ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

Transcript

1

2 Hector Garcia-Molina Jeffrey D. Ullman Jennifer Widom Department of Computer Science, Stanford University ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Ένα πλήρες εγχειρίδιο Μετάϕραση: κεϕ. 1-12: Γεώργιος Φρ. Γεωργακόπουλος - Θεόδωρος Δρίτσας κεϕ : Θεόδωρος Δρίτσας Επιμέλεια (κεϕ ): Αλέξανδρος Χορταράς Επιστημονική επιμέλεια: κεϕ. 1-12: Γεώργιος Φρ. Γεωργακόπουλος - Θεόδωρος Δρίτσας κεϕ : Θεόδωρος Δρίτσας - Αλέξανδρος Χορταράς Επιστημονικός και ορολογικός έλεγχος: Ιωάννης Παπαδόγγονας ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ Ιδρυτική δωρεά Παγκρητικής Ενώσεως Αμερικής ΗΡΑΚΛΕΙΟ 2012

3 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚ ΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ Ίδρυµα Τεχνολογίας & Έρευνας Αθήνα: Κλεισόβης 3, Τηλ , Fax Ηράκλειο: Νικ. Πλαστήρα 100, Βασιλικά Βουτών , Ηράκλειο Κρήτης. Τηλ Fax ΣΕΙΡΑ: ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΗ ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ / ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ιευθυντές σειράς: Γεώργιος Φρ. Γεωργακόπουλος, Ιωάννης Παπαδόγγονας Τίτλος πρωτοτύπου: Database Systems: The Complete Book, 2nd Edition c : 2009, 2002 by Pearson Education Inc. c για την ελληνική γλώσσα: 2007 Πανεπιστηµιακές Εκδόσεις Κρήτης Πρώτη έκδοση σε ενιαίο τόµο: Σεπτέµβριος 2012 Μετάϕραση: Γεώργιος Φρ. Γεωργακόπουλος - Θεόδωρος ρίτσας (κεϕ. 1-12) Θεόδωρος ρίτσας (κεϕ ) Επιµέλεια: Αλέξανδρος Χορταράς (κεϕ ) Επιστηµονική επιµέλεια: Γεώργιος Φρ. Γεωργακόπουλος - Θεόδωρος ρίτσας (κεϕ. 1-12) Θεόδωρος ρίτσας - Αλέξανδρος Χορταράς (κεϕ ) Επιστηµονικός και ορολογικός έλεγχος: Ιωάννης Παπαδόγγονας Προσαρµογή L A TEX, σελιδοποίηση: David J. McClurkin Μακέτα εξωϕύλλου: Βάσω Αβραµοπούλου Εκτύπωση - βιβλιοδεσία: ΛΥΧΝΙΑ ISBN

4 Πρόλογος Το βιβλίο αυτό καλύπτει το κύριο μέρος της ύλης που διδάσκεται στο Πανεπιστήμιο Stanford, στον κύκλο μαθημάτων για τις βάσεις δεδομένων. Το εισαγωγικό μάθημα, που έχει τον κωδικό CS145, χρησιμοποιεί τα πρώτα δώδεκα κεϕάλαια και είναι σχεδιασμένο για όλους τους ϕοιτητές τόσο για αυτούς που θέλουν απλώς να χρησιμοποιούν συστήματα βάσεων δεδομένων όσο και για εκείνους που θέλουν να ασχοληθούν με την υλοποίησή τους. Στο δεύτερο μάθημα, που έχει τον κωδικό CS245 και αϕορά την υλοποίηση των βάσεων δεδομένων, καλύπτεται το μεγαλύτερο τμήμα της υπόλοιπης ύλης του βιβλίου. Ωστόσο, κάποια τμήματα παρουσιάζονται λεπτομερέστερα σε μαθήματα που αϕορούν ειδικά θέματα. Σε αυτά συγκαταλέγεται το CS346 (έργο υλοποίησης), που επικεντρώνεται στην βελτιστοποίηση ερωτημάτων, όπως αυτή παρουσιάζεται στα Κεϕάλαια 15 και 16. Τέλος, στο μάθημα CS345A, που αϕορά την εξόρυξη δεδομένων και την ιστοεξόρυξη, καλύπτεται η ύλη των τελευταίων δύο κεϕαλαίων. Τι έχει αλλάξει στη δεύτερη έκδοση Μετά από μια σύντομη εισαγωγή, που καταλαμβάνει το Κεϕάλαιο 1, στα Κεϕάλαια 2 και 3 θα περιγράψουμε το σχεσιακό πρότυπο. Το Κεϕάλαιο 4 είναι αϕιερωμένο στα πρότυπα υψηλού επιπέδου. Εκεί, πέραν του Ο/Σ προτύπου, καλύπτεται η ύλη που αϕορά την UML (ενοποιημένη γλώσσα προτυποποίησης). Στο Κεϕάλαιο 4 έχει επίσης μεταϕερθεί μια πιο συνοπτική παρουσίαση της ύλης που αϕορά την ODL, την οποία αντιμετωπίζουμε ως γλώσσα σχεδιασμού σχημάτων σχεσιακών βάσεων δεδομένων. Το κομμάτι που αϕορά τις συναρτησιακές και τις πλειότιμες εξαρτήσεις έχει τροποποιηθεί, αλλά παραμένει στο Κεϕάλαιο 3. Έχουμε αλλάξει οπτική γωνία, και πλέον θεωρούμε ότι μια συναρτησιακή εξάρτηση έχει στο δεξί της μέλος ένα σύνολο γνωρισμάτων. Παρουσιάζουμε επίσης αναλυτικά ορισμένους αλγορίθμους για τον χειρισμό των εξαρτήσεων. σε αυτούς περιλαμβάνεται και ο αλγόριθμος της «λάξευσης». Έχουμε επεκτείνει τη συζήτηση σχετικά με την τρίτη κανονική μορϕή συμπεριλαμβάνοντας τον αλγόριθμο σύνθεσης σχέσεων σε 3ΚΜ και καθιστώντας σαϕές ποια είναι τα συγκριτικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της 3ΚΜ και της κανονικής μορϕής BC. Το Κεϕάλαιο 5 περιέχει όλη την ύλη περί σχεσιακής άλγεβρας από την προηγούμενη έκδοση, και τμήμα της παρουσίασης της Datalog από το παλαιό Κεϕάλαιο 10. Η παρουσίαση της αναδρομής στη Datalog έχει μετακινηθεί στον ιστότοπο του βιβλίου ή παρουσιάζεται στο Κεϕάλαιο 10 της παρούσας έκδοσης, μαζί με την αναδρομική SQL. Τα Κεϕάλαια 6 ώς 10 είναι αϕιερωμένα σε πτυχές του προγραμματισμού SQL, και συνιστούν μια επανεπεξεργασμένη και επαυξημένηεκδοχήτωνκεϕαλαίων6,7,

