Основы современных баз данных. С.Д. Кузнецов (лекции) (1122309), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Заданный кортеж заносится в указанное отношение в соответствии со структурой отношения и значением ключевых полей.
7) replace(descriptor, tid, new_tuple)
8) delete(descriptor, tid)
Функции заменяют или удаляют кортеж отношения с указанным идентификатором.
9) closer(descriptor)
Функция закрывает соответствующий файл ОС UNIX и, возможно, обновляет содержимое отношений-каталогов.
Заметим, что перечисленные функции работают только с указанным отношением. В частности, если для отношения определены индексы, то их автоматическая модификация при изменении отношений не производится. Кроме того, функции не выполняют никаких действий по журнализации изменений или синхронизации параллельного доступа.
8.4. Общая характеристика языка QUEL. Язык программирования EQUEL
Манипуляционная часть языка QUEL является чистой реализацией реляционного исчисления кортежей. Это означает, что в операторах указываются условия, накладываемые на кортежи, с которыми необходимо произвести соответствующие действия.
Основной набор операторов манипулирования данными включает операторы RETRIVE (выбрать), APPEND (добавить), REPLACE (заменить) и DELETE (удалить). Перед выполнением любого из этих операторов необходимо определить используемые в них переменные кортежей, связав их с соответствующими отношениями путем выполнения оператора RANGE:
RANGE OF variable-list IS relation-name
Продемонстрируем основные свойства операторов QUEL на примерах. Будем использовать базу данных СТУДЕНТЫ и ГРУППЫ:
RANGE OF S IS СТУДЕНТЫ
RANGE OF G IS ГРУППЫ
Пример 1. Выбрать имена студентов, куратором которых является Иванов.
RETRIEVE (S.СТУД_ИМЯ)
WHERE (S.ГРУП_НОМЕР = G.ГРУП_НОМЕР AND
G.КУРАТ_ИМЯ = "ИВАНОВ")
Пример 2. Занести в отношение НЕУСПЕВАЮЩИЕ номера студенческих билетов и имена неуспевающих студентов.
RETRIEVE INTO НЕУСПЕВАЮЩИЕ (S.СТУД_НОМЕР, S.СТУД_ИМЯ)
WHERE (S.СТУД_УСП = "NO")
Пример 3. Вывести фамилии студентов, получающих стипендию ниже средней.
RETRIEVE (S.СТУД_ИМЯ)
WHERE (S.СТУД_СТИП < AVG (S.СТУД_СТИП))
Как и в SQL, поддерживаются агрегатные функции COUNT, SUM, MAX, MIN и AVG.
Пример 4. Включить в группу 310 студента Петрова.
APPEND TO СТУДЕНТЫ (СТУД_ИМЯ = "ПЕТРОВ", ....)
Пример 5. Увеличить стипендию в 1,5 раза всем успевающим студентам.
REPLACE S(СТУД_СТИП BY СТУД_СТИП * 1,5)
WHERE (S.CТУД_УСП = "YES")
Пример 6. Удалить из списка групп все группы, в которых не учится ни один студент.
DELETE G
WHERE (G.ГРУП_РАЗМЕР = 0)
Кроме операторов манипулирования данными, язык QUEL содержит операторы для создания и уничтожения отношений:
CREATE имя_отношения (имя_атрибута IS тип_атрибута, ...)
DESTROY имя_отношения
а также два оператора изменения структур хранимых данных:
MODIFY имя_отношения TO структура_памяти
ON (ключ1, ключ2, ...) и
INDEX ON имя_отношения IS имя_индекса (ключ1, ключ2, ...)
Оператор MODIFY изменяет структуру хранимого отношения в соответствии с параметром структура_памяти и заданным набором ключевых атрибутов. Оператор INDEX создает отдельную индексную структуру для заданных полей данного отношения. Созданные индексы используются системой для оптимизации выполнения операторов манипулирования данными. Согласованность содержимого отношений и индексов поддерживается системой автоматически.
Язык QUEL содержит также операторы определения ограничений целостности, представлений и ограничений доступа. На них мы остановимся немного позже.
В том виде, в каком мы его кратко описали, язык QUEL предназначен для интерактивной работы с базами данных Ingres. Для программирования прикладных информационных систем, которые должны взаимодействовать с базами данных, был разработан язык программирования EQUEL, являющийся, по существу, расширением языка программирования Си путем встраивания в него операторов языка QUEL. Язык EQUEL определяется следующим образом:
Любой оператор языка Си является оператором языка EQUEL.
Любой оператор языка QUEL, которому предшествуют два знака '#', является допустимым оператором языка EQUEL.
