Вопросы по курсу «Базы данных»

Вопросы по курсу «Базы данных»
1. Модель “Сущность-связь” (ER-модель). Элементы модели: сущность,
атрибут, связь, идентификатор. Типы связей. Степень связи.
Минимальная и максимальная кардинальности связей. Слабые
сущности. Подтипы сущностей.
Работа с базой данных начинается с построения модели предметной области.
Наиболее распространенной является ER-модель (entity-relationship model) – модель
“Сущность-связь”. Будем использовать простую систему обозначений, предложенную
Питером Ченом
Сущность (объект)
Сотрудник
Атрибут сущности (свойство,
характеризующее объект)
ФИО
Ключевой атрибут (атрибут, входящий
в первичный ключ)
Номер
Связь
Работает
Первичный ключ, идентификатор – атрибут или группа атрибутов, однозначно
идентифицирующих объект.
Первичный ключ может состоять из нескольких атрибутов, тогда подчеркивается каждый
из них.
Объект и его атрибуты соединяются ненаправленными дугами.
Связи между объектами могут быть 3-х типов:
Один – к одному. Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида
соответствует не более одного объекта второго вида, и наоборот. Например: сотрудник
может руководить только одним отделом, и у каждого отдела есть только один
руководитель.
Один – ко многим. Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида
может соответствовать более одного объекта второго вида, но каждому объекту второго
вида соответствует не более одного объекта первого вида. Например: в каждом отделе
может быть множество сотрудников, но каждый сотрудник работает только в одном
отделе.
Многие – ко многим. Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида
может соответствовать более одного объекта второго вида, и наоборот. Например: каждый
счет может включать множество товаров, и каждый товар может входить в разные счета.
Ромб связи и прямоугольник объекта соединяются ненаправленными дугами в
сторону “ко многим” и направленными в сторону “к одному”.
На диаграмме иногда также указывают так называемые кардинальные числа связей.
Минимальная кардинальность связи показывает, является ли связь обязательной
для данной сущности (0 – необязательная, 1 – обязательная).
Максимальная кардинальность связи показывает, сколько сущностей данного вида
может участвовать в связи (1 или М).
Связь может соединять сущность саму с собой, например:
Если связь соединяет две сущности, она называется бинарной.
Связь может соединять более двух сущностей, например, связь, соединяющая три
сущности, называется тернарной:
Иногда используют также понятие “слабая сущность”. Это сущность, которая не
может быть однозначно идентифицирована с помощью собственных атрибутов, а только
через связь с другой сущностью.
Пусть, например, номер сотрудника является уникальным только в пределах
отдела, т.е. в разных отделах могут быть сотрудники с одинаковыми номерами.
Уникальной в данном случае будет комбинация атрибутов “номер_сотрудника, номер
отдела”. Сущность “Сотрудник” является слабой.
На схеме слабые сущности обозначаются двойными линиями.
Слабая сущность
Связь слабой сущности
Сотрудник
Работает
Иногда для более удобной классификации используются так называемые подтипы
сущностей. Их обозначают с помощью треугольника с надписью “есть” (т.е., “является”).
Пусть, например, среди контрагентов могут быть как физические, так и юридические
лица. Поскольку они имеют разные атрибуты, то удобно создать для них подтипы:
2. Реляционная модель. Основные понятия: таблица (отношение), кортеж,
домен, первичный ключ.
Преобразование
ER-модели
в
реляционную модель.
Реляционная модель данных – самая распространенная из существующих сейчас
моделей данных, основана на понятии таблицы или отношения (relation), эту модель
предложил в 1970 г. Э.Ф.Кодд.
Отношение (таблица) – это подмножество декартова произведения списка доменов.
Пример: пусть у нас есть три домена:
D1 ={1,2,5}, D2={a,b}, D3={C,D,E}. Их декартово произведение:
D1D2D3={(1, a, C), (1, a, D), (1, a, E), (1, b, C), (1, b, D), (1, b, E),
(2, a, C), (2, a, D), (2, a, E), (2, b, C), (2, b, D), (2, b, E),
(5, a, C), (5, a, D), (5, a, E), (5, b, C), (5, b, D), (5, b, E)}. Любое подмножество этого
множества представляет собой отношение.
Домен – это область определения атрибута объекта (столбца таблицы).
