Тема2 «Базы данных, Система управления базами данных субд»

Ба́за да́нных — представленная в объективной форме совокупность самостоятельных материалов (статей, расчётов, нормативных актов, судебных решений и иных подобных материалов), систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью электронной вычислительной машины (ЭВМ) (Гражданский кодекс РФ, ст. 1260).

База данных — совокупность данных, хранимых в соответствии со схемой данных, манипулирование которыми выполняют в соответствии с правилами средств моделирования данных.[2]

База данных — некоторый набор перманентных (постоянно хранимых) данных, используемых прикладными программными системами какого-либо предприятия.[3]

База данных — совместно используемый набор логически связанных данных (и описание этих данных), предназначенный для удовлетворения информационных потребностей организации

Краткая история баз данных

В табл. 1.4 сведена история развития технологии баз данных. До середины 1960-х годов почти все компьютерные хранилища данных были на магнитных лентах. Поскольку лента может обрабатываться только последовательно, данные должны были храниться в виде списков (или последовательных файлов, как они назывались). Однако, как вы узнали в начале этой главы, хранение даже простейших данных в таком формате чревато большими проблемами.

СУБД - это совокупность программных и языковых средств для создания, ведения и совместного ис­пользования базы данных многими пользовате­лями. Начало СУБД для ПЭВМ положила фирма Ashton Tate (США) выпуском в 1980 г. програм­мы dBASE. )

Основными функциями баз данных и СУБД являются:

• хранение больших объемов актуальной и достоверной информации;

• простота обращения пользователей к БД

• возможность внесения, изменения, удаления, сортировки и других манипуляций с данными в БД;

• доступ к данным пользователей с соответствую­щими полномочиями;

• одновременное обслуживание большого числа пользователей;

• выдача информации пользователям в разной форме;

• поиск информации по различным группам при­знаков;

• необходимая производительность выдачи инфор­мации по запросам пользователей;

• возможность расширения и реорганизации дан­ных в БД при изменениях предметной области.

Перечисленные функции делают СУБД незаменимой программой во многих областях деятельности.

Архитектура системы управления базой данных

Основные компоненты СУБД: средства представления данных в БД, средства манипулирования данными, интерфейсы пользователей, администратора базы данных и комму­никаций.

Средства представления данных совместно с интер­фейсами осуществляют организацию базы данных на разных уровнях абстракции данных. Различают три уровня абстракции и соответственно представления дан­ных: физический, концептуальный и внешний (пользо­вательский).

Средства физического уровня учитывают характе­ристики конкретного ВЗУ, форматы и способы записи данных на физический носитель и др. Средства концеп­туального уровня отображают данные физического уров­ня с определенной абстракцией. Концептуальный уро­вень определяет модель представления данных в БД. В настоящее время применяются три модели представле­ния данных в БД: иерархическая, сетевая и реляцион­ная. Средства внешнего уровня преобразуют данные в форму, понятную пользователю и с которой пользова­тель может работать через свои интерфейсы.

В зависимости от назначения СУБД и модели пред­ставления данных в БД пользователю могут быть предо­ставлены следующие интерфейсы: меню, командный, многооконный, графический, стандартные языки запро­сов и манипулирования данными, генератор отчетов. Администратору базы данных для выполнения им своих функций предлагаются дополнительные интерфейсы: языки программирования высокого уровня, языки СУБД, генераторы интерфейсов пользователей.

Классификация по модели данных

Примеры:

• Иерархическая

• Сетевая

• Реляционная

• Объектная и объектно-ориентированная

• Объектно-реляционная

• Функциональная.

Классификация по среде постоянного хранения

• Во вторичной памяти, или традиционная (англ. conventional database): средой постоянного хранения является периферийная энергонезависимая память (вторичная память) — как правило жёсткий диск. В оперативную память СУБД помещает лишь кеш и данные для текущей обработки.

• В оперативной памяти (англ. in-memory database, memory-resident database, main memory database): все данные на стадии исполнения находятся в оперативной памяти.

• В третичной памяти (англ. tertiary database): средой постоянного хранения является отсоединяемое от сервера устройство массового хранения (третичная память), как правило на основе магнитных лент или оптических дисков. Во вторичной памяти сервера хранится лишь каталог данных третичной памяти, файловый кеш и данные для текущей обработки; загрузка же самих данных требует специальной процедуры.

