MySQL数据库初体验

一、数据库基础概念

[1.1 数据库相关基本概念](#1.1 数据库相关基本概念)

[1.2 数据模型](#1.2 数据模型)

[1.3 数据库分类](#1.3 数据库分类)

[二、MySQL 数据库深入解析](#二、MySQL 数据库深入解析)

[2.1 MySQL 简介](#2.1 MySQL 简介)

[2.2 MySQL 安装](#2.2 MySQL 安装)

[2.3 访问 MySQL 数据库](#2.3 访问 MySQL 数据库)

三、关系数据库关键概念拓展

[3.1 关系数据库基本结构](#3.1 关系数据库基本结构)

[3.2 主键与外键](#3.2 主键与外键)

[3.3 数据完整性规则](#3.3 数据完整性规则)

一、数据库基础概念

1.1 数据库相关基本概念

记录与列：在数据库中，一行数据称为一条 "记录"（Record），记录中的每一个输入项称为 "列"。例如，在学生信息表中，"编号""姓名""性别" 等都是列名，而每一行具体的学生信息就是一条记录。
数据库与数据库表：不同记录组织在一起形成数据库（Database，DB）的 "表"（Table）。表用于存储具体数据，数据库是表的集合，以一定组织方式存储相互有关的数据集合。关系数据库的表由记录组成，记录由字段组成，字段由字符或数字组成，具有最小冗余度和较高的数据独立性，且要表示数据之间的关系。例如，图书管理系统中，"图书表" 和 "读者表" 通过 "借阅关系" 相互关联，这种关系也是数据库的一部分。
数据库管理系统与数据库系统
- 数据库管理系统（Database Management System，DBMS）：是实现对数据库资源有效组织、管理和存取的系统软件，在操作系统支持下，支持用户对数据库的各项操作。其功能包括数据库的建立和维护（如建立结构、录入数据、转储恢复等）、数据定义（定义数据结构、存储结构等）、数据操纵（查询统计和数据更新）、数据库的运行管理（并发控制、存取控制等）以及通信功能（与其他软件系统进行数据交换，如 Access 与其他 Office 组件）。
- 数据库系统（Database System，DBS）：是一个人 - 机系统，一般由硬件、操作系统、数据库、DBMS、应用软件和数据库用户（包括数据库管理员）组成。用户可通过 DBMS 或应用程序操作数据库，应用程序是利用 DBMS 解决具体管理或数据处理任务而编制的一系列程序。

1.2 数据模型

数据模型概述：数据模型（Data Model）是数据特征的抽象，是数据库系统的核心与基础，表现为数据的结构、定义在其上的操作及约束条件，从概念层次描述系统的静态特征、动态特征和约束条件，为数据库系统的信息表示与操作提供抽象框架。
经典数据模型
- 网状模型
  - 数据结构：数据记录组织成图的形式，用 "数据结构图" 表示。如银行客户、银行账户和银行支行的关系，一个银行客户可拥有多个银行账号（一对多），一个银行账号可被多个客户所有（一对多），每个银行账户位于特定的银行支行（一对一），能很好地支持复杂数据关系，数据结构模型直观反映现实数据联系。
  - 数据操作：建立在关系链基础上的导航式操作。针对特定网状模型系统的数据结构，可能找到最优查询算法，但结构变化时需新的查询办法，由于以图论为基础，无法得到通用高效解决方案，随着关系模型发展，其重要性逐渐降低。
  - 数据约束：数据约束零散孤立，或分散在各个节点，或集中为关系链，易导致不一致性或降低效率，通常由应用程序自身实现数据约束，增加了开发难度。
- 层次模型
  - 数据结构：是网状模型的特例，数据记录组织成树的形式，用 "树结构图" 表示，适合一对多的关系模型。如企业组织结构，企业下辖多个部门，部门下辖多个科室，科室下辖多个小组，禁止多对多和多对一关系，数据结构相对简单。
  - 数据操作：具有导航性，类似网状模型，但在层次结构明确的情况下，部分操作相对简单。例如，查询某个部门下的所有小组，可通过树状结构快速定位。
  - 数据约束：与网状模型类似，约束实现存在困难，通常依赖应用程序，且由于结构的层次性，在处理复杂关系时不够灵活。
- 关系模型：以二维表格形式组织数据，每行是一条记录，每列是一个字段。具有结构简单、数据独立性高、建立在严格数学理论基础上等优点，是目前应用最广泛的数据模型。关系数据库系统基于关系模型，通过定义主键（保证记录唯一性）、外键（建立表间关联）和数据完整性规则（实体完整性、域完整性、引用完整性和用户定义完整性）来维护数据的一致性和准确性。

1.3 数据库分类

关系数据库：基于关系模型的数据库系统，使用多个二维表格存储数据，通过主键和外键建立表间关联。常见的关系数据库有 Oracle、DB2、MySQL 等。关系数据库具有数据结构清晰、操作方便、数据完整性强等优点，适用于数据关系复杂、对数据一致性要求高的应用场景，如企业资源规划（ERP）系统、财务管理系统等。
非关系数据库：也称作 NoSQL（Not Only SQL），存储数据不以关系模型为依据，不需要固定的表格式。具有高并发读写性能好、海量数据存储与访问效率高、扩展性和可用性强等优点，适用于对读写速度要求极高、数据结构灵活的场景，如互联网公司的缓存系统、日志存储系统等。常用的非关系数据库有 Memcached、Redis、MongoDB、HBase 等。

二、MySQL 数据库深入解析

2.1 MySQL 简介

MySQL 是一个真正的多线程、多用户的 SQL 数据库服务，具有高性能、高可靠和易于使用的特性，是服务器领域中最受欢迎的开源数据库系统。其发展历程历经多次收购，目前由 Oracle 公司负责运营和维护。MySQL 可与多种软件组合使用，如与 Linux、Apache、PHP/Perl/Python 组成 LAMP 组合，广泛应用于中小型网站建设。

2.2 MySQL 安装

编译安装
- 准备工作
  - 卸载冲突软件 ：若系统已安装 MariaDB 数据库，需先卸载，如在 OpenEuler 系统中，使用命令rpm -q mariadb查看是否安装，若已安装则用dnf remove mariadb卸载；同时关闭 SELinux 和防火墙，执行sed -i's/SELINUX=enforcing/SELINUX-disabled/' /etc/selinux/config和setenforce 0关闭 SELinux，systemctl disable firewalld和systemctl stop firewalld关闭防火墙。
  - 安装依赖包 ：安装编译所需的依赖包，如gcc、gcc - c++、make、cmake等，使用命令dnf install -y gcc gcc - c++ make cmake autoconf libtool bison re2c openssl - devel libxml2 - devel zlib - devel curl - devel libpng - devel libjpeg - turbo - devel freetype - devel libicu - devel oniguruma - devel sqlite - devel libxslt - devel libzip - devel pcre - devel apr - devel apr - util - devel ncurses - devel wget libtirpc - devel rpcgen。
  - 安装 cmake ：从官方网站Download CMake下载最新稳定版本的 cmake 包，如cmake - 3.16.2.tar.gz，解压后进入目录执行./configure、gmake && gmake install进行安装。
  - 准备 Boost 库 ：MySQL 5.7 及部分版本需要 Boost 库，从http://sourceforge.net/projects/boost/files/boost/下载对应版本，如boost_1_77_0，解压后将其移动到/usr/local/boost目录。
- 源码编译及安装
  - 创建运行用户 ：为加强权限控制，创建专门的运行用户mysql，不创建宿主文件夹，使用命令groupadd mysql和useradd -M -s /sbin/nologin mysql -g mysql。
  - 解包：将下载的 MySQL 源码包mysql - 8.0.36.tar.gz解压到/usr/src目录，然后切换到解压后的源码目录，执行tar zxf mysql - 8.0.36.tar.gz -C /usr/src和cd /usr/src/mysql - 8.0.36。
  - 配置：为支持多种字符集，创建独立构建目录并进行配置。在配置命令cmake.. -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local/mysql -DSYSCONFDIR=/etc -DMYSQL_DATADIR=/usr/local/mysql/data -DWITH_SSL=system -DENABLED_LOCAL_INFILE=ON -DWITH_BOOST=/usr/local/boost -DDEFAULT_CHARSET=utf8 -DDEFAULT_COLLATION=utf8_general_ci -DWITH_EXTRA_CHARSETS=all中，..指定上层源码目录，-DCMAKE_INSTALL_PREFIX指定安装目录，-DSYSCONFDIR设置配置文件存储位置，-DMYSQL_DATADIR设置数据文件存储位置，-DWITH_BOOST指定 Boost 库位置（MySQL 8.0 版本编译安装时必须添加），-DWITH_SSL使用系统 SSL/TLS 库支持加密连接，-DENABLED_LOCAL_INFILE允许从客户端本地文件加载数据。
  - 编译安装 ：执行make -j$(nproc)进行并行编译（$(nproc)获取系统可用处理器核心数量，提高编译速度），然后执行make install完成安装。
- 安装后的其他调整
  - 建立配置文件 ：MySQL 8.0.36 版本开始安装包内不提供默认配置文件my - default.cnf，需手动创建/etc/my.cnf。基本配置如下：
[client]
socket=/usr/local/mysql/data/mysql.sock
[mysqld]
socket=/usr/local/mysql/data/mysql.sock
#绑定监听地址0.0.0.0
bind - address = 0.0.0.0
skip - name - resolve
#设置3306端口
port = 3306
#设置mysql的安装目录
basedir=/usr/local/mysql
#设置mysql数据库的数据的存放目录
datadir=/usr/local/mysql/data
#允许最大连接数
max_connections=2048
#服务端使用的字符集默认为utf8
character - set - server=utf8
#创建新表时将使用的默认存储引擎
default - storage - engine=INNODB
max_allowed_packet=16M

