Серверы баз данных

1. СЕРВЕРЫ БАЗ ДАННЫХ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

2. История развития СУБД

История развития СУБД насчитывает > 30 лет. В 1968 году была введена в эксплуатацию первая промышленная СУБД – система IMS фирмы IBM. 

1-й этап развития СУБД связан с организацией БД на больших машинах типа IBM360/370. БД хранились во внешней памяти центральной ЭВМ. Программы доступа к БД писались на различных языках.  Интерактивный доступ обеспечивался с помощью консольных терминалов, которые не обладали собственными вычислительными ресурсами, и служили только устройствами ввода- вывода для центральной ЭВМ.

На втором этапе - с появлением ПК начали развиваться настольные СУБД с монопольным доступом. Большинство СУБД имели удобный пользовательский интерфейс. В них был предусмотрен интерактивный режим работы с БД, как для описания БД, так и для проектирования запросов. Многие СУБД имели развитый и удобный инструментарий для разработки готовых приложений без программирования. Инструментальная среда состояла из готовых элементов приложения в виде шаблонов экранных форм, отчетов, конструкторов запросов, которые достаточно просто могли быть собраны в единый комплекс. Наличие монопольного режима работы, фактически, привело к вырождению функций администрирования БД, и в связи с этим в них отсутствовали инструментальные средства администрирования БД. Яркие представители этого семейства СУБД, – очень широко использовавшиеся до недавнего времени СУБД DBASE(III+,IV),FoxPro, Clipper, Paradox.

Третий этап развития СУБД связан с широким развитием локальных сетей.  Работа на изолированном компьютере с небольшой БД в настоящее время становится нехарактерной для большинства приложений. Компьютеры объединяются в сети и необходимость распределения приложений, работающих с единой БД совершенно очевидна.

БД при этом становится доступна одновременно многим пользователям. Поэтому важной является проблема согласованности данных, хранящихся и обрабатывающихся в разных местах, но логически друг с другом связанных. Возникают задачи, связанные с параллельной обработкой транзакций – последовательности операций над БД, переводящих ее из одного непротиворечивого состояния в другое непротиворечивое состояние. Успешное решение этих задач приводит к появлению распределенных БД и баз данных с распределенной обработкой, позволяющих организовать параллельную обработку информации и поддержку целостности БД.

Параллельный доступ нескольких пользователей к одной БД, расположенной на одном компьютере, соответствует режиму распределенного доступа к централизованной БД. Такие системы называются системами распределенной обработки данных.

Если БД распределена по нескольким компьютерам, расположенным в сети, и к ней возможен  параллельный доступ, то мы имеем дело с  параллельным доступом к распределенной БД. Такие системы называют системами распределенных БД.

Рекомендуемые материалы

 Большинство современных СУБД рассчитаны на многоплатформенную архитектуру. Они могут работать на компьютерах разной архитектуры и под разными ОС. При этом для пользователей доступ к данным, управляемым СУБД на разных платформах, практически неразличим. Необходимость поддержки многопользовательской работы с БД и возможность децентрализованного хранения данных потребовали развития средств администрирования БД с реализацией общей концепции средств защиты данных.

Для того чтобы не потерять клиентов, которые ранее работали, с настольными СУБД, практически все современные СУБД имеют средства подключения клиентских приложений, и средства экспорта данных из форматов настольных СУБД.

К этому же этапу относится разработка  ряда стандартов языков описания и манипулирования данными, начиная с SQL 89, SQL92, SQL99 и технологий обмена данными между различными СУБД, к которым можно отнести протокол ODBC, предложенный фирмой Microsoft. В этот же период были начаты работы, связанные с концепцией объектно-ориентированных БД, к числу которых относятся MS Access и все современные серверы БД: Oracle 7.3, Oracle 8.4, MS SQL 7.0, SYSTEM10, SYSTEM11, SQL Base  и др.

3. Перспективы развития СУБД

Развивается новая технология доступа к данным – Intranet. Основное отличие этой технологии от технологии клиент-сервер   заключается в том, что отпадает необходимость разработки специального клиентского программного обеспечения. Для работы с удаленной БД используется стандартный браузер Интернета. При этом встроенный в загружаемые пользователем HTML-страницы код, написанный обычно на языке Java, Java-script, Perl и других языках, отслеживает все действия пользователя и транслирует их в низкоуровневые SQL-запросы к БД, выполняя, таким образом, ту работу, которую  в технологии клиент-сервер выполняет клиентская программа. Удобство данного подхода привело к тому, что он стал использоваться не только для удаленного доступа к базе данных, но и для локальной сети предприятий. Простые задачи обработки данных,  не связанные со сложными алгоритмами, которые требовали бы согласованного изменения данных во многих взаимосвязанных объектах, достаточно просто и эффективно могут быть реализованы в данной архитектуре. 

4. Трехуровневая архитектура БД. Ее назначение

Основная цель системы управления БД заключается в том, чтобы предоставить пользователю абстрактное представление данных, скрыв конкретные особенности хранения и управления данными. Следовательно, отправной точкой при проектировании БД должно быть общее описание информационных потребностей организации, которые должны найти отражение в создаваемой БД.

