【正文】 各個不同的單位。數(shù)據(jù)的組織方式、結構和格式都與新設計的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有相當?shù)牟罹?，組織數(shù)據(jù)錄入就要將各類源數(shù)據(jù)從各個局部應用中抽取出來，分類轉換，最后綜合成符合新設計的數(shù)據(jù)庫結構的形式，輸入數(shù)據(jù)庫。因此這樣的數(shù)據(jù)轉換、組織入庫的工作是相當費力費時的工作。特別是原系統(tǒng)是手工數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)時，各類數(shù)據(jù)分散在各種不同的原始表格、憑證、單據(jù)之中，數(shù)據(jù)輸入工作量更大。保證輸入數(shù)據(jù)正確性的方法：為提高數(shù)據(jù)輸入工作的效率和質量，應該針對具體的應用環(huán)境設計一個數(shù)據(jù)錄入子系統(tǒng)，由計算機來完成數(shù)據(jù)入庫的任務。在源數(shù)據(jù)入庫之前要采用多種方法對它們進行檢驗，以防止不正確的數(shù)據(jù)入庫。 17 ．什么是數(shù)據(jù)庫的再組織和重構造？為什么要進行數(shù)據(jù)庫的再組織和重構造？答：數(shù)據(jù)庫的再組織是指：按原設計要求重新安排存儲位置、回收垃圾、減少指針鏈等，以提高系統(tǒng)性能。數(shù)據(jù)庫的重構造則是指部分修改數(shù)據(jù)庫的模式和內(nèi)模式，即修改原設計的邏輯和物理結構。數(shù)據(jù)庫的再組織是不修改數(shù)據(jù)庫的模式和內(nèi)模式的。進行數(shù)據(jù)庫的再組織和重構造的原因：數(shù)據(jù)庫運行一段時間后，由于記錄不斷增、刪、改，會使數(shù)據(jù)庫的物理存儲情況變壞，降低了數(shù)據(jù)的存取效率，數(shù)據(jù)庫性能下降，這時 DBA 就要對數(shù)據(jù)庫進行重組織。 DBMS 一般都提供用于數(shù)據(jù)重組織的實用程序。數(shù)據(jù)庫應用環(huán)境常常發(fā)生變化，如增加新的應用或新的實體，取消了某些應用，有的實體與實體間的聯(lián)系也發(fā)生了變化等，使原有的數(shù)據(jù)庫設計不能滿足新的需求，需要調整數(shù)據(jù)庫的模式和內(nèi)模式。這就要進行數(shù)據(jù)庫重構造。 18 ．現(xiàn)有一局部應用，包括兩個實體：“出版社”和“作者”，這兩個實體是多對多的聯(lián)系，請讀者自己設計適當?shù)膶傩?，畫?ER圖，再將其轉換為關系模型（包括關系名、屬性名、碼和完整性約束條件）。答：關系模型為：作者（作者號，姓名，年齡，性別，電話，地址）出版社（出版社號，名稱，地址，聯(lián)系電話）出版（作者號，出版社號，書的數(shù)量）出版關系的主碼作者號，出版社號分別參照作者關系的主碼作者號和出版社關系的主碼出版社號。19 ．請設計一個圖書館數(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)庫中對每個借閱者保存讀者記錄，包括：讀者號，姓名，地址，性別，年齡，單位。對每本書存有：書號，書名，作者，出版社。對每本被借出的書存有讀者號、借出日期和應還日期。要求：給出 ER圖，再將其轉換為關系模型。 關系模型為：讀者（讀者號，姓名，地址，性別書（書號，書名，作者，出版社）借書（讀者號，書號，借出日期，年齡，單位）應還日期）第9章 關系查詢處理和查詢優(yōu)化1 ．試述查詢優(yōu)化在關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的重要性和可能性。答：重要性：關系系統(tǒng)的查詢優(yōu)化既是 RDBMS 實現(xiàn)的關鍵技術又是關系系統(tǒng)的優(yōu)點所在。它減輕了用戶選擇存取路徑的負擔。用戶只要提出“干什么”，不必指出“怎么干”。查詢優(yōu)化的優(yōu)點不僅在于用戶不必考慮如何最好地表達查詢以獲得較好的效率，而且在于系統(tǒng)可以比用戶程序的“優(yōu)化’夕做得更好?？赡苄裕哼@是因為： ( l ）優(yōu)化器可以從數(shù)據(jù)字典中獲取許多統(tǒng)計信息，例如關系中的元組數(shù)、關系中每個屬性值的分布情況、這些屬性上是否有索引、是什么索引（ B ＋樹索引還是 HASH 索引或惟一索引或組合索引）等。優(yōu)化器可以根據(jù)這些信息選擇有效的執(zhí)行計劃，而用戶程序則難以獲得這些信息。 ( 2 ）如果數(shù)據(jù)庫的物理統(tǒng)計信息改變了，系統(tǒng)可以自動對查詢進行重新優(yōu)化以選擇相適應的執(zhí)行計劃。在非關系系統(tǒng)中必須重寫程序，而重寫程序在實際應用中往往是不太可能的。 ( 3 ）優(yōu)化器可以考慮數(shù)十甚至數(shù)百種不同的執(zhí)行計劃，從中選出較優(yōu)的一個，而程序員一般只能考慮有限的幾種可能性。 ( 4 ）優(yōu)化器中包括了很多復雜的優(yōu)化技術，這些優(yōu)化技術往往只有最好的程序員才能掌握。系統(tǒng)的自動優(yōu)化相當于使得所有人都擁有這些優(yōu)化技術。2 ．對學生一課程數(shù)據(jù)庫有如下的查詢：此查詢要求信息系學生選修了的所有課程名稱。試畫出用關系代數(shù)表示的語法樹，并用關系代數(shù)表達式優(yōu)化算法對原始的語法樹進行優(yōu)化處理，畫出優(yōu)化后的標準語法樹。答：3 ．試述查詢優(yōu)化的一般準則。答：下面的優(yōu)化策略一般能提高查詢效率： ( l ）選擇運算應盡可能先做； ( 2 ）把投影運算和選擇運算同時進行； ( 3 ）把投影同其前或其后的雙目運算結合起來執(zhí)行； ( 4 ）把某些選擇同在它前面要執(zhí)行的笛卡兒積結合起來成為一個連接運算； ( 5 ）找出公共子表達式； ( 6 ）選取合適的連接算法。4 ．試述查詢優(yōu)化的一般步驟。答：各個關系系統(tǒng)的優(yōu)化方法不盡相同，大致的步驟可以歸納如下： ( l ）把查詢轉換成某種內(nèi)部表示，通常用的內(nèi)部表示是語法樹。 ( 2 ）把語法樹轉換成標準（優(yōu)化）形式。即利用優(yōu)化算法，把原始的語法樹轉換成優(yōu)化的形式。 ( 3 ）選擇低層的存取路徑。 ( 4 ）生成查詢計劃，選擇代價最小的。第10章 數(shù)據(jù)庫恢復技術1．試述事務的概念及事務的4 個特性。答：事務是用戶定義的一個數(shù)據(jù)庫操作序列，這些操作要么全做要么全不做，是一個不可分割的工作單位。事務具有4 個特性：原子性（Atomicity ）、一致性（consistency ）、隔離性( Isolation ）和持續(xù)性（Durability ）。這4 個特性也簡稱為ACID 特性。原子性：事務是數(shù)據(jù)庫的邏輯工作單位，事務中包括的諸操作要么都做，要么都不做。一致性：事務執(zhí)行的結果必須是使數(shù)據(jù)庫從一個一致性狀態(tài)變到另一個一致性狀態(tài)。隔離性：一個事務的執(zhí)行不能被其他事務干擾。