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一、简答题

1． 什么是封锁？基本的封锁类型有几种？试述它们的含义。

【答案】（1）封锁是指事务T 在对某个数据对象（例如表、记录等）进行操作之前，先向系统发出请求，对其加锁。加锁后，事务T 就对该数据对象有控制权，在事务T 释放锁之前，其他事务不能更新此数据对象。

（2）基本的封锁类型有两种：排它锁（简称X 锁）和共享锁（简称S 锁）。

①排它锁又称为写锁。若事务T 对数据对象A 加上X 锁，则只允许T 来读取和修改A , 其他任何事务都不能再对A 加任何类型的锁，直到T 释放A 上的锁。这就保证了其他事务在T 释放A 上的锁之前不能再读取和修改A 。

②共享锁又称为读锁。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 , 其他事务只能再对A 加S 锁，而不能加X 锁，直到事务T 释放A 上的S 锁。这就保证了其他事务可以读A ，但在事务T 释放A 上的S 锁之前不能对A 做任何修改。

2． 定义并解释以下术语：模式，外模式，内模式，数据定义语言，数据操纵语言。

【答案】（1）外模式：亦称子模式或用户模式，数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。

（2）模式：亦称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。模式描述的是数据的全局逻辑结构。外模式涉及的是数据的局部逻辑结构，通常是模式的子集。

（3）内模式：亦称存储模式，是数据在数据库系统内部的表示，即对数据的物理结构和存储方式的描述。

（4）数据定义语言（Data Definition Language，DDL ）:用来定义数据库模式、外模式、内模式的语言。

（5）数据操纵语言（Data Manipulation Language, DML ）:用来对数据库中的数据进行查询、插入、删除和修改的语句。

3． 试述数据库物理设计的内容和步骤。

【答案】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，它依赖于选定的数据库管理系统。数据库物理设计的主要内容是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。

数据库的物理设计步骤通常分为两步：

（1）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。

4． 什么是数据库的审计功能，为什么要提供审计功能？

【答案】（1）审计功能是指DBMS 的审计模块在用户对数据库执行操作的同时把所有操作自动记录到系统的审计日志中。审计通常是很费时间和空间的，所以DBMS 往往都将其作为可选特征，允许DBA 根据应用对安全性的要求，灵活地打开或关闭审计功能。审计功能一般主要用于安全性要求较高的部门。

（2）提供审计功能的原因：任何系统的安全保护措施都不是完美无缺的，蓄意盗窃破坏数据的人总可能存在。利用数据库的审计功能，DBA 可以根据审计跟踪的信息，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． 什么是数据库的再组织和重构造？为什么要进行数据库的再组织和重构造？

【答案】（1）数据库的再组织是指按原设计要求重新安排存储位置、回收垃圾、减少指针链等，以提高系统性能。数据库的重构造则是指部分修改数据库的模式和内模式，即修改原设计的逻辑和物理结构。数据库的再组织是不修改数据库的模式和内模式的。

（2）进行数据库的再组织和重构造的原因：数据库运行一段时间后，由于记录不断增、删、改，会使数据库的物理存储情况变坏，降低了数据的存取效率，数据库性能下降，这时DBA 就要对数据库进行重组织。DBMS 一般都提供用于数据重组织的实用程序。数据库应用环境常常发生变化，如增加新的应用或新的实体，取消了某些应用，有的实体与实体间的联系也发生了变化等，使原有的数据库设计不能满足新的需求，需要调整数据库的模式和内模式，这就要进行数据库重构造。

6． 大数据时代对内存数据库提出了哪些挑战？

【答案】大数据的特点有：数据量大（V olume ）、类型繁多（Variety ）、价值密度低（Value ）、速度快时效高（Velocity ）。随着大数据时代的到来，未来众核协处理器、通用计算图形处理器（General Purpose Graphic Unit，GPGPU ）等新的高性能计算平台进入数据库领域，同时也对内存数据库提出了更多挑战。

（1）查询处理与优化，主要针对大数据数据量大和类型繁多的特点。page-coloring 优化技术对于数据持久驻留内存的内存数据库来说，较大的弱局部性数据集往往需要预先分配较大的内存地址范围，而较少的page color对应的地址范围较小，难以满足大数据集存储的要求。

（2）实时分析处理性能，主要针对大数据速度快时效高的特点。内存数据库摆脱了I/O延迟之后，内存访问速度得到极大的提升，在新兴的非易失性内存，如PCM 等技术支持下，内存计算和更新的速度进一步提升。事务型内存数据库的一个技术发展趋势是将事务串行化，简化并发控

制机制，提高内存数据库代码执行效率，使串行处理性能能够满足高吞吐性能需求。分析型内存数据库则将计算最大化并行，以提高多核处理器的并行计算效率，提高应对内存大数据实时分析处理的性能需求。

（3）并发与恢复技术，主要针对大数据数据量大和价值密度低的特点。通过对大数据表的共享扫描减少并发查询时独立大表扫描所产生的缺失，主要通过查询分组以及查询操作符批处理技术实现共享扫描基础上的高并发查询处理。第16章数据仓库与联机分析处理技术

7． 对学生课程数据库，查询信息系学生选修了的所有课程名称。

试画出用关系代数表示的语法树，并用关系代数表达式优化算法对原始的语法树进行优化处理，画出优化后的标准语法树。

【答案】（1）学生-课程数据库用关系代数表示的语法树如图1所示：

图1 关系代数语法树

（2）优化后的标准语法树如图2所示：

图2 优化后的语法树

8． 关系数据库管理系统在实现参照完整性时需要考虑哪些方面？

【答案】RDBMS 在实现参照完整性时需要考虑以下几个方面：

（1）外码是否可以接受空值。

（2）删除被参照关系元组时的问题，系统可能采取的作法有三种：级联删除、受限删除和置空值删除。

（3）在参照关系中插入元组时的问题，系统可能采取的做法有：受限插入和递归插入。 （4）修改关系中主码的问题。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。

9． 什么是数据库的恢复？恢复的基本原则是什么？恢复是如何实现的？

【答案】（1）在数据库系统投入运行后，就可能会出现各式各样的故障，即数据库被破坏或数据不正确。作为 DBMS , 应能把数据库从被破坏后不正确的状态，变成最近的一个正确的状态，这个过程称为“恢复”的过程。DBMS 的这种能力称为可恢复性。

（2）恢复的基本原则就是“冗余”，即数据库重复存储。数据库恢复可用以下方法实现： ①周期性地对整个数据库进行复制或转储。

②建立日志文件，对于数据库的每次插入、删除或修改，都要记下改变前后的值，写到日志文件中，以便有案可查。

（3）一旦发生数据库故障，则分两种情况处理：

①如果数据库已被破坏，如磁头脱落、磁盘损坏等，这时数据库已不能用了，就要装入最近一次复制的数据 库，然后利用日志文件执行“重做”操作，将这两个数据库状态之间的所有修改重新做一遍。这样就建立了新的 数据库，同时也没丢失对数据库的更新操作。

②如果数据库未被破坏，但某些数据不可靠，受到怀疑，例如程序在修改数据库时异常中断，这时，不必去复制存档的数据库，只需通过日志文件执行“撤消”操作，撤消所有不可靠的修改，把数据库恢复到正确的状

10．有两个关系S （A , B , C , D ）和T （C , D , E , F ），写出与下列查询等价的SQL 表达式：

【答案】⑴

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（4）

（5）

（6）