Файл: Учебное пособие СанктПетербург 2017.pdf

Непосредственное управление данными во внешней памяти
Эта функция включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей, например, для ускорения доступа к данным в некоторых случаях (обычно для этого используются индексы). В некоторых реализациях
СУБД активно используются возможности существующих файловых систем, в других работа производится вплоть до уровня устройств внешней памяти.
Управление буферами оперативной памяти
СУБД обычно работают с БД значительного размера; по крайней мере, этот размер обычно существенно больше доступного объема оперативной па- мяти. Понятно, что если при обращении к любому элементу данных будет про- изводиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоро- стью устройства внешней памяти. Практически единственным способом реаль- ного увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти. Поэтому в развитых СУБД поддерживается собственный набор буфе- ров оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов.
Управление транзакциями Транзакция – это последовательность
операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое.
Либо транзакция успешно выполняется, и СУБД фиксирует (COMMIT) изменения БД, произведенные этой транзакцией, во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается на состоянии БД. Понятие тран- закции необходимо для поддержания логической целостности БД. Поддер- жание механизма транзакций является обязательным условием даже одно- пользовательских СУБД. Но понятие транзакции гораздо более важно в мно-

111 гопользовательских СУБД.
С управлением транзакциями в многопользовательской СУБД связаны важные понятия сериализации транзакций и сериального плана выполнения
смеси транзакций. Под сериализаций параллельно выполняющихся транзак- ций понимается такой порядок планирования их работы, при котором сум- марный эффект смеси транзакций эквивалентен эффекту их некоторого по- следовательного выполнения. Сериальный план выполнения смеси транзак- ций – это такой план, который приводит к сериализации транзакций. Суще- ствует несколько базовых алгоритмов сериализации транзакций. В централи- зованных СУБД наиболее распространены алгоритмы, основанные на син- хронизационных захватах объектов БД (блокировках). При использовании любого алгоритма сериализации возможны ситуации конфликтов между двумя или более транзакциями по доступу к объектам БД. В этом случае для поддержания сериализации необходимо выполнять откат (ликвидировать все изменения, произведенные в БД) одной или более транзакций.
Журнализация
Одним из основных требований к СУБД является надежность хранения данных во внешней памяти.
Под надежностью хранения понимается то, что СУБД должна
быть в состоянии восстановить последнее согласованное состоя-
ние БД после любого аппаратного или программного сбоя.
Поддержание надежности хранения данных в БД требует избыточности хранения данных, причем та часть данных, которая используется для восста- новления, должна храниться особо надежно. Наиболее распространенным методом поддержания такой избыточной информации является ведение жур- нала изменений БД.
Журнал – это особая часть БД, не доступная пользователям СУБД
и поддерживаемая с особой тщательностью, в которую поступа-
ют записи обо всех изменениях основной части БД.
Существуют разные модели восстановления баз данных, но их реали- зация невозможна без журнала транзакций и архивных копий БД.
Поддержка языков БД
В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрирован- ный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания, и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных. Стандартным языком наиболее распространенных в настоя- щее время реляционных СУБД является язык SQL. Он содержит все необхо- димые механизмы для ведения реляционных баз данных.
Ниже приведены основные характеристики, которые составляют каче- ство СУБД.

112
Производительность СУБД. Оценивается: временем выполнения за- просов; скоростью поиска информации в неиндексированных полях; време- нем выполнения операций импортирования данных из других форматов; ско- ростью выполнения таких операций, как обновление , удаление и вставка; максимальным числом параллельных обращений к данным в многопользова- тельском режиме.
Обеспечение целостности данных. Эта характеристика подразумева- ет наличие средств, позволяющих соблюдать правила целостности, установ- ленные при создании БД и хранящиеся вместе с ней. Целостность данных должна обеспечиваться независимо от того, каким образом данные заносятся в память (в интерактивном режиме, посредством импорта или с помощью приложения).
Обеспечение безопасности. Средства безопасности обеспечивают вы- полнение следующих функций: шифрование прикладных программ; шифро- вание данных; защиту паролем; ограничение уровня доступа (к БД, к табли- це, к словарю).
Работа в многопользовательских средах. При этом предполагается, что средства СУБД обеспечивают: блокировку БД, таблицы, записи, поля; идентификацию станции, установившей блокировку; обновление информа- ции после модификации; контроль времени и повторение обращения; обра- ботку транзакций; работу с сетевыми системами (LAN Manager, NetWare,
Unix).
Импорт – экспорт. Эта характеристика отражает: возможность обра- ботки информации, подготовленной другими программными средствами; возможность использования данных другими программами.
Доступ к данным посредством SQL.СУБД имеют доступ к данным посредством SQL в следующих случаях: БД совместима с ODBC (Open Data
Base Connectivity – соединение открытых баз данных); реализована естест- венная поддержка SQL; возможна реализация SQL-запросов локальных дан- ных.
Разработка прикладных программ. Характеристика отражает воз- можность создания автономного приложения средствами СУБД. Большинст- во современных СУБД поддерживают эту возможность.
9.2. Типовая организация систем управления базами данных
Логически в современной реляционной СУБД можно выделить:
1) наиболее внутреннюю часть – ядро СУБД (часто его называют Data Base
Engine);
2) компилятор языка БД (обычно SQL);
3) подсистему поддержки времени выполнения;
4) набор утилит.

113
Ядро СУБД отвечает за управление данными во внешней памяти, управление буферами оперативной памяти, управление транзакциями и жур- нализацию. Соответственно, можно выделить такие компоненты ядра (по крайней мере, логически, хотя в некоторых системах эти компоненты выде- ляются явно), как менеджер данных, менеджер буферов, менеджер транзак- ций и менеджер журнала. Функции этих компонентов взаимосвязаны, и для обеспечения корректной работы СУБД все эти компоненты должны взаимо- действовать по тщательно продуманным и проверенным протоколам. Ядро
СУБД является основной резидентной частью СУБД. При использовании ар- хитектуры «клиент-сервер» ядро является основной составляющей серверной части системы.
Основной функцией компилятора языка БД является компиляция опе- раторов языка БД в некоторую выполняемую программу. