Tài liệu NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU TÍCH CỰC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGÔ THỊ THANH HOÀ NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU TÍCH CỰC Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên nghành: Hệ thống thông tin Mã số: 60 48 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN TUỆ Hà Nội, 2011 LỜI CẢM ƠN L ời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Nguyễn Tuệ đã cho em nhiều ý kiến đóng góp quý báu, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em về mặt kiến thức cũng như tài liệu để em có thể hoàn thành luận văn này. Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu, các phòng ban, Khoa sau Đại học Trường Đại học Công nghệ đã tạo điều kiện cho em trong suốt khoá học. Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy giáo, cô giáo Trường Đại học Công nghệ – Đại học Quốc Gia Hà Nội , các thầy, cô giáo đã tham gia giảng dạy, hướng dẫn, chỉ bảo cho em trong suốt hai năm học qua. Và em xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, gia đình và các đồng nghiệp đã có những động viên, khuyến khích và hỗ trợ cần thiết để em hoàn thành luận văn này. Hà nội, ngày 10 tháng 5 năm 2011 Ngô Thị Thanh Hoà 1 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... ..0 MỤC LỤC ............................................................................................................... ..1 BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................... ..4 MỞ ĐẦU ................................................................................................................. ..5 Chương I ................................................................................................................. ..7 TỔNG QUAN VỀ CSDL QUAN HỆ VÀ CÁC RÀNG BUỘC TOÀN VẸN ..... 7 1.1. TỔNG QUAN VỀ CSDL QUAN HỆ .............................................................. 7 1.1.1. Các khái niệm CSDL quan hệ .................................................................. 7 1.1.2. Chuẩn hóa .............................................................................................. 10 1.1.2.1. Các cấu trúc phụ thuộc ..................................................................... 11 1.1.2.2. Các dạng chuẩn. ............................................................................... 14 1.1.3. Các quy tắc toàn vẹn ............................................................................... 17 1.1.4. Các ngôn ngữ quan hệ dữ liệu ............................................................... 18 1.1.4.1. Đại số quan hệ .................................................................................. 19 1.1.4.2. Các tính toán quan hệ ....................................................................... 22 1.1.4.3. Tương tác với các ngôn ngữ lập trình ............................................... 25 1.1.5. Hệ Quản trị CSDL quan hệ .................................................................... 25 1.2. CÁC RÀNG BUỘC TOÀN VẸN TRÊN CSDL QUAN HỆ .......................... 28 1.2.1. Kiểm soát toàn vẹn ngữ nghĩa tập trung ................................................ 30 1.2.1.1. Khái niệm ràng buộc toàn vẹn .......................................................... 30 1.2.1.2. Các yếu tố của ràng buộc toàn vẹn..................................................... 31 1.2.1.3. Phân loại ràng buộc toàn vẹn ............................................................ 34 1.2.2. Bắt tuân theo ràng buộc toàn vẹn .......................................................... 38 Chƣơng II ................................................................................................................. 42 CƠ SỞ DỮ LIỆU TÍCH CỰC ............................................................................... 