Журнализация

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.

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.

5. Поддержка языков БД

Для работы с базами данных используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных. В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания, и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных. Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык SQL (Structured Query Language).

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.

Быстрое развитие потребностей применений БД выдвигает новые требования к СУБД:

Ø поддержка широкого спектра типов представляемых данных и операций над ними (включая фактографические, документальные, картинно-графические данные);

Ø естественные и эффективные представления в БД разнообразных отношений между объектами предметных областей (например, пространственно-временных с обеспечением визуализации данных);

Ø поддержка непротиворечивости данных и реализация дедуктивных БД;
обеспечение целостности БД в широком диапазоне разнообразных предметных областей и операционных обстановок;

Ø управление распределенными БД, интеграция неоднородных баз данных;

Ø существенное повышение надежности функционирования БД.

2.3 Классификация СУБД

По модели данных

По типу управляемой базы данных СУБД разделяются на:

- иерархические. Иерархическая модель базы данных состоит из объектов с указателями от родительских объектов к потомкам, соединяя вместе связанную информацию.

Иерархические базы данных могут быть представлены как дерево, состоящее из объектов различных уровней. Верхний уровень занимает один объект, второй — объекты второго уровня и т. д.

Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможно, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами.

Иерархической базой данных является файловая система, состоящая из корневой директории, в которой имеется иерархия поддиректорий и файлов.

- сетевые. Сетевые базы данных подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.

Несмотря на то, что эта модель решает некоторые проблемы, связанные с иерархической моделью, выполнение простых запросов остается достаточно сложным процессом.

Также, поскольку логика процедуры выборки данных зависит от физической организации этих данных, то эта модель не является полностью независимой от приложения. Другими словами, если необходимо изменить структуру данных, то нужно изменить и приложение.

- реляционные. Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

·           каждый элемент таблицы — один элемент данных

·           все ячейки в столбце таблицы однородные, то есть все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т. д.)

·           каждый столбец имеет уникальное имя

·           одинаковые строки в таблице отсутствуют

·           порядок следования строк и столбцов может быть произвольным

- объектно-реляционные. Объектно-реляционная СУБД (ОРСУБД) — реляционная СУБД (РСУБД), поддерживающая некоторые технологии, реализующие объектно-ориентированный подход.

Разница между объектно-реляционными и объектными СУБД: первые являют собой надстройку над реляционной схемой, вторые же изначально объектно-ориентированы. Главная особенность и отличие объектно-реляционных, как и объектных, СУБД от реляционных заключается в том, что О(Р)СУБД интегрированы с Объектно-Ориентированным (OO) языком программирования, внутренним или внешним как C++, Java. Характерные свойства OРСУБД - 1) комплексные данные, 2) наследование типа, и 3) объектное поведение.

- объектно-ориентированные. Объектно-ориентированная СУБД — реализующая объектно-ориентированный подход. Эта система управления обрабатывает данные как абстрактные объекты, наделённые свойствами, в виде неструктурированных данных, и использующие методы взаимодействия с другими объектами окружающего мира.

По архитектуре организации хранения данных

·           локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере)

·           распределенные 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. Ядро СУБД располагается на каждом клиентском компьютере. Доступ к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на ЦП сервера, а недостатком — высокая загрузка локальной сети.

На данный момент файл-серверные СУБД считаются устаревшими.

Примеры: Microsoft Access, Borland Paradox.

·           Клиент-серверные

Такие СУБД состоят из клиентской части (которая входит в состав прикладной программы) и сервера. Клиент-серверные СУБД, в отличие от файл-серверных, обеспечивают разграничение доступа между пользователями и мало загружают сеть и клиентские машины. Сервер является внешней по отношению к клиенту программой, и по надобности его можно заменить другим. Недостаток клиент-серверных СУБД в самом факте существования сервера (что плохо для локальных программ — в них удобнее встраиваемые СУБД) и больших вычислительных ресурсах, потребляемых сервером.