Классификация по содержимому

Примеры:

• Географическая

• Историческая

• Научная

• Мультимедийная.

Классификация по степени распределённости

• Централизованная, или сосредоточенная (англ. centralized database): БД, полностью поддерживаемая на одном компьютере.

• Распределённая (англ. distributed database): БД, составные части которой размещаются в различных узлах компьютерной сети в соответствии с каким-либо критерием.

  • Неоднородная (англ. heterogeneous distributed database): фрагменты распределённой БД в разных узлах сети поддерживаются средствами более одной СУБД

  • Однородная (англ. homogeneous distributed database): фрагменты распределённой БД в разных узлах сети поддерживаются средствами одной и той же СУБД.

  • Фрагментированная, или секционированная (англ. partitioned database): методом распределения данных является фрагментирование (партиционирование, секционирование), вертикальное или горизонтальное.

  • Тиражированная (англ. replicated database): методом распределения данных является тиражирование (репликация).

Другие виды БД

• Пространственная (англ. spatial database): БД, в которой поддерживаются пространственные свойства сущностей предметной области. Такие БД широко используются в геоинформационных системах.

• Временная, или темпоральная (англ. temporal database): БД, в которой поддерживается какой-либо аспект времени, не считая времени, определяемого пользователем.

• Пространственно-временная (англ. spatial-temporal database) БД: БД, в которой одновременно поддерживается одно или более измерений в аспектах как пространства, так и времени.

• Циклическая (англ. round-robin database): БД, объём хранимых данных которой не меняется со временем, поскольку в процессе сохранения данных одни и те же записи используются циклически.

Сверхбольшие базы данных

Сверхбольшая база данных (англ. Very Large Database, VLDB) — это база данных, которая занимает чрезвычайно большой объём на устройстве физического хранения. Термин подразумевает максимально возможные объёмы БД, которые определяются последними достижениями в технологиях физического хранения данных и в технологиях программного оперирования данными.

Количественное определение понятия «чрезвычайно большой объём» меняется во времени; в настоящее время считается, что это объём, измеряемый по меньшей мере петабайтами. Для сравнения, в 2005 г. самыми крупными в мире считались базы данных с объёмом хранилища порядка 100 терабайт.^[10]

Специалисты отмечают необходимость особых подходов к проектированию сверхбольших БД. Для их создания нередко выполняются специальные проекты с целью поиска таких системотехнических решений, которые позволили бы хоть как-то работать с такими большими объёмами данных. Как правило необходимы специальные решения для дисковой подсистемы, специальные версии операционной среды и специальные механизмы обращения СУБД к данным.^[11]

Исследования в области хранения и обработки сверхбольших баз данных VLDB всегда находятся на острие теории и практики баз данных. В частности, с 1975 года проходит ежегодная конференция International Conference on Very Large Data Bases («Международная конференция по сверхбольшим базам данных»). Большинство исследований проводится под эгидой некоммерческой организации VLDB Endowment (Фонд целевого капитала «VLDB»), которая обеспечивает продвижение научных работ и обмен информацией в области сверхбольших БД и смежных областях.

СУБД - это совокупность программных и языковых средств для создания, ведения и совместного ис­пользования базы данных многими пользовате­лями. Начало СУБД для ПЭВМ положила фирма Ashton Tate (США) выпуском в 1980 г. програм­мы dBASE. )

Основные функции СУБД

• управление данными во внешней памяти (на дисках);

• управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;

• журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;

• поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:

• ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти, и журнализацию,

• процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,

• подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД

• а также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.

Классификации СУБД

По модели данных

Примеры:

• Иерархические

• Сетевые

• Реляционные

• Объектно-ориентированные

• Объектно-реляционные

По степени распределённости

• Локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере)

• Распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).

По способу доступа к БД

• Файл-серверные

В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового сервера. Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость или невозможность централизованного управления; затруднённость или невозможность обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД; в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД.

На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей.

Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro.

• Клиент-серверные

Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно. Недостаток клиент-серверных СУБД состоит в повышенных требованиях к серверу. Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность.

Примеры: Oracle, Firebird, Interbase, IBM DB2, Informix, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server Enterprise, PostgreSQL, MySQL, Caché, ЛИНТЕР.

• Встраиваемые

Встраиваемая СУБД — СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети. Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы.

Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, Firebird Embedded, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР.