Контрольные вопросы и задания

1. Определить основные понятия архитектуры "клиент-сервер".

2. Перечислить функции сервера баз данных.

3. Какой принцип является основой архитектуры "клиент-сервер"?

4. Нарисовать двухзвенную схему модели "клиент-сервер".

5. Охарактеризовать функции стандартного интерактивного приложения.

6. Назвать варианты разделения функций между компьютером-сервером и компьютером-клиентом для двухзвенной модели.

7. Охарактеризовать модель удаленного доступа к данным (RAD).

8. Назвать достоинства и недостатки модели сервера баз данных.

9. Какие средства относятся к категории программного обеспечения промежуточного слоя?

10. Определить назначение сервера приложений.

11. Что такое транзакция?

12. Указать функции монитора транзакций.

13. Нарисовать схему распределенной базы данных.

14. Охарактеризовать однородные распределенные системы.

15. Каким методом проектируются неоднородные распределенные системы?

16. Указать достоинства и недостатки метода фрагментации данных.

17. Описать метод тиражирования данных.

18. Перечислить характеристики "идеальной" РаСУБД.

19. Охарактеризовать уровни доступа к распределенным данным на примере четырехуровневой схемы.

20. Нарисовать модель доступа к данным на базе Интернет.

21. Указать основные механизмы доступа к БД в сети Интернет.

22. Каковы перспективы развития интернет-технологий в сфере сервиса?

6. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И

Перспективы развития баз данных

Технологии баз данных и смежные с ними области информационных технологий являются одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики и вычислительной техники, причем темпы развития в последние годы особенно высоки.

Одним из направлений является развитие объектных технологий баз данных. Объектно-ориентированные языки программирования (такие как С++ и Java), объектно-ориентированные средства создания приложений и сетевого программирования стали базовыми технологиями разработки современного программного обеспечения. Идейную поддержку развитию данного направления оказал опубликованный в 1989 году "Манифест объектно-ориентированных систем баз данных", в котором содержались основные требования относительно обязательных свойств объектно-ориентированных баз данных, и, предполагалось, что новые системы должны строиться на базе объектно-ориентированного подхода, и нет особого смысла, так или иначе, использовать реляционный подход. В данном манифесте были приведены также необязательные свойства и открытые возможности объектных систем. В области формирования инфраструктуры объектных систем направляющую роль играет учрежденный в 1989 г. консорциум OMG (Object Management Group), целью которого является разработка и поддержка индустриальных стандартов архитектуры программного обеспечения промежуточного слоя (уровня архитектуры, занимающего промежуточное место между сетевым уровнем и уровнем приложений) для создания распределенных неоднородных объектных интероперабельных систем. Традиционно к промежуточному слою относились средства управления и доступа к данным, средства разработки программ, средства управления распределенными вычислениями (включая поддержку необходимых протоколов взаимодействия), средства поддержки пользовательского интерфейса и др. Такие инфраструктуры использовались как отдельными компаниями (IBM), так и в международных проектах (UNIX – ориентированная интеграционная среда). Применяемые идеи и технологии не позволяли до сих пор решить радикально архитектуру промежуточного слоя. OMG на основе объектной технологии и идеи интероперабельности вводит концепцию промежуточного слоя последовательно, радикально и до конца. Технически интероперабельность компонентов (представляемых объектами) решена введением базовой объектной модели, унифицированного языка спецификации интерфейсов объектов, отделением реализации компонентов от спецификации их интерфейсов, введением общего механизма поддержки интероперабельности объектов (брокера объектных заявок, играющего роль "общей шины", поддерживающей взаимодействие объектов). Тем самым достигается однородность представления компонентов и их взаимодействия. Далее, для формирования информационной архитектуры вводится слой унифицированных (ортогональных) служб, которые используются как при конструировании прикладных систем, так и для формирования функционально законченных средств промежуточного слоя, предлагающих конкретные виды услуг. Существенно, что и службы и средства представляются однородно своими объектными интерфейсами, что позволяет обеспечить их интероперабельность посредством брокера объектных заявок.

