- 数据库的基本概念
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数据
- 描述事物的符号记录
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信息
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是具有时效性的，有一定含义的，有逻辑的、经过加工处理的、对决策有价值的数据流。
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信息＝数据＋处理
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信息与数据的联系
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数据是信息的符号表示，或称载体
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信息是数据的内涵，是数据的语义解释
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数据是符号化的信息
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信息是语义化的数据
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数据库
Database DB
- 长期储存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合
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数据库管理系统
Database Management System DBSM
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定义
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位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件
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帮助用户定义、创建、维护和控制数据库访问的软件系统
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四大主要功能
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数据定义功能
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提供数据定义语言（DDL）
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定义数据库中的数据对象
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数据操纵功能
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提供数据操纵语言（DML）
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实现对数据库的基本操作 ：增、删、改、查
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数据库的事务管理和运行管理
- 保证数据的安全性、完整性、并发控制、系统恢复
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数据库的建立和维护功能
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数据库初始数据的装载和转换
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数据库备份、转储、恢复功能
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数据库的重组织
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性能监视、分析等
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数据库系统
Database System DBS
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定义
- 带有数据库的计算机系统
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构成
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数据库
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数据库管理系统
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应用程序
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数据库管理员
DBA
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具体职责
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数据库设计
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1. 决定数据库中的信息内容和结构
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2. 决定数据库的存储结构和存取策略
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3. 定义数据的安全性要求和完整性约束条件
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监控数据库的使用和运行
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数据库的改进和重组
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性能监控和调优
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定期对数据库进行重组织，以提高系统的性能
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需求增加和改变时，数据库须需要重构造
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特点
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数据结构化
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不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系
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数据用数据模型描述，无需应用程序定义
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数据的共享性高，冗余度低且易扩充
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数据独立性高
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数据由数据库管理系统统一管理和控制
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数据库应用系统
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= 数据库系统 + 应用软件 + 应用界面
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具体包括
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数据库
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数据库管理系统
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数据库管理员
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硬件平台
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软件平台
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应用软件
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应用界面
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数据库系统的结构
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从数据库应用开发人员角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，是数据库系统内部的系统结构
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数据库系统的三级模式结构
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模式
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外模式
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内模式
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数据库系统模式的概念
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模式
Schema 也称概念模式、逻辑模式
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数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述
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所有用户的公共数据视图
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一个数据库只有一个模式
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模式的地位
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是数据库系统模式结构的中间层
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与数据的物理存储细节和硬件环境无关
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与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关
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外模式
External Schema 也称子模式或用户模式
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数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述
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由概念模式推导而出
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一个概念模式可以有若干个外模式
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外模式的地位
- 介于模式与应用之间
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外模式的用途
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保证数据库安全性的一个有力措施
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每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据
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内模式
Internal Schema 也称存储模式、物理模式
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是数据物理结构和存储方式的描述
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是数据在数据库内部的表示方式
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一个数据库只有一个内模式
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小结：模式、外模式、内模式三者地位关系
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内模式处于最底层，反映了数据在计算机物理结构中的实际存储形式
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概念模式处于中层，反映了设计者的数据全局逻辑要求
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外模式处于最外层，反映了用户对数据的要求
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二级映射
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外模式/模式映射
映射实质就是一种对应规则，指出映射双方如何进行转换
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定义外模式与模式之间的对应关系
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每一个外模式都对应一个外模式/模式映射
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用途
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保证数据的逻辑独立性
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当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式/模式映射，使外模式保持不变
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应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不用改变，保证了数据与程序的逻辑独立性
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模式/内模式映射
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定义数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系
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数据库中模式/内模式映射是唯一的
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用途
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保证数据的物理独立性
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当数据库的存储结构改变了，数据库管理员修改模式/内模式映射，使模式保持不变
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应用程序不受影响，保证了数据与程序的物理独立性
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数据模型的基本概念
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背景知识
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将客观事物抽象为能用计算机存储和处理的数据需经历三个阶段
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现实世界
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信息世界
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计算机世界（数据世界）
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模型
- 是现实世界特征的模拟和抽象
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数据模型
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应满足的要求
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能比较真实地模拟现实世界
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容易为人所理解
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便于在计算机上实现
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分类
根据应用目的的不同
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概念模型
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按用户的观点来对数据进行描述，有效和自然地模拟现实世界，给出数据的概念化结构
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强调以人为本，注重清晰、简单、易于理解
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逻辑数据模型