42 2 2.1. CƠ SỞ DỮ LIỆU TÍCH CỰC ....................................................................... 42 2.1.1. Khái niệm cơ sở dữ liệu tích cực ............................................................ 42 2.1.2. Quy tắc ECA ........................................................................................... 42 2.1.2.1. Sự kiện (Event) .................................................................................. 42 2.1.2.2. Điều kiện (Condition) ....................................................................... 46 2.1.2.3. Hành động (Active) ........................................................................... 47 2.2. MÔ HÌNH TỔNG QUÁT VÀ CÁC TRIGGER TRONG ORACLE ....... 48 2.2.1. Mô hình tổng quát của CSDL tích cực: ................................................ 48 2.2.2. Vấn đề thiết kế và cài đặt cho các cơ sở dữ liệu tích cực ...................... 54 2.2.3. Các ứng dụng tiềm năng đối với các cơ sở dữ liệu tích cực .................. 56 Chƣơng III ............................................................................................................... 58 CÀI ĐẶT CÁC QUY TẮC ECA BẰNG NGÔN NGỮ SQL ................................ 58 3.1. GIỚI THIỆU TRIGGER TRONG SQL-SERVER ........................................ 58 3.2. CSDL TRONG QUẢN LÝ BÁN HÀNG ........................................................ 58 3.2.1. Danh mục Cart: ...................................................................................... 59 2.2.2. Danh mục CartStatus: ............................................................................ 59 2.2.3. Danh mục News: .................................................................................... 59 2.2.4. Danh mục Parent Product:..................................................................... 60 2.2.5. Danh mục Product: ................................................................................ 60 2.2.6. Danh mục ProductCart: ......................................................................... 60 2.2.7. Danh mục Role: ...................................................................................... 61 2.2.8. Danh mục user: ...................................................................................... 61 3.3. QUY TẮC TẠO TRIGGER ........................................................................... 61 3.4. CÁC TRIGGER TRONG CSDL .................................................................... 62 3.4.1. Trigger ngăn chặn việc xóa database trên Server. ................................. 62 3 3.4.2. Trigger ngăn chặn insert vào bảng Product. .......................................... 63 3.4.3. Trigger ngăn chặn update (cập nhật) bảng Product. ............................. 65 3.4.4. Trigger ngăn chặn xóa dữ liệu trong bảng ............................................ 66 3.4.5. Trigger ngăn chặn tạo mới record trong bảng. ...................................... 67 3.4.6. Tạo mới trong bảng ( không vi phạm trigger của trigger 05)................. 68 3.4.7. Trigger ngăn chặn xóa bảng trong database. ......................................... 70 3.4.8. Ngăn chặn xóa trigger trong CSDL ....................................................... 70 3.4.9. Không cho phép tạo mới bảng trong CSDL. .......................................... 71 3.4.10. Không cho phép tạo mới trigger trong CSDL. ................................. 