2.1 Основные функции и типовая организация систем управления базами данных

В СУБД часто выделяют систему разработчика и систему времени выполнения. Система разработчика включает в себя компоненты СУБД, которые используются на этапе создания приложения БД. К ним относятся средства описания схем и подсхем БД, генераторы форм и кода, средства визуальной разработки приложения. Система времени выполнения -- это часть СУБД, необходимая при работе с базой данных. В основном ее назначение состоит в обработке запросов к БД и в поддержании ее целостности.

К числу функций СУБД принято относить следующие:

1. Управление данными во внешней памяти.

Функция управления данными во внешней памяти включает в себя обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения непосредственных данных, так и для служебных целей, например, для ускорения доступа к данным (обычно используются индексы). Существует множество способов организации внешней памяти баз данных. Как и все решения, принимаемые при создании баз данных, конкретные методы организации внешней памяти необходимо выбирать вместе с принятием остальных решений.

2. Управление буферами оперативной памяти.

СУБД обычно работают с базами данных значительных размеров; по крайней мере этот размер превышает доступный объем оперативной памяти. Понятно, что если при обращении к любому элементу данных будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью внешней памяти.

Единственным способом реального увеличения скорости является буферизация данных в оперативной памяти. И даже если операционная система производит общесистемную буферизацию, этого недостаточно для целей СУБД, которая располагает гораздо большей информацией о полезности буферизации той или иной части базы данных. В развитых СУБД поддерживается свой набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов. При управлении буферами необходимо разрабатывать и применять согласованные алгоритмы буферизации, журнализации и синхронизации.

Заметим, что существует собственное направление СУБД, которое ориентировано на постоянное присутствие всей БД в ОП. Это направление основывается на предположении, что в предвидимом будущем объем оперативной памяти может быть настолько велик, что позволит не беспокоиться о буферизации.

3. Управление транзакциями.

Транзакция - это последовательность операций с БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Либо транзакция успешно выполняется, и СУБД фиксирует изменения БД, произведенные ею, во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается в состоянии БД. Транзакция необходима для поддержания логической целостности БД (например, объединения элементарных операций над файлами). Поддержание механизма транзакций - необходимое условие даже однопользовательских СУБД. Но понятие транзакции гораздо важнее в многопользовательских СУБД. То свойство, что каждая транзакция начинается при целостном состоянии БД и оставляет это состояние целостным после своего завершения, делает очень удобным использование транзакции как единицы активности пользователя по отношению к БД. При соответствующем механизме управления транзакциями пользователь может почувствовать себя единственным пользователем СУБД. Базиян, Менахем и др. Использование Visual FoxPro 6. Спец. изд./Пер. с англ. -- М.: Издательский дом "Вильяме", 2006. -- С. 372

4. Журнализация и восстановление БД после сбоев.

Одно из основных требований к СУБД - надежное хранение данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимается то, что СУБД должна быть в состоянии восстановить последнее согласованное состояние БД после аппаратного или программного сбоя. Поддержание надежного хранения данных в базе требует избыточности объема памяти для хранения данных, причем та их часть, которая используется для восстановления, должна храниться особо надежно. Наиболее распространенный метод поддержания такой избыточности - это ведение журнала изменений базы данных. Во всех случаях придерживаются “упреждающей “ записи в журнал (так называемый протокол Write Ahеad Log). Стратегия заключается в том, что запись об изменении любого объекта БД должна попасть во внешнюю память журнала раньше, чем она попадет во внешнюю память основной части БД. Известно, что если в СУБД корректно соблюдается протокол WAL, то с помощью журнала можно решить все проблемы восстановления БД после любого сбоя.

5. Поддержание языков БД.

Для работы с БД используются специальные языки, называемые языками баз данных. В ранних СУБД поддерживалось несколько специализированных по своим функциям языков. В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных. Организация типичной СУБД и состав ее компонентов соответствует набору функций. Логически в современной СУБД можно выделить внутреннюю часть - ядро СУБД (Data Base Engine), компилятор языка БД (обычно SQL), подсистему поддержки времени выполнения, набор утилит.

Ядро СУБД отвечает за управление данными во внешней памяти, управление буферами оперативной памяти, управление транзакциями и журнализацию. Соответственно можно выделить и такие компоненты ядра (по крайней мере, логически, хотя во многих СУБД они существуют явно), как менеджер данных, менеджер буферов, менеджер транзакций, менеджер журнала.

Все функции взаимосвязаны, поэтому компоненты должны взаимодействовать по продуманным и спланированным протоколам. Ядро СУБД обладает собственным интерфейсом, не доступным пользователю напрямую, и используемым в программах, производимых компилятором SQL, и утилитах БД. Ядро СУБД является основной резидентной частью СУБД. При использовании архитектуры "клиент-сервер" ядро является основным составляющим элементом серверной части системы.