5 vi ΠΡΟΛΟΓΟΣ 8, καθώς και τμημάτων του Κεϕαλαίου 10 της προηγούμενης έκδοσης του βιβλίου. Έχουμε αϕιερώσει ένα κεϕάλαιο, το Κεϕάλαιο 8, για να καλύψουμε την ύλη που αϕορά τις όψεις και τα ευρετήρια. στην ύλη αυτή έχει προστεθεί η παρουσίαση κάποιων σημαντικών νέων θεμάτων, όπως είναι οι υλοποιημένες όψεις και η αυτόματη επιλογή ευρετηρίων. Το νέο Κεϕάλαιο 9 στηρίζεται στο παλαιό Κεϕάλαιο 8 (ενσωματωμένη SQL). Έχει προστεθεί μια νέα εισαγωγική ενότητα για την αρχιτεκτονική τριών στρωμάτων. Περιλαμβάνει επίσης μια πιο αναλυτική παρουσίαση του JDBC, ενώ καλύπτεται πλέον και ηphp. Στο Κεϕάλαιο 10 έχουμε συμπεριλάβει κάποια προχωρημένα θέματα SQL. Εδώ έχει μεταϕερθεί η εξέταση της εξουσιοδότησης από το παλαιό Κεϕάλαιο 8, όπως επίσης και η συζήτηση για την αναδρομική SQL, από το παλαιό Κεϕάλαιο 10. Εδώ παρουσιάζονται και οι κύβοι δεδομένων, από το παλαιό Κεϕάλαιο 20. Το υπόλοιπο αυτού του κεϕαλαίουείναιαϕιερωμένοστοένθετο-σχεσιακόπρότυπο(απότοπαλαιόκεϕάλαιο 4) και στα οντοσχεσιακά χαρακτηριστικά της SQL (από το παλαιό Κεϕάλαιο 9). Στη συνέχεια, στα Κεϕάλαια 11 και 12 παρουσιάζεται η XML και τα συστήματα που στηρίζονται σε αυτήν. Εκτός από κάποια ύλη που προέρχεται από το τέλος του παλαιού Κεϕαλαίου 4, το οποίο έχει μεταϕερθεί στο Κεϕάλαιο 11, όλη η υπόλοιπη ύλη είναι καινούργια. Στο Κεϕάλαιο 11 παρουσιάζεται το πρότυπο των ημιδομημένων δεδομένων. παρουσιάζονται αναλυτικά οι DTD, μαζί με καινούργια ύλη για την XML Schema. Το Κεϕάλαιο 12 είναι αϕιερωμένο στον προγραμματισμό και περιλαμβάνει ενότητες για την XPath, την XQuery και την XSLT. Στο Κεϕάλαιο 13 ξεκινάμε τη μελέτη της υλοποίησης των βάσεων δεδομένων. Παρουσιάζουμε την αποθήκευση στον δίσκο και τις αρχειακές δομές που κατασκευάζονται στους δίσκους. Στο κεϕάλαιο αυτό έχουμε συμπυκνώσει την ύλη που στην πρώτη έκδοση καταλάμβανε τα Κεϕάλαια 11 και 12. Στο Κεϕάλαιο 14 παρουσιάζονται οι ευρετηριακές δομές, συμπεριλαμβανομένων των δέντρων Β, της διασποράς και των δομών για πολυδιάστατα ευρετήρια. Το υλικό αυτό αποτελεί επίσης συμπύκνωση, αυτή τη ϕορά των Κεϕαλαίων 13 και 14 της πρώτης έκδοσης. Στα Κεϕάλαια 15 και 16 καλύπτεται η ύλη που αϕορά την εκτέλεση και τη βελτιστοποίηση των ερωτημάτων, αντίστοιχα. Τα κεϕάλαια αυτά είναι παρόμοια με τα Κεϕάλαια 15 και 16 της πρώτης έκδοσης. Το Κεϕάλαιο 17 καλύπτει την πρακτικογράϕηση, και το Κεϕάλαιο 18 τον έλεγχο συγχρονικότητας. και αυτά τα κεϕάλαια είναι παρόμοια με τα κεϕάλαια που είχαν τον ίδιο αριθμό στην παλαιά έκδοση. Στο Κεϕάλαιο 19 πραγματευόμαστε κάποια επιπλέον ζητήματα συγχρονικότητας: αποκατάσταση, αδιέξοδα και μακρές δοσοληψίες. Το υλικό αυτό είναι τμήμα του παλαιού Κεϕαλαίου 19. Το Κεϕάλαιο 20 αϕορά τις παράλληλες και τις κατανεμημένες βάσεις δεδομένων. Εκτός από την ύλη για την παράλληλη εκτέλεση ερωτημάτων, που προέρχεται από το παλαιό Κεϕάλαιο 15, και την ύλη για την κατανεμημένη επιβολή ϕραγμών και την οριστικοποίηση, που προέρχεται από το παλαιό Κεϕάλαιο 19, υπάρχουν πολλές νέες ενότητες για την κατανεμημένη εκτέλεση ερωτημάτων: το απεικονιστικό-αναγωγικό πλαίσιο για παράλληλο υπολογισμό, οι βάσεις δεδομένων «ίσος προς ίσον» και ο τρόπος που αυτές υλοποιούν κατανεμημένους πίνακες διασποράς. Το Κεϕάλαιο 21 είναι αϕιερωμένο στο ζήτημα της ενοποίησης των πληροϕοριών. Εκτός από τη σχετική ύλη που υπήρχε και στο Κεϕάλαιο 20 της προηγούμενης έκδοσης, έχουμε προσθέσει μια ενότητα για τους «τοπικά οψιόμορϕους» μεσολαβητές

6 ΠΡΟΛΟΓΟΣ vii και μια ενότητα για την αποσαϕήνιση οντοτήτων (την εύρεση δελτίων που αϕορούν την ίδια οντότητα, π.χ., ένα συγκεκριμένο άτομο, και βρίσκονται σε πολλές βάσεις δεδομένων). Στο Κεϕάλαιο 22 εξετάζουμε την εξόρυξη δεδομένων. Παρότι υπήρχε κάποια ύλη σχετικά με αυτό το θέμα στο Κεϕάλαιο 20 της προηγούμενης έκδοσης, σχεδόν ολόκληροτοκεϕάλαιοαυτόέχειγραϕτείαπότηναρχή.καλύπτειθέματαόπωςτους κανόνεςσύζευξηςκαιτηνεξόρυξησυχνώνειδοσυνόλων,παρουσιάζονταςμεταξύάλλων και τον περίϕημο αλγόριθμο A-Priori, καθώς και πολλές τεχνικές για τη βελτίωση της αποδοτικότητας. Στο Κεϕάλαιο 22 παρουσιάζονται οι σημαντικές τεχνικές της «ϕολίδωσης», της ελαχιστοδιασποράς, και της τοποεξαρτώμενης διασποράς για την εύρεση παρόμοιων αντικειμένων σε βάσεις δεδομένων πολύ μεγάλου μεγέθους, π.χ., σε ιστοσελίδες που περιέχουν εκτενή παραθέματα από άλλες ιστοσελίδες. Το κεϕάλαιο ολοκληρώνεται με μια μελέτη της συσταδοποίησης, ειδικά για σύνολα δεδομένων πολύ μεγάλου όγκου. Το Κεϕάλαιο 23 είναι εξ ολοκλήρου καινούργιο, και σε αυτό εξετάζονται δύο σημαντικές εξελίξεις μέσω των οποίων το Διαδίκτυο έχει επηρεάσει την τεχνολογία των βάσεων δεδομένων. Η πρώτη είναι οι μηχανές αναζήτησης, όπου εξετάζουμε τους αλγορίθμους που χρησιμοποιούνται για τον ερπυσμό στον ιστό, τον πασίγνωστο αλγόριθμο PageRank που χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της σημαντικότητας ιστοσελίδων, καθώς και τις επεκτάσεις του. Στο κεϕάλαιο αυτό παρουσιάζονται επίσης τα συστήματα διαχείρισης ρεύματος δεδομένων. Εξετάζουμε το πρότυπο του ρεύματος δεδομένων και τις επεκτάσεις της SQL και ολοκληρώνουμε το κεϕάλαιο παρουσιάζοντας κάποιους ενδιαϕέροντες αλγορίθμους για την εκτέλεση ερωτημάτων σε ρεύματα. Προαπαιτούμενα Έχουμε χρησιμοποιήσει το εγχειρίδιο αυτό σε ένα ενδιάμεσο επίπεδο, σε έναν κύκλο μαθημάτων τα οποία παρακολουθούν τόσο προπτυχιακοί ϕοιτητές όσο και ϕοιτητές του πρώτου έτους των μεταπτυχιακών σπουδών. Τα τυπικά προαπαιτούμενα για το μάθημα είναι η γνώση των ακόλουθων αντικειμένων σε επίπεδο δεύτερου έτους προπτυχιακών σπουδών: 1. Δομές δεδομένων, αλγόριθμοι και διακριτά μαθηματικά, καθώς και 2. Συστήματα λογισμικού, τεχνολογία λογισμικού και γλώσσες προγραμματισμού. Από το σύνολο αυτής της ύλης, είναι σημαντικό οι ϕοιτητές να κατανοούν σε στοιχειώδες επίπεδο θέματα όπως: αλγεβρικές εκϕράσεις και αλγεβρικοί νόμοι, λογική, βασικές δομές δεδομένων, έννοιες οντοστρεϕούς προγραμματισμού και προγραμματιστικά περιβάλλοντα. Πιστεύουμε, ωστόσο, ότι ένα επαρκές υπόβαθρο αποκτάται στο τρίτο έτος των πανεπιστημιακών σπουδών επιστήμης υπολογιστών. Ασκήσεις Το βιβλίο περιέχει πολλές ασκήσεις, που καλύπτουν σχεδόν όλες τις ενότητες. Έχουμε σημειώσει με ένα θαυμαστικό όσες ασκήσεις ή υποερωτήματα ασκήσεων είναι δυσκολότερα από τα άλλα. Οι ακόμα πιο δύσκολες ασκήσεις σημειώνονται με δύο θαυμαστικά.

