Общие сведения о СУБД

Системой управления базами данных (СУБД) называют программную систему, предназначенную для реализации базы данных, поддержания ее в актуальном состоянии и обеспечения эффективного доступа пользователей к содержащимся в ней данным в рамках предоставленных им полномочий. СУБД предназначена для централизованного управления базой данных как интегральным ресурсом в интересах коллектива ее пользователей. Доступ к базе данных отдельных пользователей при этом возможен только через посредство предназначенных для этого средств СУБД.

Общая схема взаимодействия СУБД и информационной системы следующая. После настройки СУБД на конкретную ИС она способна хранить данные ИС, руководствуясь при этом только формой, а не содержанием данных. СУБД умеет в ответ на корректно поставленный запрос выполнять одно из типовых действий: ввести блок данных, найти нужный набор данных, изменить данные в базе, провести одну из стандартных операций обработки данных и выдать вовне ее результаты. Задачей ИС в этом случае является анализ пользовательского задания и его правильная программная интерпретация в форме запроса к базе данных.

Конечными пользователями системы называются те специалисты, для обслуживания которых предназначена ИС. Кроме того, фактическими пользователями могут рассматриваться различные прикладные программы или программные комплексы, которые составляют справки и отчеты на основе данных ИС. Такие программные средства называют пользовательскими приложениями для систем баз данных На самом деле конечные пользователи также взаимодействуют с ИС посредством приложений. Эти приложения, реализующие рабочие места для выполнения профессиональных функций, называют пользовательскими интерфейсами. Пользовательский интерфейс в общем случае включает:

¨ интерфейсные технические средства;

¨ языки интерфейса;

¨ программные средства, поддерживающие функционирование интерфейсного оборудования и поддержку языков интерфейса.

Обычно программный интерфейс конечного пользователя представляет собой специализированное визуальное приложение, пользуясь которым пользователь общается с ИС посредством меню, кнопок, внесения данных в бланки входной и выходной информации.

Что касается пользовательских приложений, то они получают доступ к базе данных, взаимодействуя с ней через интерфейсы прикладного программирования (Application Programming Interface – API), которые предоставляет возможность программистам использовать в своих программах операции над данными в БД. Средства таких интерфейсов можно применять только в программах, создаваемых с помощью систем программирования, на которые эти интерфейсы данной СУБД рассчитаны. Каждая СУБД, обладающая интерфейсом прикладного программирования для некоторого традиционного языка программирования, поставляется вместе с библиотекой функций или процедур времени исполнения, предназначенной для использования в программах на этом языке. Эти функции или процедуры как раз и предназначены для выполнения операций взаимодействия программы с СУБД.

Централизованный характер управления данными в базе данных предполагает необходимость существования некоторого лица или группы лиц, на которых возлагаются функции администратора системы базы данных, действующего в интересах всех пользователей. Персонал администратора ответственен, в частности, за поддержку системы в работоспособном состоянии, за своевременную актуализацию данных, за эффективное использование вычислительных ресурсов системы и ресурсов памяти, за предоставление полномочий пользователям на доступ к данным и т.п.

По степени универсальности применения различаются СУБД общего назначения и специализированные СУБД. СУБД общего назначениясоздаются без ориентации на какую-либо конкретную предметную область или на информационные потребности какой-либо специфической группы пользователей. Они могут выполнять функции управления данными, которые необходимы в различных областях применения. К этой категории систем относятся коммерческие программные продукты СУБД. Такие СУБД обладают средствами настройки на работу с конкретной базой данных с учетом особенности ее применения. Использование СУБД общего назначения как инструментального средства для создания информационных систем, основанных на технологиях баз данных, позволяет значительно сокращать сроки разработки, экономить трудовые ресурсы.

Может оказаться, что в конкретной ИС требуется что-то, чего нельзя сделать в СУБД общего назначения, или что-то делается там нерационально, или в ИС требуется лишь некоторый ограниченный набор функций. Возможно также, что использование коммерческих СУБД общего назначения нежелательно по каким-либо иным причинам. Для таких применений некоторые компании разрабатывают специализированныеСУБД. В настоящее время ситуаций, когда в действительности необходима разработка специализированных СУБД, становится все меньше.