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按计算机系统的观点对数据进行描述
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以计算机为本，站在计算机的角度去看待各个数据以及数据之间的联系
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物理模型
- 给出计算机上物理结构的表示
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定义
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是数据特征的抽象
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从抽象层次上描述了系统的静态特征、动态行为和约束条件
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为数据系统的信息表示与操作提供一个抽象的框架
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组成要素
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数据结构
- 是所研究的对象类型的集合
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数据操作
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是指对相应数据结构允许执行的操作的集合
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包括操作及有关的操作规则
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数据的完整性约束
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是一组完整性规则的集合
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完整性规则
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是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则
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以保证数据的正确、有效和相容
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实体-联系 数据模型
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实体
Entity
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客观存在并可以相互区别的事物
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可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联系
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实体型
- 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型
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实体集
- 同一类型实体的集合称为实体集
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属性
Attribute
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实体的特性称为实体的属性
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一个实体可以由若干个属性来刻画
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码
Key
- 唯一标识实体的属性集称为码
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联系
Relationship
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在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的
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这些联系在信息世界中反映为—实体集内部的联系以及实体集之间的联系
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两个实体集之间的联系分为三类
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一对一联系 1:1
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一对多联系 1:n
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多对多联系 n:n
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E-R 图
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也称实体-联系图
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用来描述现实世界的概念模型
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三要素
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实体
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属性
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联系
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常用的数据模型
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层次模型
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用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系
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有且只有一个结点没有双亲结点，即根节点
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根节点之外的其他结点有且只有一个双亲结点
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只能直接处理一对多的实体联系
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任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义
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没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在
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网状模型
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允许一个以上的结点无双亲
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一个结点可以有多于一个的双亲
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有效地克服了层次模型不方便表达多对多联系的缺点
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但由于网状模型的灵活性，数据库管理系统很难实现
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关系模型
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在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成
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关系术语
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关系（Relation）
- 一个关系对应一张二维表
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元组（Tuple）
- 表中的一行即为一个元组
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属性（Attribute）
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表中的一列，即为一个属性
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每列的第一行为属性名，其余行为属性值
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主码/主键（Key）
- 也称码或键，表中的某个属性或属性组合，可以唯一标识一个元组
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域（Domain）
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是一组具有相同数据类型的值的集合。
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属性的取值范围来自某个域
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分量（Component）
- 元组中的一个属性值
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关系模式（Relation Schema）
- 对关系的结构描述
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关系应该满足的性质
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关系必须是规范化的，即要求关系必须满足一定的规范条件，其中最基本的一条是——关系的每一列不可再分
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关系中必须有主码，使得元组唯一
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元组的个数是有限的且顺序可以任意交换
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属性名是唯一的且属性列的顺序可以任意交换
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关系的完整性规则
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实体完整性规则
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主码的属性值不能为空值
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因为如果出现空值，那么主码就无法保证元组的唯一性
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参照完整性
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外码
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关系之间的联系是靠公共属性实现的
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如果该公共属性是一个关系R1的主码，那么在另一个与它有联系的关系R2中就成为外码
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规定外码的取值只有两种可能，要么为空值，要么等于R1中某个元组的主码值
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用户定义的完整性
- 针对某一具体应用的数据必须满足的语义要求
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面向对象模型
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数据库安全性
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数据库的主要安全风险
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越权权限的滥用
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数据库权限设置违反了“权限最小原则”在很多信息系统中比较普遍
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如果这些超出的权限被滥用，则极易发生敏感数据泄漏事件
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合法权限滥用
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系统中总是有一部分用户合法的拥有较大甚至是超级管理权限
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如果这些权限被滥用，则极易发生严重后果
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权限盗用
- 由于商用数据库的用户认证方式主要为单一的口令方式，权限盗用容易发生，进而极易导致严重的数据泄漏事件
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明文存储
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目前绝大多数数据库的数据文件都是以明文形态保存的
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在数据的产生、使用、传输、保存、备份、销毁的整个生命周期内，任何接触到存储介质的攻击者，都有可能获取到数据
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备份数据缺乏保护
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从数据库备份的数据通常是以非加密的形式存储的，而且在运输、保存、销毁的生命期中，需要严密的保护
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一旦疏忽，备份数据将有可能被窃取或偷窥而导致泄密
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缺乏详尽审计
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审计是每个数据库管理系统标配的安全特性，用于记录对数据的访问情况，从而形成对非法访问的威慑
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而数据库自身的审计功能在可视化、智能化、入侵检测能力等方面能力较弱，通常无法满足实际的安全需求
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恶意软件
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攻击者使用木马病毒技术，通过邮件、图片等伪装方式，将恶意软件安装到数据库管理和运维人员的电脑上，
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攻击者利用管理员的电脑，窃取或者破坏数据库中的数据；
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数据库平台漏洞
- 数据库管理系统是个复杂的软件系统，数据库系统无一例外的具有严重的安全漏洞，如缓冲区注入漏洞或者认证、权限管理等漏洞。这些漏洞极易被攻击者利用以窃取数据
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SQL注入、缓冲区溢出风险
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数据库本身不具备SQL注入攻击检测能力
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通过Web/APP插入恶意语句，或者利用连接工具发动缓冲区溢出攻击，攻击者有机会获得整个数据库的访问权限
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弱鉴权机制
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商业数据库系统提供的基本的管理机制，主要是自主访问控制（DAC）和基于角色的访问控制（RBAC）
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并没有采用强制访问控制的方式（MAC），基于用户和数据的敏感级别来进行权限的鉴别。这容易使得低密级用户访问到高密级的数据；
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实现数据库系统安全性的技术和方法
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用户身份鉴别存取控制技术
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自主存取控制和强制存取控制
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视图技术
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审计技术
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数据加密存储和加密传输
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