72 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 75 4 BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Stt Từ viết tắt Tiếng Anh Active Database System Tiếng Việt Hệ thống cơ sở dữ liệu tích cực 1 ABDS 2 CSDL 3 DBMS Database Management System Hệ quản trị cơ sở dữ liệu 4 ECA Event-Condition-Active Sự kiện-Điều kiện-Hành động 5 HQTCSDL 6 WFF Cơ sở dữ liệu Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Well-formal formular Một công thức xây dựng tốt 5 MỞ ĐẦU Theo truyền thống, các hệ thống cơ sở dữ liệu đƣợc xem nhƣ là các kho để lƣu trữ thông tin cần thiết của một ứng dụng và chúng đƣợc truy cập hoặc bởi những ngƣời sử dụng chƣơng trình hoặc các giao diện tƣơng tác. Tuy nhiên, các hệ thống cơ sở dữ liệu đang đƣợc sử dụng cho một phạm vi các lĩnh vực liên quan đến việc xử lý các thông tin phức tạp, thậm chí số lƣợng lớn dữ liệu, hoặc đòi hòi sự thực hiện chính xác cao, trong đó môi trƣờng nhiều thành phần theo quy ƣớc chứng tỏ không đƣợc thỏa mãn. Điều này dẫn đến xu hƣớng chung trong việc nghiên cứu cơ sở dữ liệu hƣớng chức năng đƣợc yêu cầu bởi một ứng dụng đƣợc hỗ trợ trong cơ sở dữ liệu, sinh ra các hệ thống cơ sở dữ liệu với nhiều khả năng tinh xảo để mô phỏng cả khía cạnh cấu trúc và hoạt động của một ứng dụng. Trong số những lĩnh vực nhận đƣợc sự chú ý trong những năm gần đây với cái nhìn làm nổi bật sự hoạt động dễ dàng là lập trình cơ sở dữ liệu, các cơ sở dữ liệu tạm thời, các cơ sở dữ liệu không gian, các cơ sở dữ liệu đa phƣơng tiện (truyền thông), các cơ sở dữ liệu suy diễn và các cơ sở dữ liệu tích cực. Trong luận văn này, tôi tập trung vào vấn đề cơ sở dữ liệu tích cực. Hệ thống cơ sở dữ liệu tích cực (ADBS) hỗ trợ các cơ chế cho phép chúng tự động phản ứng tới các sự kiện đang diễn ra bên trong hoặc bên ngoài chính hệ thống cơ sở dữ liệu đó. Trong những năm gần đây, nỗ lực đáng kể đƣợc hƣớng tới việc nâng cao hiểu biết các hệ thống đó, và có nhiều ứng dụng đƣợc đề xuất. Sự tích cực ở mức độ cao này không mang lại sự phù hợp với phƣơng pháp tiếp cận để tích hợp các chức năng của hoạt động với các hệ thống cơ sở dữ liệu quy ƣớc, nhƣng nó mang tới việc cải thiện tầm hiểu biết ngôn ngữ miêu tả cách thức hành động tích cực, các mô hình thực hiện và các kiến trúc. Trong luận văn này trình bày các tính chất cơ bản của hệ cơ sở dữ liệu tích cực, mô tả tập hợp các hệ thống tiêu biểu trong một framework phổ biến, nghiên cứu tầm quan trọng của việc thiết kế các công cụ để phát triển các ứng dụng tích cực. Cơ sở dữ liệu tích cực hỗ trợ ứng dụng trên bằng cách di chuyển hành động phản ứng lại từ ứng dụng tới hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS). Các cơ sở dữ liệu tích cực theo cách đó có đủ khả năng giám sát và phản ứng lại những tình 6 huống riêng biệt có liên quan đến ứng dụng. Bản chất phản ứng lại là tập trung và xử lý đúng cách đúng lúc. Mục đích của luận văn: - Tìm hiểu và xây dựng CSDL tích cực: cơ sở dữ liệu mà trong đó việc đảm bảo các ràng buộc toàn vẹn đƣợc thực hiện một cách tự động thông qua các quy tắc ECA. - Cơ sở dữ liệu tích cực có ứng dụng tốt trong việc mở rộng các hệ thống cơ sở dữ liệu, làm dễ dàng cho ngƣời sử dụng khai thác cơ sở dữ liệu. Nội dung của luận văn được trình bày trong 3 chương: Chương 1: Tổng quan về cơ sở dữ liệu quan hệ và các loại ràng buộc trên CSDL quan hệ Chương 2: Cơ sở lý thuyết của cơ sở dữ liệu tích cực, cụ thể là cấu trúc và việc xây dựng các quy tắc ECA. Chương 3: Cài đặt các quy tắc ECA bằng SQL. 7 Chương I TỔNG QUAN VỀ CSDL QUAN HỆ VÀ CÁC RÀNG BUỘC TOÀN VẸN 1.1. TỔNG QUAN VỀ CSDL QUAN HỆ Có nhiều lý do để chọn mô hình dữ liệu quan hệ nhƣ: Cơ sở toán học của mô hình quan hệ là một ứng viên tốt cho xử lý lý thuyết. Mô hình quan hệ có thể đƣợc đặc trƣng bởi ít nhất 3 tính chất mạnh mẽ: a. Cấu trúc dữ liệu của nó là đơn giản. Chúng là các quan hệ, các bảng hai chiều mà các phần tử của chúng là các mục dữ liệu. Điều này cho phép một mức độ độc lập cao đối với biểu diễn dữ liệu vật lý (tức là các tệp và các chỉ mục) b. Mô hình quan hệ cung cấp một cơ sở chắc chắn cho việc tƣơng thích dữ liệu. Việc thiết kế CSDL đƣợc giúp đỡ bằng quá trình chuẩn hóa loại bỏ các bất thƣờng của dữ liệu. Các trạng thái tƣơng thích của CSDL cũng có thể đƣợc định nghĩa một cách đồng nhất và đƣợc duy trì thông qua các quy tắc toàn vẹn. c. Mô hình CSDL cho phép thao tác quan hệ hƣớng tập hợp. Tính chất này đã dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của các ngôn ngữ phi thủ tục hoặc dựa trên lý thuyết tập hợp (đại số quan hệ) hoặc dựa trên logic (tính toán quan hệ). 