初始化数据库 ：以mysql用户身份执行初始化，指定数据存放目录等，使用命令/usr/local/mysql/bin/mysqld --initialize - insecure --user=mysql --basedir=/usr/local/mysql --datadir=/usr/local/mysql/data（无密码模式）。若采用有密码模式初始化，如二进制安装时，会生成初始随机密码，需保存用于后续登录。
设置环境变量 ：为方便在任何目录使用mysql命令，在/etc/profile中设置环境变量，执行echo "export PATH=$PATH:/usr/local/mysql/bin" >> /etc/profile，然后执行./etc/profile使设置立即生效。
添加系统服务 ：将 MySQL 添加为 systemd 标准服务，方便使用systemctl命令管理。找到support - files文件夹下的mysql.server脚本文件，复制到/etc/rc.d/init.d目录下并改名为mysqld，设置执行权限chmod +x /etc/rc.d/init.d/mysqld。编辑生成mysqld.service服务文件，内容如下：

[Unit]
Description=mysqld
After=network.target
[Service]
Type=forking
ExecStart=/etc/rc.d/init.d/mysqld start
ExecReload=/etc/rc.d/init.d/mysqld restart
ExecStop=/etc/rc.d/init.d/mysqld stop
PrivateTmp=true
[Install]
WantedBy=multi - user.target

执行systemctl daemon - reload和systemctl enable mysqld，之后就可以使用systemctl工具或直接调用/etc/init.d/mysqld脚本来控制 MySQL 数据库服务，如启动服务systemctl start mysqld.service，查看运行状态systemctl status mysqld.service。MySQL 服务器默认通过 TCP 3306 端口提供服务，可通过编辑/etc/my.cnf配置文件中[mysqld]配置段的port = 3306行更改监听端口。