7 viii Υποστήριξη στον Παγκόσμιο Ιστό Η οικοσελίδα του βιβλίου είναι η ullman/dscb.html ΠΡΟΛΟΓΟΣ Εκεί μπορεί κανείς να βρει όσα παροράματα του βιβλίου έχουν εντοπιστεί, καθώς και βοηθητικό υλικό, όπως ασκήσεις για το σπίτι, μικρές εργασίες και διαγωνίσματα. Σε αυτήν τη ιστοσελίδα θα αναρτηθούν επίσης οι ενότητες της πρώτης έκδοσης που αϕαιρέθηκαν από τη δεύτερη έκδοση. Επιπλέον, στην παραπάνω ιστοσελίδα διατίθεται συνοδευτικό υλικό με on-line ασκήσεις για το σπίτι και εργαστήρια προγραμματισμού, που βασίζεται σε τεχνολογία που αναπτύχθηκε από την Gradiance Corp. Για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με το σύστημα GOAL, βλ. την ενότητα που ακολουθεί τον Πρόλογο. Την υπηρεσία GOAL μπορεί να την προμηθευτεί κανείς από την ιστοσελίδα Οι διδάσκοντες που επιθυμούν να χρησιμοποιήσουν το σύστημα στις παραδόσεις τους θα πρέπει να επικοινωνήσουν με τον τοπικό αντιπρόσωπο της Prentice-Hall ή να ζητήσουν την ειδική άδεια χρήσης για διδάσκοντες μέσω του παραπάνω ιστοτόπου. Εγχειρίδιο με τις λύσεις των ασκήσεων μπορούν να βρουν οι διδάσκοντες στη σελίδα Στη σελίδα αυτή παρέχεται επίσης πρόσβαση στο σύστημα GOAL και σε όλο το συνοδευτικό υλικό του βιβλίου. Ευχαριστίες Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τον Donald Kossmann για τις πολύ χρήσιμες συζητήσεις που είχαμε μαζί του, ειδικά όσον αϕορά την XML και τα σχετικά συστήματα προγραμματισμού. Ο Bobbie Cochrane μας βοήθησε επίσης να κατανοήσουμε τη σημασιολογία των πυροδοτών σε μια παλαιότερη έκδοση του βιβλίου. Πολλοί ήταν αυτοί που μας βοήθησαν, είτε στη συγγραϕή αυτού του βιβλίου και των προηγούμενων εκδοχών του, είτε γνωστοποιώντας μας λάθη στα βιβλία και/ή στο συνοδευτικό υλικό που βρίσκεται στο Διαδίκτυο. Με μεγάλη χαρά θα θέλαμε να τους αναϕέρουμε όλους εδώ. Marc Abromowitz, Joseph H. Adamski, Brad Adelberg, Gleb Ashimov, Donald Aingworth, Teresa Almeida, Brian Babcock, Bruce Baker, Yunfan Bao, Jonathan Becker, Margaret Benitez, Eberhard Bertsch, Larry Bonham, Phillip Bonnet, David Brokaw, Ed Burns, Alex Butler, Karen Butler, Mike Carey, Christopher Chan, Sudarshan Chawathe. Επίσης οι Per Christensen, Ed Chang, Surajit Chaudhuri, Ken Chen, Rada Chirkova, Nitin Chopra, Lewis Church, Jr., Bobbie Cochrane, Michael Cole, Alissa Cooper, Arturo Crespo, Linda DeMichiel, Matthew F. Dennis, Tom Dienstbier, Pearl D Souza, Oliver Duschka, Xavier Faz, Greg Fichtenholtz, Bart Fisher, Simon Frettloeh, Jarl Friis. Επίσης οι John Fry, Chiping Fu, Tracy Fujieda, Prasanna Ganesan, Suzanne Garcia, Mark Gjol, Manish Godara, Seth Goldberg, Jeff Goldblat, Meredith Goldsmith, Luis Gravano, Gerard Guillemette, Himanshu Gupta, Petri Gynther, Zoltan Gyongyi, Jon Heggland, Rafael Hernandez, Masanori Higashihara, Antti Hjelt, Ben Holtzman, Steve Huntsberry.

8 ΠΡΟΛΟΓΟΣ ix Επίσης οι Sajid Hussain, Leonard Jacobson, Thulasiraman Jeyaraman, Dwight Joe, Brian Jorgensen, Mathew P. Johnson, Sameh Kamel, Jawed Karim, Seth Katz, Pedram Keyani, Victor Kimeli, Ed Knorr, Yeong-Ping Koh, David Koller, Gyorgy Kovacs, Phillip Koza, Brian Kulman, Bill Labiosa, Sang Ho Lee, Younghan Lee, Miguel Licona. Επίσης οι Olivier Lobry, Chao-Jun Lu, Waynn Lue, John Manz, Arun Marathe, Philip Minami, Le-Wei Mo, Fabian Modoux, Peter Mork, Mark Mortensen, Ramprakash Narayanaswami, Hankyung Na, Mor Naaman, Mayur Naik, Marie Nilsson, Torbjorn Norbye, Chang-Min Oh, Mehul Patel, Soren Peen, Jian Pei. Επίσης οι Xiaobo Peng, Bert Porter, Limbek Reka, Prahash Ramanan, Nisheeth Ranjan, Suzanne Rivoire, Ken Ross, Tim Roughgarten, Mema Roussopoulos, Richard Scherl, Loren Shevitz, Shrikrishna Shrin, June Yoshiko Sison, Man Cho A. So, Elizabeth Stinson, Qi Su, Ed Swierk, Catherine Tornabene, Anders Uhl, Jonathan Ullman, Mayank Upadhyay. Τέλος οι Anatoly Varakin, Vassilis Vassalos, Krishna Venuturimilli, Vikram Vijayaraghavan, Terje Viken, Qiang Wang, Steven Whang, Mike Wiacek, Kristian Widjaja, Janet Wu, Sundar Yamunachari, Takeshi Yokukawa, Bing Yu, Min-Sig Yun, Torben Zahle, Sandy Zhang. Τα τυχόν λάθη που έχουν απομείνει βαρύνουν, όπως είναι ϕυσικό, αποκλειστικά εμάς. H. G.-M. J. D. U. J. W. Stanford, CA Μάρτιος, 2008

9 x GOAL Το Gradiance Online Accelerated Learning - (GOAL) είναι το κύριο on-line σύστημα του εκδοτικού οίκου Pearson για ασκήσεις στο σπίτι και για αξιολόγηση. Το σύστημα GOAL έχει σχεδιαστεί με βάση τις ανάγκες των ϕοιτητών, προκειμένου να τους προσϕέρει μια διαδραστική εμπειρία μαθήματος εκτός των ορίων του πανεπιστημιακού αμϕιθεάτρου. (Για μια επίδειξη του συστήματος και για επιπλέον πληροϕορίες, επισκεϕτείτε την ιστοσελίδα Με την άμεση ανάδραση που παρέχει το σύστημα GOAL, και τις υποδείξεις για συγκεκριμένα σημεία του βιβλίου, η γνωστική διαδικασία καθίσταται πιο αποτελεσματική και πιο ουσιαστική. Το σύστημα GOAL προσϕέρει άμεση αξιολόγηση, χρησιμοποιώντας δύο είδη εργασιών: ασκήσεις πολλαπλής επιλογής για το σπίτι και διαδραστικές εργαστηριακές ασκήσεις. Οι ασκήσεις για το σπίτι περιλαμβάνουν ένα σύνολο ερωτήσεων πολλαπλής επιλογήςπουείναισχεδιασμένεςέτσιώστεναελέγχουντιςγνώσειςτωνϕοιτητώνσχετικά με κάποια λυμένα προβλήματα. Όταν οι απαντήσεις τους χαρακτηρίζονται λανθασμένες, τότε τους δίνεται κάποια συμβουλή και τους υποδεικνύεται μια συγκεκριμένη ενότητα του διδακτικού εγχειριδίου, όπου θα μπορέσουν να βρουν χρήσιμες πληρο- ϕορίες. Σημείωση: Οι ϕοιτητές που δεν έχουν δηλώσει ένα μάθημα, μπορούν αν θέλουν να παρακολουθήσουν ένα πρόγραμμα «αυτοδιδασκαλίας», που θα τους επιτρέψει να ολοκληρώσουν τις ασκήσεις μόνοι τους. Σε αντίθεση με τους συντακτικούς ελεγκτές και τους μεταϕραστές, στις εργαστηριακές εργασίες του συστήματος GOAL ελέγχονται τόσο τα συντακτικά όσο και τα σημασιολογικά λάθη. Το GOAL ελέγχει αν το πρόγραμμα που υποβάλλει ένας ϕοιτητής μπορεί να εκτελεστεί, αλλά, πράγμα ακόμη πιο σημαντικό, επιβεβαιώνει ότι επιστρέϕει το σωστό αποτέλεσμα ως προς ένα κρυϕό σύνολο δεδομένων. Ελέγχοντας τον κώδικα και παρέχοντας άμεση πληροϕόρηση στους ϕοιτητές, το GOAL τους καθιστά σαϕές ακριβώς ποιες έννοιες έχουν κατανοήσει ορθά και ποιες θα ήταν καλό να μελετήσουν εκ νέου. Επιπλέον, στο πακέτο GOAL που αϕορά το συγκεκριμένο εγχειρίδιο περιλαμβάνονται ασκήσεις προγραμματισμού σε SQL και XQuery. Ελέγχεται η ορθότητα των υποβαλλόμενων ερωτημάτων, και όταν εντοπίζονται σϕάλματα υποδεικνύονται στους ϕοιτητές ενδεικτικά δεδομένα για τα οποία το ερώτημα δεν λειτουργεί σωστά. Οι ϕοιτητές μπορούν να δοκιμάσουν οσεσδήποτε ϕορές, αλλά για να τους πιστωθεί η επιτυχής λύση του προβλήματος δεν αρκεί το ερώτημά τους να αποκρίνεται ορθά στα ενδεικτικά δεδομένα που τους παρουσιάζονται. Για αγορά και για πληροϕορίες σχετικά με παραγγελία του οικονομικού πακέτου που περιλαμβάνει το διδακτικό εγχειρίδιο και τον ϕοιτητικό κωδικό πρόσβασης στο σύστημαgoal,οιδιδάσκοντεςθαπρέπειναεπικοινωνήσουνμετοντοπικόεμπορικό αντιπρόσωπο της Pearson.

