Классификация баз данных по способу доступа

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

Классификация баз данных

По технологии обработки данных базы данных подразделяются на централизованныеираспределенные.Централизованная база данныххранится в памяти одной вычисли­тельной системы. Если эта вычислительная система является ком­понентом сети ЭВМ, возможен распределенный доступ к такой базе данных – доступ к ней пользователей различных ЭВМ данной сети. Такой способ использования баз данных часто применяют в локальных сетях персональных ЭВМ.

Появление сетей ЭВМ позволило наряду с централизованными создавать и распределенные базы данных. Распределенная база данныхсостоит из нескольких, возможно, пересекающихся или да­же дублирующих друг друга частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети. Однако пользователь распределенной базы данных не обязан знать, каким образом ее компоненты размещены в узлах сети, и представляет себе эту базу данных как единое це­лое. Работа с такой базой данных осуществляется с помощьюсис­темы управления распределенной базой данных(СУРБД). Данные, содержащиеся в распределенной базе данных, их пред­ставление на всех уровнях архитектуры СУРБД и размещение в се­ти описываются всистемном справочнике,который сам может быть декомпозирован и размещен в различных узлах сети.

Части распределенной базы данных, размещенные на отдельных ЭВМ сети, управляются собственными (локальными) СУБД и могут использоваться одновременно как самостоятельные локальные базы данных. Локальные СУБД не обязательно должны быть одинаковы­ми в разных узлах сети. Объединение неоднородных локальных баз данных в единую распределенную базу данных является сложной научно-технической проблемой. Ее решение потребовало проведе­ния большого комплекса научных исследований и эксперименталь­ных разработок.

По способу доступа к данным базы данных разделяются на базы данных с локальным доступом ибазы данных с удаленным (сетевым) доступом.

Системы централизованных баз данных с сетевым доступом предполагают различные архитектуры подобных систем:

Файл-сервер. Данная архитектура систем БД предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (сервер файлов). На такой машине хранится совместно используемая централизованная БД. Все другие машины сети выполняют функции рабочих станций, с помощью которых поддерживается доступ пользовательской системы к централизованной базе данных. Каждый пользователь может запускать приложение, расположенное на сервере, при этом на компьютере пользователя запускается копия приложения. Файлы базы данных в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где в основном производится обработка. Когда пользователь сети работает с БД, на его компьютере появляется локальная копия общей БД. Эта копия периодически обновляется данными, содержащимися в БД, расположенной на сервере. Архитектура файл-сервер обычно используется в таких сетях, где имеется немного компьютеров. Для ее реализации предназначены персональные СУБД, напримерParadoxиDBase. При большой интенсивности доступа к одним и тем же данным производительность информационной системы падает.

Клиент-сервер.В этой концепции подразумевается, что помимо хранения нтрализованной БД сервер базы данных дожжен обеспечивать выполнение основного объема обработки данных. Технология клиент-сервер разделяет приложение на две части: клиентскую и серверную. Клиентская обеспечивает интерактивный интерфейс, сервер обеспечивает управление данными, разделение информации, администрирование и безопасность. Для получения данных приложение-клиент формирует и отсылает запрос удаленному серверу, на котором размещена БД. Запрос формируется на языкеSQL, который является стандартом доступа к серверу при использовании реляционных баз данных. После получения запроса удаленный сервер направляет егоSQL-серверу (серверу баз данных).SQL-сервер – это программа, которая управляет удаленной БД и обеспечивает выполнение запроса и выдачу клиенту его результатов – требуемых данных. Вся обработка запроса выполняется на удаленном сервере. Для реализации архитектуры клиент-сервер обычно применяются многопользовательские СУБД, напримерQracle,MSSQLServer,InterBaseи др. Подобные СУБД называют промышленными, так как они позволяют организовать информационную систему, состоящую из большого числа пользователей.

Источник

Классификация по способу доступа к БД

Классификацию баз данных по способу доступа иллюстрирует рис. 6.5.

Рис. 6.5. Классификация баз данных по способу доступа

В мэйнфреймовых базах данных пользовательское рабочее место представляет собой текстовый или графический терминал, а вся информация обрабатывается на том же компьютере, где находится СУБД.

В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере, а ядро СУБД находится на каждом клиентском компьютере. Доступ к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обнов­лений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на ЦП сервера, а недостатком — высокая загрузка локальной сети.

Клиент-серверные СУБД состоят из клиентской части (которая входит в состав прикладной программы) и сервера. Клиент-серверные СУБД, в отличие от файл-серверных, обеспечивают разграничение доступа между пользователями и мало загружают сеть и клиентские машины. Сервер является внешней по отношению к клиенту программой, и при необходимости его можно заменить другим. Недо­статок клиент-серверных СУБД состоит в самом факте существования сервера (что

Глава 6. Теория баз данных

плохо для локальных программ — в них удобнее встраиваемые СУБД) и больших вычислительных ресурсах, потребляемых сервером.

Встраиваемая СУБД представляет собой программную библиотеку, которая позволяет унифицированным образом хранить большие объемы данных на ло­кальной машине. Доступ к данным может происходить посредством запросов на языке SQL либо путем вызова функций библиотеки из приложения пользователя. Встраиваемые СУБД быстрее обычных клиент-серверных и не требуют разверты­вания сервера.

Классификация по скорости обработки информации

Классификацию баз данных по скорости обработки информации иллюстрирует рис. 6.6.

