Основы технологий баз данных, учебное пособие
Год издания: 2023
Автор: Агафонов А. А., Белов А. М.
Издательство: Издательство Самарского университета
ISBN: 978-5-7883-1915-5
Язык: Русский
Формат: PDF
Качество: Отсканированные страницы + слой распознанного текста
Количество страниц: 305
Описание: Учебное пособие посвящено технологиям проектирования, разработки и внедрения баз данных. В пособии рассматриваются основные понятия реляционных баз данных и реляционной алгебры, вопросы проектирования баз данных. Несколько разделов посвящены языку запросов SQL и его использованию для получения и модификации данных, определению объектов баз данных, таких как таблицы, индексы или представления, а также вопросам использования процедурных расширений языка SQL. Кроме того, рассмотрены NоSQL-решения, предназначенные для хранения денормализованных данных, что может быть более эффективным в распределенной среде, а также принципы и программные инструменты обработки больших данных.
Предназначено для студентов института информатики и кибернетики, обучающихся по специальности 10.05.03 Информационная безопасность автоматизированных систем.
Оглавление
Введение ........................................................................... 9
1 Введение в базы данных ................................................. 10
1.1 Понятие базы данных ................................................... 10
1.2 Развитие баз данных .................................................... 12
1.2.1 Иерархическая модель базы данных ........................... 14
1.2.2 Сетевая модель базы данных ..................................... 17
1.2.3 Реляционная модель базы данных .............................. 18
1.2.4 Объектно-ориентированная модель базы данных ......... 22
1.2.5 Слабоструктурированные данные ............................... 23
1.2.6 Модель ключ-значение .............................................. 24
1.2.7 Документа-ориентированная модель БД ...................... 25
1.2.8 Распределенная обработка MapReduce ........................ 27
1.3 Системы управления базами данных ............................. 29
1.3.1 Понятие СУБД ........................................................... 29
1.3.2 Функции СУБД .......................................................... 30
1.3.3 Организация современных СУБД ................................ 34
1.3.4 Классификация СУБД ................................................ 37
1.3.5 Современные СУБД ................................................... 42
2 Реляционные базы данных .............................................. 44
2.1 Реляционная модель .................................................... 44
2.2 Тип данных. Домен ...................................................... 45
2.3 Отношение .................................................................. 47
2.3.1 Понятие отношения ................................................... 47
2.3.2 Фундаментальные свойства отношений ....................... 49
2.4 Целостность данных ..................................................... 51
2.4.1 Целостность доменов ................................................. 51
2.4.2 Целостность сущностей .............................................. 52
2.4.3 Связи между кортежами отношений ............................ 54
2.4.4 Ссылочная целостность .............................................. 57
2.5 Реляционная алгебра .................................................... 60
2.5.1 Выборка .................................................................... 61
2.5.2 Проекция .................................................................. 62
2.5 .3 Декартово произведение ........................................... 63
2.5.4 Объединение ............................................................. 64
2.5.5 Вычитание ................................................................. 65
2.5.6 Пересечение .............................................................. 65
2.5.7 Деление ..................................................................... 66
2.5.8 Соединение ................................................................ 67
3 Проектирование баз данных .............................................. 71
3.1 Понятие информационной системы .................................. 71
3.2 Проектирование базы данных ......................................... 73
3.2.1 Концептуальное проектирование .................................. 74
3.2.2 Логическое проектирование ......................................... 74
3.2.3 Физическое проектирование ........................................ 76
3.3 ЕR-моделирование ......................................................... 77
3.3.1 Основные понятия ...................................................... 77
3.3.2 Пример разработки ЕR-модели .................................... 79
3.4 Нормализация отношений .............................................. 83
3.4.1 Пример предметной области ........................................ 83
3.4.2 Первая нормальная форма ........................................... 85
3.4.3 Вторая нормальная форма ........................................... 88
3.4.4 Третья нормальная форма ........................................... 92
3.4.5 Алгоритм нормализации .............................................. 93
4 Введение в SQL ................................................................ 96
4.1 Стандарт SQL ................................................................ 96
4.2 Возможности SQL .......................................................... 101
4.3 Типы данных в SQL ....................................................... 102
4.3.1 Точные числовые типы ............................................... 103
4.3.2 Приближенные числовые типы .................................... 104
4.3.3 Логический тип .......................................................... 105
4.3.4 Строковые типы данных ............................................. 106
4.3.5 Битовые последовательности ...................................... 107
4.3.6 Дата и время ............................................................. 107
4.3.7 Непредопределенные типы данных ............................. 108
4.4 Операторы .................................................................. 109
4.5 Встроенные функции ................................................... 111
5 SQL. Операторы определения данных .............................. 113
5.1 Базы данных ............................................................... 113
5.2 Таблицы ...................................................................... 114
5.2.1 Создание таблиц ....................................................... 114
5.2.2 Внешние ключи ......................................................... 118
5.2.3 Модификация таблиц ................................................. 120
6 SQL. Операторы манипулирования данными ..................... 122
6.1 Добавление данных. Инструкция INSERТ. ...................... 122
6.2 Выборка данных. Инструкция SELECT ............................ 124
6.2.1 Базовый синтаксис .................................................... 124
6.2.2 Использование псевдонимов ...................................... 126
6.2.3 Сортировка. Предложение ORDER ВУ .......................... 127
6.2.4 Условие отбора данных. Предложение WHERE ............. 128
6.2.5 Агрегатные функции .................................................. 132
6.2.6 Группировка данных. Предложение GROUP ВУ ............. 133
6.2.7 Фильтрация групп. Предложение НА VING ................... 135
6.3 Вложенные запросы ...................................................... 136
6.3.1 Оператор EXISTS ....................................................... 140
6. 3 .2 Многократное сравнение .......................................... 141
6.3.3 Коррелирующие подзапросы ....................................... 143