10 xi Οι συγγραϕείς Ο HECTOR GARCIA-MOLINA είναι καθηγητής επιστήμης υπολογιστών και ηλεκτρικής μηχανολογίας στο Πανεπιστήμιο Stanford, στην έδρα L. Bosack και S. Lerner. Στα ερευνητικά του ενδιαϕέροντα περιλαμβάνονται οι ψηϕιακές βιβλιοθήκες, η ενοποίηση των πληροϕοριών και οι εϕαρμογές των βάσεων δεδομένων στο Διαδίκτυο. Έχει λάβει στο παρελθόν το βραβείο καινοτομίας SIGMOD ενώ έχει διατελέσει και μέλος του PITAC (President s Information-Technology Advisory Council = Συμβουλευτική Επιτροπή του Προέδρου των ΗΠΑ για ζητήματα τεχνολογίας της πληροϕορίας). Είναι μέλος του διοικητικού συμβουλίου της Oracle Corp. Ο JEFFREY D. ULLMAN είναι (επίτιμος) καθηγητής επιστήμης υπολογιστών στο ΠανεπιστήμιοStanford,στηνέδραW.Ascherman.Έχειγράψει,μόνοςήμεάλλους συγγραϕείς, 16 βιβλία, μεταξύ των οποίων το Elements of ML Programming (Prentice Hall 1998). Στα ερευνητικά του ενδιαϕέροντα περιλαμβάνεται η εξόρυξη δεδομένων, η ενοποίηση των πληροϕοριών και η ηλεκτρονική εκπαίδευση. Είναι μέλος της National Academy of Engineering, και του έχει απονεμηθεί η υποτροϕία του ιδρύματος Guggenheim, το βραβείο εξαίρετης διδασκαλίας Karl V. Karlstrom, τα βραβεία καινοτομίας SIGMOD και Edgar F. Codd, και το βραβείο Knuth. Η JENNIFER WIDOM είναι καθηγήτρια επιστήμης υπολογιστών και ηλεκτρικής μηχανολογίας στο πανεπιστήμιο Stanford. Τα ερευνητικά της ενδιαϕέροντα περιλαμβάνουν πολλές πτυχές της μη παραδοσιακής διαχείρισης πληροϕοριών. Είναι εταίρος της ACM και μέλος της National Academy of Engineering. Έχει λάβει το βραβείο καινοτομίας ACM SIGMOD Edgar F. Codd το 2007 και υποτροϕία του ιδρύματος Guggenheim το Έχει επίσης διατελέσει μέλος πολλών επιτροπών προγραμμάτων, συμβουλευτικών και συντακτικών επιτροπών.

11 Περιεχόμενα 1 Οι κόσμοι των συστημάτων βάσεων δεδομένων Ηεξέλιξητωνσυστημάτωνβάσεωνδεδομένων Πρώιμα συστήματα διαχείρισης βάσεων δεδομένων Σχεσιακάσυστήματαβάσεωνδεδομένων Ολοένακαιπιομικράσυστήματα Ολοένακαιπιομεγάλασυστήματα Ενοποίησητωνπληροϕοριών Επισκόπηση των συστημάτων διαχείρισης βάσεων δεδομένων Εντολέςτωνγλωσσώνορισμούδεδομένων Επισκόπησητηςεπεξεργασίαςτωνερωτημάτων Η διαχείριση της αποθήκευσης και της ενταμίευσης Επεξεργασίαδοσοληψιών Οεπεξεργαστήςτωνερωτημάτων Περίγραμματηςμελέτηςτωνβάσεωνδεδομένων ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο I Το πρότυπο των σχεσιακών βάσεων δεδομένων 15 2 Τοσχεσιακόπρότυποδεδομένων Γενικήεπισκόπησητωνπροτύπωνδεδομένων Τιείναιταπρότυπαδεδομένων; Ταπιοσημαντικάπρότυπαδεδομένων Συνοπτική παρουσίαση του σχεσιακού προτύπου Συνοπτική παρουσίαση του προτύπου των ημιδομημένων δεδομένων Άλλαπρότυπαδεδομένων Σύγκρισητωνδιαϕόρωνπροτύπων Οιβασικέςαρχέςτουσχεσιακούπροτύπου Γνωρίσματα Σχήματα Πλειάδες Πεδίατιμών Ισοδύναμεςαναπαραστάσειςμιαςσχέσης... 23

12 xiv ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Στιγμιότυπασχέσεων Τακλειδιάτωνσχέσεων Έναπαράδειγμασχήματοςβάσηςδεδομένων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΟορισμόςτουσχήματοςμιαςσχέσηςστηνSQL ΣχέσειςστηνSQL Τύποιδεδομένων Απλέςδηλώσειςπινάκων Η τροποποίηση του σχήματος μιας σχέσης Προεπιλεγμένεςτιμές Ηδήλωσητωνκλειδιών ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Μιααλγεβρικήγλώσσαερωτημάτων Για ποιο λόγο χρειαζόμαστε μια ειδική γλώσσα ερωτημάτων; Τιείναιμιαάλγεβρα; Γενικήεπισκόπησητηςσχεσιακήςάλγεβρας Πράξειςσυνόλωνσεσχέσεις Προβολή Επιλογή Καρτεσιανόγινόμενο Φυσικέςσυνενώσεις Συνενώσεις θ Ο συνδυασμός τελεστών για τη διατύπωση ερωτημάτων Ονοματοδοσίακαιμετονομασία Συσχετισμοίμεταξύτωνπράξεων Ένας γραμμικός συμβολισμός για τις αλγεβρικές εκϕράσεις ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Περιορισμοίσεσχέσεις Η σχεσιακή άλγεβρα ως γλώσσα διατύπωσης περιορισμών Περιορισμοίπαραπεμπτικήςακεραιότητας Περιορισμοίκλειδιού Κάποιαεπιπλέονπαραδείγματαπεριορισμών ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠερίληψητουΚεϕαλαίου ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο Θεωρία σχεδίασης σχεσιακών βάσεων δεδομένων Συναρτησιακέςεξαρτήσεις Οορισμόςτηςσυναρτησιακήςεξάρτησης Τακλειδιάτωνσχέσεων Υπερκλειδιά ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Κανόνεςγιατιςσυναρτησιακέςεξαρτήσεις Εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τις συναρτησιακές εξαρτήσεις Οκανόναςκατάτμησης/συσσωμάτωσης Τετριμμένεςσυναρτησιακέςεξαρτήσεις... 72

