Что такое способы организации субд

СУБД: Способы организации

Системы управления базами данных классифицируются по способам организации. Различают три способа размещения СУБД.

Каталог СУБД-решений и проектов доступен на TAdviser.

Содержание

Файл-серверные

При работе с файл-серверной системой обработка всех данных происходит на рабочих местах, а сервер используется только как разделяемый накопитель. Каждый пользователь непосредственно использует информацию и вносит изменения в файлы данных и в индексные файлы. При больших объемах данных и работе во многопользовательском режиме существенно снижается быстродействие — ведь чем больше пользователей, тем выше требования к разделению данных. Кроме того, может возникнуть повреждение баз данных. Например, в момент записи в файл может возникнуть сбой сети или авария питания. В этом случае компьютер пользователя прерывает работу, база данных может оказаться поврежденной, а индексный файл — разрушенным. Переиндексация, которую необходимо провести после подобных сбоев, может длиться несколько часов. Перечисленные недостатки заставляют пользователей, работающих в сети, отказаться от файл-серверных СУБД.

Клиент-серверные

При использовании клиент-серверного способа организации вся работа с базой данных происходит на сервере и не зависит от сбоев на рабочих станциях. Все запросы на запись в файл перехватываются сервером. В файл изменения вносятся только после того, как сервер получит сообщение о том, что корректировка файла завершена. Это исключает повреждение индексных файлов и существенно повышает быстродействие системы.

Клиент-серверные СУБД также имеют ряд недостатков:

• высокие требования к пропускной способности коммуникационных каналов с сервером;
• слабая защита данных от взлома, в особенности от недобросовестных пользователей системы;
• высокая сложность администрирования и настройки рабочих мест пользователей системы;
• необходимость использовать на клиентских местах достаточно мощные компьютеры;
• сложность интеграции с унаследованными системами;
• сложность разработки системы из-за необходимости исполнять бизнес-логику и обеспечивать интерфейс с пользователем в одной программе.

Среди клиент-серверных СУБД наиболее распространены такие продукты, как IBM DB2, MS SQL Server, Oracle, MySQL.

Встраиваемые

Встраиваемая система управления базой данных — это система, которая может быть связана с клиентским приложением таким образом, чтобы приложение и СУБД работали в едином адресном пространстве. Вместе со встроенной базой данных приложение может быть развернуто как единая программа, которая функциональна, эффективна и автономна. Благодаря связыванию приложения с базой данных, прикладная система выигрывает от снижения общей сложности и уменьшения затрат на администрирование. Во многих случаях встраиваемая система управления базой данных — самый подходящий вариант для систем с ограниченными ресурсами. Однако, встраиваемые СУБД зачастую подходят лишь для решения задач узкой спецификации.

Встраиваевыми являются такие СУБД, как InterBase SMP, BerkeleyDB, OpenEdge.

Источник

Системы управления базами данных¶

Система управления базами данных (СУБД) — совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных.

Основные функции СУБД¶

• управление данными во внешней памяти (на дисках);
• управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;
• журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;
• поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

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.

Классификации СУБД¶

По модели данных¶

Иерархические¶

Используется представление базы данных в виде древовидной (иерархической) структуры, состоящей из объектов (данных) различных уровней.

Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможна ситуация, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами (в программировании применительно к структуре данных дерево устоялось название братья).

Иерархической базой данных является файловая система, состоящая из корневого каталога, в котором имеется иерархия подкаталогов и файлов.

Примеры: Caché, Google App Engine Datastore API.

Сетевые¶

Сетевые базы данных подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.

Реляционные¶

Практически все разработчики современных приложений, предусматривающих связь с системами баз данных, ориентируются на реляционные СУБД. По оценке Gartner в 2013 году рынок реляционных СУБД составлял 26 млрд долларов с годовым приростом около 9%, а к 2018 году рынок реляционных СУБД достигнет 40 млрд долларов. В настоящее время абсолютными лидерами рынка СУБД являются компании Oracle, IBM и Microsoft, с общей совокупной долей рынка около 90%, поставляя такие системы как Oracle Database, IBM DB2 и Microsoft SQL Server.