Кортеж, или запись – это строка таблицы.
Таблицы удобнее называть существительными во множественном числе.
Отделы(Ном_отд, Назв_отд, Ном_сотр)
Поле Ном_сотр содержит номер сотрудника-руководителя отдела – преобразование
связи 1:1 ”Руководит”.
Сотрудники (Ном_сотр, ФИО, Должность, Ном_отд)
Ном_отд появился в результате преобразования связи М:1 ”Работает”, в ключ он не
входит.
Предприятия (Ном_пред, Наз_пред, Адрес)
Название предприятия неудобно использовать в качестве ключа, добавим новое поле
Ном_пред.
Договоры(Ном_дог, Дата_дог, Тип_дог, Ном_сотр, Ном_пред)
Ном_сотр появился в результате преобразования связи М:1 ”Курирует”, Ном_пред
появился в результате преобразования связи М:1 ”Заключило”.
Счета(Ном_сч, Дата_сч, Срок_сч, Сумма_сч, Ном_дог)
Ном_дог появился в результате преобразования связи М:1 ”Выставлен”, в ключ он не
входит.
Платежи(Ном_пл, Ном_сч, Дата_пл, Сумма_пл)
Ном_сч появился в результате преобразования слабой сущности ”Платеж”, это поле
входит в ключ!
Товары/услуги(Ном_ту, Назв_ту, Цена_ту)
Название товара неудобно использовать в качестве ключа, добавим новое уникальное
поле Ном_ту.
Протоколы_счетов(Ном_сч, Ном_ту, Количество, Цена)
Эта таблица появилась в результате преобразования бинарной связи М:М “Включает”,
ключ состоит из ключевых полей обеих сущностей.
3. Реляционная алгебра (РА). Операции: проекция, выбор, соединение,
произведение.
РА представляет собой математический аппарат для работы с объектами-отношениями
(таблицами). Кроме РА, существуют также теории реляционного исчисления на доменах и
реляционного исчисления на кортежах, эквивалентные теории РА.
Операндами и результатами операций в РА являются отношения (таблицы).
Схема отношения – список столбцов таблицы с их именами и
типами.
Пример реляционной модели “Поставка деталей” (подчеркнуты ключевые поля):
ДЕТАЛЬ
ПОСТАВЩИК
КЛИЕНТ
ПОСТАВКА
(ДИмя, ДНомер, ДМодель, ДЦена)
(ПИмя, ПНомер, Город)
(КИмя, КНомер, Город)
(ДНомер, ПНомер, КНомер, Дата, Колво)
Унарные операции:
Проекция
proj список_полей (Таблица) – выполняется в два этапа:
сначала выбираются нужные столбцы,
затем вычеркиваются повторяющиеся строки.
Пример: найти все названия поставщиков и города, в которых они находятся
proj ПИмя, Город (ПОСТАВЩИК)
Выбор
sel условие (Таблица)
Из таблицы выбираются только те строки, которые отвечают заданному условию. Для
формирования сложных условий используются логические связки AND, OR, NOT.
Строки-константы задаются в кавычках.
Схема таблицы-результата совпадает со схемой исходной таблицы.
Пример: найти все детали модели МС550:
sel ДМодель=”МС550”(ДЕТАЛЬ)
Бинарные операции:
приоритет унарных операций выше, чем бинарных.
Соединение
Таблица1 join Таблица2
Для того чтобы результат существовал, нужно, чтобы операнды имели одноименные поля.
В схему таблицы-результата входят все поля из обеих таблиц, одноименные поля входят
только один раз.
Операция выполняется по следующим правилам: каждая строка первой таблицы
соединяется с каждой строкой второй таблицы, если они имеют одинаковые значения в
одноименных полях. Соединение может выполняться по одному полю или по нескольким
полям.
Пример: напечатать всевозможные пары Поставщик-Клиент, находящиеся в одном
городе.
proj ПИмя, КИмя (ПОСТАВЩИК join КЛИЕНТ)
Умножение (декартово произведение)
Таблица1 product Таблица2
В схему результирующей таблицы входят все поля обоих операндов. Поскольку имена
полей могут совпадать, используются составные имена полей: Имя_таблицы.Имя_поля.
Результат формируется следующим образом: каждая строка первой таблицы сцепляется с
каждой строкой второй таблицы.