Основная функция компилятора языка БД - компиляция операторов языка БД в некоторую выполняемую программу. Основной проблемой реляционных СУБД является наличие непроцедурного языка, то есть в операторе такого языка специфицируется некоторое действие над БД, но эта спецификация не процедура, она лишь описывает в некоторой форме условия совершения желаемого действия. Поэтому компилятор должен сначала решить, каким образом выполнить оператор языка, прежде чем произвести программу. Результатом компиляции является выполнимая программа, представляемая в некоторых системах в машинных кодах, но более часто - в выполняемом внутреннем машинно-независимом коде. В последнем случае реальное выполнение оператора производится с привлечением подсистемы поддержки времени выполнения, представляющей собой, по сути, интерпретатор этого внутреннего кода.

В отдельные утилиты обычно выделяют такие процедуры, которые слишком накладно выполнять с использованием языка БД, например, загрузка БД, сбор статистики, глобальная проверка целостности. Утилиты программируются с использованием ядра СУБД, а иногда с проникновением внутрь ядра.

2.2 Перспективы развития систем управления базами данных

Системы управления базами данных (СУБД) играют монопольную роль в организации промышленных современных, инструмент и системы исследовательской информации. Сюжеты СУБД действительно безграничны. В предлагаемом кратком обзоре описываются самые интересные направления научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

Будучи основным фундаментальным инструментом конструкции информационных систем, используемых в постановке, деловое и научное действие, базы данных и системы управления их составляют обширный район исследований.

Несмотря на то, что реляционные СУБД в течение долгого времени также твердо заняли основные позиции на рынке программного обеспечения на обработке данных, в этой области есть много неразрешенных проблем. Во-первых, это касается нового SQL нормы языка 3, какие возможности должны быть расширены за счет определения триггеров, работы с объектами, расширений типов данных. Во-вторых, перемещение к открытым системам принимает версию организации подающих баз данных, разрешения в них внутренняя параллельность. В третьем определялась проблема использования старых баз данных в рамках новых программных продуктов.

Значительное число разработок выполняется в боевой обстановке постреляционных баз данных. Были базы данных трудных объектов (реляционная модель с отказом первой нормальной формы), найдены приложением в нестандартных аппендиксах, требующих операции с трудными структурированными объектами; активные базы данных, для которых СУБД выносит не только движения, указанные потребителем, но также и дополнительными движениями согласно правилам, обещаемым в базе данных; базы данных темпоральные как сверхструктура по реляционной базе данных, позволяя поддерживать исторические данные системы; единые системы, обеспечивающие решение о задаче интегрирования неравномерных баз данных в универсальной глобальной системе.

Специальность помещает в СУБД после генерации, занимается объектно-ориентированными базами данных. Их источник определяется необходимыми условиями тренировки: необходимость разработки трудных информационных систем, для которых техника предыдущих баз данных не была удовлетворительной. В таких СУБД проблемах поддержки иерархии и наследственности типов, должны быть решены управления трудными объектами.

Однако для решения об этих задачах есть значительные ограничения, а именно: отсутствие стандартной объектно-ориентированной модели данных, декларативный язык исследований и и т.д. Разработчики в боевой обстановке баз данных отнимают к объективно-реляционным и объектно-ориентированным базам данных, важное помещает в рынок следующее десятилетие.

Выделенные базы данных представляют еще одну версию системы управления базы данных. Хотя многие полагают, что реляционные СУБД, будучи самым широко распространенным современным устройством конструкции информационных систем, уже не представляют интерес в научном соотношении, есть больше много проблем, неразрешенных или решенных не полностью. Поток пунктов, посвященных сюжетам исключительно реляционных систем, и также активности действий компаний-производителей коммерческих реляционных систем, свидетельствует об этом, стремясь улучшать продукты и давать им новые качества.

Продолжение работы исследователей - историков упоминает вопросы оптимизации исследований, новых алгоритмов выполнения реляционных операций, оптимизации строений хранения данных и других аспектов, прямо определяющих эффективность СУБД. Те же самые вопросы занимают также рекламный ролик разработчиков СУБД, который, помимо тревожного также более примененными проблемами. Мы будем считать немного более детально (но без технических деталей) существом некоторых из этих вопросов и как они смеют в наиболее разработанных коммерческих изделиях.

Приложение отчетов синхронизации транзакций, сокращения расходов на передаче данных между узлами компьютерной сети в ходе выполнения выделенного исследования посредством репликации данные - не все возможные проблемы в боевой обстановке.

Активные базы данных. БД определение вызывают как активное, если СУБД относительно этого выносит не только те движения, которые указываются, очевидно, потребителем, но также и дополнительными движениями согласно правилам, обещаемым в БД.

