48922 (Серверы и системы управления базами данных), страница 2

Некоторые сервисные задачи могут выполняться на рабочей станции параллельно с работой пользователя. Такую рабочую станцию условно называют невыделенным сервером.

Консоль (обычно - монитор/клавиатура/мышь) и участие человека необходимы серверам только на стадии первичной настройки, при аппаратно-техническом обслуживании и управлении в нештатных ситуациях (штатно, большинство серверов управляются удаленно). Для нештатных ситуаций сервера обычно обеспечиваются одним консольным комплектом на группу серверов (с коммутатором, например KVM-переключателем, или без такового).

В результате специализации (см. ниже), серверное решение может получить консоль в упрощенном виде (например, коммуникационный порт), или потерять ее вовсе (в этом случае первичная настройка и нештатное управление могут выполняться только через сеть, а сетевые настройки могут быть сброшены в состояние по умолчанию).

Специализация серверного оборудования идет несколькими путями, выбор того в каком направлении идти каждый производитель определяет для себя сам. Большинство специализаций удорожают оборудование.

Серверное оборудование, как правило, комплектуется более надежными элементами:

- памятью с повышенной устойчивостью к сбоям, например для i386-совместимых компьютеров, память, предназначенная для серверов, имеет технологию коррекции ошибок (ECC англ. Error Checking and Correction). На некоторых других платформах, например Sparc (Sun Microsystems), коррекцию ошибок имеет вся память.

- резервированием, в том числе: блоков питания (в том числе с горячим подключением), жестких дисков (RAID; в том числе с горячими подключением и заменой). Не путать с «RAID»-системами обычных компьютеров; более продуманным охлаждением (функцией)

Размеры и другие детали внешнего исполнения. Серверы (и другое оборудование), которые требуется устанавливать на некоторое стандартное шасси (например, в 19-дюймовые стойки и шкафы) приводятся к стандартным размерам и снабжаются необходимыми крепежными элементами. Серверы, не требующие высокой производительности и большого количества внешних устройств зачастую уменьшают в размерах. Часто это уменьшение сопровождается уменьшением ресурсов.

В, так называемом, «промышленном исполнении», кроме уменьшенных размеров, корпус имеет большую прочность, защищенность от пыли (снабжен сменными фильтрами) (и, иногда, влажности), а также имеет дизайн кнопок, предотвращающий случайные выключения.

Конструктивно аппаратные серверы могут исполняться в настольном, напольном, стоечном и потолочном вариантах. Последний вариант обеспечивает наибольшую плотность размещения вычислительных мощностей на единицу площади, а также максимальную масштабируемость. С конца 1990-х всё большую популярность в системах высокой надёжности и масштабируемости получили так называемые блэйд-серверы (от англ. blades — лезвие) — компактные модульные устройства, позволяющие сократить расходы на электропитание, охлаждение, обслуживание и т.

Ресурсы. По ресурсам (частота и количество процессоров, количество памяти, количество и производительность жестких дисков, производительность сетевых адаптеров) серверы специализируются в двух противоположных направлениях — наращивании ресурсов и их уменьшении.

Наращивание ресурсов преследует целью увеличение емкости (например, специализация для файл-сервера) и производительности сервера. Когда производительность достигает некоторого предела, дальнейшее наращивание продолжают другими методами, например, распаралеливанием задачи между несколькими серверами. Уменьшение ресурсов преследует цели уменьшения размеров и энергопотребления серверов.

Аппаратные решения. Крайней степенью специализации серверов являются, так называемые аппаратные решения (аппаратные роутеры, сетевые дисковые массивы, аппаратные терминалы и т. п.). Аппаратное обеспечение таких решений строится "с нуля" или перерабатывается из существующей компьютерной платформы без учета совместимости, что делает невозможным использование устройства со стандартным программным обеспечением.

Программное обеспечение в аппаратных решениях загружается в постоянную и/или энергонезависимую память производителем. Аппаратные решения, как правило, более надежны в работе, чем обычные серверы, но менее гибки и универсальны. По цене, аппаратные решения могут быть как дешевле, так и дороже серверов, в зависимости от класса оборудования.

Псевдоаппаратные решения. Последнее время, распространилось большое количество бездисковых серверных решений, на базе компьютеров (как правило x86) формфактора Mini-ITX и меньше cо специализированной переработкой GNU/Linux на SSD-диске (ATA-флэш или флеш-карте), позиционируемых как «аппаратные решения». Данные решения не принадлежат к классу аппаратных, а являются обычными специализированными серверами. В отличии от (более дорогих) аппаратных решений они наследуют проблемы платформы и программных решений, на которых основаны.

Серверы размещаются в так называемых серверных комнатах. Управление серверами осуществляют системные администраторы.