1.1.1. Các khái niệm CSDL quan hệ Một CSDL là một tập hợp dữ liệu có cấu trúc liên quan đến một vài hiện tƣợng của cuộc sống thực mà ta muốn mô hình hóa. Một CSDL quan hệ là CSDL mà ở đó cấu trúc dữ liệu ở dạng bảng. Một cách hình thức, một quan hệ đƣợc định nghĩa trên n tập hợp D1, D2, … , Dn (không nhất thiết phân biệt) là một tập hợp các n-bộ sao cho d1 D1, d2 D2, …., dn Dn Ví dụ 1.1 Xét CSDL mô hình hóa công ty cơ khí. Các thực thể đƣợc mô hình hóa là nhân viên (EMP) và dự án (PROJ). Với mỗi nhân viên chúng ta lƣu trữ mã số nhân viên (ENO), tên (ENAME), danh hiệu trong công ty (TITLE), lƣơng (SAL), mã số dự án mà nhân viên đang làm việc (PNO), trách nhiệm trong dự 8 án (RESP) và khoảng thời gian làm việc (DUR). Một cách tƣơng tự, với mỗi dự án chúng ta lƣu trữ mã số dự án (PNO), tên dự án (PNAME) và ngân sách của dự án (BUDGET). Các lƣợc đồ quan hệ cho cơ sở dữ liệu này có thể đƣợc định nghĩa nhƣ sau: EMP(ENO, ENAME, TITLE, SAL, PNO, DUR) PROJ(PNO, PNAME, BUGGET) Trong lƣợc đồ quan hệ EMP có bảy thuộc tính ENO, ENAME, TITLE, SAL, PNO, DUR. Các giá trị của ENO lấy từ miền của tất cả các mã số nhân viên hợp lệ, gọi là D1. Các giá trị ENAME lấy từ miền giá tất cả các tên hợp lệ D2, … Để ý rằng thuộc tính của mỗi quan hệ không đƣợc lấy giá trị từ miền khác. Các thuộc tính khác nhau trong cùng một quan hệ trong một số quan hệ có thể đƣợc định nghĩa trên cùng một miền. Khóa (key) của một quan hệ là một tập con không rỗng bé nhất của các thuộc tính của nó sao cho giá trị tạo nên khóa xác định một cách duy nhất mỗi bộ của một quan hệ. Các thuộc tính tạo nên khóa đƣợc gọi là các thuộc tính chủ yếu. Các tập hợp lớn hơn của một khóa thƣờng đƣợc gọi là siêu khóa. Nhƣ vậy, trong ví dụ trên, khóa của PROJ là PNO, khóa của EMP là (ENO, PNO). Mỗi quan hệ có ít nhất là một khóa. Đôi khi một quan hệ có nhiều khả năng cho khóa. Trong trƣờng hợp nhƣ vậy, mỗi khả năng đƣợc xem là một khóa dự tuyển và một trong các khóa dự tuyển đƣợc lựa chọn làm khóa chính. Số các thuộc tính của quan hệ xác định cấp của nó, số các bộ giá trị của quan hệ xác định lực lƣợng của nó. Trong dạng bảng, CSDL ví dụ bao gồm hai bảng nhƣ đƣợc chỉ ra ở trong hình 1.1. Các cột của bảng tƣơng ứng với các thuộc tính của quan hệ. Nếu có các thông tin đƣợc nhập vào các bảng thì chúng tƣơng ứng với các bộ giá trị. Bảng rỗng chỉ cấu trúc bảng, bởi vì thông tin bên trong một bảng biến đổi theo thời gian, nhiều ví dụ có thể đƣợc tạo là từ một quan hệ. Từ nay trở đi, thuật ngữ quan hệ dùng để chỉ một ví dụ của quan hệ. Trong hình 1.2 là các ví dụ của quan hệ đƣợc định nghĩa ở hình 1.1. 9 EMP ENO ENAME TITLE SAL PNO RESP DUR PROJ PNO PNAME BUDGET Hình 1.1 Lƣợc đồ CSDL PROJ PNO PNAME BUDGET P1 Instrucmentation 150000 P2 Database Develop 135000 P3 CAD/CAM 250000 P4 maintenance 310000 EMP ENO ENAME TITLE SAL PNO RESP DUR E1 j.joe Elect.Eng 40000 P1 Manager 12 E2 M.Smith Analyst 34000 P1 Analyst 24 E2 M.Smith Analyst 34000 P2 Analyst 6 E3 A.Lee Mech.Eng. 27000 P3 Consultal 10 E3 A.Lee Mech.Eng 27000 P4 Engineer 48 E4 J.Miller Programmer 24000 P2 Programmer Null E5 B.Casey Syst. Anal. 34000 P2 Manager 24 E6 L.Chu Elect.Eng. 40000 P4 Manager 48 E7 R.Davis Mech.Eng. 27000 P3 Engineer 36 E8 J.Jone Syst.Anal. 34000 P3 Manager 40 Hình 1.2 Ví dụ về cơ sở dữ liệu Một giá trị của thuộc tính có thể không đƣợc xác định. Việc thiếu tính xác định có thể có các giải thích khác nhau, hay dùng nhất là không biết hoặc không áp dụng đƣợc. Giá trị này thƣờng đƣợc gọi là giá trị null. Cần