17236

Организация СУБД

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Лекция №2 Организация СУБД Для увеличения эффективности обработки данных повышения надежности их хранения обеспечения качественной поддержки целостности и согласованности а также наличие единого для соответствующей модели данных подхода к обработке и манипул...

Русский

2013-06-30

51 KB

16 чел.

Лекция №2

Организация СУБД

Для увеличения эффективности обработки данных, повышения надежности их хранения, обеспечения качественной поддержки целостности и согласованности, а также наличие единого (для соответствующей модели данных) подхода к обработке и манипулирования данными, все основные действия над данными необходимо выполнять централизовано, независимо от пользователей и приложений.

Система управления базами данных (СУБД) - это комплекс программных и языковых средств, необходимых для создания баз данных, их поддержания в актуальном состоянии и организации эффективного поиска необходимой информации.

2.1. Функции, структура и основные характеристики СУБД

К основным функциям СУБД принято относить следующие:

  •  управление данными во внешней памяти;
  •  управление буферами оперативной памяти;
  •  управление транзакциями;
  •  журнализация и восстановление БД после сбоев;
  •  поддержка языков БД.

Управление данными во внешней памяти включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в базу данных, так и ускорения доступа к ним.

Управление буферами оперативной памяти используется при обращении к любому элементу данных и определяет скоростью работы СУБД в целом.

Управление транзакциями обеспечивает поддержку логической целостности базы данных.

Транзакция - это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Транзакция либо успешно выполняется, и СУБД фиксирует произведенные изменения данных во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается на состоянии БД.

Журнализация и восстановление БД после сбоя обеспечивает физическую целостность базы данных и полное или частичное восстановление данных.

Обычно рассматриваются два возможных вида аппаратных сбоев: мягкие сбои, которое происходят при внезапной остановки работы компьютера, например, аварийное выключение питания, и жесткие сбои - характеризуемые потерей информации на носителях внешней памяти. В любом из описанных случаев для восстановления БД нужно располагать некоторой избыточной информацией, которая фиксируется в журнале изменений БД.

Журнал - это специальная служебная часть БД, недоступная пользователям, в которую поступают записи обо всех изменениях основной части БД.

При различной организации журнала всегда придерживаются стратегии упреждающей записи в журнал. То есть, запись об изменении любого объекта БД должна попасть во внешнюю память журнала раньше, чем измененный объект попадет во внешнюю память основной части БД. Если в СУБД корректно соблюдается это условие, то с помощью журнала можно решить все проблемы восстановления БД после любого сбоя.

Устно.

Для восстановления БД после жесткого сбоя используют журнал и архивную копию БД. Архивная копия является полной копией БД к моменту начала заполнения журнала. Восстановление БД состоит в том, что, исходя из архивной копии, по журналу воспроизводится работа всех транзакций, которые закончились к моменту сбоя.

Поддержка языков БД обеспечивает поддержку языка обработки данных и языка манипулирования данными, а также другие инструкции поддержки данных.

Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык SQL (Structured Query Language).

В типовой структуре реляционной СУБД логически можно выделить

  •  ядро СУБД;
  •  компилятор языка БД;
  •  подсистему поддержки времени выполнения;
  •  набор утилит.

Ядро СУБД отвечает за управление данными во внешней памяти, управление буферами оперативной памяти, управление транзакциями и журнализацию. Соответственно, можно выделить такие компоненты ядра как менеджер данных, менеджер буферов, менеджер транзакций и менеджер журнала. Ядро обладает собственным интерфейсом, недоступным пользователям, и является основной резидентной частью СУБД. При использовании архитектуры «клиент-сервер» ядро является основной составляющей серверной части системы.

Основной функцией компилятора языка БД является преобразование операторов языка БД в выполняемую программу.

Так как языки реляционных систем являются непроцедурными, то есть в операторе такого языка специфицируется некоторое действие над БД, но эта спецификация не является процедурой, а лишь описывает в некоторой форме условия совершения желаемого действия, компилятор должен решить, каким образом выполнять оператор прежде, чем произвести программу. Для этого применяются достаточно сложные методы оптимизации операторов, что бы выполняемая программа была представлена в выполняемом внутреннем машинно-независимом коде.

В последнем случае реальное выполнение оператора производится с привлечением подсистемы поддержки времени выполнения, представляющей собой интерпретатор этого внутреннего языка.

В отдельные утилиты обычно выделяют такие процедуры, которые слишком сложно выполнять с использованием языка БД, например, загрузка и выгрузка БД, сбор статистики, глобальная проверка целостности и другие.

Утилиты программируются с использованием интерфейса ядра СУБД.

Производительность СУБД оценивается:

  •  временем выполнения запросов;
  •  скоростью поиска информации в неиндексированных полях;
  •  временем выполнения операций импортирования базы данных из других форматов;
  •  скоростью создания индексов и выполнения операций обновление, добавления и, удаление данных;
  •  максимальным числом параллельных обращений к данным в многопользовательском режиме;
  •  временем генерации отчета.

Устно.

2.2. Типы моделей данных

Основой любой базы данных является реализованная в ней модель данных, представляющая собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данными. С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и существующие между ними связи.