Базовый стандарт OMG – CORBA, принятый в 1991 г., получил широкое признание и активно применяется на практике. Наряду с созданием инфраструктуры для эффективного использования объектного подхода в технологиях баз данных архитектура CORBA предоставила один из методов обеспечения дальнейшего применения информационных ресурсов и функциональности унаследованных систем. Идея метода состоит в "объектизации" морально устаревшей системы путем создания для нее "обертки" (Wrapper) с помощью средств языка определения интерфейса IDL стандарта CORBA. Система превращается в обычный стандартный объект и может быть интегрирована в распределенную объектную среду.

К другим активно развиваемым важнейшим стандартам OMG относятся язык UML для объектного анализа и проектирования, стандарт XMI обмена метаданными между CASE-системами, основанный на языке XML.

Развитие производства объектных СУБД потребовало стандартизации модели данных и языковых средств, чтобы обеспечить переносимость приложений и ресурсов данных между объектными системами. Для решения этих задач ведущие поставщики объектных СУБД учредили консорциум ODMG (Object Database Management Group). В базовом стандарте ODMG определяются объектная модель, являющаяся расширением объектной модели CORBA, и язык определения объектов ODL. Был создан ряд чисто "объектных" программных продуктов, соответствующих различным компонентам данного стандарта: Objectivity/DB, GemStone, ObjectStore, POET, Versant и др. Объектно-ориентированная модель является наиболее подходящей платформой для CASE- и CAD-технологий.

Отношение специалистов в области баз данных к объектно-ориентированным базам данных (ООБД) неоднозначно. Главным аргументом сторонников является то, что новая технология позволяет добиться соответствия между программной моделью данных и структурой базы данных, в отличие от фиксированных, жестких структур реляционных таблиц. Кроме того, считается, что многотабличные объединения в реляционной модели существенно снижают производительность баз данных.

С другой стороны, чисто "объектная" модель вызывает много нареканий среди специалистов (в частности, что объектно-ориентированный подход не имеет той мощной математической основы, на которой построена реляционная модель, следствием чего является отсутствие стандартов построения ООБД и стандартизированного языка запросов) и компании-производители объектных СУБД испытывают определенные трудности с продвижением своих продуктов на рынок.

Одновременно с развитием чисто "объектного подхода" разработчики реляционных баз данных развивают объектно-реляционную модель данных. На развитие данного направления повлияли идеи, высказанные в "Манифесте систем баз данных третьего поколения". Авторами были сформулированы основные принципы построения СУБД нового поколения, предполагающие развитие реляционной платформы с применением богатой системы типов и расширением объектно-ориентированными возможностями, в частности о расширении языка SQL базовыми объектными возможностями (SQL:1999). СУБД, поддерживающие объектно-реляционную модель данных, разрабатываются многими ведущими компаниями, производителями программного обеспечения: Informix Universal Database Server (Informix), DB2 Universal Database (IBM), Oracle8 (Oracle). В последнее время появились предложения о расширении SQL средствами интеграции с XML-данными, поддержки языка Java. Предполагается дальнейшее совершенствование стандарта SQL:1999 в рамках проекта SQL3.

Открывающиеся, в связи с интенсивным развитием коммуникационных возможностей Интернет, новые направления развития отрасли накопления и доступа к данным приобретают все большее значение. Прочно в обиход пользователей вошли технологии глобальной гипертекстовой системы World Wide Web, которые принципиальным образом изменили в последние годы облик информационной среды общества. "Всемирная паутина" не только эффективно воплотила гипертекстовые и гипермедийные технологии, но и стала одновременно интегратором неоднородных информационных ресурсов, поддерживаемых в других средах (в частности, в средах баз данных), обеспечила возможности для нового этапа развития распределенных систем.

Новые возможности обеспечения интеграции информационных ресурсов Web и баз данных получили дальнейшее развитие с созданием платформы XML (в конце 2000 г. была принята новая спецификация стандарта языка XML). Различные пути использования этих возможностей активно изучаются в последние годы. В частности, возможности использования единой техники доступа к структурированным данным баз данных и слабоструктурированным данным Web.

Перспективным направлением развития взаимодействия Web-технологий и баз данных являются разработки систем баз данных XML. В программе работ по созданию новой версии стандарта языка SQL предусмотрено включение средств интеграции реляционных данных и XML-данных.