phân biệt giá trị null với giá trị 0 (zero). Giá trị 0 là giá trị đƣợc biết, giá trị null là giá trị không 10 đƣợc biết. Việc hỗ trợ giá trị null là một tính chất quan trọng cần thiết để làm việc với các truy vấn có thể. 1.1.2. Chuẩn hóa “Chuẩn hóa là một quá trình thuận nghịch từng bƣớc thay thế một tập hợp quan hệ bằng các tập hợp tiếp theo, trong đó mỗi quan hệ có cấu trúc đơn giản hơn và chính quy hơn”. Mục đích của chuẩn hóa là loại bỏ nhiều bất thƣờng của một quan hệ để nhận đƣợc quan hệ “tốt hơn”. Bốn vấn đề sau có thể tồn tại trong một lƣợc đồ quan hệ: a. Bất thƣờng lặp (repetition anormaly) Một số thông tin có thể đƣợc lặp lại một cách không cần thiết. Ví dụ, xét quan hệ EMP ở hình 2.2. ENAME, TITLE, SAL của một nhân viên đƣợc lặp với mỗi dự án mà nhân viên này phục vụ trên đó. Điều này dẫn đến một sự lãng phí bộ nhớ và trái với tinh thần của CSDL. b. Bất thƣờng cập nhật (update anormaly) Nhƣ là hệ quả của việc lặp dữ liệu, việc thực hiện cập nhật có thể gây rắc rối phiền hà. Ví dụ, lƣơng của một nhân viên thay đổi, nhiều bộ giá trị phải đƣợc cập nhật để phản ánh sự thay đổi này. c. Bất thƣờng chèn (Insertion anormaly) Có thể không có khả năng thêm mới vào cơ sở dữ liệu. Ví dụ, khi một nhân viên mới vào công ty chúng ta không thể thêm thông tin cá nhân (ENAME, TITLE, SAL) vào quan hệ EMP nếu nhân viên đó chƣa làm cho dự án nào. Đó là vì khóa của EMP bao hàm thuộc tính PNO và giá trị null không phải là thành phần của một khóa. d. Bất thƣờng loại bỏ (Deletion anormaly) Đó là sự trái ngƣợc của bất thƣờng chèn. Nếu một nhân viên chỉ làm việc trên một dự án và dự án đó đã kết thúc thì không thể loại bỏ thông tin dự án ra khỏi EMP. Làm nhƣ vậy dẫn đến việc loại bỏ bộ giá trị duy nhất về nhân viên, dẫn đến việc mất thông tin cá nhân mà chúng ta muốn lƣu giữ. Sự chuẩn hóa chuyển đổi các lƣợc đồ quan hệ thành các lƣợc đồ không có những vấn đề này. Phƣơng pháp phổ biến nhất để chuẩn hóa một lƣợc đồ quan 11 hệ là phƣơng pháp tách (decomposition), trong đó chúng ta bắt đầu với một quan hệ đơn, gọi là quan hệ phổ quát (universal relation), quan hệ này chứa tất cả các thuộc tính (và có thể bất thƣờng) và làm giảm nó liên tiếp. Tại mỗi lần lặp, một quan hệ đƣợc chia thành hai hoặc nhiều quan hệ ở dạng chuẩn cao hơn. Một quan hệ đƣợc gọi là ở một dạng chuẩn nếu nó thỏa mãn các điều kiện liên kết với dạng chuẩn đó. Đầu tiên Codd đã định nghĩa các dạng chuẩn thứ nhất (1NF), thứ hai (2NF) và thứ ba (3NF). Boyce và Codd sau đó định nghĩa một phiên bản sửa đổi của dạng chuẩn 3, phiên bản này thƣờng đƣợc gọi là dạng chuẩn BoyceCodd (BCNF). Điều đó đƣợc tiếp tục bằng định nghĩa các dạng chuẩn thứ tƣ (4NF, Fagin, 1977) và dạng chuẩn thứ năm (5NF, Fagin, 1979). Có một mối liên hệ phân cấp giữa các dạng chuẩn này. Một quan hệ đƣợc chuẩn hóa là ở 1NF. Một số quan hệ ở 1NF cũng ở 2NF, một số trong các quan hệ đó là ở 3NF, … Các dạng chuẩn cao hơn có tính chất tốt hơn các dạng khác về bốn bất thƣờng đƣợc nêu ở trên. Một trong các yêu cầu của quá trình chuẩn hóa là sự phân tách không mất mát. Điều đó có nghĩa là sự thay thế một quan hệ bằng nhiều quan hệ khác sẽ không dẫn đến việc mất thông tin. Nếu có thể nối các quan hệ đƣợc phân tách để nhận lại đƣợc quan hệ ban đầu thì quá trình đó gọi là tách không mất mát. Một cách trực quan, phép toán nối là phép toán lấy hai quan hệ và nối mỗi bộ của quan hệ thứ hai vào những bộ nào của quan hệ thứ nhất thỏa mãn một điều kiện đƣợc chỉ rõ. Ví dụ, điều kiện có thể là giá trị của một thuộc tính của quan hệ thứ nhất phải bằng giá trị của một thuộc tính của quan hệ thứ hai. Một đòi hỏi khác của quá trình chuẩn hóa là bảo toàn phụ thuộc. Một phép tách đƣợc gọi là bảo toàn phụ thuộc nếu bao đóng của hợp của phụ thuộc trong các quan hệ đƣợc tách là tƣơng đƣơng với bao đóng của quan hệ nguyên thủy (theo một tập các quy tắc suy diễn). 