Переменные Си-программы могут использоваться в операторах QUEL, заменяя имена отношений, имена атрибутов, элементы списка выборки или константы. Те переменные Си-программы, которые используются таким образом, должны при своем объявлении быть помечены двойным знаком '#'.
Оператор RETRIEVE (без INTO) сопровождается составным оператором языка Си, который выполняется по одному разу для каждого выбранного кортежа.
Пример программы на языке EQUEL, выдающей номер группы по имени студента:
main()
{
## char stud_name[20];
## int group_number;
while (READ(stud_name_)
{
## RANGE OF S IS STUDENTS
## RETRIEVE (group_number = G.GROUP.NUMBER)
## WHERE (S.STUD_NAME = stud_name)
{
PRINT ("The group number of 'stud_name' is 'group_number');
}
}
}
Программа на языке EQUEL обрабатывается специальным препроцессором, который превращает ее в обычную Си-программу, содержащую вызовы Ingres с передачей в качестве параметров текстов операторов языка QUEL. Дальнейшую схему мы уже обсуждали.
8.5. Общий подход к организации представлений, ограничениям целостности и контролю доступа
Мы объединили эти три кажущиеся не очень близкими темы, потому что в Ingres для решения соответствующих проблем применяется единый подход, основанный на модификации операторов SQL. Начнем с представлений. Как и в System R (точнее, в языке SQL), представление базы данных - это некоторый именованный запрос с именованными полями результирующего отношения.
Например, оператор
DEFINE VIEW GROUP310
(STUD_NUMBER = S.STUD_NUMBER,
STUD_NAME = S.STUD_NAME,
STUD_STATUS = S.STUD_STATUS)
WHERE (S.GROUP_NUMBER = 310)
определяет представляемое отношение, включающее номера студенческих билетов и имена студентов из группы 310.
Предположим, что мы хотим теперь найти неуспевающих студентов в отношении GROUP310:
RANGE OF G310 IS GROUP310
RETRIEVE (G310.STUD_NAME)
WHERE (G310.STUD_STATUS = "NO")
Тогда после модификации этот запрос будет выглядеть следующим образом:
RETRIEVE (STUD_NUMBER = S.STUD_NUMBER, STUD_NAME =
S.STUD_NAME, STUD_STATUS = S.STUD_STATUS)
WHERE (S.GROUP_NUMBER = 310 AND
S.STUD_STATUS = "NO")
На тех же самых принципах построен контроль доступа к данным и контроль целостности баз данных. Например, ограничение доступа к отношению СТУДЕНТЫ может быть определено следующим образом:
DEFINE PERMIT RETRIEVE, REPLACE
ON S
TO PETROV
AT TTA5
FROM 9:00 TO 17:50
ON MON TO FRI
WHERE (S.GROUP_NUMBER = 310)
Это означает, что Петрову разрешается читать и модифицировать отношение СТУДЕНТЫ с терминала TTA5 во время от 9 до 15:00 в рабочие дни недели, причем только те кортежи, которые удовлетворяют сформулированному условию. При компиляции любого оператора QUEL над отношением СТУДЕНТЫ этот оператор будет модифицироваться таким образом, чтобы он был выполнен при выполнении условий хотя бы одного из ограничений доступа.
Аналогично, если для отношения СТУДЕНТЫ определено ограничение целостности
DEFINE INTEGRITY
ON S
WHERE (S.STUD_STIP < 150,000)
то к условию любого оператора изменения кортежей отношения СТУДЕНТЫ будет через AND добавляться условия всех ограничений целостности, определенных для этого отношения.
В заключение этой лекции заметим, что конечно, в Ingres поддерживается механизм параллельных транзакций с соответствующей синхронизаций доступа и журнализация изменений баз данных. Однако нам не известны какие-либо особенности применяемых механизмов. На особенностях оптимизации операторов QUEL мы остановимся в лекции, посвященной оптимизациям в языках баз данных.
Внутренняя организация реляционных СУБД
Лекция 9. Cтруктуры внешней памяти, методы организации индексов
Реляционные СУБД обладают рядом особенностей, влияющих на организацию внешней памяти. К наиболее важным особенностям можно отнести следующие:
-
Наличие двух уровней системы: уровня непосредственного управления данными во внешней памяти (а также обычно управления буферами оперативной памяти, управления транзакциями и журнализацией изменений БД) и языкового уровня (например, уровня, реализующего язык SQL). При такой организации подсистема нижнего уровня должна поддерживать во внешней памяти набор базовых структур, конкретная интерпретация которых входит в число функций подсистемы верхнего уровня.
