3、试述数据库设计过程的各个阶段设计内容。 1）需求分析阶段
需求分析是对用户提出的各种要求加以分析，对各种原始数据加以综合、整理，是形成最终设计目标的首要阶段。需求分析是整个设计过程的基础，是最困难、最耗费时间的一步。 2）概念结构设计阶段
概念结构设计是对用户需求进行进一步抽象、归纳，并形成独立于DBMS和有关软、硬件的概念数据模型的设计过程。 3）逻辑结构设计阶段
逻辑结构设计是将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型，并对其进行优化的设计过程。
4）物理设计阶段
数据库物理设计阶段，是将逻辑结构设计阶段所产生的逻辑数据模型，转换为某种计算机系统所支持的数据库物理结构的实现过程。
5）数据库实施阶段
数据库实施阶段，即数据库调试、试运行阶段。一旦数据库的物理结构形成，就可以用已选定的DBMS来定义、描述相应的数据库结构，装入数据库数据库，以生成完整的数据库，编制有关应用程序，进行联机调试并转入试运行，同时进行时间、空间等性能分析。
6）数据库运行和维护阶段 数据库实施阶段结束，标志着数据库系统投入正常运行工作的开始。在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改。
4、需求分析中发现事实的方法有哪些？
1)跟班作业。通过亲身参加业务工作来观察和了解业务活动的情况。 2)开调查会。通过与用户座谈来了解业务活动的情况及用户需求。
3)检查文档。通过检查与当前系统有关的文档、表格、报告和文件等，进一步理解原系统，并有利于提供与原系统问题相关的业务信息。
4)问卷调查。
5、需求分析阶段的设计目标是什么？调查的内容是什么？
需求分析阶段的目标是通过详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门、企业等），充分了解原系统（手工系统或计算机系统）工作概况，确定企业的组织目标，明确用户的各种需求，进而确定新系统的功能，并把这些要求写成用户和数据库设计者都能够接受的文档。 调查内容：业务现状、信息源、外部要求。 6、数据字典的内容和作用是什么？
数据字典是系统中各类数据描述的集合，它的功能是存储和检索各种数据描述，并为DBA提供有关的报告。
数据字典通常包括数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程5个部分。 7、什么是数据库的概念结构？
将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型的过程就是概念结构设计。概念结构设计是整个数据库设计的关键。
8、试述数据库概念结构设计的重要性和设计步骤。 将概念设计从数据库设计过程中独立出来的优点：
1)各阶段的任务相对单一，设计复杂程度大大降低，便于组织管理。
2)不受特定的DBMS的限制，也独立于存储安排和效率方面的考虑，因而比逻辑模式更为稳定。
3)概念模式不含具体的DBMS所附加的技术细节，更容易为用户所理解，因而才有可能准确地反映用户的信息需求。
概念设计的步骤：
1)进行局部数据抽象，设计局部概念模式 2）将局部概念模式综合成为全局概念模式 3）评审
9、把E-R模型转换为关系模型的转换规则有哪些？
1）实体的转换
一个实体对应一个关系模型，实体的名称即是关系模型的名称，实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码。 2）联系的转换 ①1:1联系转换 方法一：转换为一个独立的关系模式，该联系相连的各实体以及联系本身的属性均转换为关系的属性，每个实体的码均是该关系的候选码。
方法二：可以与任意一端对应的关系模式合并。合并时，需要在该关系模式的属性中加入另一个关系模式的码和联系本身的属性。 ②1:n联系转换 方法一：转换为一个独立的关系模式，与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性，而关系的码为n端实体的码。 方法二：与n端对应的关系模式合并，需要在该关系模式中加入1端实体的码和联系本身的属性。
③m：n联系转换
将联系单独转换为一个独立的关系，则与该联系相连的各实体以及联系本身的属性均转换为关系的属性，每个实体的码组成关系的码或关系的码的一部分。
10、数据模型的优化包括哪些方法？
为了进一步提高数据库应用系统的性能，应根据应用需要适当地修改、调整数据模型的结构，这就是数据模型的优化。 1）利用规范化理论进行优化 2）逆规范化处理
增加冗余、增加派生属性、重建关系和分割关系。
习题7
1、 试述事务的概念及事务的四个特性。
事务(Transaction)是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作是一个完整的工作单元，一个事务内的所有语句被作为一个整体，这些操作要么全做，要么全不做。事务是数据库环境的中的逻辑单元，相当于操作系统中的进程。
为了保证数据库中数据的正确性，一个事务具有四个特性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持续性（Durability ）。这四个特性简称ACID特性。
2、 试述事务的状态及转换。
3、 在数据库中为什么要并发控制？并发控制能保证事务的哪些特性？
数据库的一个明显的特点是多个用户共享数据库资源，尤其是多用户可以同时存取相同的数据。在这样的系统中，在同一时刻并发运行的事务数可达数百个。若对事务的并发操作不加以控制，就会造成数据存、取的错误，破坏了数据的一致性和完整性。
并发控制可以防止数据不一致性出现。
4、 并发操作可能会产生哪几类数据不一致？用什么方法可以避免不一致性的情况？
并发操作带来的数据不一致性分为四种情况：丢失数修改、读“脏”数据、不可重复读和产生“幽灵”数据。
在数据库环境下，进行并发控制的主要技术有封锁(Locking)、时间戳(Timestamp)和乐观控制法。商用的DBMS一般都采用封锁方法。
5、 什么是封锁？基本的封锁类型有哪些？试述它们的含义。
封锁机制，即加锁（Locking），是一种并发控制机制，是用来调整对共享目标的并行存取的技术。事务通过向封锁管理程序的系统组成部分发出请求而对事务加锁。
基本封锁类型有两种：共享锁（Share Locks，简记为S锁或读锁）和排它锁（Exclusive Locks，简记为X锁或写锁）。
6、 如何用封锁机制保证数据的一致性？
在运用X锁和S锁对数据对象加锁时，还需要约定一些规则，这些规则为封锁协议或加锁协议（Locking Protocol）。对封锁方式加不同的规则，就形成了各种不同级别的封锁协议。不同级别的封锁协议所能达到的一致性级别是不同的。 7、 什么样的并发调度是正确的调度？
可串行性(Serializability)是并发事务正确调度的准则。按照这个准则规定，一个给定的并发调度，当且仅当它是可串行化的，才认为是正确调度。
8、 理解并解释下列术语的含义：
封锁、活锁、死锁、排他锁、共享锁、可串行化的调度、两段锁协议。
1）加锁就是事务T在对某个数据对象（例如表、记录等）操作之前，先向系统发出请求，封锁其要使用的数据。加锁后事务T就对该数据对象有了一定的控制，在事务T释放它的锁之前，其它的事务不能更新此数据对象。
2）活锁：如果事务T1封锁了数据R，事务T2又请求封锁R，于是T2等待。T3也请求封锁R，当T1释放了R上的封锁之后系统首先批准了T3的请求，T2仍然等待。然后T4又请求封锁R，当T3释放了R上的封锁之后系统又批准了T4的请求……，T2有可能永远等待，这就是活锁。
3）死锁：如果事务T1封锁了数据R1，T2封锁了数据R2，然后T1又请求封锁R2，因T2已封锁了R2，于是T1等待T2释放R2上的锁，接着T2又申请封锁R1，因T1已封锁了R1，T2也只能等待T1释放R1上的锁。这样T1在等待T2，而T2又在等待T1，T1和T2两个事务永远不能结束，形成死锁。 4）共享锁：