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

·           Встраиваемые

Встраиваемая СУБД — библиотека, которая позволяет унифицированным образом хранить большие объёмы данных на локальной машине. Доступ к данным может происходить через SQL либо через особые функции СУБД. Встраиваемые СУБД быстрее обычных клиент-серверных и не требуют установки сервера, поэтому востребованы в локальном ПО, которое имеет дело с большими объёмами данных (например, геоинформационные системы).

Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, один из вариантов Firebird, один из вариантов MySQL, Sav Zigzag, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР.

В настоящее время наибольшее распространение получили реляционные базы данных. Картотеками пользовались до появления электронных баз данных. Сетевые и иерархические базы данных считаются устаревшими, объектно-ориентированные пока никак не стандартизированы и не получили широкого распространения. Некоторое возрождение получили иерархические базы данных в связи с появлением и распространением XML.

Этапы создания базы данных. Процесс разработки структуры базы данных в соответствии с требованиями пользователей называется проектированием базы данных. На этапе проектирования необходимо предусмотреть все возможные действия, которые могут возникнуть на различных этапах жизненного цикла БД.

1. Концептуальное проектирование — сбор, анализ и редактирование требований к данным. На данном этапе необходимо проанализировать запросы пользователей, выбрать информационные объекты и их характеристики и на основе анализа структурировать предметную область.

Для этого осуществляются следующие мероприятия:

·           обследование предметной области, изучение ее информационной структуры, анализ концептуальных требований и информационных потребностей;

·           выявление всех фрагментов, каждый из которых характеризуется пользовательским представлением, информационными объектами и связями между ними, процессами над информационными объектами

·     построение концептуальной модели предметной области и проектирование концептуальной схемы БД.

По окончании данного этапа получаем концептуальную модель, инвариантную к структуре базы данных. Часто она представляется в виде модели «сущность-связь».

Логическое проектирование представляет собой необходимый этап при создании БД. Основной задачей логического проектирования является разработка логической схемы, ориентированной на выбранную систему управления базами данных. Процесс логического проектирования состоит из следующих этапов:

1.   Выбор конкретной СУБД;

2.   Отображение концептуальной схемы на логическую схему;

3.   Выбор языка манипулирования данными.

На выходе получаем СУБД-ориентированную структуру базы данных и спецификации прикладных программ. На этом этапе часто моделируют базы данных применительно к различным СУБД и проводят сравнительный анализ моделей.

3. Физическое проектирование — определение особенностей хранения данных, методов доступа и т. д.

Достижение приемлемого для всех пользователей уровня эксплуатационных характеристик базы данных является сложной задачей. Проектировщик БД должен постоянно помнить о стоимости различных услуг, предоставляемых пользователем одной или нескольких интегрированных БД. Ожидаемая экономия памяти и широкое использование базы данных в деятельности организации должна сопровождаться критическим анализом потенциального снижения качества обслуживания некоторых пользователей.

Этой невозможности необходимо избегать. Целью должно быть - приемлемые эксплуатационные характеристики для всех пользователей. Другим аспектом функционирования БД является ее гибкость. БД, тесно привязанные к текущим приложениям, могут иметь слишком ограниченную сферу применения в других подобных организациях. Быстрое изменение требований и введение новых типов элементов данных могут иметь следствием повышение стоимости сопровождения программ, разложение временных файлов и сортировок, а также снижение производительности системы.

Литература

1.      Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных - 8-е изд. — М.: «Вильямс», 2006.

2.      Дрога А. А., Жукова П. Н., Копонев Д. Н., Лукьянов Д. Б., Прокопенко А. Н. Информатика и математика. – Белгород.: Белгородский юридический институт МВД РФ, 2008.

3.      Коннолли Т., Бегг К. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика — 3-е изд. — М.: «Вильямс», 2003.

4.      Кузнецов С. Д. Основы баз данных. — 1-е изд. — М.: «Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру», 2005.

5.      Скотт В. Эмблер, Прамодкумар Дж. Садаладж. Рефакторинг баз данных: эволюционное проектирование — М.: «Вильямс», 2007.