Одной из основных тенденций, определяющих современные направления развития технологий баз данных, является стремительный рост популярности хранилищ данных (Data Warehousing), концепция которых была разработана Б. Инмоном. Хранилище данных понимается как логически интегрированный источник данных для систем поддержки принятия решений (DSS) и информационных систем руководителя (EIS), который обеспечивает поддержку принятия стратегических решений в крупной организации на основе хранящихся исторических данных, отражающих деятельность этой организации за продолжительный период времени. Накапливая данные в хранилище, предприятие получает возможность проведения статистических исследований, анализа тенденций и перспектив развития, выявления слабых мест своей деятельности и скрытых резервов. Хранилища данных используются для принятия решений на основе сбора и анализа информации. Их главные пользователи – это менеджеры, служащие планового отдела и отдела маркетинга. Хранилища данных активно применяются в тех областях, где информация о тенденциях бизнеса служит основой для принятия решений, приводящих к значительной экономии средств или приносящих большую прибыль. Например, в крупных производствах – для анализа тенденций в области сбыта, в коммерции – для анализа эффективности мероприятий, направленных на увеличения сбыта и изучения демографических факторов, в финансовых структурах – для анализа факторов, связанных с получением и погашением кредитов клиентами и др. Хранилище данных – не то же самое, что база данных, так как данные, поступившие в хранилище, приобретают статус "неизменных". Вносимые изменения в хранилище носят характер только "пополнения", а не произвольных поэлементных обновлений, как в операционных базах данных, предназначенных для каждодневной деятельности предприятия.

Основные компоненты хранилища:

• Средства наполнения хранилища, представляющие программный комплекс, выполняющий извлечение данных из корпоративных операционных баз данных (OLTP-систем), их обработку и загрузку в хранилища.

• База данных хранилища – реляционная база данных, предназначенная для хранения огромных объемов данных, очень быстрой загрузки и выполнения сложных аналитических запросов.

• Средства анализа данных – программный комплекс, выполняющий статистический и временный анализ и представление результатов в графической форме.

Структура базы данных хранилища данных разрабатывается таким образом, чтобы максимально облегчить анализ информации. В большинстве случаев информация в базе данных может быть представлена в виде N-мерного куба фактов, отражающих деловую активность компании в течение определенного времени.

Принципы организации хранилищ данных могут сыграть важную роль в развитии электронных библиотек. Под электронной библиотекой понимается крупная распределенная гипермедийная и мультимедийная информационная система, позволяющая эффективно использовать разнообразные коллекции электронных документов, обладающая развитыми пользовательскими интерфейсами, обеспечивающая доступ пользователей через глобальные коммуникационные сети.

90-е годы характеризуются развитием технологий управления данными. В бизнес-приложениях наибольший интерес представляет интеграция методов интеллектуального анализа данных с технологией оперативной аналитической обработки данных (OLAP). Системы OLAP обеспечивают аналитикам и руководителям быстрый последовательный интерактивный доступ к внутренней структуре данных и возможность преобразования исходных данных с тем, чтобы они позволяли отразить структуру системы нужным для пользователя образом. Кроме того, OLAP-системы позволяют просматривать данные и выявлять имеющиеся в них закономерности визуально, либо простейшими методами.

В настоящее время поддержка OLAP реализована во многих СУБД и инструментах, поскольку является оптимальным решением для большого класса приложений, где пользователи работают с многомерными данными (то есть с данными, зависящими от нескольких параметров, например от времени, местоположения и других характеристик).

Технологии OLAP и хранилищ данных стимулируют развитие ещё одного направления – темпоральных (временных) баз данных. Темпоральные базы данных дополняют основные данные свойством времени, переносят это свойство в среду самой СУБД, обеспечивают языковые средства для выборки данных по запросам, связанным со временем.

Программные средства, реализующие технологии OLAP и хранилищ данных, выпускаются многими производителями программных продуктов: IBM DB2 OLAP Server, Visual Warehouse (IBM); MetaCube (Informix); Oracle Data Mart Suite (Oracle); группа продуктов Express OLAP. Программные компоненты для поддержки функциональных возможностей OLAP и хранилищ данных предусмотрены в Microsoft SQL Server 2002 (Microsoft). Поддержка временных рядов реализована в продуктах Informix Universal Database Server и Oracle8.