若事务T对数据对象A加上S锁，则事务T可以读A，但不能修改A。其它事务只能再对A加S锁，而不能加X锁，直到T释放A上的S锁。这就保证其他事务可以读A，但在T释放A上的S锁之前不能对A做任何修改。 5）排他锁：
若事务T对数据对象A加上X锁，则只允许T读取和修改A，但不允许其它事务再对A加任何类型的锁和进行任何操作，直到T释放A上的锁。这就保证其他事务在T释放A上的锁之前不能再读取和修改A 。 6）多个事务的并发执行是正确的，当且仅当其结果与按某一次序串行地执行这些事务时的结果相同，称这种调度策略为可串行化(Serializable)调度。
7）所谓两段锁协议是指所有事务必须分两个阶段对数据项加锁和解锁。具体内容如下： ①在对任何数据进行读、写操作之前，事务首先要获得对该数据的封锁； ②在释放一个封锁之后，事务不再申请和获得任何其他封锁。
9、 数据库中为什么要有恢复子系统？它的功能是什么？
系统故障会丢失这些事务对数据的修改，使数据库处于不一致状态。
恢复子系统在系统重启时，撤销所有未完成的事务，并重做已经提交的事务，以保证将数据库真正恢复到一致状态。
10、 数据库运行过程中可能产生的故障有几类？哪些故障影响事务的正常执行？哪些
故障破坏数据库数据？ 1）事务内部的故障
事务内部的故障有的是可以通过事务程序本身发现的，有的是非预期的，不能由事务程序处理的。
事务故障意味着事务没有达到预期的终点，因此，数据库可能处于不正确的状态。恢复程序要在不影响其他事务运行的情况下，强行回滚该事务，即撤销该事务已经作出的任何对数据库的修改，使得该事务好像根本没有启动一样。这类恢复操作称为事务撤销（UNDO）。
2）系统故障
系统故障又称为软故障，是指造成系统停止运转，要使得系统重新启动的故障。例如，硬件错误（如CPU故障）、操作系统故障、DBMS代码错误、系统断电等都是系统故障。这样的故障会影响正在运行的所有事务，但不破坏数据库。
3）其他故障
介质故障或由计算机病毒引起的故障或破坏可归为其他故障。
介质故障常称为硬故障，指外存故障，如磁盘损坏、磁头碰撞等。这类故障会对数据库造成破坏，并影响正在操作数据库的所有事务。这类故障发生的可能性小得多，但破坏性最大。
各种故障对数据库的影响有两种可能性：一是数据库本身被破坏；二是数据库没有被破坏，但数据可能不正确，这是由于事务的运行被非正常终止造成的。
11、 数据库恢复技术有哪些？
1）利用备份技术 2）利用事务日志 3）利用镜像技术 12、 什么是数据库的备份？
数据备份是指定期或不定期地对数据库数据进行复制，可以将数据复制到本地机器上，也可以复制到其他机器上，也称为数据转储。
13、 什么是日志文件？为什么要设日志文件？
日志文件(log)是用来记录事务对数据库的更新操作的文件。 具体的作用是：
a)事务故障恢复和系统故障恢复必须用日志文件。 b)在动态备份方式中必须建立日志文件，后备副本和日志文件结合起来才能有效地恢复数据库。
14、 登记日志文件时为什么必须先写日志文件，后写数据库？
如果先写了数据库修改，而在日志文件中没有登记下这个修改，则以后就无法恢复这个修改了。如果先写日志，但没有修改数据库，按日志文件恢复时只不过是多执行一次不必要的UNDO操作，并不会影响数据库的正确性。所以为了安全，一定要先写日志文件，即首先把日志记录写到日志文件中，然后写数据库的修改，这就是“先写日志文件”的原则。
15、 什么是数据库镜像？它有什么用途？
所谓镜像就是在不同的设备上同时存有两份数据库，把一个设备称为主设备，另一个称为镜像设备。主设备和镜像设备互为镜像关系，每当主数据库更新时，DBMS自动把整个数据库或其中的关键数据复制到另一个镜像设备上。保证镜像数据与主数据库的一致。
这样，一旦出现介质故障，可由镜像磁盘继续提供使用，同时DBMS自动利用镜像磁