Объектно-ориентированные¶

Управляют базами данных, в которых данные моделируются в виде объектов, их атрибутов, методов и классов.

Этот вид СУБД позволяет работать с объектами баз данных так же, как с объектами в программировании в объектно-ориентированных языках программирования. ООСУБД расширяет языки программирования, прозрачно вводя долговременные данные, управление параллелизмом, восстановление данных, ассоциированные запросы и другие возможности.

Объектно-реляционные¶

Этот тип СУБД позволяет через расширенные структуры баз данных и язык запросов использовать возможности объектно-ориентированного подхода: бъекты, классы и наследование.

Зачастую все те СУБД, которые называются реляционными, являются, по факту, объектно-реляционными.

В данном курсе мы будем, в первую очередь, гооврить об этом виде СУБД.

Примеры: PostgreSQL, DB2, Oracle, Microsoft SQL Server.

По степени распределённости¶

• Локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере)
• Распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).

По способу доступа к БД¶

Файл-серверные¶

В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового сервера. Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость или невозможность централизованного управления; затруднённость или невозможность обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД; в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД.

На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей, а её использование в крупных информационных системах — недостатком.

Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro.

Клиент-серверные¶

Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно. Недостаток клиент-серверных СУБД состоит в повышенных требованиях к серверу. Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность.

Примеры: Oracle, Firebird, Interbase, IBM DB2, Informix, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server Enterprise, PostgreSQL, MySQL, Caché, ЛИНТЕР.

Встраиваемые¶

Встраиваемая СУБД — СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети. Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы (API).

Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, Firebird Embedded, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР.

Стратегии работы с внешней памятью¶

СУБД с непосредственной записью — это СУБД, в которых все измененные блоки данных незамедлительно записываются во внешнюю память при поступлении сигнала подтверждения любой транзакции. Такая стратегия используется только при высокой эффективности внешней памяти.

СУБД с отложенной записью — это СУБД, в которых изменения аккумулируются в буферах внешней памяти до наступления любого из следующих событий:

• контрольной точки;
• конец пространства во внешней памяти, отведенное под журнал. СУБД выполняет контрольную точку и начинает писать журнал сначала, затирая предыдущую информацию;
• останов. СУБД ждёт, когда всё содержимое всех буферов внешней памяти будет перенесено во внешнюю память, после чего делает отметки, что останов базы данных выполнен корректно;
• при нехватке оперативной памяти для буферов внешней памяти.

Такая стратегия позволяет избежать частого обмена с внешней памятью и значительно увеличить эффективность работы СУБД.

Источник

Краткое руководство по системам управления базами данных

SQL – это язык структурированных запросов. СУРБД – система управления реляционными базами данных. Существуют следующие разновидности баз данных:

• Система управления файлами
• Иерархические
• Сетевые
• Реляционные
• Объектно-ориентированные
• Гибридные

1) Иерархические – первые базы данных. Иерархическая база данных основана на древовидной структуре хранения информации и напоминает файловую систему компьютера. С точки зрения организации хранения информации, иерархическая база данных состоит из упорядоченного набора деревьев одного типа – каждая
запись в базе данных реализована в виде отношений предок-потомок. Основной недостаток иерархической структуры базы данных –невозможность реализовать отношения многие ко многим. Иерархические базы данных наиболее пригодны для моделирования структур, являющихся иерархическими по своей природе. Иерархия подразумевает только одного родителя.

2) Сетевые базы данных – являются расширением иерархических баз данных. Иерархические базы данных из-за большого количества недостатков просуществовали недолго и были заменены на сетевые базы данных.Сетевые базы данных представляют собой организацию данных в виде железнодорожных путей, где каждая крупная станция имеет связи с несколькими другими станциями. В сетевых базах данных имеется связь многие ко многим. Недостатком сетевых баз данных является сложность разработки больших приложений.