Пример: получить всевозможные пары Поставщик-Клиент.
proj ПИмя, КИмя (ПОСТАВЩИК product КЛИЕНТ)
4. Реляционная алгебра (РА). Операции: объединение, пересечение,
вычитание, деление.
РА представляет собой математический аппарат для работы с объектами-отношениями
(таблицами). Кроме РА, существуют также теории реляционного исчисления на доменах и
реляционного исчисления на кортежах, эквивалентные теории РА.
Операндами и результатами операций в РА являются отношения (таблицы).
Схема отношения – список столбцов таблицы с их именами и типами.
Пример реляционной модели “Поставка деталей” (подчеркнуты ключевые поля):
ДЕТАЛЬ
ПОСТАВЩИК
КЛИЕНТ
ПОСТАВКА
(ДИмя, ДНомер, ДМодель, ДЦена)
(ПИмя, ПНомер, Город)
(КИмя, КНомер, Город)
(ДНомер, ПНомер, КНомер, Дата, Колво)
Следующие три операции аналогичны операциям над множествами.
Поскольку в РА операндами являются таблицы, требуется, чтобы схемы обоих
операндов были одинаковыми. Таблицы-результаты имеют те же схемы, что и
операнды.
Объединение
Таблица1 union Таблица2
Строка попадает в результирующую таблицу, если она присутствует или в первом, или во
втором операнде. Дубликаты в результат не включаются.
Пример: напечатать названия городов, в которых есть либо Поставщик, либо Клиент (хотя
бы один).
proj Город (ПОСТАВЩИК) union proj Город (КЛИЕНТ)
Пересечение
Таблица1 intersection Таблица2
Строка попадает в результирующую таблицу, если она присутствует как в первом, так и
во втором операнде.
Пример: напечатать названия городов, в которых есть и Поставщик, и Клиент.
proj Город (ПОСТАВЩИК) intersection proj Город (КЛИЕНТ)
Вычитание
Таблица1 difference Таблица2
Строка попадает в результирующую таблицу, если она присутствует в первом, но не
присутствует во втором операнде.
Пример: напечатать названия городов, в которых есть Поставщики, но нет Клиентов.
proj Город (ПОСТАВЩИК) difference proj Город (КЛИЕНТ)
Деление
Таблица1 division Таблица2
Для применения этой операции требуется, чтобы схема второго операнда была
подмножеством схемы первого операнда. В схему результата попадают столбцы первой
таблицы, которых нет во второй таблице.
Результат формируется следующим образом: строка попадает в результат, если в первой
таблице она сцеплена со всеми строками второй таблицы. Например:
Таблица1
Таблица 2
Таблица1 division Таблица2
F1
F2
F3
A
1
z
F1
F2
F3
B
1
z
A
1
z
C
1
z
B
A
2
d
C
B
2
d
A
5
q
C
5
q
Пример: получить номера Поставщиков, которые выполняли поставки всем Клиентам из
Москвы.
proj ПНомер, КНомер (ПОСТАВКА)
division
proj КНомер (sel Город= “Москва”(КЛИЕНТ))
5. Теория нормализации. Теорема Хита. Первая,
Бойса-Кодда, четвертая нормальные формы.
вторая, третья,
Реляционная модель данных – самая распространенная из существующих сейчас
моделей данных, основана на понятии таблицы или отношения (relation), эту модель
предложил в 1970 г. Э.Ф.Кодд.
Цели теории нормализации:
-
устранение дублирования информации;
решение проблемы “присоединенных записей” (см. ниже).
Ключ-кандидат таблицы – поле или набор полей, однозначно идентифицирующий
кортеж. Обычно один из ключей-кандидатов выбирается в качестве первичного ключа.
Функциональная зависимость. Пусть X и Y – списки полей таблицы. Говорят, что Y
функционально зависит от X, если каждому значению X соответствует единственное
значение Y.
Полная функциональная зависимость. Пусть X и Y – списки полей таблицы. Говорят,
что Y находится в полной функциональной зависимости от X, если:
1) Y функционально зависит от X;
2) Y функционально не зависит ни от какого подмножества X’  X, X’  X.
Полная декомпозиция таблицы – это набор произвольного числа ее проекций,
соединение которых совпадает с исходной таблицей.