即一個事務內(nèi)部的操作及使用的數(shù)據(jù)對其他并發(fā)事務是隔離的，并發(fā)執(zhí)行的各個事務之間不能互相干擾。持續(xù)性：持續(xù)性也稱永久性（Perfnanence ) ，指一個事務一旦提交，它對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的改變就應該是永久性的。接下來的其他操作或故障不應該對其執(zhí)行結果有任何影響。2 ．為什么事務非正常結束時會影響數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的正確性，請列舉一例說明之。答：事務執(zhí)行的結果必須是使數(shù)據(jù)庫從一個一致性狀態(tài)變到另一個一致性狀態(tài)。如果數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行中發(fā)生故障，有些事務尚未完成就被迫中斷，這些未完成事務對數(shù)據(jù)庫所做的修改有一部分已寫入物理數(shù)據(jù)庫，這時數(shù)據(jù)庫就處于一種不正確的狀態(tài)，或者說是不一致的狀態(tài)。例如某工廠的庫存管理系統(tǒng)中，要把數(shù)量為Q 的某種零件從倉庫1 移到倉庫2 存放。則可以定義一個事務T , T 包括兩個操作；Ql = Ql 一Q , Q2= Q2 + Q。 如果T 非正常終止時只做了第一個操作，則數(shù)據(jù)庫就處于不一致性狀態(tài)，庫存量無緣無故少了Q 。3 ．數(shù)據(jù)庫中為什么要有恢復子系統(tǒng)？它的功能是什么？答：因為計算機系統(tǒng)中硬件的故障、軟件的錯誤、操作員的失誤以及惡意的破壞是不可避免的，這些故障輕則造成運行事務非正常中斷，影響數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性，重則破壞數(shù)據(jù)庫，使數(shù)據(jù)庫中全部或部分數(shù)據(jù)丟失，因此必須要有恢復子系統(tǒng)?；謴妥酉到y(tǒng)的功能是：把數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復到某一已知的正確狀態(tài)（亦稱為一致狀態(tài)或完整狀態(tài)）。4 ．數(shù)據(jù)庫運行中可能產(chǎn)生的故障有哪幾類？哪些故障影響事務的正常執(zhí)行？哪些故障破壞數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)？答：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中可能發(fā)生各種各樣的故障，大致可以分以下幾類：（1）事務內(nèi)部的故障；（2）系統(tǒng)故障；（3）介質故障；（4）計算機病毒。事務故障、系統(tǒng)故障和介質故障影響事務的正常執(zhí)行；介質故障和計算機病毒破壞數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。5 ．數(shù)據(jù)庫恢復的基本技術有哪些？答：數(shù)據(jù)轉儲和登錄日志文件是數(shù)據(jù)庫恢復的基本技術。當系統(tǒng)運行過程中發(fā)生故障，利用轉儲的數(shù)據(jù)庫后備副本和日志文件就可以將數(shù)據(jù)庫恢復到故障前的某個一致性狀態(tài)。6 ．數(shù)據(jù)庫轉儲的意義是什么？試比較各種數(shù)據(jù)轉儲方法。答：數(shù)據(jù)轉儲是數(shù)據(jù)庫恢復中采用的基本技術。