数据库管理与管理策略深度解析

### 数据库管理与管理策略深度解析 #### 1. 数据库管理概述 数据库管理是一项至关重要的业务功能，其核心目标是管理数据库，以最大化其对组织的价值。在实际操作中，需要平衡保护数据库和提高其对用户的可用性及效益这两个相互冲突的目标。 所有数据库都需要进行管理，但管理方式会因数据库的规模和复杂性而异。小型个人数据库的管理通常较为随意，而大型多用户数据库的管理可能需要专门的办公室和众多人员参与。“DBA” 这个术语有两种常见解释，既可以代表数据库管理（Database Administration），也可以指数据库管理员（Database Administrator）。数据库管理主要包括三个基本功能：并发控制、安全管理以及备份与恢复。 #### 2. 并发控制 并发控制的主要目的是确保一个用户的操作不会不恰当地影响其他用户的操作。然而，没有一种并发控制技术能适用于所有情况，因此需要在保护级别和数据吞吐量之间进行权衡。 事务是对数据库执行的一系列操作，这些操作作为一个原子单元执行，要么全部执行，要么全部不执行。多个并发事务的活动在数据库服务器上是交错进行的。如果不加以控制，可能会出现更新丢失的问题，同时还可能存在不一致读取的情况。 不一致读取主要包括以下三种类型： - **脏读（Dirty Read）**：一个事务读取了另一个未提交的事务修改过的记录。 - **不可重复读（Nonrepeatable Read）**：一个事务重新读取之前读取过的数据时，发现数据已被其他事务修改或删除。 - **幻读（Phantom Read）**：一个事务重新读取数据时，发现有新的行被其他事务插入。 为了避免并发问题，需要对数据库元素进行锁定。锁定分为隐式锁定（由数据库管理系统自动设置）和显式锁定（由应用程序发出）。锁定资源的大小称为锁定粒度。排他锁禁止其他用户读取或更新锁定的资源，而共享锁允许其他用户读取但不允许更新。 如果两个并发事务产生的结果与它们分别执行时产生的结果一致，则称这两个事务为可串行化事务。两阶段锁定是实现可串行化的一种方案，在增长阶段获取锁，在收缩阶段释放锁。一种特殊的两阶段锁定方式是在整个事务期间获取锁，直到事务结束才释放。 死锁是指两个事务相互等待对方持有的资源，导致双方都无法继续执行。可以通过要求事务同时获取所有锁来预防死锁。当死锁发生时，唯一的解决方法是中止其中一个事务并回滚部分完成的工作。 乐观锁定假设不会发生事务冲突，只有在冲突发生时才处理后果；悲观锁定则假设会发生冲突，因此提前使用锁来防止冲突。一般来说，乐观锁定更适用于互联网和许多企业内部网应用。 大多数应用程序不会显式声明锁，而是使用 SQL 事务控制语句（如 BEGIN、COMMIT 和 ROLLBACK 语句）来标记事务边界，并声明所需的并发行为，然后由数据库管理系统为应用程序设置锁以实现所需的行为。ACID 事务具有原子性（Atomic）、一致性（Consistent）、隔离性（Isolated）和持久性（Durable）的特点。一致性可以指语句级一致性或事务级一致性，在事务级一致性下，事务可能无法看到自己的更改。 SQL 标准定义了四种事务隔离级别：未提交读（Read Uncommitted）、已提交读（Read Committed）、可重复读（Repeatable Read）和可串行化（Serializable）。不同的隔离级别具有不同的特点，开发者应根据应用程序的工作负载和所使用的数据库管理系统产品选择合适的隔离级别。 游标是指向一组记录的指针，常见的游标类型有四种：只向前游标（Forward Only）、静态游标（Static）、键集游标（Keyset）和动态游标（Dynamic）。开发者需要根据具体情况选择合适的游标类型。 以下是并发控制相关概念的总结表格： | 概念 | 描述 | | ---- | ---- | | 并发控制目的 | 确保用户操作互不干扰 | | 事务 | 原子操作单元 | | 不一致读取类型 | 脏读、不可重复读、幻读 | | 锁定类型 | 隐式锁定、显式锁定 | | 锁粒度 | 锁定资源的大小 | | 锁类型 | 排他锁、共享锁 | | 可串行化事务 | 并发结果与串行执行结果一致 | | 两阶段锁定 | 增长阶段获取锁，收缩阶段释放锁 | | 死锁 | 事务相互等待资源 | | 乐观锁定 | 假设无冲突，冲突发生时处理 | | 悲观锁定 | 假设会冲突，提前加锁 | | 事务隔离级别 | 未提交读、已提交读、可重复读、可串行化 | | 游标类型 | 只向前、静态、键集、动态 | 下面是并发控制流程的 mermaid 流程图： ```mermaid graph TD; A[开始事务] --> B{是否有并发操作}; B -- 是 --> C[进行并发控制]; C --> D{是否发生冲突}; D -- 是 --> E[处理冲突]; E --> F[继续事务]; D -- 否 --> F; B -- 否 --> F; F --> G[提交或回滚事务]; G --> H[结束事务]; ``` #### 3. 数据库安全 数据库安全的目标是确保只有授权用户在授权时间内执行授权操作。要实现有效的数据库安全，需要明确所有用户的处理权限和责任。 数据库管理系统产品通常提供安全功能，主要包括声明用户、用户组、需要保护的对象以及对这些对象的权限。几乎所有的数据库管理系统都使用某种形式的用户名和密码进行安全验证。此外，还可以通过应用程序安全来增强数据库管理系统的安全性。 #### 4. 备份与恢复 在系统发生故障时，需要尽快将数据库恢复到可用状态，并重新应用或重启故障发生时正在进行的事务。虽然在某些情况下可以通过重新处理来恢复数据库，但通常更倾向于使用日志、前映像和后映像，并结合回滚和前滚操作。设置检查点可以减少故障后需要执行的工作量。 除了上述三个主要功能外，数据库管理员还需要确保有一个系统来收集和记录错误与问题，并与开发团队合作，按优先级解决这些问题，同时评估数据库管理系统新版本的功能。此外，数据库管理员还需要创建和管理数据库配置控制流程，以确保数据库结构的更改具有全局视野。最后，数据库管理员要负责维护有关数据库结构、并发控制、安全管理、备份与恢复等方面的适当文档。 #### 5. 关键术语 以下是一些数据库管理中常见的关键术语： - ACID 事务 - 后映像 - 原子性 - 身份验证 - 授权 - 前映像 - 检查点 - 并发事务 - 并发更新问题 - 一致性 - 数据管理 - 数据库管理 - 数据库管理员 - DBA - 死锁 - 致命拥抱 - 脏读 - 持久性 - 动态游标 - 排他锁 - 显式锁 - 只向前游标 - 隐式锁 - 不一致读取问题 - 隔离级别 - 键集游标 - 锁定粒度 - 日志 - 逻辑工作单元（LUW） - 更新丢失问题 - 不可重复读 - 乐观锁定 - 并行 - 权限 - 悲观锁定 - 幻读 - 已提交读隔离级别 - 未提交读隔离级别 - 通过重新处理恢复 - 通过回滚/前滚恢复 - 可重复读隔离级别 - 资源锁定 - 回滚 - 前滚 - 可滚动游标 - 串行 - 可串行化 - 可串行化隔离级别 -