1.1.2.1. Các cấu trúc phụ thuộc Các dạng chuẩn dựa trên một số các cấu trúc phụ thuộc. BCNF và các dạng chuẩn thấp hơn dựa trên phụ thuộc hàm. 4NF dựa trên phụ thuộc đa trị và 5NF dựa trên phụ thuộc nối-chiếu. 12 Chúng ta sẽ định nghĩa phụ thuộc gồm: a. Phụ thuộc hàm Giả sử R là một quan hệ xác định trên tập thuộc tính A={A1, A2, …, An} và giả sử X  A và Y  A. Nếu với mỗi giá trị của X trong R chỉ kết hợp đƣợc với một giá trị duy nhất của Y thì ta nói rằng “X xác định hàm Y” hoặc “Y phụ thuộc hàm vào X”. Ký hiệu là X→Y. Khóa của một quan hệ xác định hàm các thuộc tính không khóa của cùng quan hệ. Ví dụ 1.2 Trong quan hệ PROJ ở hình 1.2 phụ thuộc hàm có hiệu lực là PNO → (PNAME, BUDGET) (1) Trong quan hệ EMP chúng ta có: (ENO, PNO) → (ENAME, TITLE, SAL, RES, DUR) (2) Phụ thuộc hàm này không phải là phụ thuộc hàm duy nhất trong EMP. Nếu mỗi nhân viên đƣợc cấp một mã số nhân viên duy nhất, chúng ta có thể viết ENO → (ENAME, TITLE, SAL) (ENO, PNO) → (RESP, DUR) Cũng hợp lý khi nói rằng lƣơng của một chức danh cho trƣớc là cố định. Điều đó cho sinh ra phụ thuộc hàm TITLE → SAL Để ý rằng một số các thuộc tính trên vế phải của phụ thuộc hàm thứ hai (2) là phụ thuộc hàm vào một tập con của tập các thuộc tính ở vế phải của cùng phụ thuộc hàm đó. Các thuộc tính nhƣ (ENAME, TITLE, SAL) đƣợc gọi là phụ thuộc hàm bộ phận vào (ENO, PNO), các thuộc tính (RESP, DUR) đƣợc nói là phụ thuộc hàm đầy đủ vào (ENO, PNO). b. Phụ thuộc giá trị Giả sử R là một quan hệ đƣợc định nghĩa trên tập các thuộc tính A={A1, A2, …, An} và giả sử X → A, Y → A, Z → A. Nếu mỗi giá trị Z trong R chỉ có một cặp giá trị (X, Y) và giá trị của Z chỉ phụ thuộc vào giá trị của X thì ta nói rằng “X xác định đa trị Z” hoặc Z đa phụ thuộc vào X”. Kiểu phụ thuộc này gọi là phụ thuộc đa trị (MVD) và đƣợc ký hiệu X →→Z 13 Một cách trực quan, một phụ thuộc hàm đa trị diễn đạt một tình huống trong đó giá trị của một thuộc tính (hoặc một tập thuộc tính) xác định một tập hợp giá trị của một thuộc tính (hoặc một tập thuộc tính) khác. Chú ý rằng mỗi phụ thuộc hàm cũng là một phụ thuộc đa trị nhƣng điều ngƣợc lại là không đúng. Ví dụ 1.3 Trở lại ví dụ. Giả sử rằng chúng ta muốn lƣu trữ thông tin về một tập hợp các nhân viên mà một tập hợp các dự án mà công ty thực hiện cũng nhƣ các văn phòng nhánh mà ở đó các dự án này có thể đƣợc thực hiện. Điều đó có thể làm bằng việc định nghĩa quan hệ SKILL (ENO, PNO, PLACE) Giả sử rằng mỗi nhân viên có thể làm việc trên mọi dự án, mỗi nhân viên sẵn lòng làm việc tại bất kỳ văn phòng nhánh nào và mỗi dự án có thể đƣợc thực hiện tại bất kỳ văn phòng nhánh nào. Một ví dụ quan hệ thỏa mãn các điều kiện này đƣợc minh họa ở hình 2.3 SKILL ENO PNO PLACE E1 P1 Toronto E1 P1 New York E1 P1 London E1 P2 Toronto E1 P2 New York E1 P2 London E2 P1 Toronto E2 P1 New York E2 P1 London E2 P2 Toronto E2 P2 New York E2 P2 London về MVDhinh Hình 1.3 Ví dụ về MVD 14 Để ý rằng không có phụ thuộc hàm nào trong quan hệ SKILL: quan hệ chỉ bao gồm các thuộc tính khóa. Có hai phụ thuộc đa trị: ENO →→ PNO và ENO →→ PLACE c. Phụ thuộc nối-chiếu Giả sử R là một quan hệ đƣợc định nghĩa trên tập hợp các thuộc tính A={A1, A2, …, An} và X  A, Y  A, Z  A. Khi đó nếu R là bằng nửa nối của X, Y, Z thì (X, Y, Z) tạo nên một phụ thuộc nối-chiếu Có một tập hợp các quy tắc suy diễn dựa trên một tập hợp các tiên đề - gọi là các tiên đề Amstrong (1974) cho phép các thao tác đại số của các phụ thuộc hàm. Chúng cho khả năng phát hiện phủ tối thiểu của tập phụ thuộc hàm là một tập hợp phụ thuộc hàm tối thiểu mà từ đó có thể tạo ra tất cả các phụ thuộc hàm khác. Cho trƣớc một phủ tối thiểu các phụ thuộc hàm và một tập hợp các thuộc tính, một thuật toán có thể đƣợc phát triển để tạo ra một lƣợc đồ quan hệ ở các dạng chuẩn cao hơn. 1.1.2.2. Các