- •Содержание
- •Глава 1 Концепция баз данных 6
- •Глава 2 Модели данных 12
- •Глава 3 Реляционная модель данных 24
- •Глава 4 Элементы языка sql 42
- •Глава 5 Проектирование баз данных 66
- •Глава 6 Функции субд и системы обработки транзакций 81
- •Глава 7 Технологии, модели и архитектура систем обработки данных 88
- •Глава 1 Концепция баз данных
- •1.1 Данные и эвм
- •1.2 Поколения субд и направления исследований
- •1.3 Терминология в субд
- •1.4 Вопросы для самоконтроля к главе 1
- •Глава 2 Модели данных
- •2.1. Классификация моделей данных
- •2.2 Основные особенности систем, основанных на инвертированных списках
- •2.2.1 Структуры данных
- •2.2.2 Манипулирование данными
- •2.2.3 Ограничения целостности
- •2.3 Иерархические модели
- •2.3.1. Иерархические структуры данных
- •2.3.2 Манипулирование данными
- •2.3.3 Ограничения целостности
- •2.4 Сетевые модели
- •2.4.1 Сетевые структуры данных
- •2.4.2 Манипулирование данными
- •2.4.3 Ограничения целостности
- •2.5 Физические модели организации баз данных
- •Файловые структуры, используемые для хранения данных в бд
- •Модели страничной организации данных в современных бд
- •Этапы доступа к бд
- •Вопросы и упражнения для самоконтроля к главе 2
- •Глава 3 Реляционная модель данных
- •3.1 Базовые понятия реляционных баз данных
- •3.1.1. Тип данных
- •3.1.2. Домен
- •3.1.3 Схема отношения, схема базы данных
- •3.1.4 Кортеж, отношение, ключи
- •3.1.5 Связи в реляционных базах данных
- •3.2 Фундаментальные свойства отношений
- •3.2.1 Отсутствие кортежей-дубликатов
- •3.2.2 Отсутствие упорядоченности кортежей
- •3.2.3 Отсутствие упорядоченности атрибутов
- •3.2.4 Атомарность значений атрибутов
- •3.3. Характеристика реляционной модели данных
- •3.4 Трехзначная логика (3vl)
- •3.5 Реляционная алгебра
- •Эквисоединение. Наиболее важным частным случаем -соединения является случай, когда есть просто равенство. Синтаксис эквисоединения:
- •3.6 Особенности операций реляционной алгебры
- •Реляционное исчисление
- •Вопросы и упражнения для самоконтроля к главе 3
- •Глава 4 Элементы языка sql
- •4.1 История языка sql
- •4.2 Структура языка sql
- •Ddl (Data Definition Language) - операторы определения объектов базы данных:
- •Dml (Data Manipulation Language) - операторы манипулирования данными:
- •Dcl (Data Control Language) - операторы контроля данных, защиты и управления данными:
- •4.3 Создание запроса с помощью оператора select
- •4.3.1 Создание простых запросов
- •4.3.2. Агрегирование данных в запросах
- •4.3.3 Формирование запросов на основе соединения таблиц
- •4.3.4 Формирование структур вложенных запросов
- •Простые подзапросы
- •4.3.4.2 Соотнесенные (коррелированные) подзапросы
- •Запросы с использованием кванторов
- •4.3.5 Объединение нескольких запросов в один
- •4.3.6 Синтаксис оператора select
- •4.4 Операторы манипулирования данных
- •4.4.1 Оператор удаления данных delete
- •4.4.2 Оператор вставки данных insert
- •4.4.3 Оператор обновления данных update
- •Операторы определения объектов базы данных
- •4.5.1 Операторы определения таблицы
- •4.5.2 Оператор определения представлений create view
- •Операторы контроля данных, защиты и управления данными
- •4.6.1 Операторы управления привилегиями
- •4.6.2 Операторы управления транзакциями
- •4.6.3 Проблемы параллельной работы транзакций
- •Вопросы и упражнения для самоконтроля к главе 4
- •Глава 5 Проектирование баз данных
- •5.1 Проектирование реляционных бд с использованием принципов нормализации
- •Проектирование реляционных бд с использованием семантических моделей
- •5.2.1 Применение семантических моделей при проектировании
- •5.2.2. Основные понятия модели Entity-Relationship
- •5.2.3 Пример разработки простой er-модели
- •Практические рекомендации по проектированию бд
- •Вопросы и упражнения для самоконтроля к главе 5
- •Глава 6 Функции субд и системы обработки транзакций
- •6.1 Основные функции субд
- •1.Непосредственное управление данными во внешней памяти
- •2. Управление буферами оперативной памяти
- •3. Управление транзакциями
- •4. Журнализация
- •5. Поддержка языков бд
- •Системы обработки транзакций
- •6.2.1 Oltp-системы
- •6.2.2 Olap -системы
- •6.2.3 Мониторы транзакций
- •Архитектура субд
- •6.4 Пользователи бд
- •6.4 Вопросы и упражнения для самоконтроля по главе 6
- •Глава 7 Технологии, модели и архитектура систем обработки данных
- •7.1 Технологии и модели архитектуры «клиент-сервер»
- •7.2 Распределенная обработка данных
- •Аспекты сетевого взаимодействия
- •Технология распределенной бд (технология star)
- •Технология тиражирования данных
- •7.3 Концепция активного сервера в модели dbs
- •7.4 Вопросы и упражнения для самоконтроля к главе 7
- •Литература
4. Журнализация
Одним из основных требований к СУБД является надежность хранения данных во внешней памяти.