Теорема Хита (устанавливает связь между функциональной зависимостью и полной
декомпозицией таблицы).
Пусть схема таблицы разбита на 3 непересекающиеся части: H, J, K. Если K
функционально зависит от J, то выполняется утверждение:
Таблица = proj H,J (Таблица) join proj J,K (Таблица)
Процесс нормализации заключается в переходе от исходной таблицы к ее полной
декомпозиции вплоть до получения таблиц в пятой нормальной форме.
Первая нормальная форма – таблица находится в 1НФ тогда и только тогда, когда в
каждом ее поле (на пересечении строки и столбца) находится ровно одно значение (не
более одного и не ноль значений, специально для выполнения этого требования
придумано значение NULL).
Пример нарушения 1НФ: в поле Номер_телефона указано несколько номеров через
запятую.
Вторая нормальная форма - таблица находится в 2НФ тогда и только тогда,
когда каждое неключевое поле таблицы связано полной функциональной зависимостью с
первичным ключом.
Пример нарушения 2НФ: рассмотрим таблицу:
Заказы (Номер_заказа, Код_товара, Описание_товара, Количество)
Описание_товара функционально зависит от Код_товара, т.е, от части ключа. Применяя
теорему Хита, разобьем эту таблицу на 2 проекции:
Заказы2 (Номер_заказа, Код_товара, Количество)
Товары (Код_товара, Описание_товара)
Если товар пока не входит ни в какой заказ, то в исходной таблице его хранить нельзя –
такие записи называют присоединенными.
Третья нормальная форма - таблица находится в 3НФ тогда и только тогда, когда она
находится во 2НФ, и не существует функциональных зависимостей между неключевыми
полями.
Пример нарушения 3НФ: рассмотрим таблицу:
Сотрудники (Табельный_номер, ФИО, Номер_отдела, Название_отдела)
Название_отдела функционально зависит от Номер_отдела т.е, от неключевого поля.
Применяя теорему Хита, разобьем эту таблицу на 2 проекции:
Сотрудники2 (Табельный_номер, ФИО, Номер_отдела)
Отделы (Номер_отдела, Название_отдела)
Примечание: Обычно на практике достаточно ограничиться таблицами в 3НФ, остальные
нормальные формы нарушаются редко и представляют только теоретический интерес.
Нормальная форма Бойса-Кодда- таблица находится в НФБК тогда и только тогда,
когда любая функциональная зависимость сводится к полной функциональной
зависимости от ключа-кандидата (т.е., нет функциональных зависимостей ключевых
полей от неключевых).
Пример нарушения НФБК: рассмотрим таблицу (предполагается, что нет одинаковых
городов):
Адреса (Индекс, Город, Улица)
Город функционально зависит от Индекс.
Разбивать такую таблицу на 2 проекции не стоит. Лучше смириться с таким нарушением.
Четвертая нормальная форма - таблица находится в 4НФ тогда и только тогда, когда в
каждой полной декомпозиции, состоящей из двух проекций, каждая проекция содержит
ключ-кандидат исходной таблицы.
Пример нарушения 4НФ: рассмотрим таблицу
Сотрудник
Фамилия
Знание_языка
Имя_ребенка
Смит
Английский
Джон
Смит
Английский
Мери
Смит
Немецкий
Джон
Смит
Немецкий
Мери
Это нарушение происходит из-за того, что два множественных атрибута объекта
(т.е., такие атрибуты, которых у каждого объекта может быть несколько) поместили в
одну и ту же таблицу, в то время как для каждого множественного свойства нужно
создавать отдельную таблицу (по правилам построения реляционной модели из ERмодели). Эту таблицу нужно разбить на две:
Фамилия
Знание_языка
Фамилия
Имя_ребенка
Смит
Английский
Смит
Джон
Смит
Немецкий
Смит
Мери
Пятая нормальная форма - таблица находится в 5НФ тогда и только тогда, когда в
каждой ее полной декомпозиции каждая проекция содержит ключ-кандидат исходной
таблицы. Пример таблицы, находящейся в 4НФ, но не в 5НФ, найти очень трудно.
6. Язык SQL (язык структурированных запросов):
- DDL (язык описания данных);
- DML (язык манипулирования данными);
- DQL (язык запросов к данным), его связь с реляционной алгеброй.
