liệu không nhất quán

khó khăn trong việc truy xuất dữ liệu

Sự cô lập dữ liệu

Các vấn đề về tính nguyên tử

Vấn đề an toàn

Tính bất thường trong truy xuất cạnh tranh

Trang 14

Định nghĩa CSDL

Người sử dụng/Lập trình viên Chương trình ứng dụng/Truy vấn

Hệ CSDL

Catalog

Trang 15

Quá trình phát triển (tt)

thống tập tin thông thường sẽ gặp nhiều bất lợi:

 Dư thừa dữ liệu và tính không nhất quán

 Gặp khó khăn trong việc truy xuất dữ liệu

Trang 16

Dư thừa dữ liệu và tính không nhất quán

 Do các file và các trình ứng dụng được tạo ra bởi các người lập trình khác nhau, nên các file có định dạng khác nhau, các chương trình được viết trong các ngôn ngữ lập trình khác nhau, cùng một thông tin có thể được lưu giữ trong các file khác nhau Tính không thống nhất và dư thừa này sẽ làm tăng chi phí truy xuất và lưu trữ, hơn nũa, nó sẽ dẫn đến tính không nhất quán của dữ liệu: các bản sao của cùng một dữ liệu có thể không nhất quán.

Trang 17

Khó khăn trong việc truy xuất dữ

liệu

 Môi trường của hệ thống xử lý file thông thường không cung cấp các công cụ cho phép truy xuất thông tin một cách hiệu quả và thuận lợi

Trang 18

Sự cô lập dữ liệu

 Các giá trị dữ liệu được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu phải thoả mãn một số các ràng buộc về tính nhất quán của dữ liệu (ràng buộc nhất quán/consistency contraints ) Trong hệ thống xử lý file thông thường,

rất khó khăn trong việc thay đổi các chương trình để thoả mãn các yêu cầu thay đổi ràng buộc Vấn đề trở nên khó khăn hơn khi các ràng buộc liên quan đến các hạng mục dữ liệu nằm trong các file khác nhau

Trang 19

Tính nguyên tử

 Tính nguyên tử của một hoạt động (giao dịch) là:

hoặc nó được hoàn tất trọn vẹn hoặc không có gì

cả Điều này có nghĩa là một hoạt động (giao dịch)

chỉ làm thay đổi các dữ liệu bền vững khi nó đã

hoàn tất (kết thúc thành công) nếu không, giao dịch không để lại một dấu vết nào trên CSDL Trong hệ thống xử lý file thông thường khó đảm bảo được tính chất này

Trang 20

Tính truy xuất cạnh tranh

 Một hệ thống cho phép nhiều người sử dụng cập nhật dữ liệu đồng thời, có thể dẫn đến kết quả là dữ liệu không nhất quán Điều này đòi hỏi một sự giám sát Hệ thống xử lý file thông thường không cung cấp chức năng này

Trang 21

An toàn dữ liệu

 Một người sử dụng hệ cơ sở dữ liệu không cần thiết

và cũng không có quyền truy xuất tất cả các dữ liệu Vấn đề này đòi hỏi hệ thống phải đảm bảo được tính phân quyền, chống truy xuất trái phép

Trang 23

Góc nhìn dữ liệu (Data View)

 Mô tả 1 phần nào đó của toàn bộ hệ thống.

 Mức luận lý (Logical level)

 Những thông tin gì được lưu trữ trong CSDL ?

 Có những mối quan hệ nào giữa những thông tin đó?

 Mức vật lý (Physical Level)

 Dữ liệu được lưu trữ như thế nào?

Physical Level Logical Level

View 1 View 2 … View n

View Level

23

Trang 24

Trang 25

Các đặc trưng của dữ liệu

 Có tính ít dư thừa dữ liệu

Trang 26

THỂ HiỆN & LƯỢC ĐỒ

tại 1 thời điểm được gọi là 1 thể hiện của CSDL.

