Система управления базой данных (СУБД)

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.

Для того чтобы СУБД успешно справлялась со своими задачами, она должна обладать определенными возможностями.

Можно дать следующую обобщенную характеристику возможностям современных СУБД.

1. СУБД включает язык определения данных, с помощью которого можно определить базу данных, ее структуру, типы данных, а также средства задания ограничений для хранимой информации. В многопользовательском варианте СУБД этот язык позволяет формировать представления как некоторое подмножество базы данных, с поддержкой которых пользователь может создавать свой взгляд на хранимые данные, обеспечивать дополнительный уровень безопасности данных и многое другое.

2. СУБД позволяет вставлять, удалять, обновлять и извлекать информацию из базы данных посредством языка управления данными.

3. Большинство СУБД могут работать на компьютерах с разной архитектурой и под разными операционными системами, причем на работу пользователя при доступе к данным практически тип платформы влияния не оказывает.

4. Многопользовательские СУБД имеют достаточно развитые средства администрирования БД.

5. СУБД предоставляет контролируемый доступ к базе данных с помощью:

· системы обеспечения безопасности, предотвращающей несанкционированный доступ к информации базы данных;

· системы поддержки целостности базы данных, обеспечивающей непротиворечивое состояние хранимых данных;

· системы управления параллельной работой приложений, контролирующей процессы их совместного доступа к базе данных;

· системы восстановления, позволяющей восстановить базу данных до предыдущего непротиворечивого состояния, нарушенного в результате сбоя аппаратного или программного обеспечения.

Классификация СУБД

По модели данных

• Иерархические
• Сетевые
• Реляционные
• Объектно-ориентированные
• Объектно-реляционные

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^[2].

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.

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

Языковые средства СУБД

Функциональные возможности поддерживаемой средствами СУБД модели данных становятся доступными для конечных пользователей, разработчиков приложений, системного персонала администрирования данными благодаря воплощению ее в виде комплекса языковых средств, которые поддерживает данная СУБД.

В существующих СУБД применяются различные способы реализации таких языков. Для квалифицированных пользователей и для разработчиков сложных приложений языковые средства предоставляются, как правило, в их явной синтаксической форме. Синтаксические конструкции таких языков могут быть использованы в прикладных программах, взаимодействующих с СУБД с помощью интерфейсов прикладного программирования. Для конечных пользователей функции указанных языков чаще всего доступны в неявной форме благодаря их реализации по принципу так называемых языков четвертого поколения (4GL) - пользовательского интерфейса, включающего различного рода меню, диалоговые сценарии, заполняемые пользователем экранные формы и другие дружественные средства представления запросов. На основе данных, введенных пользователем с помощью такого интерфейса формируются соответствующие синтаксические конструкции языка интерфейса, и они передаются на исполнение обработчику запросов в СУБД.

Языковые средства СУБД используются для выполнения функций описания представления базы данных (язык описания данных), для выполнения операций манипулирования данными (язык манипулирования данными) и предоставления данных пользователям о их запросам (язык запросов).

Первая из этих функций обеспечивается языком описания данных (ЯОД). Его часто называют также языком определения данных. Описание базы данных средствами ЯОД называется схемой базы данных. Оно включает описание структуры базы данных и налагаемых на нее ограничений целостности данных. Помимо указанных функций, ЯОД некоторых СУБД обеспечивают также возможности задания в схеме ограничений доступа к данным или полномочий пользователей.

Схема базы данных представляет интенсиональную модель предметной области в среде системы базы данных. Язык манипулирования данными (ЯМД) позволяет выполнять операции манипулирования данными в базе данных. Характер этих операций зависит от конкретной модели данных. Но в любом случае в таких языках предусматриваются операции вставки новых данных в базу данных, удаление или обновление имеющихся данных. В некоторых моделях данных предусматриваются дополнительно навигационные операции, позволяющие перед выполнением операции позиционироваться на нужном экземпляре данных в базе данных. Этот экземпляр данных становится текущим. Возможны различные побочные эффекты ­распространение операции по структуре базы данных, автоматическое формирование новых свзей между экземплярами данных, вычисление производных данных и т.п. В так называемых графовых моделях данных (иерархической, сетевой) аргументом каждой операции манипулирования данными является единственный экземпляр данных. В то же время операции в реляционной модели имеют множественный характер.

ЯОД и ЯМД не всегда синтаксически оформляются в виде самостоятельных языков. Они могут быть составными частями единого языка данных, сочетающего возможности определения данных и манипулирования данными. Имеются многочисленные примеры языков СУБД, объединяющих возможности описания данных и манипулирования данными в единых синтаксических рамках. Наиболее распространенным среди языков такого рода является язык SQL. С 1987 г. был принят ряд версий международного стандарта этого языка как языка запросов для реляционных СУБД. Действующая версия этого стандарта SQL:2003 была принята в 2003 г.