Политики ссылочной целостности.
Structured Query Language – стандартный язык управления реляционными базами
данных с архитектурой клиент-сервер.
Правило №5 д-ра Кодда (из правил-требований к реляционной модели) гласит: язык
доступа к данным должен быть единственным способом доступа к данным в реляционной
СУБД.
Составные части SQL:
DDL – data definition language (язык определения данных)
включает всевозможные команды создания (CREATE), удаления (DROP) и изменения
структуры (ALTER) объектов, таких, как таблицы (TABLE), представления (VIEW),
триггеры (TRIGGER), пользователи (USER) и т.п.
Пример создания таблицы “Организации”:
CREATE TABLE k_firm
(firm_num NUMERIC(6) IDENTITY PRIMARY KEY,
firm_name VARCHAR(100)
NOT NULL,
firm_addr VARCHAR(100)
);
Пример создания таблицы “Договоры”:
CREATE TABLE k_contract
(contract_num NUMERIC(6) IDENTITY PRIMARY KEY,
contract_date DATETIME DEFAULT GETDATE(),
contract_type CHAR(1)
CHECK (contract_type IN ('A','B','C')),
firm_num NUMERIC(6) NOT NULL,
CONSTRAINT fk_contract_firm_num FOREIGN KEY (firm_num)
REFERENCES k_firm (firm_num)
);
DML - data manipulation language (язык манипулирования данными)
включает команды INSERT, DELETE, UPDATE.
Команда добавления строк в таблицу:
INSERT [INTO] имя_таблицы [(список_полей)]
VALUES (список_значений)
Команда обновления строк таблицы:
UPDATE имя_таблицы
SET поле1=выражение1 [,... , полеN=ВыражениеN]
[WHERE условие]
Команда удаления строк таблицы:
DELETE [FROM] имя_таблицы [WHERE условие]
DQL – data query language (язык запросов к данным)
содержит огромную команду SELECT, имеющую возможности:
- выборки из одной или из нескольких таблиц,
- использования условий отбора,
- сортировки,
- использования подзапросов,
- использования агрегатных функций,
- группировки,
- объединения запросов.
Примеры запросов приведите самостоятельно.
Все операции реляционной алгебры могут быть выражены с помощью команды SELECT.
Приведите пример:
Получить имена композиторов
proj ИмяМуз (Музыканты join Сочинения)
Можно использовать связь таблиц через условие WHERE:
SELECT DISTINCT ИмяМуз FROM Музыканты М, Сочинения С WHERE С.НомМуз=М.НомМуз
Можно использовать более современный синтаксис JOIN ... ON
SELECT DISTINCT ИмяМуз FROM Музыканты М JOIN Сочинения С ON С.НомМуз=М.НомМуз
Политика ссылочной целостности может быть пяти видов:
 IGNORE – игнорировать,
 RESTRICT – запрещать,
 CASCADE – каскадная обработка,
 SET DEFAULT – назначать значения по умолчанию,
 SET NULL – назначать NULL-значения.
Политика IGNORE означает, что мы не предусматриваем никаких проверок и
ограничений.
Политика RESTRICT действует, когда мы применяем ограничения внешних ключей.
При использовании политики CASCADE мы должны предусмотреть собственную
программную обработку, т.е. при изменении родительских таблиц вносить изменения в
дочерние таблицы программным образом.
Политика SET DEFAULT состоит в том, что при изменении данных в родительских
таблицах дочерним назначаются значения по умолчанию. Например, при удалении отдела
мы можем записать его сотрудников в некоторый другой отдел, который мы считаем
отделом по умолчанию.
Политика SET NULL похожа на предыдущую, только мы назначаем NULL-значения.
7. Язык SQL (язык структурированных запросов):
- CCL (язык управления курсорами);
- TPL (язык управления транзакциями);
- DCL (язык управления доступом к данным).
Хранимые процедуры. Триггеры.
Structured Query Language – стандартный язык управления реляционными базами
данных с архитектурой клиент-сервер.
Правило №5 д-ра Кодда (из правил-требований к реляционной модели) гласит: язык
доступа к данным должен быть единственным способом доступа к данным в реляционной
СУБД.