2. Базы данных

2.1 Понятие базы данных (БД)

Основы современной информационной технологии составляют базы данных (БД) и системы управления базами данных (СУБД), роль которых как единого средства хранения, обработки и доступа к большим объемам информации постоянно возрастает. При этом существенным является постоянное повышение объемов информации, хранимой в БД, что влечет за собой требование увеличения производительности таких систем. Резко возрастает также в разнообразных применениях спрос на интеллектуальный доступ к информации. Это особенно проявляется при организации логической обработки информации в системах баз знаний, на основе которых создаются современные экспертные системы.

База данных – средство организации хранения и управления большим количеством упорядоченной разнородной информации. Обычно её характеризует жёсткая внутренняя структура и взаимосвязь между отдельными элементами хранящихся данных. Работая с базой данных, пользователь абстрагируется от конкретного способа их физического хранения на компьютере.

И вместо того, чтобы иметь дело с большим количеством отдельных файлов, например, текстовых, табличных и графических, мы оперируем единым интерфейсом, посредством которого добавляем новые записи, редактируем или удаляем уже имеющиеся. Кроме того, база данных подразумевает наличие механизма генерации аналитических отчётов, который избавляет пользователя от расчёта каких-либо сложных показателей вручную и поиска необходимых фрагментов в различных файлах.

В базе данных предприятия, например, может храниться: вся информация о штатном расписании, о рабочих и служащих предприятия; сведения о материальных ценностях; данные о поступлении сырья и комплектующих; сведения о запасах на складах; данные о выпуске готовой продукции; приказы и распоряжения дирекции и т.п.

Даже небольшие изменения какой-либо информации могут приводить к значительным изменениям в разных других местах.

Пример. Издание приказа о повышении в должности одного работника приводит к изменениям не только в личном деле работника, но и к изменениям в списках подразделения, в котором он работает, в ведомостях на зарплату, в графике отпусков и т.п.

Организация структуры БД формируется исходя из следующих соображений:

1. Адекватность описываемому объекту/системе — на уровне концептуальной и логической модели.

2. Удобство использования для ведения учёта и анализа данных — на уровне так называемой физической модели.

По модели представления данных БД классифицируются: картотеки, иерархические, сетевые, реляционные, многомерные, объектно-ориентированные.

На уровне физической модели электронная БД представляет собой файл или их набор в формате TXT, CSV, Excel, DBF, XML либо в специализированном формате конкретной СУБД. Также в СУБД в понятие физической модели включают специализированные виртуальные понятия, существующие в её рамках — таблица, табличное пространство, сегмент, куб, кластер и т. д.

Хорошая модель и правильный проект базы данных формируют основу информационной системы. Построение слоя данных - часто первый критичный шаг в направлении создания новой системы, который правомерно требует внимания к деталям и тщательного планирования. База данных, как и любая компьютерная система, является моделью небольшой части реального мира. И, как любая модель, это - узкое представление, которое значительно упрощает сложность реальной вещи. Современные системы баз данных основываются на реляционной модели хранения и извлечения данных.

2.2 Понятие системы управления базами данных (СУБД)

Базы данных используются под управлением систем управления базами данных (СУБД).

Система управления базами данных (СУБД) — это система программного обеспечения, позволяющая обрабатывать обращения к базе данных, поступающие от прикладных программ конечных пользователей. Системы управления базами данных позволяют объединять большие объемы информации и обрабатывать их, сортировать, делать выборки по определённым критериям и т.п.

Современные СУБД – это многопользовательские системы управления базой данных, которые специализируется на управлении массивом информации одним или множеством одновременно работающих пользователей. Они имеют
развитый пользовательский интерфейс, который позволяет вводить и модифицировать информацию, выполнять поиск и представлять информацию в графическом или текстовом режиме, дают возможность включать звуковые фрагменты и даже видеоклипы.

СУБД обеспечивают правильность, полноту и непротиворечивость данных, а также удобный доступ к ним. Простота использования СУБД позволяет создавать новые базы данных, не прибегая к программированию, а пользуясь только встроенными функциями.

К числу функций СУБД принято относить следующие:

1. Непосредственное управление данными во внешней памяти

Эта функция включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей, например, для убыстрения доступа к данным в некоторых случаях (обычно для этого используются индексы). В некоторых реализациях СУБД активно используются возможности существующих файловых систем, в других работа производится вплоть до уровня устройств внешней памяти. СУБД поддерживает собственную систему именования объектов БД.

2. Управление буферами оперативной памяти

СУБД обычно работают с БД значительного размера; по крайней мере, этот размер обычно существенно больше доступного объема оперативной памяти. Понятно, что если при обращении к любому элементу данных будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройства внешней памяти. Практически единственным способом реального увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти. В развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов.

3. Управление транзакциями

Транзакция - это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Либо транзакция успешно выполняется, и СУБД фиксирует (COMMIT) изменения БД, произведенные этой транзакцией, во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается на состоянии БД. Понятие транзакции необходимо для поддержания логической целостности БД.

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:

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

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

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

• управление распределенными БД, интеграция неоднородных баз данных;

• 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.