dạng chuẩn. Dạng chuẩn thứ nhất (1NF) tuyên bố một cách đơn giản rằng các thuộc tính của một quan hệ chỉ chứa các giá trị nguyên tử. Nói cách khác, các quan hệ phải phẳng, không có các nhóm lặp. Các quan hệ EMP và PROJ trong hình 1.2 thỏa mãn điều kiện này vì vậy cả hai là ở 1NF. Các quan hệ ở 1NF vẫn còn cho phép các bất thƣờng đƣợc đƣa ra ở trên. Để loại bỏ một số các bất thƣờng này chúng ta phải đƣợc tách thành các quan hệ ở các dạng chuẩn cao hơn. Chúng ta không quan tâm đặc biệt đến dạng chuẩn thứ hai vì nó chỉ còn có tầm quan trọng lịch sử do có các thuật toán chuẩn hóa trực tiếp một quan hệ 1NF thành dạng chuẩn thứ ba (3NF) hoặc cao hơn. Một quan hệ là ở 3NF nếu với mỗi phụ thuộc hàm X → Y, trong đó Y là không ở trong X, hoặc X là một siêu khóa của R, hoặc Y là một thuộc tính cơ bản. Có các thuộc tính cung cấp một phân tách bảo toàn phụ thuộc và không mất mát của một quan hệ 1NF thành quan hệ 3NF. Ví dụ 1.4 15 Quan hệ PROJ trong ví dụ đang xét là ở 3NF nhƣng quan hệ EMP thì không, do phụ thuộc hàm TITLE → SAL. Phụ thuộc hàm này vi phạm 3NF vì TITLE không phải là siêu khóa và SAL không phải là thuộc tính cơ bản. Vấn đề với EMP là nhƣ sau: Nếu chúng ta muốn chèn vào một sự kiện rằng một chức danh cho trƣớc nhận một lƣơng cụ thể thì không làm đƣợc trừ phi có ít nhất là một nhân viên có chức danh ấy (các tranh luận tƣơng tự có thể làm cho các bất thƣờng cập nhật và xóa). Vì vậy chúng ta phải tách EMP thành hai quan hệ: EMP (ENO, ENAME, TITLE, PNO, RESP, DUR) PAY (TITLE, SAL) Ta có thể thấy rằng PAY là ở 3NF nhƣng EMP thì không bởi vì phụ thuộc hàm ENO → (ENAME, TITLE), ENO không phải là siêu khóa và TITLE, ENAME không phải là các thuộc tính cơ bản. Vì vậy, EMP cần đƣợc phân tích tiếp thành EMP (ENO, ENAME, TITLE) ASG (ENO, PNO, RESP, DUR) Cả hai ở 3NF. Dạng chuẩn Boyce-Codd là một dạng mạnh hơn của 3NF. Các định nghĩa là nhƣ nhau trừ phần cuối cùng. Để một quan hệ là BCNF, với mỗi phụ thuộc hàm X → Y, X là một siêu khóa. Để ý rằng mệnh đề “hoặc Y là một thuộc tính cơ sở” đƣợc loại bỏ khỏi định nghĩa. Dạng cuối cùng của EMP cũng nhƣ các quan hệ PAY, PROJ, ASG là ở BCNF. Có khả năng phân tách một quan hệ 1NF một cách trực tiếp thành một tập hợp quan hệ ở BCNF. Các thuật toán này đƣợc đảm bảo sinh ra phép tách không mất mát nhƣng chúng không đảm bảo bảo toàn phụ thuộc. Một quan hệ R là ở dạng chuẩn thứ tƣ (4NF) nếu với mỗi phụ thuộc đa trị kiểu X →→ Y trong R, X cũng xác định hàm tất cả các thuộc tính của R. Nhƣ vậy nếu một quan hệ là ở BCNF và mọi phụ thuộc đa trị cũng là phụ thuộc hàm thì quan hệ là ở 4NF. Điều quan trọng là ở chỗ một quan hệ 4NF hoặc là không chứa một phụ thuộc đa trị thực thụ (tức là mỗi phụ thuộc đa trị cũng là phụ thuộc 16 hàm) hoặc có đúng một phụ thuộc đa trị đƣợc trình bày trong các thuộc tính và không có phụ thuộc nào khác. Ví dụ 1.5 Để ý rằng các quan hệ EMP, PAY, PROJ, ASG là ở 4NF bởi vì không có phụ thuộc đa trị nào định nghĩa trên chúng. Tuy nhiên quan hệ SKILL là không ở 4NF. Để thỏa mãn các đòi hỏi nó cần đƣợc phân tách thành hai quan hệ: EP (ENO, PNO) EL (ENO, PLACE) Ta có thể để ý rằng trong tất cả các dạng chuẩn ở trên, sự phân tách là thành hai quan hệ. Dạng chuẩn thứ năm (5NF) xử lý các tình huống mà ở đó các phân tách n-đƣờng (n>2) có thể cần thiết. Một quan hệ là ở 5NF (còn đƣợc gọi là dạng chuẩn nối-chiếu PJNF) nếu mỗi phụ thuộc nối đƣợc định nghĩa cho quan hệ là đƣợc bao hàm bởi các khóa dự tuyển của R. Với mỗi phụ thuộc hàm nối đƣợc bao hàm bởi một khóa dự tuyển của quan hệ, tập con (hoặc các phép chiếu) X, Y, Z phải đƣợc làm phù hợp với khóa dự tuyển. Ví dụ 1.6 Với quan hệ EMP chúng ta có thể định nghĩa phụ thuộc nối *( (ENO, ENAME), (ENO, TITLE) ) Nó đƣợc bao hàm bởi khoá dự tuyển ENO (nó cũng đã trở thành khóa chính). Dễ dàng kiểm tra rằng các quan hệ EMP, PAY, PROJ, ASG