[数据库系统概论]第四版 课后习题答案

5 ．试述实现数据库安全性控制的常用方法和技术。

答：实现数据库安全性控制的常用方法和技术有：

( l ）用户标识和鉴别：该方法由系统提供一定的方式让用户标识自己的名字或身份。每次用户要求进入系统时，由系统进行核对，通过鉴定后才提供系统的使用权。

( 2 ）存取控制：通过用户权限定义和合法权检查确保只有合法权限的用户访问数据库，所有未被授权的人员无法存取数据。例如CZ 级中的自主存取控制( DAC ) , Bl 级中的强制存取控制（MAC ）。

( 3 ）视图机制：为不同的用户定义视图，通过视图机制把要保密的数据对无权存取的用户隐藏起来，从而自动地对数据提供一定程度的安全保护。

( 4 ）审计：建立审计日志，把用户对数据库的所有操作自动记录下来放入审计日志中，DBA 可以利用审计跟踪的信息，重现导致数据库现有状况的一系列事件，找出非法存取数据的人、时间和内容等。

( 5 ）数据加密：对存储和传输的数据进行加密处理，从而使得不知道解密算法的人无法获知数据的内容。

6 ．什么是数据库中的自主存取控制方法和强制存取控制方法？

答：

自主存取控制方法：定义各个用户对不同数据对象的存取权限。当用户对数据库访问时首先检查用户的存取权限。防止不合法用户对数据库的存取。

强制存取控制方法：每一个数据对象被（强制地）标以一定的密级，每一个用户也被（强制地）授予某一个级别的许可证。系统规定只有具有某一许可证级别的用户才能存取某一个密级的数据对象。

7 .SQL 语言中提供了哪些数据控制（自主存取控制）的语句？请试举几例说明它们的使用方法。

答：

SQL 中的自主存取控制是通过GRANT 语句和REVOKE 语句来实现的。如：

GRANT SELECT , INSERT ON Student

TO 王平

WITH GRANT OPTION ;

就将S tudent 表的SELECT 和INSERT 权限授予了用户王平，后面的“WITH GRANT OPTION ”子句表示用户王平同时也获得了“授权”的权限，即可以把得到的权限继续授予其他用户。

REVOKE INSERT ON Student FROM 王平CASCADE ;

就将S tudent 表的INSERT 权限从用户王平处收回，选项CASCADE 表示，如果用户王平将Student 的INSERT 权限又转授给了其他用户，那么这些权限也将从其他用户处收回。

第5章 数据库完整性

3 ．什么是数据库的完整性约束条件？可分为哪几类？

答

完整性约束条件是指数据库中的数据应该满足的语义约束条件。一般可以分为六类：静态列级约束、静态元组约束、静态关系约束、动态列级约束、动态元组约束、动态关系约束。静态列级约束是对一个列的取值域的说明，包括以下几个方面： ( l ）对数据类型的约束，包括数据的类型、长度、单位、精度等； ( 2 ）对数据格式的约束； ( 3 ）对取值范围或取值集合的约束； ( 4 ）对空值的约束； ( 5 ）其他约束。静态元组约束就是规定组成一个元组的各个列之间的约束关系，静态元组约束只局限在单个元组上。静态关系约束是在一个关系的各个元组之间或者若干关系之间常常存在各种联系或约束。

常见的静态关系约束有： ( l ）实体完整性约束； ( 2 ）参照完整性约束； ( 3 ）函数依赖约束。

动态列级约束是修改列定义或列值时应满足的约束条件，包括下面两方面： ( l ）修改列定义时的约束； ( 2 ）修改列值时的约束。动态元组约束是指修改某个元组的值时需要参照其旧值，并且新旧值之间需要满足某种约束条件。动态关系约束是加在关系变化前后状态上的限制条件，例如事务一致性、原子性等约束条件。

4 . DBMS 的完整性控制机制应具有哪些功能？

答:

DBMS 的完整性控制机制应具有三个方面的功能： ( l ）定义功能，即提供定义完整性约束条件的机制； ( 2 ）检查功能，即检查用户发出的操作请求是否违背了完整性约束条件；( 3 ）违约反应：如果发现用户的操作请求使数据违背了完整性约束条件，则采取一定的动作来保证数据的完整性。

5 . RDBMS 在实现参照完整性时需要考虑哪些方面？

答

RDBMs 在实现参照完整性时需要考虑以下几个方面： ( l ）外码是否可以接受空值。 ( 2 ）册 l 除被参照关系的元组时的考虑，这时系统可能采取的作法有三种： l ）级联删除（ CASCADES ) ; 2 ）受限删除（ RESTRICTED ) ; 3 ）置空值删除（ NULLIFIES ）。 ( 3 ）在参照关系中插入元组时的问题，这时系统可能采取的作法有： l ）受限插入； 2 ）递归插入。 ( 4 ）修改关系中主码的问题。一般是不能用 UPDATE 语句修改关系主码的。如果需要修改主码值，只能先删除该元组，然后再把具有新主码值的元组插入到关系中。如果允许修改主码，首先要保证主码的惟一性和非空，否则拒绝修改。然后要区分是参照关系还是被参照关系。

第7章 数据库设计

2 ．试述数据库设计过程各个阶段上的设计描述。

答：各阶段的设计要点如下： ( l ）需求分析：准确了解与分析用户需求（包括数据与处理）。 ( 2 ）概念结构设计：通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体 DBMS 的概念模型。 ( 3 ）逻辑结构设计：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。 ( 4 ）数据库物理设计：为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）。 ( 5 ）数据库实施：设计人员运用 DBMS 提供的数据语言、工具及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。 ( 6 ）数据库运行和维护：在数据库系统运行过程中对其进行评价、调整与修改。

5 ．需求分析阶段的设计目标是什么？调查的内容是什么？

答：需求分析阶段的设计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，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新系统的功能。调查的内容是“数据’夕和“处理”，即获得用户对数据库的如下要求： ( l ）信息要求，指用户需要从数据库中获得信息的内容与性质，由信息要求可以导出数据要求，即在数据库中需要存储哪些数据； ( 2 ）处理要求，指用户要完成什么处理功能，对处理的响应时间有什么要求，处理方式是批处理还是联机处理； ( 3 ）安全性与完整性要求。

6 ．数据字典的内容和作用是什么？

答：数据字典是系统中各类数据描述的集合。数据字典的内容通常包括： ( l ）数据项； ( 2 ）数据结构； ( 3 ）数据流； ( 4 ）数据存储； ( 5 ）处理过程五个部分。其中数据项是数据的最小组成单位，若干个数据项可以组成一个数据结构。数据字典通过对数据项和数据结构的定义来描述数据流和数据存储的逻辑内容。数据字典的作用：数据字典是关于数据库中数据的描述，在需求分析阶段建立，是下一步进行概念设计的基础，并在数据库设计过程中不断修改、充实、完盖。

9 ．试述数据库概念结构设计的重要性和设计步骤。

答：重要性：数据库概念设计是整个数据库设计的关键，将在需求分析阶段所得到的应用需求首先抽象为概念结构，以此作为各种数据模型的共同基础，从而能更好地、更准确地用某一 DBMS 实现这些需求。设计步骤：概念结构的设计方法有多种，其中最经常采用的策略是自底向上方法，该方法的设计步骤通常分为两步：第 1 步是抽象数据并设计局部视图，第 2 步是集成局部视图，得到全局的概念结构。

11 ．什么是数据库的逻辑结构设计？试述其设计步骤。

答：数据库的逻辑结构设计就是把概念结构设计阶段设计好的基本 E 一 R 图转换为与选用的 DBMS 产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构。设计步骤为 : ( l ）将概念结构转换为一般的关系、网状、层次模型； ( 2 ）将转换来的关系、网状、层次模型向特定 DBMS 支持下的数据模型转换； ( 3 ）对数据模型进行优化。

15 ．试述数据库物理设计的内容和步骤。

答：数据库在物理设备上的存储结构与存取方法称为数据库的物理结构，它依赖于给定的 DBMS 。为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用要求的物理结构，就是数据库的物理设计的主要内容。数据库的物理设计步骤通常分为两步： ( l ）确定数据库的物理结构，在关系数据库中主要指存取方法和存储结构； ( 2 ）对物理结构进行评价，评价的重点是时间效率和空间效率。

19 ．请设计一个图书馆数据库，此数据库中对每个借阅者保存读者记录，包括：读者号，姓名，地址，性别，年龄，单位。对每本书存有：书号，书名，作者，出版社。对每本被借出的书存有读者号、借出日期和应还日期。要求：给出 E 一 R 图，再将其转换为关系模型。

答 ：E 一 R 图为：

关系模型为：读者（读者号，姓名，地址，性别书（书号，书名，作者，出版社）借书（读者号，书号，借出日期，年龄，单位）应还日期）

第10章 数据库恢复技术

1．试述事务的概念及事务的4 个特性。

答：

事务是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作要么全做要么全不做，是一个不可分割的工作单位。

事务具有4 个特性：原子性（Atomicity ）、一致性（consistency ）、隔离性( Isolation ）和持续性（Durability ）。这4 个特性也简称为ACID 特性。

原子性：事务是数据库的逻辑工作单位，事务中包括的诸操作要么都做，要么都不做。 一致性：事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。

隔离性：一个事务的执行不能被其他事务干扰。即一个事务内部的操作及使用的数据对其他并发事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。持续性：持续性也称永久性（Perfnanence ) ，指一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的。接下来的其他操作或故障不应该对其执行结果有任何影响。

4 ．数据库运行中可能产生的故障有哪几类？哪些故障影响事务的正常执行？哪些故障破坏数据库数据？

答：

数据库系统中可能发生各种各样的故障，大致可以分以下几类：

（1）事务内部的故障；

（2）系统故障；

（3）介质故障；

（4）计算机病毒。

事务故障、系统故障和介质故障影响事务的正常执行；介质故障和计算机病毒破坏数据库数据。

5 ．数据库恢复的基本技术有哪些？

答：

数据转储和登录日志文件是数据库恢复的基本技术。

当系统运行过程中发生故障，利用转储的数据库后备副本和日志文件就可以将数据库恢复到故障前的某个一致性状态。

7 ．什么是日志文件？为什么要设立日志文件？

答：

（1）日志文件是用来记录事务对数据库的更新操作的文件。

（2）设立日志文件的目的是：进行事务故障恢复；进行系统故障恢复；协助后备副本进行介质故障恢复。

9 ．针对不同的故障，试给出恢复的策略和方法。（即如何进行事务故障的恢复？系统故障的恢复？介质故障恢复？)

答：

事务故障的恢复：

事务故障的恢复是由DBMS DBMs 执行恢复步骤是：

自动完成的，对用户是透明的。

（1）反向扫描文件日志（即从最后向前扫描日志文件），查找该事务的更新操作；

（2）对该事务的更新操作执行逆操作，即将日志记录中“更新前的值”写入数据库；

（3）继续反向扫描日志文件，做同样处理；

（4）如此处理下去，直至读到此事务的开始标记，该事务故障的恢复就完成了。 系统故障的恢复：

系统故障可能会造成数据库处于不一致状态：一是未完成事务对数据库的更新可能已写入数据库；二是已提交事务对数据库的更新可能还留在缓冲区，没来得及写入数据库。因此恢复操作就是要撤销（UNDO ）故障发生时未完成的事务，重做（REDO ）已完成的事务。 系统的恢复步骤是：

（1）正向扫描日志文件，找出在故障发生前已经提交的事务队列（REDO 队列）和未完成的事务队列（uNDO 队列）。

（2）对撤销队列中的各个事务进行UNDO 处理。

进行UNDO 处理的方法是，反向扫描日志文件，对每个UNDO 事务的更新操作执行逆操作，即将日志记录中“更新前的值”Before Image ）写入数据库。( 3 ）对重做队列中的各个事务进行REDO 处理。

进行REDO 处理的方法是：正向扫描日志文件，对每个REDO 事务重新执行日志文件登记的操作。即将日志记录中“更新后的值”Afte , Image ）写入数据库。

介质故障的恢复：

介质故障是最严重的一种故障。

恢复方法是重装数据库，然后重做已完成的事务。具体过程是：

( 1 ) DBA 装入最新的数据库后备副本（离故障发生时刻最近的转储副本）, 使数据库恢复到转储时的一致性状态；

( 2 ) DBA 装入转储结束时刻的日志文件副本；

( 3 ) DBA 启动系统恢复命令，由DBMS 完成恢复功能，即重做已完成的事务。

10 ．什么是检查点记录？检查点记录包括哪些内容？

答：

检查点记录是一类新的日志记录。它的内容包括：

① 建立检查点时刻所有正在执行的事务清单

② 这些事务的最近一个日志记录的地址。

12 ．试述使用检查点方法进行恢复的步骤。

答：

（1）从重新开始文件（见第11 题的图）中找到最后一个检查点记录在日志文件中的地址，由该地址在日志文件中找到最后一个检查点记录。

（2）由该检查点记录得到检查点建立时刻所有正在执行的事务清单ACTIVE 一LIST 。 这里建立两个事务队列：

1 ) UNDO 一LIST ：需要执行undo 操作的事务集合；

2 ) REDO 一LIST ：需要执行redo 操作的事务集合。

把ACTIVE 一LIST 暂时放入UNDO 一LIST 队列，REDO 队列暂为空。

3 ）从检查点开始正向扫描日志文件：

① 如有新开始的事务T * ，把T ＊暂时放入uNDO 一LlsT 队列；

② 如有提交的事务毛，把毛从UNDO 一LIST 队列移到REDO 一LIST 队列，直到日志文件结束；

4 ）对UNDO 一LIST 中的每个事务执行UNDO 操作，对REDO 一LIST 中的每个事务执行REDO 操作。

13 ．什么是数据库镜像？它有什么用途？

答：

数据库镜像即根据DBA 的要求，自动把整个数据库或者其中的部分关键数据复制到另一个磁盘上。每当主数据库更新时，DBMS 自动把更新后的数据复制过去，即DBMS 自动保证镜像数据与主数据的一致性。

