Характеристика промышленных СУБД

Oracle

Oracle занимает лидирующие позиции на рынке СУБД и, что особенно важно, лидирует на платформах Unix и Windows. В России также обозначилось лидерство Oracle, особенно в области крупномасштабных информационных систем государственных структур. Фактически в нашей стране СУБД Oracle стала стандартом для государственных информационных систем. Причина широкой распространенности Oracle заключается прежде всего в высоких эксплуатационных характеристиках СУБД, большом количестве подготовленных отечественных специалистов по Oracle, наличию поддерживающей инфраструктры – учебных центров, широкой сети партнеров Oracle, большому числу технических курсов по Oracle в высших учебных заведениях. С технической точки зрения важно то, что Oracle функционирует практически на всех существующих компьютерных платформах. Другой важной характеристикой является поддержка Oracle всех возможных вариантов архитектур, в том числе симметричных многопроцессорных систем, кластеров, систем с массовым параллелизмом и т.д. Очевидна значимость этих характеристик для систем масштаба корпорации, где эксплуатируется множество компьютеров различных моделей и производителей. В таких условиях фактором успеха является максимально возможная типизация предлагаемых решений, ставящая своей целью существенное снижение стоимости владения программным обеспечением.Унификация систем управления базами данных – один из наиболее значимых шагов на пути достижения этой цели. Ядром СУБД Oracle является сервер базы данных, который поставляется в одном из четырех вариантов в зависимости от масштаба информационной системы, в рамках которой предполагается его применение. Важнейшим преимуществом Oracle перед конкурентами (и, прежде всего, перед SQL Server) является идентичность кода (в оценке Gartner Group - консолидация кода) различных версий сервера баз данных Oracle для всех платформ, гарантирующая идентичность и предсказуемость работы Oracle на всех типах компьютеров, какие бы не входили в ее состав. Все варианты сервера Oracle имеют в своей основе один и тот же исходный программный код и функционально идентичны, за исключением некоторых опций, которые, например, могут быть добавлены к Oracle Database Enterprise Edition и не могут - к Oracle Database Standard Edition. Таким образом, для всех платформ существует единая СУБД в различных версиях, которая ведет себя одинаково и предоставляет одинаковую функциональность вне зависимости от платформы, на которой она установлена. Разработку серверных продуктов в составе СУБД выполняет единое подразделение корпорации Oracle, изменения вносятся централизовано, после этого подвергаются тщательному тестированию в базовом варианте, а затем переносятся на все платформы, где также детально проверяются. Возможность переноса Oracle обеспечивается специфической структурой исходного программного кода сервера. Приблизительно 80% программного кода Oracle – это программы на языке программирования C, который (с известными ограничениями) является платформо-независимым. Примерно 20% кода, представляющее собой ядро сервера, реализовано на машинно-зависимых языках и эта часть кода, разумеется, переписывается для различных платформ. Жесткая технологическая схема разработки Oracle, опирающаяся на принципы идентичности исходного программного кода для различных версий и платформ, контрастирует со схемами других компаний. Итак, СУБД Oracle скрывает детали реализации механизмов управления данным на каждой из платформ, что дает основание говорить о практически полной унификации базового программного обеспечения. Дополнительно к этому, архитектура Oracle позволяет переносить прикладные системы, реализованные на одной платформе, на другие платформы без изменений как в структурах баз данных, так и кодов приложений. При этом основным критерием, определяющим возможность переноса тех или иных программных компонентов между платформами является полное исключение их них машинно-зависимого кода. Суммируя все сказанное выше, можно утверждать, что СУБД Oracle обладает уникальными качествами переносимости а также предоставляет открытую платформу для разработки переносимых приложений клиент/сервер и Internet/Intranet-приложений. Наличие нескольких редакций сервера баз данных – корпоративной, стандартной, персональной и полная переносимость приложений между ними позволяет удовлетворить потребности муниципальной информационной системы и кардинально решить задачу унификации базового программного обеспечения. Пакет Oracle, наделенный самым развитым набором функций для работы с языком Java и доступа к данным через Интернет, системой оптимизации одновременного доступа. Единственным недостатком данной СУБД является сложность администрирования, однако все затраты на ее внедрение и освоение в последствии окупятся эффективной и надежной работой. В нашей стране на протяжении уже многих лет целым рядом специалистов культивируется негативное отношение к СУБД Oracle, как к дорогой и сложной СУБД. Оба эти тезиса являются спорными. Во-первых, уровень сложности понятие относительное. При использовании СУБД Oracle на платформе NT, она потребует практически тех же усилий, что и при использовании MS SQL Server. Среди основных свойств СУБД Oracle следует отметить такие, как: высочайшая надежность, возможность разбиения крупных баз данных на разделы (large-database partition), что дает возможность эффективно управлять гигантскими гигабайтными базами; Наличие универсальных средств защиты информации; Эффективные методы максимального повышения скорости обработки запросов; Индексация по битовому отображению; Свободные таблицы (в других СУБД все таблицы заполняются сразу при создании); Распараллеливание операций в запросе; Наличие широкого спектра средств разработки, мониторинга и администрирования; Поддержка известных платформ: Windows, AIX, Compaq Tru64 UNIX, HP 9000 Series HP-UX, Linux Intel, Sun Solaris, Ориентация на интернет технологии. В Oracle реализуются лучшие на сегодняшний день средства для объектно-ориентированного конструирования баз данных, в том числе табличные структуры, допускающие наследование свойств и методов других табличных объектов БД, что позволят избежать ошибок при построении БД и облегчает их обслуживание.

