Лекция 2
Классификация баз данных
По технологии обработки данных базы данных подразделяются на централизованные и распределенные. Централизованная база данных хранится в памяти одной вычислительной системы.
Распределенная база данных состоит из нескольких (возможно пересекающихся или даже дублирующих друг друга) частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД).
По способу доступа к данным базы данных разделяются на базы данных с локальным доступом и базы данных с удаленным (сетевым) доступом.
Архитектура многопользовательских СУБД с сетевым доступом
Телеобработка
Традиционной архитектурой многопользовательских систем раньше считалась схема, получившая название «телеобработки», при которой один компьютер с единственным процессором был соединен с несколькими терминалами (рис. 3).
Рис. 3. Топология телеобработки
При этом вся обработка выполнялась в рамках единственного компьютера, а присоединенные к нему пользовательские терминалы были типичными «неинтеллектуальными» устройствами, не способными функционировать самостоятельно. С центральным процессором терминалы были связаны с помощью кабелей, по которым они посылали сообщения пользовательским приложениям (через подсистему управления обменом данными операционной системы). В свою очередь, пользовательские приложения обращались к необходимым службам СУБД. Таким же образом сообщения возвращались назад на пользовательский терминал. Недостатком является то, что при такой архитектуре основная и чрезвычайно большая нагрузка возлагалась на центральный компьютер, который должен был выполнять не только действия прикладных программ и СУБД, но и значительную работу по обслуживанию терминалов (например, форматирование данных, выводимых на экраны терминалов).
Файловый сервер (архитектура файл-сервер)
В среде файлового сервера обработка данных распределена в сети, представляющей собой локальную вычислительную сеть (ЛВС). Файловый сервер содержит файлы, необходимые для работы приложений и самой СУБД. Пользовательские приложения и сама СУБД размещены и функционируют на отдельных рабочих станциях, и обращаются к файловому серверу только по мере необходимости получения доступа к нужным им файлам (рис. 4).
Рис. 4. Архитектура с использованием файлового сервера
Таким образом, файловый сервер функционирует просто как совместно используемый жесткий диск. СУБД на каждой рабочей станции посылает запросы файловому серверу по всем необходимым ей данным, которые хранятся на диске файл-сервера. Такой подход характеризуется значительным сетевым трафиком, что может привести к снижению производительности всей системы в целом.
Недостатки архитектуры файл-сервер:
Большой объем сетевого графика.
На каждой рабочей станции должна находиться полная копия СУБД.
Управление параллельностью, восстановлением и целостностью усложняется, поскольку доступ к одним и тем же файлам могут осуществлять сразу несколько экземпляров СУБД.
Технология клиент-сервер
Технология клиент-сервер была разработана с целью устранения недостатков, имеющихся в первых двух подходах. «Клиент-сервер» означает такой способ взаимодействия программных компонентов, при котором они образуют единую систему. На рис. 5 показана архитектура типа «клиент-сервер».
Рис. 5. Общая схема построения систем с архитектурой «клиент-сервер»
Клиент принимает от пользователя запрос, проверяет синтаксис и генерирует запрос к базе данных на языке SQL или другом языке базы данных, который соответствует логике приложения. Затем он передает сообщение серверу, ожидает поступления ответа и форматирует полученные данные для представления их пользователю. Сервер принимает и обрабатывает запросы к базе данных, а затем передает полученные результаты обратно клиенту. Такая обработка включает проверку полномочий клиента, обеспечение требований целостности, а также выполнение запроса и обновление данных.
Преимущества архитектуры клиент-сервер:
Обеспечивается более широкий доступ к существующим базам данных.
Повышается общая производительность системы.
Стоимость аппаратного обеспечения снижается. Достаточно мощный компьютер с большим устройством хранения нужен только серверу – для хранения и управления базой данных.
Сокращаются коммуникационные расходы. Приложения выполняют часть операций на клиентских компьютерах и посылают через сеть только запросы к базе данных, что позволяет существенно сократить объем пересылаемых по сети данных.