Базовыми моделями представления данных являются иерархическая, сетевая и реляционная.

Иерархическая модель данных представляет информационные отображения объектов реального мира – сущности и их связи в виде ориентированного графа или дерева. К основным понятиям иерархической структуры относятся уровень, элемент или узел и связь. Узел - это совокупность атрибутов, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и так далее уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей.

К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи.

Примерами операторов манипулирования иерархически организованными данными могут быть следующие:

  •  найти указанное дерево БД;
  •  перейти от одного дерева к другому;
  •  перейти от одной записи к другой внутри дерева;
  •  перейти от одной записи к другой в порядке обхода иерархии;
  •  вставить новую запись в указанную позицию;
  •  удалить текущую запись.

В иерархической модели данных автоматически поддерживается целостность ссылок между предками и потомками. Основное правило: никакой потомок не может существовать без своего родителя.

Сетевая модель организации данных является расширением иерархической модели. В иерархических структурах запись-потомок должна иметь только одного предка - в сетевой структуре данных потомок может иметь любое число предков. 

Понятие реляционной модели данных (от английского relation - отношение) связано с разработками Е. Кодда. Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата реляционной алгебры и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

  •  каждый элемент таблицы — один элемент данных;
  •  все столбцы в таблице однородные, то есть, все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный или другой) и длину;
  •  каждый столбец имеет уникальное имя;
  •  одинаковые строки в таблице отсутствуют;
  •  порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют кортежам или записям, а столбцы - атрибутам отношений, доменам, полям.

Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом. Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ.

Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы или ввести в структуру первой таблицы внешний ключ - ключ второй таблицы.

В реляционной модели данных фиксируются два базовых требования целостности, которые должны поддерживаться в любой реляционной СУБД. Первое требование называется требованием целостности сущностей, которое состоит в том, что любой кортеж любого отношения должен быть отличим от любого другого кортежа этого отношения, то есть любое отношение должно содержать первичный ключ.

Второе требование называется требованием целостности по ссылкам и состоит в том, что для каждого значения внешнего ключа в отношении, на которое ведет ссылка, должен найтись кортеж с таким же значением первичного ключа, либо значение внешнего ключа должно быть неопределенным.

В качестве операторов манипулирования данными в реляционных моделях используются операторы языка структурированных запросов SQL.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9219. Перекрестная резистентность 29.14 KB
  Перекрестная резистентность При такой резистентности увеличивается устойчивость к другому стрессовому фактору (например: закаливание). Перекрестная сенсибилизация Снижение реакции к другому действующему фактору (например: оклиматизация). Болезни стр...
9220. Патофизиология лейкопоэза 28.04 KB
  Патофизиология лейкопоэза Костный мозг находится во всех плоских костях, головках трубчатых костей. Стволовые клетки. Имеет 3 класса: полипотентная стволовая клетка. Относительно унипотентная - клетки предшественницы лимфопоэза и ми...
9221. Патофизиология эритропоэза 27.36 KB
  Патофизиология эритропоэза ОЦК: у женщин - 6,5-7% от массы тела у мужчин 7-7,5% Гематокрит: 0,36-0,46 - соотношение между клеточной и жидкой частью крови Объем циркулирующей крови: в пределах нормы - нормоволемия, при уменьшении...
9222. Анемии Анемии вследствие нарушения кровообразования 27.46 KB
  Анемии Анемии вследствие нарушения кровообразования Железодефицитные анемии. Причины дефицита железа: менструальные потери, лактации, беременность, растущий ребенок, подросток, поражение желчно-кишечного тракта. Проявления сидеропении Синдром сидеро...
9223. Опухолевый рост типический патологический процесс 27.25 KB
  Опухолевый рост Опухоль (новообразование) - типический патологический процесс. Возникает под действием канцерогена. Проявляется патологическим разрастанием структурных элементов ткани, не связанным с общим обменом веществ. Характеризуется атипизмом ...
9224. Стадии канцерогенеза (патогенез опухолей) 24.15 KB
  Стадии канцерогенеза (патогенез опухолей) Инициация (мутация) - превращение здоровой клетки в опухоль Промоция Опухолевая прогрессия (если опухоль злокачественная) Гемобластозы Правила опухолевой прогрессии Фулдаса-Воробьев...
9225. Воспаление - типический патологический процесс. 28.01 KB
  Воспаление Воспаление - типический патологический процесс. Возникает в ответ на действие патогенных (флогогенных) факторов Проявляется в идее комплекса местных и общих реакций, сформировавшихся в ходе эволюции в качестве защитных ме...
9226. Местные (кардиальные) признаки воспаления 28.84 KB
  Местные (кардиальные) признаки воспаления Жар (calor) - связан с притоком теплой артериальной крови в очаг воспаления, изменение обмена веществ в самом очаге воспаления, в связи с повреждением мембраны разобщается окислительно фосфорилировани и...
9227. Лихорадка (Febris) 30.48 KB
  Лихорадка (Febris) Термин лихорадка один из самых древних, раньше обозначал любое повышение температуры тела. Современные представления стали возможны благодаря нескольким учениям: Учение Мечникова о воспалениях - изучал в эволюционном пл...