Microsoft SQL Server

Важнейшие характеристики данной СУБД - это: простота администрирования, возможность подключения к Web, быстродействие и функциональные возможности механизма сервера СУБД, наличие средств удаленного доступа. В комплект средств административного управления данной СУБД входит целый набор специальных мастеров и средств автоматической настройки параметров конфигурации. Также данная БД оснащена замечательными средствами тиражирования, позволяющими синхронизировать данные ПК с информацией БД и наоборот. Входящий в комплект поставки сервер OLAP дает возможность сохранять и анализировать все имеющиеся у пользователя данные. В принципе данная СУБД представляет собой современную полнофункциональную база данных, которая идеально подходит для малых и средних организаций. Необходимо заметить, что SQL Server уступает другим рассматриваемым СУБД по двум важным показателям: программируемость и средства работы. При разработке клиентских БД приложений на основе языков Java, HTML часто возникает проблема недостаточности программных средств SQL Server и пользоваться этой СУБД будет труднее, чем системами DB2, Informix, Oracle или Sybase. Общемировой тенденцией в XXI веке стал практически повсеместный переход на платформу LINUX, а SQL Server функционирует только в среде Windows. Поэтому использование SQL Server целесообразно, по нашему мнению, только если для доступа к содержимому БД используется исключительно стандарт ODBC, в противном случае луше использовать другие СУБД. Microsoft SQL Server и Oracle относятся к классу многпользовательских систем. Они развиваются и совершенствуются уже в течение многих лет и реализуются как коммерческие программные продукты. Эти СУБД можно характеризовать как основу для промышленных решений в области обработки данных. На российском рынке представлены практически все производители и поставщики промышленных СУБД, в том числе Adabas (Software AG), DB2 (IBM), Informix (Informix Software), Microsoft (Microsoft SQL Server), Oracle (Oracle Corporation), Sybase (Sybase).Наиболее существенным критерием для сравнения СУБД являются эксплуатационные характеристики, такие как надежность, высокая готовность, производительность, масштабируемость. Учитывая все эти показатели, лидирующее место, на наш взгляд, занимает СУБД Oracle.

