PDF《第10章》

第10章 数据库管理系统 内容提要 管理服务层解决数据存 储(数据库与海量 存储技术),检索(搜 索引擎),使用(数据 挖掘与机器学习)以及 如何不被滥用(数据安 全与隐私保护)等问题.

本章将介绍关系数据库 的相关概念以及物联网 对数据库的新需求. ?第6\9章介绍了网络构建层各种网络形式的基本概念和技 术,以及在物联网中的应用. ?互联网 ?无线宽带网络(Wi\Fi、WiMAX) ?无线低速网络(蓝牙、红外、802.15.4/ZigBee) ?移动通信网络(3G) ?本章重点介绍关系数据库的基本概念,并简单讨论关 系代数的相关理论,最后探讨物联网中数据管理的特 点和需求. 内容回顾 10.1?数据库系统的起源与发展 10.2?关系数据库 10.3?关系代数 10.4?物联网与数据库 什么是数据库?数据库有哪些分类和新发展? 本章内容 什么是数据库? 数据库是存储在一起的相关数据的集合 ?这些数据是结构化的,无害的或不必要的冗余,并为多种应用服务 ?数据库的存储独立于使用它的程序 ?对数据库插入新数据,修改和检索原有数据均能按一种公用的和可 控制的方式进行 数据库的应用: ?个人电脑:快速查找文件 ?公司:财务管理软件 ?互联网:论坛数据存储 ?物联网:海量数据管理 早期的数据库系统:导航式数据库 ?网状模型 ?由图灵奖得主Charles Bachman提出 ?第一个数据库系统:IDS ?层次模型 ?典型代表:IBM的IMS系统 缺点: ?数据的存储结构依赖于数据的类型 ?数据通过指针相互串联起来,为了访问到想要的内容,可能需要遍历 整个数据库 ?查找操作代价大 关系数据库(RDBMS) 理论基石:Edgar Codd于1970年发表的论文《A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks》 重要思想:逻辑组成与存储结构相分离 早期著名的关系数据库系统 ?System R(1970年,IBM公司) ?Ingres(1973年,加州大学伯克利分校) 当前主流的关系数据库系统 数据库系统的新发展 关系数据库系统的缺点 ?缺乏对真实世界实体的有效表达 ?缺乏对复杂查询的有效处理 ?缺乏对WEB应用的有效支持 XML数据库(德国Software AG公司的Tamino等):针对XML数据 时空数据库(甲骨文公司的Oracle 8i Spatial):针对地理信息系统 NoSQL数据库(Apache基金会的Cassandra):针对Web数据 10.1?数据库系统的起源与发展 10.2?关系数据库 10.3?关系代数 10.4?物联网与数据库 什么是关系数据库? 本章内容 关系数据库的架构图 同早期导航式数据库的架构相比, 关系数据库的优势 ?高度的数据独立性 ?开放的数据语意、数据一致 性、数据冗余性 ?灵活的自定义数据操作语言 关系数据库的架构图(续) 查询过程三个步骤 ?应用程序将查询语句发送给 数据库前端 ?数据库对查询语句进行语法 解析和优化 ?数据库按照执行计划查询数 据文件并返回结果 关系数据库模型:以绿野千传为例 关系数据库是一组具有不同名 称的关系的集合 绿野千传 (http://orbsmap.greenorbs.org) 存储的数据 ?传感器节点的基本信息(编号、 经纬度等) ?周围环境的温度、相对湿度、光 照强度、传感器电压 图中每一个点都对应于部署在实地的一个传感器 关系数据库模型 关系(Relation) ?关系即数据库中的表 ?关系表仅是数据逻辑上的组织形式,物理上可以用B+树等数据结构进 行索引 ?可以直观表达真实世界的物理量 关系数据库模型 属性(Attribute) ?关系表的每一列称为一个属性,描述了数据某一方面的信息 ?表的每一列包含且仅包含一个属性的值 ?属性的值可以有多种整数、实数、日期时间等多种类型 关系数据库模型 域(Domain) ?域是一组具有相同数据类型的值的集合 ?表中的任何属性都必须定义在域上 关系数据库模型 元组(Tuple) ?关系表中的每一行都叫做一个元组 ?元组是关系的基本组成元素 ?在关系中,元组排列的顺序并不重要 关系数据库模型 度(Degree):关系表包含的属性数目叫做度 基数(Cardinality):关系表包含的元组数目叫做基数 关系数据库模型 模式(Schema) ?关系的名称及其所含属性的集合统称为模式 ?用"关系名称(属性1,属性2,属性3,……)"的方法来表示模式 ?属性在模式中的排列顺序是无序的 10.1?数据库系统的起源与发展 10.2?关系数据库 10.3?关系代数 10.4?物联网与数据库 关系代数是关系数据库数据操作的基础. 本章内容 10.3 关系代数 关系数据库的数据模型不仅定义了数据库的结构(关系、属性、元组等), 而且提供了查询数据、修改数据的方法,数据操作基于 "关系代数" 的特殊代数运算 关系代数的操作数是关系(传统代数的操作数是数字常量或变量 ) 关系代数的操作符主要分四类 ?传统的集合运算符 ?专门的关系运算符 ?比较运算符 ?逻辑运算符 传统的集合运算符 关系代数操作符 传统集合运算符 专门关系运算符 比较运算符 逻辑运算符 交(∩) 关系R与关系S的交由既属于R又属于S的元组组成, 即R∩S={t|t∈R∧t∈S} 差(-) 关系R与关系S的交由属于R但不属于S的元组组成, 即R\S={t|t∈R∧t???S}. 并(∪) 关系R与关系S的交由属于R或属于S的元组组成,即R∪S={t|t∈R∨t∈S} 广义笛卡尔积(*) 关系R(度为n)与关系S(度为m)的广义笛卡尔 积是一个有n+m项属性的元组的集合,其中前n个 属性来自关系R,后m个属性来自关系S,即R*S={trts|tr∈R∧ts∈S} 传统的集合运算符(续) 传感器编号 经度 纬度