Тема 2.4 Уровни проектирования баз данных: концептуальный, логический и физический.

 

Физический уровень проектирования базы данных: определение физических параметров, о ценка памяти и времени, моделирование базы данных

 

Физическое проектирование базы данных - процесс подготовки описания реализации базы данных на вторичных запоминающих устройствах; на этом этапе рассматриваются основные отношения, организация файлов и индексов, предназначенных для обеспечения эффективного доступа к данным, а также все связанные с этим ограничения целостности и средства защиты.

Физическое проектирование является третьим и последним этапом создания проекта базы данных, при выполнении которого проектировщик принимает решения о способах реализации разрабатываемой базы данных. Приступая к физическому проектированию базы данных, прежде всего необходимо выбрать конкретную целевую СУБД. Поэтому физическое проектирование неразрывно связано с конкретной СУБД. Между логическим и физическим проектированием существует постоянная обратная связь, так как решения, принимаемые на этапе физического проектирования с целью повышения производительности системы, способны повлиять на структуру логической модели данных.

Как правило, основной целью физического проектирования базы данных является описание способа физической реализации логического проекта базы данных.

В случае реляционной модели данных под этим подразумевается следующее:

· создание набора реляционных таблиц и ограничений для них на основе информации, представленной в глобальной логической модели данных;

· определение конкретных структур хранения данных и методов доступа к ним, обеспечивающих оптимальную производительность СУБД;

· разработка средств защиты создаваемой системы.

Этапы концептуального и логического проектирования больших систем следует отделять от этапов физического проектирования. На это есть несколько причин.

Они связаны с совершенно разными аспектами системы, поскольку отвечают на вопрос, что делать, а не как делать.

Они выполняются в разное время, поскольку понять, что надо сделать, следует прежде, чем решить, как это сделать.

Они требуют совершенно разных навыков и опыта, поэтому требуют привлечения специалистов различного профиля.

 

Проектирование базы данных — это итерационный процесс, который имеет свое начало, но не имеет конца и состоит из бесконечного ряда уточнений. Его следует рассматривать прежде всего как процесс познания. Как только проектировщик приходит к пониманию работы предприятия и смысла обрабатываемых данных, а также выражает это понимание средствами выбранной модели данных, приобретенные знания могут показать, что требуется уточнение и в других частях проекта. Особо важную роль в общем процессе успешного создания системы играет концептуальное и логическое проектирование базы данных. Если на этих этапах не удастся получить полное представление о деятельности предприятия, то задача определения всех необходимых пользовательских представлений или обеспечения защиты базы данных становится чрезмерно сложной или даже неосуществимой. К тому же может оказаться затруднительным определение способов физической реализации или достижения приемлемой производительности системы. С другой стороны, способность адаптироваться к изменениям является одним из признаков удачного проекта базы данных. Поэтому вполне имеет смысл затратить время и энергию, необходимые для подготовки наилучшего возможного проекта.

Этапы физического проектирования баз данных:

· Перенос глобальной логической модели данных в среду целевой СУБД.

· Проектирование основных отношений.

· Разработка способов получения производных данных.

· Реализация ограничений предметной области.

· Проектирование физического представления базы данных.

· Анализ транзакций.

· Выбор файловой структуры.

· Определение индексов.

· Определение требований к дисковой памяти.

· Проектирование пользовательских представлений.

· Разработка механизмов защиты.

· Обоснование необходимости введения контролируемой избыточности.

· Текущий контроль и настройка операционной системы.

Физическое проектирование баз данных включает шесть основных этапов. Концептуальное и логическое проектирование охватывает три первых этапа разработки баз данных, а физическое проектировавание — этапы 4-9. Этап 4 стадии физического проектирования включает разработку основных отношений и реализацию ограничений предметной области с использованием доступных функциональных средств целевой СУБД, На этом этапе должно быть также принято решение по выбору способов получения производных данных, которые включены в модель данных.

Этап 5 включает выбор файловой организации и индексов для основных отношений. Как правило, СУБД для персональных компьютеров имеют фиксированную структуру внешней памяти, а другие СУБД предоставляют несколько альтернативных вариантов файловой организации для хранения данных. С точки зрения пользователя организация внутренней структуры хранения отношений должна быть совершенно прозрачной — пользователь должен иметь возможность получать доступ к любому отношению и к отдельным его строкам без учета способа хранения данных. Это означает, что СУБД должна обеспечивать полную независимость физического хранения данных от их логической организации. Только в этом случае внесение изменений в физическую организацию базы данных не окажет никакого влияния на работу пользователей (см. Раздел 2.1.5). Соответствие между логической моделью данных и физической моделью данных определяется внутренней схемой базы данных (см. рис. 2.1). Разработчик должен предоставить подробные физические проекты базы данных с учетом применяемой СУБД и операционной системы. В проекте реализации базы данных в СУБД разработчик должен определить структуры файлов, которые будут использоваться для представления каждого отношения. В проекте реализации базы данных в операционной системе разработчик должен указать расположение отдельных файлов и обеспечить необходимую их защиту. Прежде чем приступить к изучению этапа 5 рассматриваемой методологии, рекомендуем читателю ознакомиться со сведениями о файловой организации и структурах внешней памяти, приведенными в приложении В.

На этапе 6 необходимо принять решение о том, как должно быть реализовано каждое пользовательское представление. А на этапе 7 осуществляется проектирование средств защиты, необходимых для предотвращения несанкционированного доступа к данным, включая управление доступом к основным отношениям.

На этапе 8 анализируется также необходимость снижения уровня требований нормализации данных в логической модели, что может способствовать повышению общей производительности системы. Однако эти действия следует предпринимать только в случае реальной необходимости, поскольку введение в базу данных избыточности неизбежно вызовет появление проблем с поддержанием целостности данных. На этапе 9 описан способ организации текущего контроля операционной системы, позволяющий своевременно обнаруживать и устранять все проблемы производительности, которые могут быть решены на уровне проекта, а также учитывать новые или изменившиеся требования.

В приложении Е приводится обобщенное формальное описание методологии разработки баз данных, предназначенное для тех читателей, которые уже хорошо знакомы с теорией и нуждаются лишь в общем обзоре основных этапов проектирования.

Проектирование физического представления базы данных

Определение оптимальной файловой структуры для хранения базовых отношений и индексов, необходимых для достижения приемлемой производительности. Иными словами, определение способа хранения отношений и кортежей во вторичной памяти.

Анализ транзакций

- Определение функциональных характеристик транзакций, которые будут выполняться в проектируемой базе данных, и выделение наиболее важных из них.

Выбор файловой структуры

- Определение наиболее эффективной файловой структуры для каждого базового отношения.

Выбор индексов

- Определение того, будет ли добавление индексов способствовать повышению производительности системы.

Определение требований к дисковому пространству

- Оценка объема дискового пространства, необходимого для размещения базы данных.