Интеграция со всемирной паутиной систем поддержки принятия решений, крупномасштабных хранилищ данных и прочих развитых информационных систем становится реальностью. В этом направлении следует ожидать развитие существующих и появлений новых стандартов и технологий доступа.

Еще одним из перспективных направлений развития баз данных является развитие дедуктивных баз данных. Эти базы данных основаны на применении аппарата математической логики и средств логического программирования в области систем баз данных. Получение сведений из баз данных осуществляется не путем запросов или аналитической обработки, а путем использования правил вывода и построения цепочек применения этих правил для вывода ответов на запросы. Для этих баз данных существуют языки запросов, отличные от SQL.

Дальнейшее развитие архитектурных подходов информационных систем связано с архитектурой "клиент-сервер". По такому принципу строятся сервисы CORBA, Интернет, современные серверы баз данных.

Развитие архитектуры распределенных систем связано с концепцией промежуточного слоя. Имеются в виду средства программного обеспечения, позволяющие изолировать приложения от сетевых протоколов и особенностей конкретных операционных систем. На принципах промежуточного слоя строятся многие стандартные интерфейсы распределенных систем, например, ODBC, JDBC. Одной из важнейших задач средств промежуточного слоя – обеспечение интероперабельности (способности системы к взаимодействию с другими системами) программных продуктов различных поставщиков.

Новым архитектурным подходом является появления систем баз данных с мобильной архитектурой. Создание миниатюрных мобильных компьютеров, способных поддерживать операционные платформы стационарных компьютеров, развитие сотовой телефонии стимулируют разработки технологии теледоступа к базам данных и мобильных систем баз данных. Основные направление исследований: разработка эффективных методов восстановления баз данных, стратегий кэширования в системах "клиент-сервер" и мобильных системах, обеспечение высокой производительности и масштабируемости систем, исследование новых моделей транзакций для мобильных систем, обработка в таких системах запросов, зависящих от местоположения пользователя, создание персональных информационных систем, предназначенных для индивидуальных информационных систем пользователя и др.

В ближайшее время возможно появление принципиально новых подходов и направлений в области баз данных. Технической базой для этого могут служить такие прогрессивные технологии повышения производительности, как RAID (Redundat Arrays of Inexpensive disk – эта аббревиатура обычно расшифровывается как "избыточные массивы недорогих дисков"). Сочетание быстро увеличивающейся мощности обработки с возможностью значительно быстрого выполнения операций ввода-вывода в действительности приведет к появлению среды, в которой увеличение производительности обработки транзакций аппаратным путем представляется приемлемым и желательным решением проблемы.

Эксперты определяют следующие основные направления исследований в области баз данных:

• Разработка принципов самонастройки СУБД. Система должна автоматически настраиваться без участия персонала администратора баз данных на основе регистрации информации об условиях ее функционирования.

• Создание новых технологий для крупномасштабных федеративных систем. Примером такой системы является Web. К кругу проблем данного направления относится обработка запросов большой вычислительной сложности.

• Разработка новых подходов к архитектуре систем баз данных. Эксперты полагают, что необходимо пересмотреть 20-летние архитектурные принципы организации системы баз данных в связи с изменением аппаратурных средств. Например, при объеме оперативной памяти в пределах терабайта традиционные подходы оказываются неэффективными.

• Интеграция структурированных и слабоструктурированных данных. Имеется в виду интеграция технологий баз данных и Web-технологий.

Динамика развития технологий баз данных очень высока. Поэтому в ближайшее время возможно появление новых направлений исследований.

В рамках учебного пособия невозможно охарактеризовать все современные составляющие и перспективные направления развития технологий баз данных. Сегодняшние технологии баз данных представляют настолько обширную и разветвленную сферу "как в части их собственных возможностей, так и в отношении многообразия приложений" [24]. Поэтому важнейшим компонентом изучения баз данных является работа с оперативными, энциклопедическими и информационными источниками и Интернет-ресурсами.