Trang 27

Lược đồ

 Lược đồ CSDL (Database Schema)

 Là các mô tả về cấu trúc và ràng buộc trên CSDL

Trang 28

Thể hiện

 Là dữ liệu hiện thời được lưu trữ trong CSDL ở một thời điểm nào đó

Nhap mon tin hoc

Cau truc du lieu

Mhoc

Toan roi rac

Co so du lieu

MaMH COSC1310 COSC3320 MATH2410 COSC3380

TinChi Khoa 4

4 3 3

CNTT CNTT TOAN CNTT

MaMH MaMH_Truoc

DKien

COSC3380 COSC3320 COSC3380 MATH2410 COSC3320 COSC3380

112 119 85 92 102 135

10 9 8 10

Trang 29

Kiến trúc của HQT CSDL

 Kiến trúc 3 lược đồ

Người dùng

Lược đồ ngoài 1 … Lược đồ ngoài n

Lược đồ quan niệm

Trang 30

Kiến trúc của HQT CSDL (tt)

 Mức trong (lược đồ trong)

 Mô tả cấu trúc lưu trữ vật lý CSDL.

 Mô tả cấu trúc của toàn thể CSDL cho 1 cộng đồng người sử dụng, gồm thực thể, kiểu dữ liệu, mối liên hệ

và ràng buộc.

 Che bớt các chi tiết của cấu trúc lưu trữ vật lý.

 Mức ngoài (lược đồ ngoài)

 Còn gọi là mức khung nhìn (view).

 Mô tả một phần của CSDL mà 1 nhóm người dùng quan tâm đến và che dấu phần còn lại của CSDL đối với nhóm người dùng đó.

Trang 31

Kiến trúc của HQT CSDL (tt)

 Độc lập dữ liệu

 Độc lập logic

 Khả năng thay đổi lược đồ quan niệm mà không thay đổi lược

đồ ngoài hoặc các CTƯD

 Độc lập vật lý

 Khả năng thay đổi lược đồ trong mà không làm thay đổi lược

đồ quan niệm cũng như lược đồ ngoài

Trang 32

Kiến trúc của DBMS

DDL Compiler

User/Application Database Administrator

Query Compiler Transaction

Manager

Execution Engine

Logging &

Recovery

Concurrency Control

Index/File/

Record Manager

Storage Manager

Storage

Buffer Manager

DDL Commands Transaction Commands

Data, Metadata, Indexes

DDL Compiler

User/Application Database Administrator

Query Compiler Transaction

Manager

Execution Engine

Logging &

Recovery

Concurrency Control

Index/File/

Record Manager

Storage Manager

Storage

Buffer Manager

DDL Commands Transaction Commands

Data, Metadata, Indexes

32

Trang 33

Trang 34

An tòan bảo mật

Các thành phần chính của DBMS

Quản lý khôi phục

Xử lý truy vấn

Ngôn ngữ giao tiếp Quản lý

giao tác

Quản lý giao tác

Quản lý lưu trữ

34

Trang 35

Các tính năng của HQT CSDL

 Kiểm soát được tính dư thừa của dữ liệu

 Tích hợp các nhu cầu dữ liệu của người dùng để xây dựng một CSDL thống nhất

 Chia sẻ dữ liệu

 Trong môi trường đa người dùng, các HQT phải cho phép truy xuất dữ liệu đồng thời

 Từng người dùng và nhóm người dùng có một tài khoản

và mật mã để truy xuất dữ liệu

 Cung cấp nhiều giao diện

 HQT cung cấp ngôn ngữ giữa CSDL và người dùng

Trang 36

 Giảm thời gian phát triển ứng dụng

Trang 37

Các tính năng của HQT CSDL (tt)

 RBTV (Integrity Constraints) là những qui định cần được thỏa mãn để đảm bảo dữ liệu luôn phản ánh đúng ngữ nghĩa của thế giới thực

 Một số RB có thể được khai báo với HQT và HQT sẽ tự động kiểm tra Một số RB khác được kiểm tra nhờ CTƯD