-
Поддержание отношений-каталогов. Информация, связанная с именованием объектов базы данных и их конкретными свойствами (например, структура ключа индекса), поддерживается подсистемой языкового уровня. С точки зрения структур внешней памяти отношение-каталог ничем не отличается от обычного отношения базы данных.
-
Регулярность структур данных. Поскольку основным объектом реляционной модели данных является плоская таблица, главный набор объектов внешней памяти может иметь очень простую регулярную структуру.
-
При этом необходимо обеспечить возможность эффективного выполнения операторов языкового уровня как над одним отношением (простые селекция и проекция), так и над несколькими отношениями (наиболее распространено и трудоемко соединение нескольких отношений). Для этого во внешней памяти должны поддерживаться дополнительные "управляющие" структуры - индексы.
-
Наконец, для выполнения требования надежного хранения баз данных необходимо поддерживать избыточность хранения данных, что обычно реализуется в виде журнала изменений базы данных.
Соответственно возникают следующие разновидности объектов во внешней памяти базы данных:
-
строки отношений - основная часть базы данных, большей частью непосредственно видимая пользователям;
-
управляющие структуры - индексы, создаваемые по инициативе пользователя (администратора) или верхнего уровня системы из соображений повышения эффективности выполнения запросов и обычно автоматически поддерживаемые нижним уровнем системы;
-
журнальная информация, поддерживаемая для удовлетворения потребности в надежном хранении данных;
-
служебная информация, поддерживаемая для удовлетворения внутренних потребностей нижнего уровня системы (например, информация о свободной памяти).
Мы рассматривали на примерах System R и Ingres два альтернативных подхода к организации реляционной СУБД с точки разделения функций между различными компонентами. Напомним, что в СУБД System R существовала интегрированная подсистема управления данными, транзакциями и журнализацией, в то время как в Ingres управление данными, было отделено от управления транзакциями и журнализацией.
У обоих этих подходов имеются свои преимущества и недостатки. Подход System R позволяет использовать более эффективные методы за счет совместного решения проблем физической и логической синхронизации, использовании общих протоколов при управлении буферами и журнализации и т.д. Но при этом в некотором смысле подсистема нижнего уровня становится монолитом; при самой удачной ее структуризации компоненты остаются связанными общими протоколами взаимодействия. Непродуманные локальные изменения одного компонента могут привести к фатальным последствиям для всей системы. Подход Ingres позволяет упростить структуру системы и сделать ее более гибкой, но это возможно только за счет огрубления алгоритмов: применения более грубых методов управления транзакциями; жестких протоколов журнализации и т.д.
В конечном счете любая конкретная система основывается на конкретном комплексном решении. Мы рассматриваем здесь фрагменты таких решений (эскизы).
9.2. Индексы
Как бы не были организованы индексы в конкретной СУБД, их основное назначение состоит в обеспечении эффективного прямого доступа к кортежу отношения по ключу. Обычно индекс определяется для одного отношения, и ключом является значение атрибута (возможно, составного). Если ключом индекса является возможный ключ отношения, то индекс должен обладать свойством уникальности, т.е. не содержать дубликатов ключа. На практике ситуация выглядит обычно противоположно: при объявлении первичного ключа отношения автоматически заводится уникальный индекс, а единственным способом объявления возможного ключа, отличного от первичного, является явное создание уникального индекса. Это связано с тем, что для проверки сохранения свойства уникальности возможного ключа так или иначе требуется индексная поддержка.
Поскольку при выполнении многих операций языкового уровня требуется сортировка отношений в соответствии со значениями некоторых атрибутов, полезным свойством индекса является обеспечение последовательного просмотра кортежей отношения в диапазоне значений ключа в порядке возрастания или убывания значений ключа.
Наконец, одним из способов оптимизации выполнения эквисоединения отношений (наиболее распространенная из числа дорогостоящих операций) является организация так называемых мультииндексов для нескольких отношений, обладающих общими атрибутами. Любой из этих атрибутов (или их набор) может выступать в качестве ключа мультииндекса. Значению ключа сопоставляется набор кортежей всех связанных мультииндексом отношений, значения выделенных атрибутов которых совпадают со значением ключа.
Общей идеей любой организации индекса, поддерживающего прямой доступ по ключу и последовательный просмотр в порядке возрастания или убывания значений ключа является хранение упорядоченного списка значений ключа с привязкой к каждому значению ключа списка идентификаторов кортежей. Одна организация индекса отличается от другой главным образом в способе поиска ключа с заданным значением.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