13 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xv Ουπολογισμόςτουπληρώματοςγνωρισμάτων Γιατί ο αλγόριθμος υπολογισμού του πληρώματος λειτουργείσωστά Οκανόναςμεταβατικότητας Πλήρωμα συνόλων συναρτησιακών εξαρτήσεων Προβολήσυναρτησιακώνεξαρτήσεων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Η σχεδίαση σχεσιακών σχημάτων βάσεων δεδομένων Ανωμαλίες Ηδιάσπασητωνσχέσεων ΗκανονικήμορϕήBoyce-Codd Διάσπαση μιας σχέσης προκειμένου να αποκτήσει μορϕή BC ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Διάσπαση:Οκαλός,οκακόςκαιοάσχημος Η αποκατάσταση των πληροϕοριών μετά από μια διάσπαση Ο «έλεγχος της λάξευσης» για τις διατηρητικές συνενώσεις Για ποιο λόγο ο αλγόριθμος της λάξευσης δίνει σωστά αποτελέσματα; Διατήρησητωνεξαρτήσεων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Τρίτηκανονικήμορϕή Ορισμόςτηςτρίτηςκανονικήςμορϕής Ο αλγόριθμος της σύνθεσης σχέσεων σε 3ΚΜ Γιατί ο αλγόριθμος σύνθεσης σχέσεων σε 3ΚΜ δίνει σωστά αποτελέσματα; ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Πλειότιμεςεξαρτήσεις Η ανεξαρτησία των γνωρισμάτων καιηπλεονασματικότηταπουαυτήσυνεπάγεται Οορισμόςτωνπλειότιμωνεξαρτήσεων Εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τις πλειότιμες εξαρτήσεις Ητέταρτηκανονικήμορϕή Διάσπασησεσχέσειςμε4ΚΜ Συσχετισμοίμεταξύτωνκανονικώνμορϕών ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΈναςαλγόριθμοςγιατηνεύρεσηΠΕ Ο αλγόριθμος του πληρώματος και ο αλγόριθμος της λάξευσης Η επέκταση του αλγορίθμου της λάξευσης για τον έλεγχο ΠΕ Γιατί η λάξευση δίνει τα σωστά αποτελέσματα για τις ΠΕ ΗπροβολήΠΕ ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠερίληψητουΚεϕαλαίου ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο

14 xvi ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 4 Υψηλού επιπέδου πρότυπα βάσεων δεδομένων Τοοντοσυσχετιστικόπρότυπο Οντοσύνολα Γνωρίσματα Συσχετίσεις Οντοσυσχετιστικάδιαγράμματα ΣτιγμιότυπαενόςΟ/Σδιαγράμματος Πολλαπλότητα των διμελών Ο/Σ συσχετίσεων Πολυμελείςσυσχετίσεις Οιρόλοιστιςσυσχετίσεις Γνωρίσματασυσχετίσεων Η μετατροπή πολυμελών συσχετίσεων σε διμελείς ΥποκλάσειςστοΟ/Σπρότυπο ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Σχεδιαστικέςαρχές Πιστότητα Αποϕυγήτηςπλεονασματικότητας Ηαπλότηταέχεισημασία Ηεπιλογήτωνσωστώνσυσχετίσεων Ηεπιλογήτουσωστούείδουςστοιχείων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠεριορισμοίστοΟ/Σπρότυπο ΚλειδιάστοΟ/Σπρότυπο Η αναπαράσταση των κλειδιών στο Ο/Σ πρότυπο Παραπεμπτικήακεραιότητα Περιορισμοίβαθμού ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Ασθενήοντοσύνολα Αιτίεςύπαρξηςτωνασθενώνοντοσυνόλων Απαιτήσειςγιαταασθενήοντοσύνολα Συμβολισμόςγιαταασθενήοντοσύνολα ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΑπόταΟ/Σδιαγράμματαστασχεσιακάσχέδια Απόοντοσύνολασεσχέσεις ΑπόΟ/Σσυσχετίσειςσεσχέσεις Ησυσσωμάτωσησχέσεων Ο χειρισμός των ασθενών οντοσυνόλων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Ημετατροπήδομώνμευποκλάσειςσεσχέσεις ΗΟ/Σπροσέγγισηγιατημετατροπή Μιαοντοστρεϕήςπροσέγγιση Η χρήση κενών τιμών για τη συσσωμάτωση σχέσεων Σύγκρισητωνδιαϕορετικώνπροσεγγίσεων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα UML ΚλάσειςτηςUML ΤακλειδιάτωνκλάσεωνUML Συζεύξεις

15 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xvii Αυτοσυζεύξεις Κλάσειςσύζευξης ΥποκλάσειςστηUML Συγκεντρώσειςκαισυνθέσεις ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΑπόταδιαγράμματαUMLστιςσχέσεις Τα βασικά στοιχεία της μετατροπής από διαγράμματα UML σεσχέσεις ΑπόυποκλάσειςUMLσεσχέσεις Από συγκεντρώσεις και συνθέσεις σε σχέσεις Το αντίστοιχο των ασθενών οντοσυνόλων σε UML ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ODL Δηλώσειςκλάσεων ΓνωρίσματαστηνODL ΣυσχετίσειςστηνODL Αντίστροϕεςσυσχετίσεις Πολλαπλότητατωνσυσχετίσεων ΤύποιστηνODL ΥποκλάσειςστηνODL ΗδήλωσηκλειδιώνστηνODL ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΑπότασχέδιαODLστασχεσιακάσχέδια ΑπόκλάσειςODLσεσχέσεις Κλάσειςμεσύνθεταγνωρίσματα Ηαναπαράστασησυνολότιμωνγνωρισμάτων Η αναπαράσταση άλλων τυποκατασκευαστών ΗαναπαράστασησυσχετίσεωντηςODL ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠερίληψητουΚεϕαλαίου ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο II Προγραμματισμός σχεσιακών βάσεων δεδομένων Αλγεβρικές και λογικές γλώσσες ερωτημάτων Σχεσιακέςπράξειςσεσάκους Γιατίχρησιμοποιούμεσάκους; Ένωση,τομήκαιδιαϕοράσάκων Προβολήσάκων Επιλογήσεσάκους Γινόμενοσάκων Συνένωσησάκων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Επεκτεταμένοιτελεστέςτηςσχεσιακήςάλγεβρας Απαλοιϕήδιπλοεγγραϕών Συγκεντρωτικοίτελεστές

16 xviii ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Ομαδοποίηση Οτελεστήςομαδοποίησης Ηεπέκτασητουτελεστήπροβολής Οτελεστήςταξινόμησης Εξωτερικέςσυνενώσεις ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Μιαλογικήγιασχέσεις Κατηγορήματακαιάτομα Αριθμητικάάτομα ΚανόνεςκαιερωτήματαDatalog ΤονόηματωνκανόνωνDatalog Εκτασιακάκαιπροθεσιακάκατηγορήματα ΗεϕαρμογήκανόνωνDatalogσεσάκους ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΣχεσιακήάλγεβρακαιDatalog Λογικέςπράξεις Προβολή Επιλογή Γινόμενα Συνενώσεις Η προσομοίωση σύνθετων πράξεων με τη γλώσσα Datalog Σύγκριση της Datalog και της σχεσιακής άλγεβρας ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠερίληψητουΚεϕαλαίου ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο Η γλώσσα βάσεων δεδομένων SQL ΑπλάερωτήματαστηνSQL ΗπροβολήστηνSQL ΗεπιλογήστηνSQL Σύγκρισησυμβολοσειρών ΣυμμόρϕωσημορϕοτύπωνστηνSQL Ημερομηνίεςκαιώρες Κενές τιμές και συγκρίσεις που χρησιμοποιούν την τιμή NULL Η τιμή αληθείας UNKNOWN Ηταξινόμησητουαποτελέσματος ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Ερωτήματα που αϕορούν περισσότερες από μία σχέσεις ΓινόμενακαισυνενώσειςστηνSQL Η άρση αμϕισημιών σχετικά με τα γνωρίσματα Πλειαδικέςμεταβλητές Ηερμηνείατωνπολυσχεσιακώνερωτημάτων Ένωση,τομήκαιδιαϕοράερωτημάτωνSQL ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Υποερωτήματα Υποερωτήματα που παράγουν βαθμωτές τιμές Συνθήκεςπουπεριλαμβάνουνσχέσεις