Под надежностью хранения понимается то, что СУБД должна быть в состоянии восстановить последнее согласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя. Обычно рассматриваются два возможных вида аппаратных сбоев:
мягкие сбои, которые можно трактовать как внезапную остановку работы компьютера (например, аварийное выключение питания);
жесткие сбои, характеризуемые потерей информации на носителях внешней памяти. Примерами программных сбоев могут быть:
аварийное завершение работы СУБД по причине ошибки в программе или в результате некоторого аппаратного сбоя. Эту ситуацию можно рассматривать как особый вид мягкого аппаратного сбоя;
аварийное завершение пользовательской программы, в результате чего некоторая транзакция остается незавершенной и требуется ликвидировать последствия только одной транзакции.
Поддержание надежности хранения данных в БД требует избыточности хранения данных, причем та часть данных, которая используется для восстановления, должна храниться особо надежно. Наиболее распространенным методом поддержания такой избыточной информации является ведение журнала изменений БД.
Журнал - это особая часть БД, недоступная пользователям СУБД и поддерживаемая с особой тщательностью (иногда поддерживаются две копии журнала, располагаемые на разных физических дисках), в которую поступают записи обо всех изменениях основной части БД. В разных СУБД изменения БД журнализуются на разных уровнях, запись в журнале может соответствовать:
некоторой логической операции изменения БД (например, операции удаления строки из таблицы реляционной БД);
минимальной внутренней операции модификации страницы внешней памяти;
и то и другое (в некоторых системах одновременно используются оба подхода).
Во всех случаях придерживаются стратегии «упреждающей» записи в журнал (так называемого протокола Write Ahead Log - WAL). Эта стратегия заключается в том, что запись об изменении любого объекта БД должна попасть во внешнюю память журнала раньше, чем измененный объект попадет во внешнюю память основной части БД. Известно, что если в СУБД корректно соблюдается протокол WAL, то с помощью журнала можно решить все проблемы восстановления БД после любого сбоя. Рассмотрим различные ситуации при восстановлении:
- Индивидуальный откат транзакции (самая простая ситуация восстановления). Достаточно для каждой транзакции поддерживать локальный журнал операций модификации БД, выполненных в этой транзакции, и производить откат транзакции путем выполнения обратных операций, следуя от конца локального журнала. Но в большинстве систем локальные журналы не поддерживают, а индивидуальный откат транзакции выполняют по общесистемному журналу, для чего все записи от одной транзакции связывают обратным списком (от конца к началу).
- Мягкий сбой. При этом во внешней памяти основной части БД могут находиться объекты, модифицированные транзакциями, не закончившимися к моменту сбоя, и могут отсутствовать объекты, модифицированные транзакциями, которые к моменту сбоя успешно завершились (по причине использования буферов оперативной памяти, содержимое которых при мягком сбое пропадает). При соблюдении протокола WAL во внешней памяти журнала должны гарантированно находиться записи, относящиеся к операциям модификации обоих видов объектов. Целью процесса восстановления после мягкого сбоя является состояние внешней памяти основной части БД, которое возникло бы при фиксации во внешней памяти изменений всех завершившихся транзакций и которое не содержало бы никаких следов незаконченных транзакций. Для того, чтобы этого добиться, сначала производят откат незавершенных транзакций (undo), а потом повторно воспроизводят (redo) те операции завершенных транзакций, результаты которых не отображены во внешней памяти.
-Жесткий сбой. Для восстановления БД после жесткого сбоя используют журнал и архивную копию БД. Идеально, архивная копия - это полная копия БД к моменту начала заполнения журнала (имеется много вариантов более гибкой трактовки смысла архивной копии). Конечно, для нормального восстановления БД после жесткого сбоя необходимо, чтобы журнал не пропал. Как уже отмечалось, к сохранности журнала во внешней памяти в СУБД предъявляются особо повышенные требования. Тогда восстановление БД состоит в том, что исходя из архивной копии, по журналу воспроизводится работа всех транзакций, которые закончились к моменту сбоя.