Легко видеть, что основание этой идеи содержалось в SQL языка Системного радиуса времени. Фактически, что есть определение триггера или условного влияния как не ввод в БД правила, согласно которому СУБД должен произвести дополнительные движения? Ужасно только это фактически инициировало, не были полностью реализованы в одной из известных систем, четных в Системном радиусе. И это не разовое выступление, потому что реализация такого устройства в СУБД является очень трудной, нерентабельной и не является абсолютно четкой.

Массив проблем не решается четный для довольно простого случая реализации триггерного SQL, и задача помещается уже намного более широко. В основном, это предлагается, чтобы иметь как часть СУБД продукционную система общего вида, условий и какие движения не ограничиваются содержавшим БД или прямыми воздействиями по нему от потребителя. Например, время дней может ввести в условие, и движение может быть внешним, например, заключение информации на экран действующей компании. Почти все современные работы над активным БД соединяются с проблемой эффективной реализации такие продукционной системы.

Одновременно, по нашему мнению, намного более важно реализовать в практических целях в реляционном СУБД устройство триггеров. Мы заметим, что в норме тяги существование SQL3 средств языка определения условных влияний обеспечивается. Реализация также будет первым практическим шагом к активному БД (когда мы отметили в сечении 1, уже была соответствующая коммерческая реализация).

Дедуктивные базы данных. Определением, дедуктивными составами БД двух частей: экстенсиональной, содержа факты, и интенсиональной, содержа правила для логического заключения новых фактов к основанию экстенсиональной часть и исследование потребителя.

Легко видеть, что при таком общем определении фокусируемый на SQL реляционный СУБД возможно перенести к дедуктивным системам. Действительно это указывается в замысле реляционного БД представления как не интенсиональная часть БД.

Дедуктивный СУБД вещественного числа основного различия от реляционного - то, что, как управляет, интенсиональной части БД, и исследования потребителей могут содержать рекурсию. Возможность рекурсии делает реализацию, дедуктивную СУБД очень трудный и во многих случаях эффективно неразрешимой проблемой.

Мы здесь не будем рассматривать более детально конкретных проблем, введенных ограничений и используемых методов в дедуктивных системах. Мы заметим, что только это - обычные языки исследований, и определение интенсиональной части БД логика (поэтому, дедуктивный БД часто называет логику). Есть прямая связь дедуктивного БД с базами знаний (интенсиональную, часть БД можно рассмотреть как БЗ). Кроме того, трудно провести различия между этими двумя сущностями; по крайней мере, общее мнение об этом не существует.

Какая передача дедуктивного БД с реляционным СУБД, кроме того, что реляционный БД - вырожденным дедуктивный особый случай? Ядро - то, что реляционная система обычна, применялся к реализации дедуктивный СУБД. Такая система действует в роли вратаря фактов и конфузора исследований, приходящих от уровня дедуктивный СУБД. Между прочим, такое использование реляционный СУБД задача глобальной оптимизации исследований.

В обычном приложении реляционные СУБД исследования обычны, приходят в обработку на одном, поэтому нет случай для их глобальной переменной (межзапросной) никакой оптимизации. Дедуктивный СУБД при выполнении одного исследования потребителя обычно генерирует пакет исследований к реляционному СУБД, который может быть оптимизирован совместно.

Конечно, в случае, когда набор исправлял дедуктивный БД, это становится большим также их, невозможно поместить в ОЗУ, есть проблема управления их хранение и доступ к ним во внешней памяти. Реляционная система Здесь может быть помимо примененного, но больше не слишком эффективна. Требуются более трудные структуры данных и другие условия выборки. Частные попытки решить эту проблему известны, но общее решение, в то время как не присутствует.

Темпоральные базы данных. Обычное хранилище БД быстрорастворимое изображение модели подчиненного домена. Любое изменение в момент чая времени некоторый объект приводит к недоступности условия этого объекта в течение предыдущего момента времени. Самое интересное, которое фактически в большой части разработало СУБД предыдущее условие объекта, остается в загрузочном устройстве изменений, но возможность доступа от потребителя не присутствует.

Конечно, возможно ввести, очевидно, в сохраненные соотношения очевидный атрибут времени и поддерживать его значения на уровне аппендиксов. Кроме того, в большинстве случаев и приходят. Не без причины в стандартном SQL была специальная дата и время типов данных. Но на таком подходе есть некоторые отсутствия: СУБД не знает семантику поля времени соотношения и не может контролировать правильность его значений; есть дополнительная избыточность хранения (предыдущее условие объекта данных сохранено и в основном БД, и в загрузочном устройстве изменений); языки исследований, для которых не корректируются реляционные СУБД, разогреваются должным образом.