СУБД общего назначения - это сложный программный комплекс, предназначенный для выполнения всей совокупности функций, связанных с созданием и эксплуатацией ИС:

¨ настройки для работы с конкретной предметной областью;

¨ управления ресурсами среды хранения;

¨ организация параллельного доступа пользователей к базе данных в многопользовательской среде;

¨ обеспечения целостности базы данных – защиты от разного рода ошибок;

¨ поддержка деятельности персонала администратора, ответственного за эксплуатацию системы базы данных.

Для настройки СУБД на работу с конкретной предметной областью необходимо иметь возможность описать логическую структуру базы данных. Такое описание называется схемой базы данных. Средства СУБД для ввода схемы БД называются языком описания данных (ЯОД). СУБД все свои операции совершает, основываясь на этой схеме данных.

Принципиально важное свойство СУБД заключается в том, что она позволяет различать и поддерживать два независимых взгляда на расположение данных в БД - взгляд с точки зрения пользователя, часто называемый логическим представлением данных, и взгляд с точки зрения разработчика системы, называемый физическим представлением данных. Пользователю достаточно знать схему данных, а его требования заключаются в типовых действиях с БД. Физический взгляд на реализацию БД должен быть от пользователя скрыт.

Нарушения логической целостности базы данных могут быть связаны с вводом в нее недостоверных данных или с неправомерными действиями процедур обработки данных. Нарушения могут являться также следствием прерывания выполнения какого-то требования пользователя. Для исключения таких ситуаций в СУБД предусматривается механизм транзакций. Транзакцией называют последовательность внутренних операций СУБД, которая переводит базу данных из одного логически целостного состояния в другое. Если, например, из базы данных нужно удалить сведения о некотором поставщике в связи с тем, что он прекращает дальнейшие поставки, то вслед за этим необходимо удалить и сведения о запланированных этим поставщиком поставках продукции. Иначе база данных будет содержать сведения о поставках неизвестного системе поставщика. Ясно, что в мультипользовательской среде такую последовательность операций нельзя прерывать до полного ее завершения для обработки запросов других пользователей системы. При прерывании транзакции производится ее откат – восстановление состояния БД в том виде, в каком оно было на момент выполнения транзакции.

Нарушения физической целостности базы данных возникают в результате сбоев и отказов оборудования вычислительной системы, повреждений машинных носителей данных. Для этого развитые СУБД регулярно создают копии БД, из которых ее можно восстановить, хотя бы частично.

Для организации параллельного доступа пользователей к базе данных используются пароли пользователей и ключи доступа к данным. С их помощью можно исключать коллизии, связанные с одновременным обновлением одних данных разными пользователями, и с возможностью чтения одним пользователем объекта базы данных, который успел лишь частично обновить другой пользователь. Такие коллизии приводили бы к нарушению логической целостности базы данных. Для их предотвращения в СУБД предусматривается техника управления транзакциями.

Различаются сосредоточенные и распределенные базы данных. Сосредоточенная база данных полностью поддерживается на одном компьютере (чаще всего это сервер локальной сети) и доступна по запросам пользователей, работающих непосредственно на данном компьютере. Может использоваться также и сетевой доступ к такой базе данных, который часто применяется в локальных сетях, а также для доступа к базам данных в среде Web.

Распределенная база данных состоит из нескольких, возможно, пересекающихся или даже дублирующих друг друга частей, хранимых в различных узлах вычислительной сети. Части базы данных на отдельных узлах могут при этом использоваться одновременно как автономные локальные базы данных. Благодаря функциональным возможностям программного обеспечения, используемого для поддержки и использования распределенных баз данных, фактор распределенности данных может быть неважен для пользователей. В таких случаях пользователь распределенной базы данных представляет ее как единое целое.

В распределенных базах данных используется два метода распределения данных - фрагментация и тиражирование. Фрагментация данных заключается в разбиении базы данных на составные части, хранимые в различных узлах сети. Тиражирование данных (репликация) используется для сокращения сетевого трафика и повышения производительности системы при обработке пользовательских запросов за счет того, что данные в сети размещаются в местах их порождения и/или активного использования. При этом копии некоторых составных частей базы данных (репликаты) хранятся в различных узлах сети. Естественно, что при обновлении какой-либо копии возникает необходимость синхронизации состояния всех копий модифицированного фрагмента базы данных. Затраты ресурсов на эту процедуру являются платой за сокращение сетевого трафика.