Распределенные системы БД

Параллельный доступ к одной БД нескольких пользователей, в том случае если БД расположена на одной машине, соответствует режиму распределенного доступа к централизованной БД. (Такие системы называются системами распределенной обработки данных.) Если же БД распределена по нескольким компьютерам, расположенным в сети, и к ней возможен параллельный доступ нескольких пользователей, то мы имеем дело с параллельным доступом к распределенной БД. Подобные системы называются системами распределенных баз данных. В общем случае режимы использования БД можно представить в следующем виде (см. рис. 1). Рис. 1. Режимы работы с базой данных Определим терминологию, которая нам потребуется для дальнейшей работы. Часть терминов нам уже известна, но повторим здесь их дополнительно. Терминология Пользователь БД —программа или человек, обращающийся к БД на ЯМД. Запрос— процесс обращения пользователя к БД с целью ввода, получения или изменения информации в БД. Транзакция— последовательность операций модификации данных в БД, переводящая БД из одного непротиворечивого состояния в другое непротиворечивое состояние. Логическая структура БД —определение БД на физически независимом уровне, ближе всего соответствует концептуальной модели БД. Топология БД = Структура распределенной БД- схема распределения физической БД по сети. Локальная автономность —означает, что информация локальной БД и связанные с ней определения данных принадлежат локальному владельцу и им управляются. Удаленный запрос —запрос, который выполняется с использованием модемной связи. Возможность реализации удаленной транзакцииобработка одной транзакции, состоящей из множества SQL-запросов на одном удаленном узле. Поддержка распределенной транзакциидопускает обработку транзакции, состоящей из нескольких запросов SQL, которые выполняются на нескольких узлах сети (удаленных или локальных), но каждый запрос в этом случае обрабатывается только на одном узле, то есть запросы не являются распределенными. При обработке одной распределенной транзакции разные локальные запросы могут обрабатываться в разных узлах сети. Распределенный запрос— запрос, при обработке которого используются данные из БД, расположенные в разных узлах сети. Системы распределенной обработки данных в основном связаны с первым поколением БД, которые строились на мультипрограммных операционных системах и использовали централизованное хранение БД на устройствах внешней памяти центральной ЭВМ и терминальный многопользовательский режим доступа к ней. При этом пользовательские терминалы не имели собственных ресурсов — то есть процессоров и памяти, которые могли бы использоваться для хранения и обработки данных. Первой полностью реляционной системой, работающей в многопользовательском режиме, была СУБД SYSTEM R, разработанная фирмой IBM, именно в ней были реализованы как язык манипулирования данными SQL, так и основные принципы синхронизации, применяемые при распределенной обработке данных, которые до сих пор являются базисными практически во всех коммерческих СУБД. Общая тенденция движения от отдельных mainframe-систем к открытым распределенным системам, объединяющим компьютеры среднего класса, получила название DownSizing. Этот процесс оказал огромное влияние на развитие архитектур СУБД и поставил перед их разработчиками ряд сложных задач. Главная проблема состояла в технологической сложности перехода от централизованного управления данными на одном компьютере и СУБД, использовавшей собственные модели, форматы представления данных и языки доступа к данным и т. д., к распределенной обработке данных в неоднородной вычислительной среде, состоящей из соединенных в глобальную сеть компьютеров различных моделей и производителей. В то же время происходил встречный процесс — UpSizing. Бурное развитие персональных компьютеров, появление локальных сетей также оказали серьезное влияние на эволюцию СУБД. Высокие темпы роста производительности и функциональных возможностей PC привлекли внимание разработчиков профессиональных СУБД, что привело к их активному распространению на платформе настольных систем. Сегодня возобладала тенденция создания информационных систем на такой платформе, которая точно соответствовала бы ее масштабам и задачам. Она получила название RightSizing (помещение ровно в тот размер, который необходим). Однако и в настоящее время большие ЭВМ сохраняются и сосуществуют с современными открытыми системами. Причина этого проста — в свое время в аппаратное и программное обеспечение больших ЭВМ были вложены огромные средства: в результате многие продолжают их использовать, несмотря на морально устаревшую архитектуру. В то же время перенос данных и программ с больших ЭВМ на компьютеры нового поколения сам по себе представляет сложную техническую проблему и требует значительных затрат. Модели "клиент-сервер" в технологии баз данных Вычислительная модель "клиент—сервер" исходно связана с парадигмой открытых систем, которая появилась в 90-х годах и быстро эволюционировала. Сам термин "клиент-сервер" исходно применялся к архитектуре программного обеспечения, которое описывало распределение процесса выполнения по принципу взаимодействия двух программных процессов, один из которых в этой модели назывался "клиентом", а другой — "сервером". Клиентский процесс запрашивал некоторые услуги, а серверный процесс обеспечивал их выполнение. При этом предполагалось, что один серверный процесс может обслужить множество клиентских процессов. Ранее приложение (пользовательская программа) не разделялась на части, оно выполнялось некоторым монолитным блоком. Но возникла идея более рационального