Есть отдельное направление научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области темпоральных БД. В этом моделировании данных области вопросы, языки исследований, структуры данных во внешней памяти и т.д. Основной тезис темпоральных системы исследуется составы, которые для любого объекта данных, создаваемых в момент времени t1 и, уничтожал в момент времени t2, в БД остаются (и все его условия в период времени [t1, t2] доступны для потребителей). Андреев А. Microsoft Windows 2008 Русская версия.-СПб.:БХВ-Петербург,2008.-С. 99

Исследования и конструкции прототипов темпоральных СУБД обычны вынесенный на основе некоторого реляционного СУБД. Так же как в случае дедуктивного БД темпоральная СУБД - сверхструктура по реляционной системе. Конечно, это не лучший метод реализации с точки зрения эффективности, но это просто и позволяет производить достаточно многие всесторонние изучения.

Примером кардинального (но может быть, преждевременного) решения проблемы темпоральных БД может служить СУБД Postgres. Эта система была разработана М.Стоунбрекера для исследований и обучения студентов в университете г.Беркли, и он смело шел в ней на самые смелые эксперименты.

Особенности устройства памяти системы управления в Postgres, во-первых, что в нем обычное журналирование изменений базы данных не ведется и немедленно обеспечивается корректное условие базы данных после повторного вызова системы с поражением условия ОЗУ. Во-вторых, память системы управления поддерживает исторические данные. Справочное может содержать временные характеристики интересных объектов. Реализационно эти два аспекта соединяются.

Ядро составы решения, которые на изменениях поезда изменения производятся не на помещении его хранения, и новой записи, где измененные поля располагаются, погашается. Эта запись содержит, за исключением того, что, транзакция характеристикы данных, вызывая изменения (включая время ее конца), и регистрируется в списке изменяющемуся поезду. В системе поддерживается единственная идентификация транзакций и есть специальная таблица транзакций, сохраненных в устойчивой памяти. Таким образом, после отказов просто не необходимо обратить внимание на записи остатка списков относительно не законченные транзакции. Синхронизация поддерживается на основе обычного двухфазного отчета получений.

На системе сосредоточились, используют оптических дисков с единственной записью и устойчивым ОЗУ (по крайней мере, небольшой объем). В присутствии таких средств она побеждает эффективностью, четной действующий в традиционном режиме по сравнению с замыслом с журналированием. Однако, работа и на традиционном оборудовании затем системная эффективность немного результаты к традиционным замыслам возможна.

Соответствующие возможности работы с историческими данными обещаются на языке Postquel (и в этом его основное различие от последних разновидностей Quel). Выборка информации, хранившей в базе данных в обставленное время, возможна, во фрейме требуемого времени и т.д. Кроме того, есть возможность создать версию соотношений, и их последующие изменения принятия во внимание изменения основных разновидностей предполагаются.

Основная цель интегрирования неравномерного БД предоставляет потребителям единой системы глобального замысла БД, представленного в некоторой модели данных, и автоматическом превращении действующих компаний манипулирования БД глобального уровня к действующим компаниям, очистите соответствующий локальный СУБД. В теоретической комплексной сделке проблемы превращения решаются, есть реализация.

В строгом интегрировании неравномерных местных систем координат БД БД теряют автономию. После вложения локального БД в федеральной системе все дальнейшие движения с этим, включая администрирование, должны вестись на глобальном уровне. Поскольку потребители часто не соглашаются, чтобы потерять локальную автономию, желая иметь однако возможность работать со всем локальным СУБД на одном языке и сформулировать исследования с одновременными инструкциями различного локального БД, мультиБД направления разрабатывает. В системном мультиБД не поддерживается глобальный замысел интегрированного БД, и именования специальные методы применяются к доступу к объектам локального БД.

Как правило, необходимо интегрировать неравномерный БД, выделенный в компьютерной сети. Это в основном усложняет реализацию. Кроме того, чтобы иметь проблемы интегрирования необходимо решить все свойственные проблемы, выделил СУБД: управление глобальными транзакциями, сетевая оптимизация исследований и т.д. очень трудно достигнуть эффективности.

Как правило, для внешнего интегрированного представления и мультиБД это используется (иногда расширенный) реляционная модель данных. Недавно четный чаще это предлагается, чтобы использовать объектно-ориентированные модели, но практически в то время как основание - реляционная модель. Поэтому, в частности вложение в единой системе локальный реляционный СУБД по существу легче и более эффективен, чем вложение СУБД, основан на другой модели данных.

Частично необходимые условия к системам следующей генерации означают просто необходимость реализации в течение долгого времени известные свойства, которые отсутствуют в токе основных носителей реляционный СУБД (ограничения целостности, триггеры, изменение БД через представления и т.д.).

Заключение