là ở 5NF. Nhƣ vậy, các lƣợc đồ mà chúng ta kết thúc sau phân tích là nhƣ sau: EMP (ENO, ENAME, TITLE) PAY (TITLE, SAL) PROJ (PNO, PNAME, BUDGET) ASG (ENO, PNO, RESP, DUR) Tất cả các dạng chuẩn trình bày ở trên là không mất mát. Một kết quả quan trọng là một quan hệ 5NF không thể tách thêm mà không bị mất thông tin (Fagin, 1977). Chúng ta có CSDL: 17 EMP ENO E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 ASG ENAME J.Joe M.Smith A.Lee J.Miller B.Casey L.Chu R.Davis J.Jones TITLE Elect.Eng. Syst.Anal Mech.Eng Programmer Syst.Anal Elect.Eng. Mech.Eng Syst.Anal ENO E1 E2 E2 E3 E3 E4 E5 E6 E7 E8 PROJ PNO P1 P2 P3 P4 PNO P1 P1 P2 P3 P4 P2 P2 P4 P3 P3 RESP Manager Analyst Analyst Concultant Engineer Programmer Manager Manager Engineer Manager DUR 12 24 6 10 48 18 24 48 36 40 PAY PNAME Instrucmentation Database Develop CAD/CAM maintemance BUDGET 150000 135000 250000 310000 TITLE Elect.Eng. Syst.Anal Mech.Eng Programmer SAL 40000 34000 27000 24000 Hình 1.4 Các quan hệ đã đƣợc chuẩn hóa 1.1.3. Các quy tắc toàn vẹn Các quy tắc toàn vẹn là các ràng buộc xác định các trạng thái tƣơng thích của cơ sở dữ liệu. Các ràng buộc toàn vẹn có thể là cấu trúc hay hành vi. Các ràng buộc cấu trúc là vốn có đối với mô hình dữ liệu theo nghĩa là chúng bắt giữ thông tin trên các liên kết dữ liệu không thể đƣợc mô hình hóa một cách trực tiếp. Các ràng buộc hành vi cho phép sự bắt giữ ngữ nghĩa của các ứng dụng. Các sự phụ thuộc đƣợc định nghĩa trong phần trƣớc là các ràng buộc hành vi. Việc duy trì các ràng buộc toàn vẹn nói chung là đắt trong phạm vi tài nguyên hệ thống. Một cách lý tƣởng, chúng phải đƣợc kiểm soát tại mỗi cập nhật CSDL bởi vì các cập nhật có thể dẫn đến các trạng thái CSDL không tƣơng thích. 18 Theo Codd (Codd, 1982), hai ràng buộc cấu trúc tối thiểu của mô hình quan hệ là ràng buộc toàn vẹn thực thể và quy tắc toàn vẹn tham chiếu. Theo định nghĩa, mỗi quan hệ có một khóa chính. Ràng buộc thực thể tuyên bố rằng mỗi thuộc tính của khóa là xác định (non null). Trong ví dụ 1, thuộc tính PNO của quan hệ PROJ và các thuộc tính (ENO, PNO) của quan hệ EMP không thể có các giá trị không xác định. Ràng buộc này là cần thiết để áp buộc sự kiện các khóa là duy nhất. Ràng buộc tham chiếu (Date, 1983) là có lợi cho việc giữ các liên kết giữa các đối tƣợng mà mô hình quan hệ không thể biểu diễn. Chúng ta sẽ sử dụng toàn vẹn tham chiếu khi thảo luận về thiết kế cơ sở dữ liệu phân tán. Ràng buộc toàn vẹn bao gồm hai quan hệ và áp buộc ràng buộc là một nhóm thuộc tính trong một quan hệ là khóa của quan hệ kia. Trong ví dụ 1 có thể có một ràng buộc tham chiếu giữa các quan hệ PROJ và EMP trên thuôc tính PNO. Quy tắc này quy định rằng mỗi nhân viên thuộc về ít nhất là một dự án đang có. Nói cách khác, tập hợp các giá trị của PNO trong quan hệ EMP là đƣợc bao hàm trong quan hệ PROJ. Nhƣ vậy sẽ không có các nhân viên thuộc về các dự án không có trong quan hệ PROJ. 1.1.4. Các ngôn ngữ quan hệ dữ liệu Các ngôn ngữ thao tác dữ liệu đƣợc phát triển cho mô hình quan hệ (thƣờng đƣợc gọi là ngôn ngữ truy vấn) rơi vào hai nhóm cơ bản: ngôn ngữ quan hệ dựa trên đại số và ngôn ngữ quan hệ dựa trên tính toán. Sự khác nhau giữa chúng là dựa trên việc truy vấn của user đƣợc diễn đạt nhƣ thế nào. Đại số quan hệ là ngôn ngữ thủ tục. Bằng cách sử dụng các phép toán bậc cao, trong truy vấn ngƣời sử dụng phải chỉ rõ kết quả sẽ nhận đƣợc nhƣ thế nào. Các tính toán quan hệ là phi thủ tục, trong truy vấn ngƣời sử dụng chỉ rõ các quan hệ sẽ nhận đƣợc trong kết quả. Cả hai ngôn ngữ này đều đƣợc Codd (Codd, 1970) đề nghị, ông ta cũng chứng minh rằng chúng là tƣơng đƣơng theo nghĩa sức mạnh diễn đạt (Codd, 1972). Đại số quan hệ đƣợc sử dụng nhiều hơn các tính toán quan hệ trong nghiên cứu của các vấn đề CSDL phân tán bởi vì nó ở mức thấp hơn và tƣơng ứng trực