Составные части SQL:
CCL – cursor control language (язык управления курсорами )
Cursor – current set of record - временный набор записей, позволяющий обрабатывать
каждую запись по отдельности. . Необходимость использования курсоров возникла
потому, что команды изменения данных (UPDATE, DELETE) применяются к таблице
целиком и поэтому являются достаточно “грубыми” для разнообразной “тонкой” работы.
Стандартные операции по работе с курсором:
- объявление курсора
DECLARE имя_курсора CURSOR FOR SELECT команда
- открытие курсора
OPEN имя_курсора
получение значений из текущей строки и передвижение указателя на следующую
строку:
FETCH имя_курсора INTO переменные
- закрытие курсора
CLOSE имя_курсора
-
TPL – transaction processing language (язык проведения транзакций)
Транзакция – группа команд языка SQL, которая либо выполняется полностью, либо не
выполняется вообще.
Стандартные команды для работы с транзакциями:
BEGIN TRAN – начало транзакции,
ROLLBACK TRAN – откат, отмена транзакции; все изменения, сделанные с начала
транзакции, будут отменены,
COMMIT TRAN – завершение, подтверждение транзакции; все изменения, сделанные с
начала транзакции, будут зафиксированы.
До момента подтверждения транзакции все измененные данные записываются в журнал
транзакций, и только после фиксации транзакции данные переносятся собственно в
таблицы.
DCL – data control language (язык управления данными)
содержит команды предоставления (GRANT) и отнимания (REVOKE) прав доступа, а
также запрета доступа (DENY).
Примеры:
предоставление прав на выборку и изменение данных в таблице k_contract
пользователю public:
GRANT SELECT, UPDATE ON k_contract TO public
запрет удаления данных из таблицы k_contract пользователю public:
DENY DELETE ON k_contract FROM public
Каждая СУБД имеет свой собственный “диалект” SQL, включающий, кроме основ SQL,
команды управления (циклы, условия), функции и пр. средства:
ORACLE – PL/SQL,
MS SQL Server – Transact SQL,
и т.п.
Хранимые процедуры – это объекты базы данных, которые представляют собой
небольшие программы, манипулирующие данными и выполняемые на сервере. Эти
программы, кроме команд языка SQL, могут использовать немногочисленные
управляющие команды.
Триггеры – это хранимые процедуры специального вида, которые автоматически
выполняются при изменении таблицы с помощью операторов INSERT, UPDATE и
DELETE. Триггер создается для определенной таблицы, но может использовать данные
других таблиц и объекты других баз данных.
Существует 3 типа триггеров: INSERT, UPDATE и DELETE. Правила работы с
триггерами следующие:
-
триггеры запускаются только после выполнения вызвавшего их оператора;
-
если при выполнении оператора возникает нарушение какого-либо ограничения или
другая ошибка, триггер не срабатывает;
-
триггер и вызвавший его оператор образует транзакцию. Если нужно из триггера
отменить вызвавшую его операцию, следует выполнить откат транзакции
ROLLBACK;
-
триггер срабатывает один раз для каждого оператора, независимо от количества
изменяемых им записей.
Пример триггера, который реализует каскадное удаление: при удалении счета (в таблице
k_bill) удаляет все строки этого счёта (в таблице k_protokol).
CREATE TRIGGER del_bill
ON k_bill FOR DELETE
AS
DELETE FROM k_protokol WHERE bill_num IN
(SELECT bill_num FROM Deleted d)
8. Транзакции. Проблема потерянного обновления. Уровни изоляции
транзакций: сериализуемость, воспроизводимое чтение, завершенное
чтение, незавершенное чтение и связанные с ними проблемы: “грязное”
чтение, невоспроизводимое чтение, фантомное чтение.
Транзакция – группа SQL-команд, которые либо выполняются все вместе, либо не
выполняется ни одна из них. Примером может служить перевод средств с одного счёта на
другой – на первом счете сумма уменьшается, на втором счёте сумма увеличивается. Если
будет выполнена только одна из этих команд, возникнет несогласованность данных.
Проблеме потерянного обновления возникает при параллельном доступе нескольких
пользователей к одним и тем же данным. Если несколько пользователей захотят изменить
данные, то изменения, сделанные предыдущими пользователями, могут быть потеряны. С
этой проблемой борются посредством наложения блокировок на данные и изоляции
транзакций друг от друга.