数据库镜像的用途有：

一是用于数据库恢复。当出现介质故障时，可由镜像磁盘继续提供使用，同时DBMS 自动利用镜像磁盘数据进行数据库的恢复，不需要关闭系统和重装数据库副本。

二是提高数据库的可用性。在没有出现故障时，当一个用户对某个数据加排它锁进行修改时，其他用户可以读镜像数据库上的数据，而不必等待该用户释放锁。

第11章 并发控制

4 ．如何用封锁机制保证数据的一致性？

答： DBMS 在对数据进行读、写操作之前首先对该数据执行封锁操作，例如下图中事务 Tl 在对 A 进行修改之前先对 A 执行 xock ( A ) ，即对 A 加 x 锁。这样，当几请求对 A 加 x 锁时就被拒绝，几只能等待 Tl 释放 A 上的锁后才能获得对 A 的 x 锁，这时它读到的

A 是 Tl 更新后的值，再按此新的 A 值进行运算。这样就不会丢失 Tl 的更新。

DBMS 按照一定的封锁协议，对并发操作进行控制，使得多个并发操作有序地执行，就可以避免丢失修改、不可重复读和读“脏’夕数据等数据不一致性。

5 ．什么是活锁？什么是死锁？

答：

如果事务 Tl 封锁了数据 R ，事务几又请求封锁 R ，于是几等待。几也请求封锁 R ，当 Tl 释放了 R 上的封锁之后系统首先批准了几的请求，几仍然等待。然后几又请求封锁 R ，当几释放了 R 上的封锁之后系统又批准了几的请求 „ „ 几有可能永远等待，这就是活锁的情形。活锁的含义是该等待事务等待时间太长，似乎被锁住了，实际上可能被激活。如果事务 Tl 封锁了数据 Rl ，几封锁了数据凡，然后 Tl 又请求封锁几，因几已封锁了几，于是 Tl 等待几释放几上的锁。接着几又申请封锁 Rl ，因 Tl 已封锁了 Rl ，几也只能等待 Tl 释放 Rl 上的锁。这样就出现了 Tl 在等待几，而几又在等待 T ｝的局面， T ｝和几两个事务永远不能结束，形成死锁。

6 ．试述活锁的产生原因和解决方法。

答：活锁产生的原因：当一系列封锁不能按照其先后顺序执行时，就可能导致一些事务无限期等待某个封锁，从而导致活锁。避免活锁的简单方法是采用先来先服务的策略。当多个事务请求封锁同一数据对象时，封锁子系统按请求封锁的先后次序对事务排队，数据对象上的锁一旦释放就批准申请队列中第一个事务获得锁。

11 ．请给出检测死锁发生的一种方法，当发生死锁后如何解除死锁？

答：数据库系统一般采用允许死锁发生， DBMS 检测到死锁后加以解除的方法。 DBMS 中诊断死锁的方法与操作系统类似，一般使用超时法或事务等待图法。超时法是：如果一个事务的等待时间超过了规定的时限，就认为发生了死锁。超时法实现简单，但有可能误判死锁，事务因其他原因长时间等待超过时限时，系统会误认为发生了死锁。若时限设置得太长，又不能及时发现死锁发生。 DBMS 并发控制子系统检测到死锁后，就要设法解除。通常采用的方法是选择一个处理死锁代价最小的事务，将其撤消，释放此事务持有的所有锁，使其他事务得以继续运行下去。当然，对撤销的事务所执行的数据修改操作必须加以恢复。

12 ．什么样的并发调度是正确的调度？

答：可串行化（ Serializable ）的调度是正确的调度。可串行化的调度的定义：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执行它们时的结果相同，称这种调度策略为可串行化的调度。

9 ．设 Tl ，几，几是如下的 3 个事务：

Tl ：A : = A + 2 ;

T2：A : = A * 2 ;

T3：A : = A **2 ; ( A

设 A 的初值为 0 。

( l ）若这 3 个事务允许并行执行，则有多少可能的正确结果，请一一列举出来。 答 ：A 的最终结果可能有 2 、 4 、 8 、 16 。因为串行执行次序有 Tl T2T3、 Tl T3T2、T2T1T3、T2T3Tl 、T3T1T2、T3T2 Tl 。对应的执行结果是 16 、 8 · 4 · 2 · 4 · 2 。

( 2 ）请给出一个可串行化的调度，并给出执行结果

答：

最后结果 A 为 16 ，是可串行化的调度。

( 3 ）请给出一个非串行化的调度，并给出执行结果。

答：

最后结果 A 为 0 ，为非串行化的调度。

( 4 ）若这 3 个事务都遵守两段锁协议，请给出一个不产生死锁的可串行化调度。

答：

( 5 ）若这 3 个事务都遵守两段锁协议，请给出一个产生死锁的调度。

答：