6.4 Многотабличные запросы .............................................. 144
6.4.1 Декартово произведение таблиц ................................. 145
6.4.2 Внутреннее соединение WHERE .................................. 145
6.4.3 Соединение JOIN ....................................................... 146
6.4.4 Объединение UNION .................................................. 151
6.5 Модификация данных. Инструкция UPDATE .................... 152
6.6 Удаление данных. Инструкция DELETE ........................... 153
7 Представления ............................................................... 154
7.1 Понятие представления ................................................ 154
7.2 Обновляемые представления ........................................ 157
8 Индексирование ............................................................. 160
8 .1 Понятие индекса ......................................................... 160
8.2 Типы индексов ............................................................. 162
8.2.1 Индексы на основе хеширования ................................ 162
8.2.2 Индексы на основе В-деревьев ................................... 165
8.2.3 Пространственные индексы ........................................ 167
8.2.4 Битовые индексы ....................................................... 170
8.2.5 Полнотекстовый индекс .............................................. 171
8.2.6 Кластерные индексы .................................................. 171
8.3 Селективность индекса ................................................. 172
8.4 Рекомендации по созданию индексов ............................. 173
8.5 Создание индексов ....................................................... 174
9 Процедурный SQL ........................................................... 176
9.1 Процедурные расширения SQL ...................................... 176
9.2 Управляющие конструкции SQL ..................................... 179
9.2.1 Переменные .............................................................. 179
9.2.2 У славный оператор IF ... ТНЕN ... ELSE ....................... 181
9.2.3 Оператор выбора CASE ............................................... 181
9.2.4 Циклы ....................................................................... 183
9.3 Хранимые процедуры .................................................... 184
9.4 Функции ....................................................................... 187
9.4.1 Создание функции в MySQL ......................................... 187
9.4.2 Создание функции в PostgreSQL ................................... 190
9.5 Триггеры ....................................................................... 191
9.5.1 Создание триггера в MySQL .......................................... 192
9.5.2 Создание триггера в PostgreSQL .................................... 195
9.6 Курсоры ......................................................................... 197
10 Транзакции ..................................................................... 200
10.1 Понятие транзакции ...................................................... 200
10.2 Механизмы обеспечения требований к транзакциям ........ 202
10.2.1 Журнал транзакций .................................................... 202
10.2.2 Управление параллельным доступом посредством
многоверсионности ............................................................... 206
10.3 Проблемы совместного доступа к данным ........................ 207
10.3.1 Уровни изоляции транзакций ....................................... 208
10.3.2 Потерянное обновление .............................................. 211
10.3.3 Грязное чтение ........................................................... 211
10.3 .4 Неповторяющееся чтение ........................................... 212
10.3.5 Фантомное чтение ....................................................... 213
10.3.6 Аномалии сериализации .............................................. 215
10.4 Явное управление транзакцией ...................................... 216
10.4.1 Управление транзакцией в MySQL ................................ 217
10.4.2 Пример управления транзакцией в MySQL .................... 219
11 Расширенные типы данных ............................................... 221
11.1 Пространственные данные ............................................. 221
11.1.1 Понятие пространственных данных .............................. 221
11.1.2 Пространственный анализ ........................................... 224
11.2 Слабоструктурированные данные ................................... 233
11.2.1 Тип данных JSON ........................................................ 234
11.2.2 Работа с JSON в MySQL ................................................ 236
12 Нереляционные базы данных ............................................ 239
12.1 Недостатки реляционной модели ..................................... 239
12.1.1 Потеря соответствия .................................................... 239
12.1.2 Сложность масштабирования ........................................ 240
12.2 NoSQL базы данных ........................................................ 242
12.2.1 Теорема САР ................................................................ 244
12.2.2 Альтернативные подходы. BASE. PACELC ........................ 247
13 Документоориентированная СУБД MongoDB ......................... 249
13.1 Основные понятия ........................................................... 250
13.2 Типы данных ................................................................... 251
13.3 Создание документов ....................................................... 252
13.4 Выборка документов ........................................................ 254
13.4 .1 Базовый синтаксис ....................................................... 254
13.4.2 Методы курсора ............................................................ 259
13.4.3 Агрегация данных ........................................................ 260
13.5 Обновление документов .................................................. 268
13.6 Удаление документов ...................................................... 271
13.7 Представления ............................................................... 272
13.8 Индексирование ............................................................. 274
13.8.1 Типы индексов ............................................................. 274
13.8.2 Создание индекса ........................................................ 277
13.9 Транзакции .................................................................... 277
14 Знакомство с большими данными ........................................ 281
14.1 Понятие больших данных ................................................ 281
14.2 Характеристики больших данных ..................................... 284
14.3 Инструментарий для обработки больших данных ............... 285
14.4 Архитектура системы обработки больших данных .............. 287
14.4.1 Компоненты архитектуры .............................................. 287
14.4.2 Пакетная обработка ...................................................... 289
14.4.3 Потоковая обработка .................................................... 291
14.4.4 Лямбда-архитектура ..................................................... 292
14.5 Программное обеспечение для работы
с большими данными ............................................................... 294
14.5.1 Apache Hadoop .............................................................. 294
14.5.2 Apache Spark ................................................................. 296
14.5.3 Apache Kafka ................................................................. 297
Заключение ............................................................................ 299
Библиографический список ...................................................... 300