3) Реляционные базы данных – произвели настоящий прорыв в развитии теории баз данных. Основная задача реляционной модели была упростить структуру базы данных. В ней отсутствовали явные указатели на предков и потомков, а все данные были представлены в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы, на пересечении
которых расположены данные.Особенности реляционной базы данных:

• Данные хранятся в таблицах, состоящих из столбцов и строк
• На пересечении каждого столбца и строки находится только одно значение
• У каждого столбца есть свое имя, которое служит его названием, и все значения в одном столбце имеют один тип.
• Столбцы располагаются в определенном порядке, который задается при создании таблицы, в отличие от строк, которые располагаются в произвольном порядке.
• В таблице может не быть ни одной строчки, но должен быть хотя бы один столбец.
• Запросы к базе данных возвращают результат в виде таблиц, которые тоже могут выступать как объект запросов.

Первичные ключи

Строки в реляционной базе данных неупорядоченные. Для выбора в таблице конкретной строки создается один или несколько столбцов, значения которых во всех строках уникальны. Такой столбец называется первичным ключом.
Первичный ключ (primary key) – является уникальным значением в столбце. Никакие из двух записей таблицы не могут иметь одинаковых значений первичного ключа.
По способу задания первичных ключей различают логические (естественные) ключи и суррогатные (искусственные).
Логический ключ – представляет собой значение, определяющее запись естественным образом.
Суррогатный ключ – представляет собой дополнительное поле в базе данных, предназначенное для обеспечения записей первичным ключом.

Нормализация базы данных

Нормализацией схемы базы данных – называется процедура, производимая над базой данных с целью удаления в ней избыточности.

Централизованная архитектура

При централизованной архитектуре и приложение, СУБД и база данных размещаются на одном центральном мэйнфрейме – базовой универсальной вычислительной машине. Пользователи подключаются к нему посредством терминалов. Терминал представлял собой клавиатуру, монитор и сетевую карту, посредством которой происходит обмен данных терминала с мэйнфреймом. Роль приложения состоит в принятии вводимых данных с пользовательского терминала по сети и передаче их на обработку СУБД с последующей передачей полученного от СУБД ответа на монитор терминала.

Архитектура клиент-сервер

В клиент-серверной архитектуре персональные компьютеры объединены в локальную сеть, в этой же сети находится и сервер баз данных, на котором содержатся общие для всех клиентом базы данные и СУБД. Вычислительные возможности сервера полностью сосредоточены на обслуживании СУБД.

Трехуровневая архитектура интернета

Трехуровневая модель позволяет отделить клиентское программное обеспечение от серверной части, а на серверной стороне отделить веб-сервер от сервера базы данных.
Несколько серверов, работающих над одной и той же задачей, функционируют надежнее и обходятся дешевле, чем один сервер высокой производительности.

Кластерная модель

Кластеры часто называют дешевыми супер ЭВМ. Ряд маломощных машин объединяют в локальную сеть. Специальное программное обеспечение распределяет вычисления между отдельными хостами сети. Выход из строя одного из хостов никак не отражается на работе все сети, а сам кластер легко расширяется за счет ввода дополнительных машин.

Как работают базы данных.

По сути, база данных – это набор файлов, в которых хранится информация. СУБД – система управления базами данных, управляет данными, берет на себя все низкоуровневые операции по работе с файлами, благодаря чему программист при работе с базой данных может оперировать лишь логическими конструкциями при помощи
языка программирования, не прибегая к низкоуровневым операциям.

Язык структурированных запросов SQL позволяет производить следующие операции:

• Выборку данных – извлечение из базы данных содержащейся в ней информации.
• Организацию данных – определение структуры базы данных и установления отношений между ее элементами.
• Обработку данных – добавление, изменение, удаление.
• Управление доступом – ограничение возможностей ряда пользователей на доступ к некоторым категориям данных, защита данных от несанкционированного доступа.
• Обеспечение целостности данных – защита базы данных от разрушения.
• Управление состоянием СУБД.

Достоинства системы управления базами данных MySQL:

• Скорость выполнения запросов.
• СУБД MySQL разработана с использованием языков C/C++ и оттестирована более чем на 23 платформах.
• Открытый код доступен для просмотра и модернизации всем желающим.
• Высокое качество и устойчивость работы.
• Поддержка API для различных языков программирования
• Наличие встроенного сервера. СУБД MySQL может быть использован как с внешним сервером, поддерживающим соединение с локальной машиной и с удаленным хостом, так и в качестве встроенного сервера.
• Широкий выбор типов таблиц позволяет реализовать оптимальную для решаемой задачи производительность и функциональность.
• Локализация выполнена корректна.
• Совместимость с другими базами данных и полностью удовлетворяет стандарту SQL.