Кроме того, поскольку БД является общим ресурсом, то каждому пользователю может потребоваться свое, отличное от других представление о характеристиках информации, представленной в БД. Для удовлетворения этих потребностей структура большинства современных коммерческих СУБД в той или иной степени строится на базе так называемой архитектуры ANSI-SPARC.

Трехуровневая архитектура ANSI-SPARC

Архитектура ANSI-SPARC (см.рис.1)  представляет собой 3 уровня описания элементов данных – внешний, концептуальный и внутренний. Цель трехуровневой архитектуры заключается в отделении пользовательского представления БД от ее физического представления.

Внешний уровень – представление данных с точки зрения пользователей. Он состоит из нескольких различных внешних представлений БД.

Каждый пользователь имеет дело с представлением “реального мира” в наиболее удобной для него форме. Внешнее представление данного пользователя содержит только те сущности, атрибуты и связи, которые ему интересны. Он может ничего не знать о других сущностях, содержащихся в базе. Кроме того, различные представления могут по-разному отображать одни и те же данные (например, форматы дат). Некоторые представления могут содержать производные или вычисляемые данные, которые не хранятся в БД, а создаются по мере надобности.

Концептуальный уровень – обобщающее представление БД. Описывает то, какие данные содержатся в БД, а также связи между ними. Этот уровень содержит логическую структуру БД с точки зрения администратора БД. На концептуальном уровне представлены следующие компоненты:

· все сущности, их атрибуты и связи;

· ограничения, накладываемые на данные;

· семантическая информация о данных;

· информация о мерах обеспечения безопасности и поддержки целостности данных.

Концептуальный уровень поддерживает каждое внешнее представление. Однако этот уровень не содержит никаких сведений о методах хранения данных. Например, описание сущности должно содержать сведения о типах данных, их длине или максимальном количестве символов, но не должно содержать сведений об организации хранения, например об объеме пространства, в байтах.

Внутренний уровень. Физическое представление БД в памяти компьютера. Этот уровень описывает, как информация хранится в базе данных. Он содержит описание структур данных и организации отдельных файлов, используемых для хранения данных на запоминающих устройствах. На этом уровне осуществляется  взаимодействие СУБД с методами доступа ОС. На внутреннем уровне хранится следующая информация:

· распределение дискового пространства для хранения данных и   индексов.

· сведения о размещении записей.

· сведения о сжатии данных и выбранных методах их шифрования.

Эта архитектура позволяет обеспечить логическую и физическую независимость при работе с данными. Логическая независимость предполагает возможность изменения одного приложения без корректировки других приложений, работающих с этой же БД. Физическая независимость предполагает возможность переноса хранимой информации с одних носителей на другие при сохранении работоспособности всех приложений, работающих с этими данными.

5. Пользователи БД

Конечные пользователи – основная категория пользователей, для которых и создается БД. Это могут быть случайные пользователи, обращающиеся к БД время от времени за получением некоторой информации, например, клиенты фирмы, просматривающие каталог продукции. Регулярными пользователями могут быть сотрудники фирмы, работающие со специально разработанными для них программами. Главный принцип разработки заключается в том, что от конечных пользователей не требуется никаких специальных знаний в области ВТ и языковых средств.

Администраторы БД. Эта группа пользователей, которая на начальной стадии разработки БД отвечает за его оптимальную организацию для одновременной работы множества конечных пользователей. На стадии эксплуатации администратор отвечает за корректность работы данного банка информации в многопользовательском режиме. На стадии развития и реорганизации отвечает за корректную реорганизацию без изменения или прекращения его текущей эксплуатации.

Основные функции администратора:

· Анализ предметной области, выявление ограничений целостности, определение статуса информации (доступность, секретность), определение потребностей пользователей.

· Проектирование структуры БД: определение состава и структуры таблиц, выбор методов доступа к информации, описание БД на языке описания данных.

· Задание ограничений целостности при описании структуры БД и процедур обработки данных, в том числе  задание декларативных ограничений целостности, присущих предметной области; определение динамических ограничений целостности в процессе изменения информации, хранящейся в БД; определение ограничений целостности при параллельной работе пользователей.

· Разработка технологии  первоначальной загрузки, которая будет отличаться от процедуры модификации и дополнения данными при штатном использовании БД.

· Защита данных, включающая определение системы паролей, принципов регистрации пользователей.

· Разработка средств фиксации доступа к данным и попыток нарушения системы защиты.

· Разработка организационных средств архивирования и принципов восстановления БД.

· Работа с конечными пользователями: сбор информации об изменении предметной области, обучение пользователей, разработка необходимой методической и учебной документации по работе конечных пользователей.

Разработчики и администраторы приложений.

 Эта группа пользователей функционирует во время проектирования, создания и реорганизации БД. Администраторы приложений координируют работу разработчиков. Разработчики конкретных приложений работают с той частью информации из БД, которая требуется для конкретного приложения.

В лекции "22 - Топографические изыскания" также много полезной информации.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В чем заключаются основные особенности каждого из этапов развития СУБД?

2. Что представляет собой трехуровневая архитектура ANSI-SPARC; каково ее назначение?

3. Охарактеризуйте каждый из уровней архитектуры ANSI-SPARC.

4. Перечислите основных пользователей базы данных.

5. В чем заключаются функции администратора базы данных?