Основные требования к организации СУБД. Функции СУБД. Администратор баз данных.
К современным базам данных, а следовательно, и к СУБД, на которых они строятся, предъявляются следующие основные требования.
1. Высокое быстродействие (малое время отклика на запрос).
Время отклика - промежуток времени от момента запроса к БД до фактического получения данных. Похожим является термин время доступа - промежуток времени между выдачей команды записи (считывания) и фактическим получением данных. Под доступом понимается операция поиска, чтения данных или записи их. Часто операции записи, удаления и модификации данных называют операцией обновления.
2. Простота обновления данных.
3. Независимость данных.
4. Совместное использование данных многими пользователями.
5. Безопасность данных - защита данных от преднамеренного или непреднамеренного нарушения секретности, искажения или разрушения.
6. Стандартизация построения и эксплуатации БД (фактически СУБД).
7. Адекватность отображения данных соответствующей предметной области.
8. Дружелюбный интерфейс пользователя.
Важнейшими являются первые два противоречивых требования: повышение быстродействия требует упрощения структуры БД, что, в свою очередь, затрудняет процедуру обновления данных, увеличивает их избыточность.
Независимость данных - возможность изменения логической и физической структуры БД без изменения представлений пользователей.
Независимость данных предполагает инвариантность к характеру хранения данных, программному обеспечению и техническим средствам. Она обеспечивает минимальные изменения структуры БД при изменениях стратегии доступа к данным и структуры самих исходных данных. Это достигается, как будет показано далее, "смещением" всех изменений на этапы концептуального и логического проектирования с минимальными изменениями на этапе физического проектирования ссылка на источники литературы.
Безопасность данных включает их целостность и защиту.
Целостность данных - устойчивость хранимых данных к разрушению и уничтожению, связанных с неисправностями технических средств, системными ошибками и ошибочными действиями пользователей.
Она предполагает:
1) отсутствие неточно введенных данных или двух одинаковых записей об одном и том же факте;
2) защиту от ошибок при обновлении БД;
3) невозможность удаления (или каскадное удаление) связанных данных разных таблиц;
4) неискажение данных при работе в многопользовательском режиме и в распределенных базах данных;
5) сохранность данных при сбоях техники (восстановление данных).
Целостность обеспечивается триггерами целостности - специальными приложениями-программами, работающими при определенных условиях. Защита данных от несанкционированного доступа предполагает ограничение доступа к конфиденциальным данным и может достигаться:
1) введением системы паролей;
2) получением разрешений от администратора базы данных (АБД);
3) запретом от АБД на доступ к данным;
4) формирование видов - таблиц, производных от исходных и предназначенных конкретным пользователям.
Три последние процедуры легко выполняются в рамках языка структуризованных запросов Structured Query Language - SQL, часто называемого SQL2.
Стандартизация обеспечивает преемственность поколений Система управления базы данныхСУБД, упрощает взаимодействие БД одного поколения СУБД с одинаковыми и различными моделями данных. Стандартизация (ANSI/SPARC) осуществлена в значительной степени в части интерфейса пользователя СУБД и языка SQL. Это позволило успешно решить задачу взаимодействия различных реляционных СУБД как с помощью языка SQL, так и с применением приложения Open DataBase Connection (ODBC). При этом может быть осуществлен как локальный, так и удаленный доступ к данным (технология клиент/сервер или сетевой вариант).
Основные функции СУБД:
1.Определение структуры создаваемой базы данных, ее инициализация и проведение начальной загрузки.
Как правило, создание структуры базы данных происходит в режиме диалога. СУБД последовательно запрашивает у пользователя необходимые данные. В большинстве современных СУБД база данных представляется в виде совокупности таблиц. Рассматриваемая функция позволяет описать и создать в памяти структуру таблицы, провести начальную загрузку данных в таблицы.
2. Предоставление пользователям возможности манипулирования данными (выборка необходимых данных, выполнение вычислений, разработка интерфейса ввода/вывода, визуализация).
Такие возможности в СУБД представляются либо на основе использования специального языка программирования, входящего в состав СУБД, либо с помощью графического интерфейса.
3. Обеспечение логической и физической независимости данных.
Важнейшим свойством СУБД является возможность поддерживать два независимых взгляда на базу данных - "взгляд пользователя", воплощаемый в логическом представлении данных и "взгляд системы" - физическое представление данных в памяти ЭВМ. Обеспечение логической независимости данных предоставляет возможность изменения (в определенных пределах) логического представления базы данных без необходимости изменения физических структур хранения данных. Таким образом, изменение логического представления данных в прикладных программах не приводит к изменению структур хранения данных. Обеспечение физической независимости данных предоставляет возможность изменять (в определенных пределах) способы организации базы данных в памяти ЭВМ не вызывая необходимости изменения "логического" представления данных. Таким образом, изменение способов организации базы данных не приводит к изменению прикладных программ
4. Защита логической целостности базы данных.
Основной целью реализации этой функции является повышение достоверности данных в базе данных. Достоверность данных может быть нарушена при их вводе в БД или при неправомерных действиях процедур обработки данных, получающих и заносящих в БД неправильные данные. Для повышения достоверности данных в системе объявляются так называемые ограничения целостности, которые в определенных случаях "отлавливают" неверные данные. Так, во всех современных СУБД проверяется соответствие вводимых данных их типу, описанному при создании структуры. Система не позволит ввести символ в поле числового типа, не позволит ввести недопустимую дату и т.п. В развитых системах ограничения целостности описывает программист, исходя из содержательного смысла задачи, и их проверка осуществляется при каждом обновлении данных.
5. Защита физической целостности.
При работе ЭВМ возможны сбои в работе (например, из-за отключения электропитания), повреждение машинных носителей данных. При этом могут быть нарушены связи между данными, что приводит к невозможности дальнейшей работы. Развитые СУБД имеют средства восстановления базы данных. Важнейшим используемым понятием является понятие "транзакции". Транзакция - это единица действий, производимых с базой данных. В состав транзакции может входить несколько операторов изменения базы данных, но либо выполняются все эти операторы, либо не выполняется ни один. СУБД, кроме ведения собственно базы данных, ведет также журнал транзакций.
6. Управление полномочиями пользователей на доступ к базе данных.
Разные пользователи могут иметь разные полномочия по работе с данными (некоторые данные должны быть недоступны; определенным пользователям не разрешается обновлять данные и т.п.). В СУБД предусматриваются механизмы разграничения полномочий доступа, основанные либо на принципах паролей, либо на описании полномочий.
7. Синхронизация работы нескольких пользователей.
Достаточно часто может иметь место ситуация, когда несколько пользователей одновременно выполняют операцию обновления одних и тех же данных. Такие коллизии могут привести к нарушению логической целостности данных, поэтому система должна предусматривать меры, не допускающие обновление данных другим пользователям, пока работающий с этими данными пользователь полностью не закончит с ними работать. Основным используемым здесь понятием является понятие "блокировка". Блокировки необходимы для того, чтобы запретить различным пользователям возможность одновременно работать с базой данных, поскольку это может привести к ошибкам.
Для реализации этого запрета СУБД устанавливает блокировку на объекты, которые использует транзакция. Существуют разные типы блокировок - табличные, страничные, строчные и другие, которые отличаются друг от друга количеством заблокированных записей. Чаще других используется строчная блокировка - при обращении транзакции к одной строке блокируется только эта строка, остальные строки остаются доступными для изменения.
8. Управление ресурсами среды хранения.
База данных располагается во внешней памяти ЭВМ. При работе в БД заносятся новые данные (занимается память) и удаляются данные (освобождается память). СУБД выделяет ресурсы памяти для новых данных, перераспределяет освободившуюся память, организует ведение очереди запросов к внешней памяти и тому прочее.
9. Поддержка деятельности системного персонала.
При эксплуатации какой-либо базы данных может возникать необходимость изменения параметров СУБД, выбора новых методов доступа, изменения (в определенных пределах) структуры хранимых данных, а также выполнения ряда других общесистемных действий. СУБД предоставляет возможность выполнения этих и других действий для поддержки деятельности БД обслуживающему БД системному персоналу, называемому администратором БД.
Администратор БД отвечает за целостность информационных ресурсов компании. На нем лежит ответственность по созданию, обновлению и сохранности связанных между собой резервных копий файлов, исходя из задач предприятия. Этот человек должен в мельчайших подробностях знать существующие механизмы восстановления программного обеспечения БД.
Возможны ситуации, при которых администратору БД потребуется на основе логических прикладных моделей создавать элементы физической схемы, а также поддерживать связь пользователей с системой и обеспечивать соответствующий уровень информационной безопасности, следя за тем, чтобы доступ к данным имели только те люди, которые в нем нуждаются.
Администратор БД должен уметь определять узкие места системы, ограничивающие ее производительность, настраивать SQL и программное обеспечение СУРБД и обладать знаниями, необходимыми для решения вопросов оптимизации быстродействия БД.