Индексы

Индексы – основной способ ускорения работы баз данных. Чтобы найти нужную запись, необходимо сканировать всю таблицу, на что уходит большое количество времени.
Идея индексов состоит в том, чтобы создать для столбца копию, которая постоянно будет поддерживаться в отсортированном состоянии. Это позволяет очень быстро осуществлять поиск по такому столбцу, так, как заранее известно, где необходимо искать значение.
Добавление или удаление записи требует дополнительного времени на сортировку столбца, кроме того, создание копии увеличивает объем памяти, необходимый для размещения таблицы на жестком диске.

Существует несколько видов индексов:

• Первичный ключ – главный индекс таблицы. В таблице может быть только один первичный ключ, и все значения такого индекса должны отличаться друг от друга, являться уникальными в пределах одного столбца.
• Обычный индекс – таких индексов может быть несколько.
• Уникальный индекс – уникальных индексов также может быть несколько, на значения индекса не должны повторяться.
• Полнотекстовый индекс – специальный вид индекса для столбцов типа TEXT, позволяющий производить полнотекстовый поиск.

Типы и структура таблиц

СУБД MySQL поддерживает несколько видов таблиц, каждая из которых имеет свои возможности и ограничения.

MyISAM

MyISAM – является родным типом таблиц для базы СУБД MySQL. База данных в MySQL организуется как каталог. Таблицы базы данных организуются как файлы данного каталога. Каждая MyISAM таблица хранится на диске в трех файлах, имена которых совпадают с названием таблицы, а расширение может принимать одно из следующих значений:

• Frm – содержит структуру таблицы, в файле данного типа хранится информация об именах и типах столбцов и индексов.
• Myd – файл, в котором содержатся данные таблицы.
• Myi – файл, котором содержатся индексы таблицы.

Особенности типа таблиц MyISAM:

• Данные хранятся в кросс-платформенном формате, это позволяет переносить базы данных с сервера непосредственным копированием файлов, минуя промежуточные форматы.
• Максимальное число индексов в таблице составляет 64. Каждый индекс может состоять максимум из 16 столбцов.
• Для каждого из текстовых столбцов может быть назначена своя кодировка.
• Допускается индексирования текстовых столбцов, в том числе и переменной длины.
• Поддерживается полнотекстовый поиск.
• Каждая таблица имеет специальный флаг, указывающий правильность закрытия таблиц. Если сервер останавливается аварийно, то при его повторном старте незакрытые флаги сигнализируют о возможных сбойных таблицах, сервер автоматически проверяет их и пытается восстановить.

MERGE

Тип таблиц MERGE позволяет сгруппировать несколько таблиц типа MyISAM в одну. Такой тип таблиц применяется для снятия ограничения на объем таблиц MyISAM. Таблицы MyISAM, которые подвергаются объединению в одну таблицу MERGE, должны иметь одинаковую структуру, то есть, одинаковые столбцы и индексы, а также порядок их следования.
При создании таблицы типа MERGE будут образованы файлы структуры таблицы с расширением frm и файлы с расширением mrg. Файл mrgсодержит список индексных файлов, работа с которыми должна осуществляться как с единым файлом.

MEMORY (HEAP)

Тип таблиц MEMORY хранится в оперативной памяти, поэтому все запросы к такой таблице выполняются очень быстро. Недостатком является полная потеря данных в случае сбоя работы сервера, поэтому в таблице данного типа хранят только временную информацию, которую можно легко восстановить заново.
При создании таблицы типа MEMORY она ассоциируется с одним-единственным файлом, имеющим расширение frm, в котором определяется структура таблицы.
При остановке или перезапуске сервера данный файл остается в текущей азе данных, но содержимое таблицы, которое хранится в оперативной памяти, теряется.

Ограничения MEMORY таблиц:

Индексы используются только в операциях сравнения совместимо с операторами = и , с другими операторами, такими как > или 2017-12-03Программирование

Источник