所謂轉儲即DBA 定期地將數(shù)據(jù)庫復制到磁帶或另一個磁盤上保存起來的過程。當數(shù)據(jù)庫遭到破壞后可以將后備副本重新裝入，將數(shù)據(jù)庫恢復到轉儲時的狀態(tài)。靜態(tài)轉儲：在系統(tǒng)中無運行事務時進行的轉儲操作，如上圖所示。靜態(tài)轉儲簡單，但必須等待正運行的用戶事務結束才能進行。同樣，新的事務必須等待轉儲結束才能執(zhí)行。顯然，這會降低數(shù)據(jù)庫的可用性。動態(tài)轉儲：指轉儲期間允許對數(shù)據(jù)庫進行存取或修改。動態(tài)轉儲可克服靜態(tài)轉儲的缺點，它不用等待正在運行的用戶事務結束，也不會影響新事務的運行。但是，轉儲結束時后援副本上的數(shù)據(jù)并不能保證正確有效。因為轉儲期間運行的事務可能修改了某些數(shù)據(jù)，使得后援副本上的數(shù)據(jù)不是數(shù)據(jù)庫的一致版本。為此，必須把轉儲期間各事務對數(shù)據(jù)庫的修改活動登記下來，建立日志文件( 109 file ）。這樣，后援副本加上日志文件就能得到數(shù)據(jù)庫某一時刻的正確狀態(tài)。轉儲還可以分為海量轉儲和增量轉儲兩種方式。海量轉儲是指每次轉儲全部數(shù)據(jù)庫。增量轉儲則指每次只轉儲上一次轉儲后更新過的數(shù)據(jù)。從恢復角度看，使用海量轉儲得到的后備副本進行恢復一般說來更簡單些。但如果數(shù)據(jù)庫很大，事務處理又十分頻繁，則增量轉儲方式更實用更有效。7 ．什么是日志文件？為什么要設立日志文件？答：（1）日志文件是用來記錄事務對數(shù)據(jù)庫的更新操作的文件。（2）設立日志文件的目的是：進行事務故障恢復；進行系統(tǒng)故障恢復；協(xié)助后備副本進行介質故障恢復。8 ．登記日志文件時為什么必須先寫日志文件，后寫數(shù)據(jù)庫？答：把對數(shù)據(jù)的修改寫到數(shù)據(jù)庫中和把表示這個修改的日志記錄寫到日志文件中是兩個不同的操作。有可能在這兩個操作之間發(fā)生故障，即這兩個寫操作只完成了一個。如果先寫了數(shù)據(jù)庫修改，而在運行記錄中沒有登記這個修改，則以后就無法恢復這個修改了。如果先寫日志，但沒有修改數(shù)據(jù)庫，在恢復時只不過是多執(zhí)行一次UNDO 操作，并不會影響數(shù)據(jù)庫的正確性。所以一定要先寫日志文件，即首先把日志記錄寫到日志文件中，然后寫數(shù)據(jù)庫的修改。9 ．針對不同的故障，試給出恢復的策略和方法。（即如何進行事務故障的恢復？系統(tǒng)故障的恢復？介質故障恢復？) 答：事務故障的恢復：事務故障的恢復是由DBMS DBMs 執(zhí)行恢復步驟是：自動完成的，對用戶是透明的。（1）反向掃描文件日志（即從最后向前掃描日志文件），查找該事務的更新操作；（2）對該事務的更新操作執(zhí)行逆操作，即將日志記錄中“更新前的值”寫入數(shù)據(jù)庫；（3）繼續(xù)反向掃描日志文件，做同樣處理；（4）如此處理下去，直至讀到此事務的開始標記，該事務故障的恢復就完成了。系統(tǒng)故障的恢復：系統(tǒng)故障可能會造成數(shù)據(jù)庫處于不一致狀態(tài)：一是未完成事務對數(shù)據(jù)庫的更新可能已寫入數(shù)據(jù)庫；二是已提交事務對數(shù)據(jù)庫的更新可能還留在緩沖區(qū)，沒來得及寫入數(shù)據(jù)庫。因此恢復操作就是要撤銷（UNDO ）故障發(fā)生時未完成的事務，重做（REDO ）已完成的事務。