CMU 15-445/645-笔记-01-课程简介与关系模型

- 课程目标

- 参考书推荐用 《Database System Concepts》

- 该课程主要是手写 Database Storage Manager 而不是 Database System（因为项目不支持 SQL 解析）

- 数据库拓展研究

- 用 CSV（Comma-Seperated Value）文件存 database

- 怎么用呢，举个例子

- 但这种方式是有问题的

    - 每个专辑的 entry 中的 artist 都是一样的么？

    - Ice Cube 没有拼写错误？

    - 如果别人在文件里重写了一个无效的 string 怎么办呢？

    - 如果一张专辑里面有多个 artist，那么怎么存储这些数据呢？

    - 如何查询数据？

    - 多线程同一时间写同一个文件怎么办？

    - 如何保证数据安全（在写数据的时候机器故障咋办？）

    - Database Management System 的作用

    

- 1970 年 Ted Codd 提出的关系型模型（Relational Model）是为了解决之前数据库不断重构数据结构，以及数据结构转存之后不断销毁数据的问题

- 关系模型三板斧如下

    - 用简单数据结构存数据

    - 用高级语言访问数据

    - 大型数据库的物理存储策略基于 Database Management System 的实现

- 这种思想把 逻辑层 和 物理层 完全解耦

- 关系型数据模型并不是唯一的数据模型

    比如如下

    

    - Relational（MySQL, PostgreSQL，Oracle，DB2，SQL server，SQLite）

    - Key/Value，Graph，Document， Column-family（NoSQL）

    - Array/Matrix（Mathine Learning）

    - Hierarchical，Network （Obsolete / Rare）旧时代的余晖。。。

    

- 关系型模型可以对任何东西进行建模

- 关系型模型主要关注三个方面

- 一个 关系（relation） 是一个无序的集合，这个集合包含代表 entities 的属性的关系（relationship），比如

- tuple 在 关系 中就是一个 属性值 的集合

- 原始关系模型中，所有的值必须保证原子性或者它必须是一个单个属性值（比如只能是一个 String，一个 int，或者一个 float等，不能是数组或者嵌套的对象等）

- NULL 这个属性值代表未知，SQL 查询会遇到麻烦

- 主键 Primary Key，唯一标识记录的 id

- 外键 Foreign Key，用于指定一张表中的属性必须存在于另一张表中

- 注意 relation 和 table 语义一样

- 一个外键的例子

- 如何从 Database 中取数据？

    通过 DML （Data Manipulation Languages）

- Relational Algebra 关系代数

- Ted Codd 提出了在 Relational Algebra 中的其中基本运算符

    - SELECT

    - PROJECTION

        即 SELECT b_id-100, a_id FROM R WHERE a_id='2'

        

    - UNION

    

    - INTERSECTION

    

    - DIFFERENCE

    

    - PRODUCT

    

    - JOIN

        即 SELECT * FROM R NATURAL JOIN S;

        

- 一些后续研究的额外的操作符

    

- 一些优化策略

- 关系型模型与任何查询语言的实现无关，实际上当 Ted Codd 在他写关系型模型论文时并没有提出 SQL，他提出了 关系代数，并推出了自己的语言叫 Alpha，与（1970）同年推出的 SQL、Ingres （伯克利）、Quel 都是竞争对手。

- SQL 只是一个标准

- 结论