Контрольные вопросы по шестому разделу
Перечислите основные функции СУБД.
Опишите языковую компоненту СУБД.
Определите понятие транзакции. Назначение и суть механизма журнализации.
Какие основные аспекты сохранения целостности учитываются при функционировании СУБД.
Какие основные аспекты защиты данных должны учитываться при функционировании СУБД.
Сформулируйте понятия логической и физической независимости данных.
Приведите обобщенную схему СУБД.
Приведите упрощенную схему функционирования СУБД.
Рис.20 Взаимодействие компонентов информационной системы
Основы физического проектирования
Файловые и страничные системы хранения информации
Физическая организация данных оказывает основное влияние на эксплуатационные характеристики проектируемой базы данных, так как именно на этом уровне осуществляется ее привязка к физической памяти.
Знание того, как большинство СУБД физически хранят данные во внешней памяти, представление о параметрах этого хранения и соответствующих методах доступа может очень помочь при проектировании баз данных, обладающих заданной производительностью.
Возможность работы со множеством различных логических представлений на основе единого физического представления составляет существо концепции БД. Согласно этой концепции, отделение логического представления от физического является главной гарантией независимости данных.
Поскольку исторически первыми системами хранения и доступа были файловые структуры и системы управления файлами (СУФ), входящие в состав ОС, при работе СУБД резонно было использовать средства СУФ для работы с файлами, в которые отображались хранимые данные одной или нескольких баз данных.
Однако универсальные механизмы управления файловыми структурами, разработанные для решения традиционных задач по работе с файлами, становятся крайне неэффективными с ростом объемов хранимых данных, то есть в среде специфических задач хранения и управления данными СУБД. В связи с этим произошел постепенный переход от использования базовых файловых структур к непосредственному управлению размещением хранимых данных во внешней памяти самой СУБД (управление страничными системами).
Таким образом, можно выделить два механизма, используемых СУБД при управлении хранимыми данными:
управление файловыми системами,
бесфайловое управление внешней памятью.
Следует отметить, что при этом механизмы, применяемые в файловых системах, во многом перешли и в страничные системы хранения информации.
Итак, пространство для базы данных на внешних устройствах распределяется большими фрагментами:
Файлами. В этом случае доступ к диску осуществляется операционной системой, что дает определенные преимущества, например, работа с файлами средствами ОС.
Разделами диска (страницами). В этом случае с внешним устройством работает сама СУБД. При этом достигается более высокая производительность. Диски особенно эффективны для ускорения операций записи данных.
Определим несколько основных понятий, связанных с проблемами проектирования физического уровня базы данных.
Хранимая запись. Под хранимой записью будем понимать запись какого-либо типа, хранимую во внешней памяти. Очевидно, по аналогии с логическими записями, можно говорить о типе хранимой записи и экземпляре хранимой записи некоторого типа.
Метод доступа определим как совокупность технических и программных средств, обеспечивающих возможность хранения и выборки данных (представленных хранимыми записями), расположенных во внешней памяти.
В формировании метода доступа важны два компонента:
структура памяти,
механизм поиска.
По структуре различают два типа внешней памяти:
память с последовательным доступом (например, магнитные ленты),
память с прямым доступом (например, дисковая память).
Механизм поиска задается алгоритмом, определяющим специфический путь доступа, который возможен в рамках конкретной структуры памяти, и количество шагов вдоль этого пути для нахождения искомых данных (хранимых записей).
Очевидно, что выбор метода доступа регулируется соображениями эффективности работы с БД (по использованию ресурсов - памяти и времени). Как правило, современные СУБД используют несколько методов доступа к хранимым записям.
Таким образом, в общем случае процесс проектирования физической БД (физическое проектирование) – это процесс создания по заданной логической структуре ее эффективной физической реализации, исходя из информационных требований конечных пользователей. Выделим в процессе физического проектирования следующие задачи:
определение методов доступа,
распределение и управление внешней памятью.