Повышается уровень непротиворечивости данных. Сервер может самостоятельно управлять проверкой целостности данных, поскольку все ограничения определяются и проверяются только в одном месте. При этом каждому приложению не придется выполнять собственную проверку.
Средства администрирования баз данных
К задачам администрирования данных относятся:
Разработка стратегии построения информационной системы.
Предварительная оценка осуществимости и планирование процесса создания базы данных.
Разработка корпоративной модели данных.
Определение требований организации к используемым данным.
Определение стандартов сбора данных и выбор формата их представления.
Оценка объемов данных и вероятности их роста.
Определение правил доступа к данным и мер безопасности.
Концептуальное проектирование базы данных.
Взаимодействие с конечными пользователями для определения новых требований и разрешения проблем, связанных с доступом к данным и недостаточной производительностью их обработки.
Основные задачи администратора БД:
Оценка и выбор целевой СУБД.
Логическое и физическое проектирование базы данных.
Реализация физического проекта базы данных в среде целевой СУБД.
Определение требований защиты и поддержки целостности данных.
Обучение пользователей.
Регулярное резервное копирование.
Разработка требуемых механизмов и процедур восстановления.
К средств администрирования БД относятся:
Язык определения данных (ЯОД / DDL);
Язык манипулирования данными (ЯМД / DML);
Словарь данных (системный каталог).
Для работы с данными в СУБД предусмотрен внутренний язык, состоящий из двух частей: языка определения данных (Data Definition Language - DDL) и языка манипулирования данными (Data Manipulation Language - DML).
Язык определения данных (ЯОД, DDL) – формальный закон, используемый в некоторой модели данных для определения структуры баз данных.
Результат компиляции операторов ЯОД – набор таблиц хранимых в особых файлах, называемых словарями данных или системными каталогами.
Посредством ЯОД обычно определяются подразделения данных, типовые структуры и правила их композиции, присваиваются имена данным, определяются типы элементов данных посредством задания присущих им свойств, учреждаются ключи базы данных, а также определяются отношения между данными, упорядоченность данных внутри их совокупностей, правила проверки достоверности данных и замки защиты от неправомочного использования.
Обычно в ЯОД не определяются техника запоминания или поиска данных на физических носителях и другие особенности их физической организации, что обусловлено одной из основных концепций базы данных – независимостью логической структуры данных от физических особенностей их хранения. ЯОД обычно полностью независим от языка манипулирования данными.
Язык манипулирования данными (ЯМД, DML) – совокупность языковых средств для организации доступа к данным в некоторой модели данных и в соответствующих ей СУБД. Операторы ЯМД позволяют извлекать данные из баз данных, создавать или модифицировать БД.
К основным операциям манипулирования данными относятся:
вставка в БД новых сведений;
модификация сведений, хранимых в БД;
извлечение сведений, содержащихся в БД;
удаление сведений из БД.
Различают два типа ЯМД:
а) процедурные ЯМД;
б) непроцедурные (декларативные) ЯМД.
С помощью процедурного языка пользователь (программист) указывает на то, как можно получить необходимые данные из определенного набора данных.
С помощью непроцедурных языков пользователь указывает какие данные ему нужны, без определения способа их получения.
Словарь данных (системный каталог) – специальная система в составе БД, содержащая информацию обо всех ресурсах системы.
В словаре данных (системном каталоге) интегрированы метаданные – данные об объектах базы данных, позволяющие упростить способ доступа к ним и управление ими. Перед доступом к реальным данным СУБД обращается к системному каталогу.
Обычно в системном каталоге хранятся следующие сведения:
имена, типы и размеры элементов данных;
имена связей;
накладываемые на данные ограничения поддержки целостности;
имена зарегистрированных пользователей, которым предоставлено право доступа к данным;
внешняя, концептуальная и внутренняя схемы и отображения между ними;
статистические данные, например частота транзакций и счетчики обращений к объектам базы данных.