Уровни изолированности транзакций:
- Serializable – самый надежный, но и самый медленный уровень изолированности,
транзакции выполняются последовательно, друг за другом.
- Repeatable read – при повторном чтении данных результат будет точно таким же, как и
при первом чтении, даже если данные были изменены.
- Read commited – допускается читать только данные завершенных транзакций.
- Read uncommited - допускается читать “грязные данные”, т.е., данные незавершенных
транзакций.
Возникающие проблемы:
- «Грязное» чтение
- Невоспроизводимое чтение
- Фантомное чтение
1. Уровень изоляции READ UNCOMMITTED, проблема «грязного» чтения есть.
-- Процесс 1
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL
READ UNCOMMITTED
BEGIN TRAN
-- Процесс 2
SELECT COUNT(*) FROM k_bill
-- Результат: 10
BEGIN TRAN
DELETE FROM k_bill WHERE
bill_num=1
-- Строк обработано:1
SELECT COUNT(*) FROM k_bill
-- Результат: 9
ROLLBACK TRAN
SELECT COUNT(*) FROM k_bill
-- Результат: 10
COMMIT TRAN
2. Уровень изоляции READ COMMITTED, проблемы «грязного» чтения нет.
-- Процесс 1
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL
READ COMMITTED
BEGIN TRAN
SELECT COUNT(*) FROM k_bill
-- Результат: 10
-- Процесс 2
BEGIN TRAN
DELETE FROM k_bill WHERE
bill_num=1
-- Строк обработано:1
SELECT COUNT(*) FROM k_bill
-- Результат: ожидание
ROLLBACK TRAN
-- Результат: 10
COMMIT TRAN
3. Уровень изоляции READ COMMITTED, проблема невоспроизводимого чтения есть.
-- Процесс 1
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL
READ COMMITTED
BEGIN TRAN
SELECT COUNT(*) FROM k_bill
-- Результат: 10
-- Процесс 2
BEGIN TRAN
DELETE FROM k_bill WHERE
bill_num=1
-- Строк обработано:1
COMMIT TRAN
SELECT COUNT(*) FROM k_bill
-- Результат: 9
COMMIT TRAN
4. Уровень изоляции REPEATABLE READ, проблемы невоспроизводимого чтения нет.
-- Процесс 1
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL
REPEATABLE READ
BEGIN TRAN
SELECT COUNT(*) FROM k_bill
-- Результат: 10
-- Процесс 2
BEGIN TRAN
DELETE FROM k_bill WHERE
bill_num=1
-- Результат: ожидание
COMMIT TRAN
-- Строк обработано:1
COMMIT TRAN
5. Уровень изоляции REPEATABLE READ, проблема фантомов есть.
-- Процесс 1
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL
REPEATABLE READ
BEGIN TRAN
SELECT COUNT(*) FROM k_bill
-- Результат: 10
-- Процесс 2
BEGIN TRAN
INSERT INTO k_bill ...
-- Строк обработано:1
COMMIT TRAN
SELECT COUNT(*) FROM k_bill
-- Результат: 11
COMMIT TRAN
6. Уровень изоляции SERIALIZABLE, проблемы фантомов нет.
-- Процесс 1
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL
SERIALIZABLE
BEGIN TRAN
SELECT COUNT(*) FROM k_bill
-- Результат: 10
-- Процесс 2
BEGIN TRAN
INSERT INTO k_bill ...
-- Результат: ожидание
COMMIT TRAN
-- Строк обработано:1
COMMIT TRAN
9. B-деревья. Свойства B-дерева. Операции поиска и добавления
элемента. Изменение количества уровней B-дерева.
У сбалансированного (balanced) дерева каждый лист имеет одинаковое количество
предков, иными словами, все листья расположены на одном уровне.
B-деревья относятся к индексно-последовательным структурам.
Они не имеют областей переполнения.
Блоки данных хранятся в листьях дерева. Записи в блоках данных всегда упорядочены.
Остальные вершины содержат индексные блоки
Каждая индексная запись содержит значение минимального ключа в поддереве, которое
исходит из данной вершины, и указатель на это поддерево.
Основные свойства B-деревьев:
1) Количество записей в блоках данных и индексных блоках должно быть нечетно и
не менее 3.
2) Каждый блок (кроме, возможно, корневого) должен быть заполнен более чем
наполовину.
3) B-деревья всегда сбалансированы.
Первоначально дерево имеет вид
Поиск. Всегда начинается с корня. В индексном блоке ищем первое значение ключа,
которое больше текущего. Если найдено, то переходим к предыдущей записи и
спускаемся по стрелке на следующий уровень. Эта процедура повторяется до тех пор,
пока не доберемся до уровня листьев, т.е., блоков данных. В блоке данных проводим
линейный поиск.
Количество блоков, которое необходимо просмотреть при поиске =
max уровень дерева –1.
Добавление записей.
Для включения записи сначала проводим процедуру поиска блока данных, в который
должна быть помещена запись. Если в блоке есть свободное место, то вставляем запись и,
возможно, передвигаем оставшиеся записи. Если же в блоке нет свободного места, нужно
создать новый блок. После этого некоторые записи передаются из старого блока в новый,
чтобы оба были заполнены более чем наполовину. Затем изменяем индексные блоки.
Пусть мы помещаем в дерево запись с ключом BA. Блок D2 имеет вид: AW | BA| BG.
Теперь добавляем запись AY. Она должна быть помещена в D2, но в нем нет места.
Формируем новый блок D8 и переносим туда часть записей из D2, чтобы оба блока были
заполнены более чем наполовину. Добавляем индексную запись в индексный блок I11.
Теперь включим записи CE и DT. CE добавляется в D3. DT также должна быть добавлена
в D3, но там нет места. Создаем блок D9, перераспределяем записи данных.
В блоке I12 нет места для указателя на D9, поэтому создаем индексный блок I14,
перераспределяем записи. Теперь в блоке I21 нет места для указателя на блок I14, создаем
блок I22. У дерева не может быть 2 корня, создаем новый корневой блок I31. Дерево
существенно изменило свой вид.
10. B-деревья. Свойства B-дерева. Операция
Изменение количества уровней B-дерева.
удаления
элемента.
У сбалансированного (balanced) дерева каждый лист имеет одинаковое количество
предков, иными словами, все листья расположены на одном уровне.
B-деревья относятся к индексно-последовательным структурам.
Они не имеют областей переполнения.
Блоки данных хранятся в листьях дерева. Записи в блоках данных всегда упорядочены.
Остальные вершины содержат индексные блоки
Каждая индексная запись содержит значение минимального ключа в поддереве, которое
исходит из данной вершины, и указатель на это поддерево.
Основные свойства B-деревьев:
1) Количество записей в блоках данных и индексных блоках должно быть нечетно и
не менее 3.
2) Каждый блок (кроме, возможно, корневого) должен быть заполнен более чем
наполовину.
3) B-деревья всегда сбалансированы.
Поиск. Всегда начинается с корня. В индексном блоке ищем первое значение ключа,
которое больше текущего. Если найдено, то переходим к предыдущей записи и
спускаемся по стрелке на следующий уровень. Эта процедура повторяется до тех пор,
пока не доберемся до уровня листьев, т.е., блоков данных. В блоке данных проводим
линейный поиск.
Количество блоков, которое необходимо просмотреть при поиске =
max уровень дерева –1.
Удаление записей. Сначала проводим поиск, удаляем запись из блока данных, остальные
записи сдвигаем к началу блока. Если теперь блок более чем наполовину пуст, то ищем
соседний с ним блок, имеющий ту же родительскую вершину и содержащий более чем
минимально необходимое количество записей. Если такой блок существует, то переносим
часть записей из него, чтобы в оба блока были более чем наполовину заполнены. Если
такого блока нет, то сливаем два блока и соответственным образом изменяем индексные
блоки, т.е удаляем индексную запись, ссылающуюся на удаленный блок данных. Если
теперь индексный блок заполнен менее чем наполовину, то производим те же действия,
что и с блоками данных. Этот процесс может привести к уменьшению уровней дерева.
1)Удалим запись AW. Блок D2 более чем наполовину пуст. Сливаем его с D1 или D8.
2)Удалим запись BH. Блок D3 сливаем с D9. Уничтожаем ссылку на D9. I12 более чем
наполовину пуст. В блоке I11 более минимума записей, передаем одну в блок I12.
3)Удалим запись JB. Объединяем D6 и D7. Объединяем I14 и I13. Объединяем I21 и I22.
Уничтожаем I31.