CMU 15445 1.关系模型

在CMU 又发现一套很好的资源
https://15445.courses.cs.cmu.edu/fall2018/schedule.html

这个文集，就决定读薄这门课。希望对自学这门课的人有一定帮助吧。

前置课程 CSAPP（见我的CSAPP的文集）
编程语言C++ 11，简易教程 https://www.thegeekstuff.com/2016/02/c-plus-plus-11/
教材，https://www.db-book.com/db7/index.html

进入正题

什么是数据库

我们经常会发现，整个世界是具备一定的联系的。比如我买了一部IPHONE手机，你也买了一部。我在A班读书，你在B班读书。A班里有我，XXX，等40个同学。这些都是一个个的关系。
在计算机系统中，我是一个数据，班级是一个数据，为了把数据的内在联系进行建模就产生了关系型数据库的概念。

数据库也是很多电脑程序的最核心的组件。

举个简单的例子

我们现在有一组音乐家的信息，还有那些音乐家发布专辑的信息。在没有数据库的时代，我们该如何保存查询这些信息呢？
一个经典的做法是存进CSV中。（这里要求你知道啥是CSV,不知道百度一下）
就会是如下这样

image.png

我们该如何找到`Ice Cube` 出道的年份呢？

我们可以用如下代码来做

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这种做法是不足够好的，所以人们开始思考？

在`数据完整性`上

我们该如何确保这个音乐家对每个专辑都是同样的那个音乐家呢？
如果有人在出道日期上写了个‘哈哈哈’，怎么办呢
我们要如何存储多个音乐家合作发布的专辑呢？

在`实现`上

如何找到一个特定的条目
有一个新的APP 想用同一个DB，怎么办
2个线程同时写同一个文件怎么办？

在`持久化`上

如果在我们的程序更新记录时机器崩溃怎么办？
如果我们想在多台机器上复制数据库以获得高可用性，该怎么办？

这就引出了我们数据库管理系统（DBMS）
DBMS是允许应用程序存储和分析数据库中的信息的软件。
通用DBMS旨在允许数据库的定义，创建，查询，更新和管理。

下面引出2个新的词汇
data model:数据模型是用于描述数据库中的数据的概念的集合。

schema: 模式是使用给定数据模型对特定数据集合的描述。

DB 分类

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最下面2个是弃用的

关系模型的三要素

structure结构：关系的定义及其结构内容。
integrity完整性：确保数据库的内容满足限制。
manipulation操纵：如何访问和修改数据库的内容。

一个关系其实就是数据的一个列。是一个实体的一个属性。

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在这个基础上，就会有一个或者一组属性可以唯一确定一个实例，我们称它为主键（primary key）,在不指定主键，有些DB会增加一个隐式的主键。

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外键指定来自一个关系的属性必须映射到另一个关系中的元组。

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数据操纵语言（Data Manipulation Language, DML）是SQL语言中，负责对数据库对象运行数据访问工作的指令集

关系代数
σ Select

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π Projection

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∪ Union

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∩ Intersection

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-Difference

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× Product

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⋈ Join

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其他关系代数

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关系代数仍然定义了如何计算查询的HIGH-LEVEL的步骤。更好的方法是只指定自己要查询的内容，而忽略查询的细节，这就是SQL

如下 2种关系代数查询的内容是一致的
→ σ{b_id=102}(R⋈S) vs. (R⋈(σ{b_id=102}(S))
SQL 就是同样的。

结语

数据库无处不在。

关系代数定义了在关系数据库上处理查询的原语。

当我们讨论查询优化+执行时，我们将再次看到关系代数。