 Có khả năng khôi phục dữ liệu khi có sự hư hỏng về phần cứng hoặc phần mềm

Trang 38

Ngôn ngữ giao tiếp

 DBMS cung cấp giao diện lập trình dể sử dụng với một ngôn ngữ lập trình CSDL

Trang 39

transaction

1 2 3 4 5 7 8

39

Trang 40

Quản lý giao tác (tt)

 Để CSDL được bền vững (durable), mọi thay đổi lên CSDL phải được ghi nhận lại

 Log manager – ghi chép nhật ký

 Đảm bảo CSDL vẫn nguyên vẹn khi có sự cố xãy ra

 Recovery manager – khôi phục

 Dựa vào nhật ký để phục hồi lại CSDL về trạng thái nhất quán trước đó

 Trạng thái thỏa tất cả các RBTV của CSDL đó

40

Trang 41

 Điều khiển đồng thời

 Bộ lập lịch (scheduler) - có nhiệm vụ lập 1 lịch thực hiện từ

n giao tác được kích hoạt đồng thời

 Cơ chế khóa (lock) - ngăn 2 giao tác cùng thao tác lên 1 đơn vị dữ liệu tại 1 điểm

DBMS Server DB

Client Client Client

Scheduler

Equivalent

to serial result

41

Trang 42

 Giải quyết deadlock

 Vì sử dụng cơ chế khóa nên các giao tác sẽ phải tranh giành tài nguyên

 Tình huống “không một giao tác nào có thể thực hiện được công việc của mình”

 Các giao tác chờ đợi lẫn nhau để được cấp phát tài nguyên

 Thành phần quản lý giao tác sẽ phải can thiệp vào

 Rollback

 Abort

42

Trang 43

 Kiểm tra ngữ nghĩa của câu truy vấn

 Chuyển đổi cấu trúc cây sang ngôn ngữ đại số quan hệ

 Query optimizer

 Sắp xếp các phép toán nhằm mục đích tối ưu hóa câu truy vấn

43

Trang 44

Trang 45

Mô hình mạng

 Dữ liệu ~ tập các record

 Mối quan hệ giữa các dữ liệu ~ các link

 Các record được tổ chức thành tập các đồ thị tùy ý

Johnson 192-83-7465 Alma Palo Alto

Smith 019-28-3746 North Rye

Hayes 677-89-9011 Main Harison

Tuner 182-73-6091 Putnam Stamford

Jones 321-12-3123 Main Harison

Lindsay 336-66-9999 Park Pittsfield

A-101 500 A-215 700 A-102 400 A-305 350 A-201 900 A-217 750 A-222 700

Downtown Brooklyn 9000000 Perryridge Horseneck 1700000

Round Hill Horseneck 8000000 Mianus Woodside 1000000 Redwood Princeton 2000000 Brighton Brooklyn 7000000 TênCN ThànhPhố TổngTiền

Redwood Princeton 2000000 A-222 700

Lindsay 336-66-9999 Park Pittsfield

45

Trang 46

Trang 47

Mô hình quan hệ

liệu và mối quan hệ

Johnson 192-83-7465 Alma Palo Alto Smith 019-28-3746 North Rye Hayes 677-89-9011 Main Harison Tuner 182-73-6091 Putnam Stamford Jones 321-12-3123 Main Harison Lindsay 336-66-9999 Park Pittsfield

A-101 A-215 A-102 A-305

Johnson 192-83-7465 Alma Palo Alto A-201

A-217 A-222

A-101 500 A-215 700 A-102 400 A-305 350 A-201 900 A-217 750 A-222 700

47

Trang 48

Mô hình hướng đối tượng

 Dữ liệu và mối quan hệ được biểu diễn bằng khái niệm đối tượng

48

Trang 49

Mô hình hướng đối tượng (tt)

class Account: public d_Object { private:

Trang 50

 Dữ liệu dưới dạng text

50

Trang 51

Trang 52

Ngôn ngữ CSDL

 Ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu

(DDL – Data Definition Language)

 Xác định ra lược đồ quan niệm

 Ngôn ngữ lưu trữ dữ liệu

(SDL – Storage Definition Language)

 Ngôn ngữ định nghĩa lược đồ trong

(VDL – View Definition Language)

 Ngôn ngữ định nghĩa lược đồ ngoài

Trang 54

Quản trị viên

 Cấp quyền truy cập CSDL

 Điều phối và giám sát việc sử dụng CSDL

Trang 55

Thiết kế viên

 Chịu trách nhiệm về

 Lựa chọn cấu trúc phù hợp để lưu trữ dữ liệu

 Quyết định những dữ liệu nào cần được lưu trữ

 Liên hệ với người dùng để nắm bắt được những yêu cầu và đưa ra một thiết kế CSDL thỏa yêu cầu này

 Có thể là 1 nhóm các DBA quản lý các CSDL sau khi việc thiết kế hoàn tất

Trang 56

 Người quản lý

 Thường xuyên truy vấn và cập nhật CSDL nhờ vào một

số các chức năng đã được xây dựng sẳn

 Nhân viên

 Thông thạo về HQT CSDL, tự xây dựng những truy vấn phức tạp cho công việc

 Kỹ sư, nhà khoa học, người phân tích,…

Trang 57

Mô hình dữ liệu

 Các khái niệm biểu diễn dữ liệu

 Các phép toán xử lý dữ liệu

Trang 58

Mô hình dữ liệu (tt)

 Cung cấp các khái niệm gần gũi với người dùng

 Mô hình phải tự nhiên và giàu ngữ nghĩa

 VD: mô hình thực thể kết hợp (ER), mô hình đối tượng…

Trang 59

Khoa TenMH

(0,n)

Hocky Gvien Nam

MaHP

Trang 60

Ví dụ mô hình đối tượng

SVien

Ten Lop Nganh

LapTKB() InBangDiem()

Diem

DiemTH DiemLT DiemPrj SuaDiem()

HPhan

Ten SLuong 0 *

Trang 61

Ví dụ mô hình quan hệ

SVien

MaSV Ten Lop Nganh

Hoc

MaSV MaHP DiemLT DiemTH

HPhan

MaHP SLuong MaMH

MHoc

MaMH TenMH Khoa TinChi

DKien

MaMH MaMHTruoc

Trang 64

Phân loại:

Hệ tập trung: Là các hệ mà trong đó phần CSDL được lưu

trữ tại 1 nơi, một vị trí nhất định

a Personal Database: Là Hệ CSDL nhỏ bao gồm 4

thành phần chính, trong hệ nầy thì người viết chương trình cũng là người sử dụng cuối đồng thời là người quản lý.

User Máy Tính HQTCSDL

Trang 65

b Central Database: Là một hệ đa người dùng từ thiết bị

đầu cuối tại đó có màn hình và bàn phím để trao đổi thông tin Mọi xử lý, tính toán được thực hiện tại trung tâm với 1 máy tính mạnh có thể xử lý nhiều yêu cầu User Máy Tính HQTCSDL

Trang 66

c Client/ Server Database: CSDL được tạo lập, lưu trữ

tại server, nhưng việc tính toán lại diễn ra ở các máy client Máy server không cần quá mạnh Hệ CSDL nầy có vẻ phân tán nhưng thực ra vẫn là hệ tập trung

vì dữ liệu đặt toàn bộ tại một chỗ.

Client Máy Tính Server

Trang 67

Hệ phân tán: Là những hệ CSDL được chia nhỏ thành

nhiều CSDL địa phương, trải ra trong 1 mạng máy tính

Mạng truyền thông

Phân loại:

Trang 68

Cấu trúc hệ thống tổng thể của Hệ quản trị CSDL.

Các thành phần của môi trường Hệ quản trị CSDL.

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	1,75 MB