17 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xix Συνθήκεςπουπεριλαμβάνουνπλειάδες Συναρτημέναυποερωτήματα Υποερωτήματα σε ϕράσεις FROM ΣυνενωτικέςεκϕράσειςστηνSQL Φυσικέςσυνενώσεις Εξωτερικέςσυνενώσεις ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Πράξειςπουαϕορούνολόκληρεςσχέσεις Ηαπαλοιϕήτωνδιπλοεγγραϕών Διπλοεγγραϕές σε ενώσεις, τομές και διαϕορές Ομαδοποίηση και υπολογισμός συγκεντρωτικών στοιχείων στηνsql Συγκεντρωτικοίτελεστές Ομαδοποίηση Ομαδοποίηση, συγκεντρωτικά στοιχεία και κενές τιμές Οι ϕράσεις HAVING ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Τροποποιήσειςμιαςβάσηςδεδομένων Εισαγωγή Διαγραϕή Ενημέρωση ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΔοσοληψίεςστηνSQL Σειριόμορϕεςπράξεις Ολομέρεια Δοσοληψίες Αμιγώςαναγνωστικέςδοσοληψίες Ακάθαρτεςαναγνώσεις Άλλαεπίπεδαμόνωσης ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠερίληψητουΚεϕαλαίου ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο Περιορισμοί και πυροδότες Κλειδιάκαιεξωτερικάκλειδιά Ηδήλωσηπεριορισμώνεξωτερικούκλειδιού Ητήρησητηςπαραπεμπτικήςακεραιότητας Ηαναβολήελέγχουτωνπεριορισμών ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Περιορισμοίσεγνωρίσματακαισεπλειάδες Περιορισμοίμηκενήςτιμής Γνωρισματικοί περιορισμοί CHECK Πλειαδικοί περιορισμοί CHECK Σύγκριση των πλειαδικών και των γνωρισματικών περιορισμών ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Τροποποιήσειςτωνπεριορισμών

18 xx ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Ηαπόδοσηονόματοςστουςπεριορισμούς Η μεταβολή των περιορισμών που αϕορούν πίνακες ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Αξιώσεις Ηδημιουργίααξιώσεων Ηχρήσητωναξιώσεων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Πυροδότες ΠυροδότεςστηνSQL Οιεπιλογέςκατάτησχεδίασηενόςπυροδότη ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠερίληψητουΚεϕαλαίου ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο Όψεις και ευρετήρια Εικονικέςόψεις Ηδήλωσητωνόψεων Υποβολήερωτημάτωνστιςόψεις Ημετονομασίατωνγνωρισμάτων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Τροποποίησηόψεων Διαγραϕήόψεων Ενημερώσιμεςόψεις Πυροδότες«αντίτου»σεόψεις ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΕυρετήριαστηνSQL Ολόγοςύπαρξηςτωνευρετηρίων Ηδήλωσηευρετηρίων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Ηεπιλογήευρετηρίων Ένααπλόμοντέλουπολογιστικούκόστους Ορισμέναχρήσιμαευρετήρια Ουπολογισμόςτωνβέλτιστωνευρετηρίων Αυτόματηεπιλογήευρετηρίων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Υλοποιημένεςόψεις Συντήρησητωνυλοποιημένωνόψεων Περιοδική συντήρηση των υλοποιημένων όψεων Η αναδιατύπωση ερωτημάτων προκειμένου να χρησιμοποιούν υλοποιημένεςόψεις Αυτόματηδημιουργίαυλοποιημένωνόψεων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠερίληψητουΚεϕαλαίου ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο

19 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xxi 9 Η SQL σε περιβάλλον διακομιστή Ηαρχιτεκτονικήτριώνστρωμάτων Τοστρώματωνδιακομιστώνιστού Τοστρώματωνεϕαρμογών ΤοστρώματηςΒΔ ΤοπεριβάλλονSQL Περιβάλλοντα Σχήματα Κατάλογοι ΠελάτεςκαιδιακομιστέςστοπεριβάλλονSQL Συνδέσεις Συνεδρίες Αρθρώματα ΗδιεπαϕήSQLκαιϕιλοξενούσαςγλώσσας Τοπρόβληματηςδομικήςαναντιστοιχίας Η σύνδεση της SQL με τη ϕιλοξενούσα γλώσσα Τοτμήματωνδηλώσεων Ηχρήσητωνκοινόχρηστωνμεταβλητών Μονοπλειαδικές εντολές select Δρομείς Τροποποιήσειςμέσωδρομέων Η προστασία έναντι συγχρονικών ενημερώσεων ΔυναμικήSQL ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Αποθηκευμένεςδιαδικασίες Η δημιουργία συναρτήσεων και διαδικασιών PSM ΑπλέςμορϕέςεντολώντουπροτύπουPSM Διακλαδωτικέςεντολές ΕρωτήματαστοPSM ΒρόχοιστοPSM Βρόχοιfor ΕξαιρέσειςστοPSM ΗχρήσησυναρτήσεωνκαιδιαδικασιώνPSM ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Ηχρήσηδιεπαϕώνκλητικούεπιπέδου ΕισαγωγήστηνSQL/CLI Ηεπεξεργασίατωνεντολών Η προσαγωγή των δεδομένων από το αποτέλεσμα ενός ερωτήματος Ηδιαβίβασηπαραμέτρωνσεερωτήματα ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα JDBC ΕισαγωγήστοJDBC ΗδημιουργίαεντολώνστοJDBC ΠράξειςδρομέωνστοJDBC Διαβίβασηπαραμέτρων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα PHP

20 xxii ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΤαβασικάτηςPHP Συστοιχίες ΗβιβλιοθήκηPEARDB Η δημιουργία μιας σύνδεσης με μια ΒΔ με χρήση της βιβλιοθήκηςdb ΗεκτέλεσηεντολώνSQL ΛειτουργίεςδρομέωνστηνPHP ΔυναμικήSQLστηνPHP ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠερίληψητουΚεϕαλαίου ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο Προχωρημένα θέματα σχεσιακών βάσεων δεδομένων ΑσϕάλειακαιεξουσιοδότησηχρηστώνστηνSQL Δικαιώματα Ηδημιουργίαδικαιωμάτων Ηδιαδικασίαελέγχουτωνδικαιωμάτων Ηχορήγησηδικαιωμάτων Διαγράμματαχορηγήσεων Ηακύρωσητωνδικαιωμάτων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΑναδρομήστηνSQL ΟορισμόςαναδρομικώνσχέσεωνστηνSQL Προβληματικές εκϕράσεις στην αναδρομική SQL ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Τοοντοσχεσιακόπρότυπο Απότιςσχέσειςστιςοντοσχέσεις Ενθετομερείςσχέσεις Παραπομπές Οντοστρέϕειακαιοντοσχεσιακότητα ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΙδιοκατασκευασμένοιτύποιστηνSQL ΟορισμόςτύπωνστηνSQL ΟιδηλώσειςμεθόδωνστουςΙ/Κτύπους Οιορισμοίτωνμεθόδων ΗδήλωσησχέσεωνμεΙ/Κτύπους Παραπομπές Η δημιουργία ταυτοτήτων για τις οντότητες στους πίνακες ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Πράξειςεπίοντοσχεσιακώνδεδομένων Παρακολούθησηπαραπομπών Η προσπέλαση συνιστωσών πλειάδων με Ι/Κ τύπο Γεννήτριεςκαιμεταλλάκτριεςσυναρτήσεις ΗδιάταξησυσχετίσεωνσεένανΙ/Κτύπο ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα OLAP ΗOLAPκαιοιαποθήκεςδεδομένων