系統(tǒng)的恢復步驟是：（1）正向掃描日志文件，找出在故障發(fā)生前已經(jīng)提交的事務隊列（REDO 隊列）和未完成的事務隊列（unDO 隊列）。（2）對撤銷隊列中的各個事務進行UNDO 處理。進行UNDO 處理的方法是，反向掃描日志文件，對每個UNDO 事務的更新操作執(zhí)行逆操作，即將日志記錄中“更新前的值”Before Image ）寫入數(shù)據(jù)庫。( 3 ）對重做隊列中的各個事務進行REDO 處理。進行REDO 處理的方法是：正向掃描日志文件，對每個REDO 事務重新執(zhí)行日志文件登記的操作。即將日志記錄中“更新后的值”After , Image ）寫入數(shù)據(jù)庫。介質故障的恢復：介質故障是最嚴重的一種故障?；謴头椒ㄊ侵匮b數(shù)據(jù)庫，然后重做已完成的事務。具體過程是：( 1 ) DBA 裝入最新的數(shù)據(jù)庫后備副本（離故障發(fā)生時刻最近的轉儲副本）, 使數(shù)據(jù)庫恢復到轉儲時的一致性狀態(tài)；( 2 ) DBA 裝入轉儲結束時刻的日志文件副本；( 3 ) DBA 啟動系統(tǒng)恢復命令，由DBMS 完成恢復功能，即重做已完成的事務。10 ．什么是檢查點記錄？檢查點記錄包括哪些內(nèi)容？答：檢查點記錄是一類新的日志記錄。它的內(nèi)容包括：① 建立檢查點時刻所有正在執(zhí)行的事務清單② 這些事務的最近一個日志記錄的地址。11 ．具有檢查點的恢復技術有什么優(yōu)點？試舉一個具體的例子加以說明。答答：利用日志技術進行數(shù)據(jù)庫恢復時，恢復子系統(tǒng)必須搜索日志，確定哪些事務需要REDO ，哪些事務需要UNDO 。一般來說，需要檢查所有日志記錄。這樣做有兩個問題：一是搜索整個日志將耗費大量的時間；二是很多需要REDO 處理的事務實際上已經(jīng)將它們的更新操作結果寫到數(shù)據(jù)庫中了，恢復子系統(tǒng)又重新執(zhí)行了這些操作，浪費了大量時間。檢查點技術就是為了解決這些問題。在采用檢查點技術之前，恢復時需要從頭掃描日志文件，而利用檢查點技術只需要從T 。開始掃描日志，這就縮短了掃描日志的時間。事務Tl 的更新操作實際上已經(jīng)寫到數(shù)據(jù)庫中了，進行恢復時沒有必要再REDO 處理，采用檢查點技術做到了這一點。12 ．試述使用檢查點方法進行恢復的步驟。答：（1）從重新開始文件（見第11 題的圖）中找到最后一個檢查點記錄在日志文件中的地址，由該地址在日志文件中找到最后一個檢查點記錄。（2）由該檢查點記錄得到檢查點建立時刻所有正在執(zhí)行的事務清單ACTIVE 一LIST 。這里建立兩個事務隊列：1 ) UNDO 一LIST ：需要執(zhí)行undo 操作的事務集合；2 ) REDO 一LIST ：需要執(zhí)行redo 操作的事務集合。把ACTIVE 一LIST 暫時放入UNDO 一LIST 隊列，REDO 隊列暫為空。3 ）從檢查點開始正向掃描日志文件：① 如有新開始的事務T * ，把T ＊暫時放入uNDO 一LlsT 隊列；② 如有提交的事務毛，把毛從UNDO 一LIST 隊列移到REDO 一LIST 隊列，直到日志文件結束；4 ）對UNDO 一LIST 中的每個事務執(zhí)行UNDO 操作，對REDO 一LIST 中的每個事務執(zhí)行REDO 操作。13 ．什么是數(shù)據(jù)庫鏡像？它有什么用途？答：數(shù)據(jù)庫鏡像即根據(jù)DBA 的要求，自動把整個數(shù)據(jù)庫或者其中的部分關鍵數(shù)據(jù)復制到另一個磁盤上。每當主數(shù)據(jù)庫更新時，DBMS 自動把更新后的數(shù)據(jù)復制過去，即DBMS 自動保證鏡像數(shù)