использования ресурсов сети. Действительно, при монолитном исполнении используются ресурсы только одного компьютера, а остальные компьютеры в сети рассматриваются как терминалы. Но теперь, в отличие от эпохи main-фреймов, все компьютеры в сети обладают собственными ресурсами, и разумно так распределить нагрузку на них, чтобы максимальным образом использовать их ресурсы. И как в промышленности, здесь возникает древняя как мир идея распределения обязанностей, разделения труда. Конвейеры Форда сделали в свое время прорыв в автомобильной промышленности, показав наивысшую производительность труда именно из-за того, что весь процесс сборки был разбит на мелкие и максимально простые операции и каждый рабочий специализировался на выполнении только одной операции, но эту операцию он выполнял максимально быстро и качественно. Конечно, в вычислительной технике нельзя было напрямую использовать технологию автомобильного или любого другого механического производства, но идею использовать было можно. Однако для воплощения идеи необходимо было разработать модель разбиения единого монолитного приложения на отдельные части и определить принципы взаимосвязи между этими частями. Основной принцип технологии "клиент—сервер" применительно к технологии баз данных заключается в разделении функций стандартного интерактивного приложения на 5 групп, имеющих различную природу: функции ввода и отображения данных (Presentation Logic); прикладные функции, определяющие основные алгоритмы решения задач приложения (Business Logic); функции обработки данных внутри приложения (Database Logic); функции управления информационными ресурсами (Database Manager System); служебные функции, играющие роль связок между функциями первых четырех групп. Структура типового приложения, работающего с базой данных, приведена на рис. 2. Рис. 2. Структура типового интерактивного приложения, работающего с базой данных Презентационная логика (Presentation Logic) как часть приложения определяется тем, что пользователь видит на своем экране, когда работает приложение. Сюда относятся все интерфейсные экранные формы, которые пользователь видит или заполняет в ходе работы приложения, к этой же части относится все то, что выводится пользователю на экран как результаты решения некоторых промежуточных задач либо как справочная информация. Поэтому основными задачами презентационной логики являются: формирование экранных изображений; чтение и запись в экранные формы информации; управление экраном; обработка движений мыши и нажатие клавиш клавиатуры. Некоторые возможности для организации презентационной логики приложений предоставляет знако-ориентированный пользовательский интерфейс, задаваемый моделями CICS (Customer Control Information System) и IMS/DC фирмы IBM и моделью TSO (Time Sharing Option) для централизованной main-фреймовой архитектуры. Модель GUI — графического пользовательского интерфейса, поддерживается в операционных средах Microsoft's Windows, Windows NT, в OS/2 Presentation Manager, X-Windows и OSF/Motif. Бизнес-логика, или логика собственно приложений (Business processing Logic), — это часть кода приложения, которая определяет собственно алгоритмы решения конкретных задач приложения. Обычно этот код пишется с использованием различных языков программирования, таких как C, C++, Cobol, SmallTalk, Visual-Basic. Логика обработки данных (Data manipulation Logic) — это часть кода приложения, которая связана с обработкой данных внутри приложения. Данными управляет собственно СУБД (DBMS). Для обеспечения доступа к данным используются язык запросов и средства манипулирования данными стандартного языка SQL. Обычно операторы языка SQL встраиваются в языки 3-го или 4-го поколения (3GL, 4GL), которые используются для написания кода приложения. Процессор управления данными (Database Manager System Processing) — это собственно СУБД, которая обеспечивает хранение и управление базами данных. В идеале функции СУБД должны быть скрыты от бизнес-логики приложения, однако для рассмотрения архитектуры приложения нам надо их выделить в отдельную часть приложения. В централизованной архитектуре (Host-based processing) эти части приложения располагаются в единой среде и комбинируются внутри одной исполняемой программы. В децентрализованной архитектуре эти задачи могут быть по-разному распределены между серверным и клиентским процессами. В зависимости от характера распределения можно выделить следующие модели распределений (см. рис. 3): распределенная презентация (Distribution presentation, DP); удаленная презентация (Remote Presentation, RP); распределенная бизнес-логика (Remote business logic, RBL); распределенное управление данными (Distributed data management, DDM); удаленное управление данными (Remote data management, RDA). Рис. 3. Распределение функций приложения в моделях "клиент—сервер" Эта условная классификация показывет, как могут быть распределены отдельные задачи между серверным и клиентскими процессами. В этой классификации отсутствует реализация удаленной бизнес-логики. Действительно, считается, что она не может быть удалена сама по себе полностью. Считается, что она может быть распределена между разными процессами, которые в общем-то могут выполняться на разных платформах, но должны корректно кооперироваться (взаимодействовать) друг с другом.

Двухуровневые модели

Двухуровневая модель фактически является результатом распределения пяти указанных функций между двумя процессами, которые выполняются на двух платформах: на клиенте и на сервере. В чистом виде почти никакая модель не существует, однако рассмотрим наиболее характерные особенности каждой двухуровневой модели.