21 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xxiii ΕϕαρμογέςOLAP Μια πολυδιάστατη απεικόνιση των δεδομένων OLAP Αστεροειδήσχήματα Διαμήκηςκαιπλήρηςκατάτμηση ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Κύβοιδεδομένων Οτελεστήςεπικυβισμού ΟτελεστήςεπικυβισμούστηνSQL ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠερίληψητουΚεϕαλαίου ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο III Τα πρότυπα και ο προγραμματισμός των ημιδομημένων δεδομένων Το πρότυπο των ημιδομημένων δεδομένων Ημιδομημέναδεδομένα Για ποιο λόγο χρησιμοποιούμε το πρότυπο των ημιδομημένωνδεδομένων; Ηαναπαράστασηημιδομημένωνδεδομένων Ενοποίηση πληροϕοριών με τη χρήση ημιδομημένων δεδομένων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα XML Σημασιολογικέςετικέτες ΗXMLμεκαιχωρίςσχήμα ΟρθάσυντεταγμένηXML Γνωρίσματα Γνωρίσματαπουσυνδέουνστοιχεία Ονοματόχωροι XMLκαιβάσειςδεδομένων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα DTD ΗμορϕήενόςDTD ΠώςχρησιμοποιούνταιταDTD; Κατάλογοιγνωρισμάτων Αναγνωριστικάκαιπαραπομπές ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα XMLSchema ΗμορϕήεγγράϕωνXMLSchema Στοιχεία Σύνθετοιτύποι Γνωρίσματα Απλοίτύποιμεπεριορισμούς ΚλειδιάστηνXMLSchema ΕξωτερικάκλειδιάστηνXMLSchema

22 xxiv ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠερίληψητουΚεϕαλαίου ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο Γλώσσες προγραμματισμού για την XML XPath ΤοπρότυποδεδομένωντηςXPath Κόμβοιεγγράϕων Διαδρομικέςεκϕράσεις Σχετικέςδιαδρομικέςεκϕράσεις Γνωρίσματαστιςδιαδρομικέςεκϕράσεις Άξονες Τοπλαίσιοαναϕοράςτωνεκϕράσεων Μπαλαντέρ Συνθήκεςστιςδιαδρομικέςεκϕράσεις ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα XQuery ΒασικάστοιχείατηςXQuery ΕκϕράσειςFLWR Αντικατάσταση των μεταβλητών από τις τιμές τους ΣυνενώσειςστηνXQuery ΟιτελεστέςσύγκρισηςτηςXQuery Απαλοιϕήτωνδιπλοεγγραϕών ΠοσοδείκτεςστηνXQuery Συγκεντρωτικάστοιχεία ΔιακλαδώσειςστιςεκϕράσειςXQuery Η ταξινόμηση του αποτελέσματος των ερωτημάτων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα XSLT ΒασικάστοιχείατηςXSLT Εκμαγεία ΗλήψητιμώναπόδεδομέναXML Ηαναδρομικήχρήσητωνεκμαγείων ΕπαναλήψειςστηνXSLT ΣυνθήκεςστηνXSLT ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠερίληψητουΚεϕαλαίου ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο IV Υλοποίηση των Συστημάτων Βάσεων Δεδομένων Διαχείριση των δευτερευόντων αποθηκευτικών μέσων Ηιεραρχίατηςμνήμης Ηιεραρχίατηςμνήμης Μεταϕορά δεδομένων μεταξύ διαϕορετικών επιπέδων Μέσα προσωρινής και μη προσωρινής αποθήκευσης

23 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xxv Εικονικήμνήμη ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Δίσκοι Μηχανικάχαρακτηριστικάτωνδίσκων Οδισκοελεγκτής Χαρακτηριστικάτηςπροσπέλασηςδίσκου ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Επιτάχυνση της προσπέλασης στα δευτερεύοντα αποθηκευτικά μέσα Το μοντέλο υπολογισμού βάσει των ενεργειών E/E Συγκρότηση των δεδομένων κατά κυλίνδρους Χρήσηπολλώνδίσκων Κατοπτρικοίδίσκοι Χρονοδιαγραμματισμός των δίσκων και ο αλγόριθμος του ανελκυστήρα Προπροσαγωγή δεδομένων και ενταμίευση μεγάλης κλίμακας ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Αστοχίεςδίσκων Παροδικέςαστοχίες Αθροίσματαελέγχου Ευσταθήςαποθήκευση Δυνατότητες χειρισμού σϕαλμάτων στη μέθοδο της ευσταθούςαποθήκευσης Αποκατάστασημετάαπόθραύσειςδίσκων Ο κατοπτρισμός ως τεχνική πλεονασματικότητας Δισκοσέλιδαισοτιμίας Μιαβελτίωση:τοεπίπεδοRAID Αντιμετώπισηπολλαπλήςθραύσηςδίσκων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Διευθέτησητωνδεδομένωνστονδίσκο Δελτίασταθερούμήκους Αποθήκευση δελτίων σταθερού μήκους σε δισκοσέλιδα ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Αναπαράσταση των διευθύνσεων των δισκοσέλιδων και των δελτίων Διευθύνσεις στα πελατοδιακομιστικά συστήματα Λογικέςκαιδομημένεςδιευθύνσεις Μεταμϕίεσηδεικτών Επαναϕοράτωνδισκοσέλιδωνστονδίσκο Καθηλωμέναδελτίακαιδισκοσέλιδα ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Δεδομένακαιδελτίαμεταβλητούμήκους Δελτίαμεπεδίαμεταβλητούμήκους Δελτίαμεεπαναλαμβανόμεναπεδία Δελτίαμεταβλητήςμορϕολογίας Δελτίαπουδενχωρούνσεέναδισκοσέλιδο BLOB Αποθήκευσηκατάστήλες ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Τροποποιήσειςδελτίων

24 xxvi ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Εισαγωγές Διαγραϕές Ενημερώσεις ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠερίληψητουΚεϕαλαίου ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο Ευρετηριακές δομές Βασικάστοιχείατωνευρετηριακώνδομών Ακολουθιακάαρχεία Πυκνάευρετήρια Αραιάευρετήρια Πολλαπλάεπίπεδαευρετηρίασης Δευτερεύονταευρετήρια Εϕαρμογές των δευτερευόντων ευρετηρίων Χρήση έμμεσης παραπομπής στα δευτερεύοντα ευρετήρια Ανάσυρση εγγράϕων και αντίστροϕα ευρετήρια ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΔέντραΒ ΗδομήτωνδέντρωνΒ ΕϕαρμογέςτωνδέντρωνΒ ΑναζήτησησταδέντραΒ Εκτασιακάερωτήματα ΕισαγωγέςσταδέντραΒ ΔιαγραϕέςαπόταδέντραΒ ΑποτελεσματικότητατωνδέντρωνΒ ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Πίνακεςδιασποράς Πίνακες διασποράς για δευτερεύοντα αποθηκευτικά μέσα Εισαγωγέςστουςπίνακεςδιασποράς Διαγραϕέςαπότουςπίνακεςδιασποράς Αποτελεσματικότητα των ευρετηρίων που χρησιμοποιούν πίνακεςδιασποράς Επεκτάσιμοιπίνακεςδιασποράς Εισαγωγές στους επεκτάσιμους πίνακες διασποράς Γραμμικοίπίνακεςδιασποράς Εισαγωγές στους γραμμικούς πίνακες διασποράς ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Πολυδιάσταταευρετήρια Εϕαρμογέςτωνπολυδιάστατωνευρετηρίων Εκτέλεση εκτασιακών ερωτημάτων μέσω συμβατικών ευρετηρίων Εκτέλεση ερωτημάτων πλησιέστερου γείτονα μέσω συμβατικώνευρετηρίων Γενική επισκόπηση των πολυδιάστατων ευρετηριακών δομών Δομέςδιασποράςγιαπολυδιάσταταδεδομένα Πλεγματικάαρχεία

25 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xxvii Αναζήτησησταπλεγματικάαρχεία Εισαγωγέςσταπλεγματικάαρχεία Επιδόσειςτωνπλεγματικώναρχείων Διαμερισμένεςσυναρτήσειςδιασποράς Σύγκριση των πλεγματικών αρχείων και της διαμερισμένης διασποράς ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Δενδρικέςδομέςγιαπολυδιάσταταδεδομένα Πολυκλειδικάευρετήρια Επιδόσειςτωνπολυκλειδικώνευρετηρίων kd-δέντρα Πράξειςσταkd-δέντρα Προσαρμογή των kd-δέντρων στα δευτερεύοντα αποθηκευτικάμέσα ΤετραδικάΔέντρα ΔέντραR ΠράξειςσταδέντραR ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Ευρετήρια-δυϕιοχάρτες Χρησιμότητατωνευρετηρίων-δυϕιοχαρτών Συμπιεσμένοιδυϕιοχάρτες Πράξεις με μακροσειριακά κωδικοποιημένα δυϕιοδιανύσματα Διαχείρισητωνευρετηρίων-δυϕιοχαρτών ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠερίληψητουΚεϕαλαίου ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο Εκτέλεση των ερωτημάτων Εισαγωγή στους τελεστές των ϕυσικών απαντητικών σχεδίων Σάρωσηενόςπίνακα Ταξινόμηση παράλληλα με τη σάρωση ενός πίνακα Το υπολογιστικό πρότυπο για τους ϕυσικούς τελεστές Παράμετροιγιατημέτρησητουκόστους ΚόστοςΕ/Εγιατουςτελεστέςσάρωσης Χρήση διανυτών για την υλοποίηση των ϕυσικών τελεστών Μονοδιελευσιακοίαλγόριθμοι Μονοδιελευσιακοί αλγόριθμοι για πράξεις τύπου «πλειάδα προςπλειάδα» Μονοδιελευσιακοί αλγόριθμοι για μονομελείς, ολοσχεσιακέςπράξεις Μονοδιελευσιακοί αλγόριθμοι για διμελείς πράξεις ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Συνενώσειςμεένθετουςβρόχους Πλειαδικήσυνένωσημεένθετουςβρόχους Ένας διανυτής για την πλειαδική συνένωση με ένθετους βρόχους