СУБД
Мэйнфреймовые	Файл-серверные
Клиент-серверные	Встраиваемые

СУБД
I
I	I
Операционные	Хранилища данных

Рис. 6.6. Классификация баз данных по скорости обработки информации

Операционные (operational), или рабочие (production), базы данных обладают высокими скоростями реакции на запрос, извлечения и представления информации.

Хранилища данных и многомерные хранилища данных (data warehouse, OLAP) — это базы данных с очень большим объемом информации, подготовка представления которой занимает значительный объем времени.

Функции СУБД

Абстракция данньис, управление словарем данных. Функционирование СУБД предусматривает, что определения элементов данных и их отношений (метаданные) хранятся в словаре данных (data dictionary). В свою очередь любые программы получают доступ к данным посредством СУБД. Для поиска необходимых струк­тур данных и их отношений СУБД использует словарь данных, помогая избежать кодирования таких сложных взаимосвязей в каждой программе. Вдобавок любые изменения, которые делаются в структуре базы данных, автоматически регистри­руются в словаре данных, что также освобождает программиста от необходимости модифицировать программы доступа к изменившимся структурам данных. СУБД обеспечивает абстракцию данных, тем самым устраняя в системе структурную за­висимость и зависимость по данным.

Управление хранением данных. СУБД создает сложные структуры, необходимые для хранения данных, освобождая программистов от определения и программиро­вания физических свойств данных. Современные СУБД обеспечивают хранение

6.1. Общие понятия 177

не только данных, но и связанных с данными экранных форм, схем отчетов, правил проверки данных, кода процедур, систем обработки мультимедиа, форматов изо­бражений, и т. п.

Преобразование и представление данных. СУБД берет на себя задачу струк­турирования вводимых данных, преобразуя их в форму, удобную для хранения. Поэтому СУБД и в данном случае избавляет человека от рутинной работы по преобразованию логического формата данных в физический формат. Обеспечивая независимость данных, СУБД преобразует логические запросы в команды, опре­деляющие их физическое местоположение и извлечение. Таким образом, СУБД обеспечивает программную независимость и абстракцию данных.

Управление безопасностью. СУБД создает систему безопасности, которая обеспечивает защиту пользователя и конфиденциальность данных внутри БД. Правила безопасности устанавливают, какие пользователи могут получить доступ к базе данных, к каким элементам данных пользователь может получить доступ, какие операции с данными (чтение, добавление, удаление или изменение) может выполнять пользователь.

Управление многопользовательским доступом. СУБД создает сложные структу­ры, обеспечивающие доступ к данным нескольких пользователей одновременно. Для того чтобы обеспечить целостность и непротиворечивость данных, в СУБД применяются сложные алгоритмы, гарантирующие, что несколько пользовате­лей могут получить одновременный доступ к базе данных без риска нарушить ее целостность.

Управление резервным копированием и восстановлением. В СУБД имеются процедуры резервного копирования и восстановления данных, обеспечивающие их безопасность и целостность. Современные СУБД содержат специальные утилиты, с помощью которых администраторы базы данных могут выполнять регулярные и экстренные процедуры резервного копирования и восстановления данных. Восстановление данных производится после повреждения БД, например, в случае появления сбойного сектора на жестком диске или после аварийного от­ключения питания. Такая возможность необходима для обеспечения целостности данных.

Управление целостностью данных. В СУБД предусмотрены правила, обеспечи­вающие целостность данных, что позволяет минимизировать избыточность данных и гарантировать их непротиворечивость. Для обеспечения целостности данных используются их связи, которые хранятся в словаре данных.

Поддержка языка доступа к данным и интерфейсов прикладного программиро­вания. СУБД обеспечивает доступ к данным при помощи языка запросов. Язык запросов — это непроцедурный язык, то есть он предоставляет пользователю воз­можность определить, что необходимо выполнить, не указывая, как это сделать. В состав языка запросов СУБД входят два основных компонента: язык определения данных (Data Definition Language, DDL) и язык манипулирования данными (Data Manipulation Language, DML). DDL определяет структуры, в которых размеща­ются данные, a DML позволяет конечным пользователям извлекать данные из

Глава 6. Теория баз данных

БД. СУБД также предоставляет программистам доступ к данным из процедурных языков третьего поколения, таких как COBOL, С, PASCAL и др. В составе СУБД имеются административные утилиты, ориентированные на администраторов и про­ектировщиков базы данных и предназначенные для внедрения, текущего контроля и обслуживания базы данных.

Интерфейсы взаимодействия с базой данных. Текущее поколение СУБД обе­спечивает специальные программы взаимодействия, разработанные для того, чтобы база данных могла принимать запросы конечных пользователей в сетевом окружении. Фактически, возможности взаимодействия конечных пользователей с базой данных являются неотъемлемой составляющей современных СУБД. На­пример, СУБД предоставляет функции взаимодействия для получения доступа к базе данных, используя в качестве внешнего интерфейса интернет-браузер (Mozilla Firefox, Opera или Internet Explorer). В подобной среде взаимодействие может осуществляться несколькими способами:

□ конечный пользователь может получать ответы на запросы, заполняя экранные
формы с помощью выбранного им браузера;

□ средствами СУБД можно автоматизировать публикацию форм отчетов в Ин­
тернете посредством веб-форматирования, что позволяет просматривать отчеты
в любом браузере и др.

Источник