二进制安装

基础环境准备 ：若采用 OpenEuler minimal 安装的系统，需安装一些基础软件包工具，如gcc、vim、wget等，执行dnf -y install gcc vim wget net - tools lrzsz tar。安装 MySQL 依赖的软件包libaio、numactl、openssl等，使用命令dnf install -y libaio numactl openssl ncurses - compat - libs。创建运行 MySQL 程序的用户useradd -M -s /sbin/nologin mysql，关闭 SELinux 和防火墙，操作与编译安装时相同。
二进制安装 ：下载 MySQL 8.0.36 的二进制安装包mysql - 8.0.36 - linux - glibc2.28 - x86_64.tar.xz，解压后将其移动到/usr/local/mysql目录，创建数据目录mkdir /usr/local/mysql/data，并设置目录权限chown -R mysql:mysql /usr/local/mysql，进入/usr/local/mysql/bin目录执行./mysqld --initialize --user=mysql --basedir=/usr/local/mysql --datadir=/usr/local/mysql/data进行初始化，此时会生成初始随机密码，需保存用于后续登录。
设定配置文件 ：MySQL 的配置文件与编译安装类似，创建/etc/my.cnf文件并进行配置，配置内容与编译安装时基本相同。将 MySQL 的可执行文件写入环境变量，执行echo "export PATH=$PATH:/usr/local/mysql/bin" >> /etc/profile并使配置生效./etc/profile。
配置 systemctl 方式启动 ：与编译安装添加系统服务步骤相同，将/usr/local/mysql/support - files目录下的mysql.server文件复制到/etc/rc.d/init.d目录下改名为mysqld并赋予可执行权限，编辑生成mysqld.service服务文件，执行相关命令使 MySQL 服务可通过systemctl管理。

2.3 访问 MySQL 数据库

登录到 MySQL 服务器 ：安装初始化后，MySQL 数据库的默认管理员用户名为 "root"，密码为给定的随机密码（若初始化采用无密码模式则需自行设置密码）。以 root 用户登录本机 MySQL 数据库，执行mysql -u root -p，根据提示输入密码，登录成功后可修改密码，如alter user 'root'@'localhost' IDENTIFIED WITH mysql_native_password BY 'pwd123';（单引号内为新密码）。
执行 MySQL 操作语句：验证成功进入 "mysql>" 的数据库操作环境后，可输入各种操作语句对数据库进行管理。MySQL 操作语句以分号 ";" 结束，输入时不区分大小写，但习惯将关键字大写。例如，执行 "SHOW DATABASES;" 语句可查看当前数据库中的库。
退出 "mysql>" 操作环境：在 "mysql>" 操作环境中，执行 "EXIT" 或 "QUIT" 命令即可退出 mysql 命令工具，返回原来的 Shell 环境。

三、关系数据库关键概念拓展

3.1 关系数据库基本结构

关系数据库使用多个二维表格作为存储结构，每个二维表中，每一行是一条记录，用于描述一个对象的信息；每一列是一个字段，用于描述对象的一个属性。数据表之间通过关联来查询相关数据，数据表用于说明数据库中某一特定方面或部分的对象及其属性。例如，在学生管理系统中，"学生信息表" 存储学生的基本信息，"课程表" 存储课程信息，通过 "选课表" 建立学生与课程之间的关联，实现多对多关系的表示。

3.2 主键与外键

主键：用于保证数据表中每行记录的唯一性，由一个或多个字段组成，其值具有唯一性且不允许取空值（NULL）。一个表只能有一个主键，若存在多个能唯一标识表中一行的属性集，则这些属性集称为候选键，只能选择其中一个作为主键，其他候选键称为备用键。如在 "学生信息统计表" 中，"编号""身份证号" 或 "姓名，专业编号" 等都可能是候选键，可将 "编号" 定义为主键。
外键：用于建立和加强两个表数据之间的链接，通过将一个表的主键值的一列或多列添加到另一个表中，创建两个表之间的链接，该列即为第二个表的外键。例如，"专业名称表" 中的 "专业编号" 是主键，"学生信息统计表" 中的 "专业编号" 则为外键，"专业名称表" 是主表，"学生信息统计表" 是从表，主表和从表通过外键形成关联。

3.3 数据完整性规则

实体完整性规则：要求关系中的元组在主键的属性上不能有空值，否则主键值无法唯一标识元组。如在 "学生信息表" 中，若 "编号" 作为主键，则 "编号" 字段不允许为空。
域完整性规则：也称列完整性，指定一个数据集对某一个列是否有效或确定是否允许空值。例如，在 "学生信息表" 中，定义 "性别" 字段只能取值为 "男" 或 "女"，防止输入无效值。
引用完整性规则：若两个表相互关联，不允许引用不存在的元组。如在学生信息管理系统