26 xxviii ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Ο αλγόριθμος της δισκοσελιδικής συνένωσης με ένθετους βρόχους Ανάλυση της συνένωσης με ένθετους βρόχους Περίληψη των αλγορίθμων που έχουν παρουσιαστεί ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Διδιελευσιακοίαλγόριθμοιταξινομητικούτύπου Διϕασική πολυμερής συγχωνευτική ταξινόμηση Απαλοιϕήδιπλοεγγραϕώνμέσωταξινόμησης Ομαδοποίηση και υπολογισμός συγκεντρωτικών στοιχείων μέσωταξινόμησης Ένας ταξινομητικού τύπου αλγόριθμος ένωσης Ταξινομητικού τύπου αλγόριθμοι τομής και διαϕοράς Ένας απλός αλγόριθμος συνένωσης ταξινομητικού τύπου Ανάλυση της απλής ταξινομητικής συνένωσης Ένας πιο αποτελεσματικός αλγόριθμος συνένωσης ταξινομητικούτύπου Περίληψη των αλγορίθμων ταξινομητικού τύπου ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Διδιελευσιακοίαλγόριθμοιδιασπαρτικούτύπου Διαμέρισησχέσεωνμέσωδιασποράς Ένας αλγόριθμος διασπαρτικού τύπου για την απαλοιϕή διπλοεγγραϕών Αλγόριθμος διασπαρτικού τύπου για την ομαδοποίηση και τονυπολογισμόσυγκεντρωτικώνστοιχείων Αλγόριθμος διασπαρτικού τύπου για την ένωση, την τομή καιτηδιαϕορά Οαλγόριθμοςδιασπαρτικήςσυνένωσης ΕξοικονόμησηενεργειώνΕ/Εστονδίσκο Περίληψη των αλγορίθμων διασπαρτικού τύπου ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Αλγόριθμοιευρετηριακούτύπου Συσταδικάκαιμησυσταδικάευρετήρια Ευρετηριακήεπιλογή Ευρετηριακήσυνένωση Συνενώσεις με χρήση ταξινομημένων ευρετηρίων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Διαχείρισηενταμίευσης Αρχιτεκτονικήτωνδιαχειριστώνενταμίευσης Στρατηγικέςγιατηδιαχείρισηςενταμίευσης Η σχέση ανάμεσα στην επιλογή ϕυσικού τελεστή και τη διαχείρισηενταμίευσης ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Αλγόριθμοι που χρησιμοποιούν περισσότερες από δύο διελεύσεις Πολυδιελευσιακοί αλγόριθμοι ταξινομητικού τύπου Επιδόσεις των πολυδιελευσιακών αλγορίθμων ταξινομητικούτύπου Πολυδιελευσιακοί αλγόριθμοι διασπαρτικού τύπου

27 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xxix Επίδοση των πολυδιελευσιακών αλγορίθμων διασπαρτικού τύπου ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠερίληψητουΚεϕαλαίου ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο Ο μεταϕραστής ερωτημάτων Συντακτικήανάλυσηκαιπροεπεξεργασία Ανάλυση της σύνταξης και συντακτικά δέντρα Μια γραμματική για ένα απλό υποσύνολο της SQL Οπροεπεξεργαστής Προεπεξεργασία ερωτημάτων που περιλαμβάνουν όψεις ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Αλγεβρικοί νόμοι για τη βελτίωση των απαντητικών σχεδίων Αντιμεταθετικοίκαιπροσεταιριστικοίνόμοι Νόμοιγιατιςεπιλογές Ώθησητωνεπιλογών Νόμοιγιατηνπροβολή Νόμοιγιατιςσυνενώσειςκαιταγινόμενα Νόμοι για την απαλοιϕή διπλοεγγραϕών Νόμοι για την ομαδοποίηση και τη συγκέντρωση ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Από τα συντακτικά δέντρα στα λογικά απαντητικά σχέδια Μετατροπήσεσχεσιακήάλγεβρα Απομάκρυνση υποερωτημάτων από τις συνθήκες Βελτίωσητουλογικούαπαντητικούσχεδίου Ομαδοποίηση των προσεταιριστικών και αντιμεταθετικών τελεστών ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Εκτίμησητουκόστουςτωνπράξεων Εκτίμηση του μεγέθους των ενδιάμεσων σχέσεων Εκτίμησητουμεγέθουςμιαςπροβολής Εκτίμησητουμεγέθουςμιαςεπιλογής Εκτίμησητουμεγέθουςμιαςσυνένωσης Φυσικές συνενώσεις με πολλά συνενωσιακά γνωρίσματα Συνενώσειςπολλώνσχέσεων Εκτίμησημεγέθουςγιαάλλεςπράξεις ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Εισαγωγήστηνκοστολογικούτύπουεπιλογήσχεδίου Λήψη εκτιμήσεων για τις παραμέτρους μεγέθους Υπολογισμόςστατιστικώνστοιχείων Ευρετικά τεχνάσματα για τη μείωση του κόστους των λογικώναπαντητικώνσχεδίων Προσεγγίσεις για την απαρίθμηση των ϕυσικών σχεδίων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Επιλογήτηςδιάταξηςτωνσυνενώσεων

28 xxx ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σημασία του αριστερού και του δεξιού ορίσματος μιας συνένωσης Συνενωσιακάδέντρα Αριστεροβαθήσυνενωσιακάδέντρα Δυναμικός προγραμματισμός για την επιλογή της διάταξης τωνσυνενώσεωνκαιτηνομαδοποίηση Δυναμικός προγραμματισμός με πιο λεπτομερείς συναρτήσειςκόστους Ένας άπληστος αλγόριθμος για την επιλογή της διάταξης τωνσυνενώσεων ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Ολοκλήρωσητουϕυσικούαπαντητικούσχεδίου Εκλογήμιαςμεθόδουεπιλογής Εκλογήμιαςμεθόδουσυνένωσης Διοχέτευσηέναντιπλήρουςυλοποίησης Διοχετευτικέςμονομελείςπράξεις Διοχετευτικέςδιμελείςπράξεις Συμβολισμός για τα ϕυσικά απαντητικά σχέδια Επιλογή μιας διάταξης για τις ϕυσικές πράξεις ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα ΠερίληψητουΚεϕαλαίου ΒιβλιογραϕίαγιατοΚεϕάλαιο Αντιμετώπιση αστοχιών του συστήματος Πιθανάπροβλήματακαιπρότυπαανθεκτικήςλειτουργίας Τύποιαστοχιών Περισσότεραγιατιςδοσοληψίες Ορθήεκτέλεσητωνδοσοληψιών Οιπρωταρχικέςπράξειςτωνδοσοληψιών ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Πρακτικογράϕησηαναίρεσης Δελτίαπρακτικών Οι κανόνες της πρακτικογράϕησης αναίρεσης Αποκατάσταση με χρήση της πρακτικογράϕησης αναίρεσης Δημιουργίασημείωνελέγχου Δημιουργίαμηαδρανώνσημείωνελέγχου ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Πρακτικογράϕησηεπανάληψης Ο κανόνας της πρακτικογράϕησης επανάληψης Αποκατάσταση με χρήση της πρακτικογράϕησης επανάληψης Δημιουργία σημείων ελέγχου στα πρακτικά επανάληψης Αποκατάσταση με χρήση πρακτικών επανάληψης που περιέχουνσημείαελέγχου ΑσκήσειςγιατηνΕνότητα Πρακτικογράϕησηαναίρεσης/επανάληψης Οικανόνεςτηςαναίρεσης/επανάληψης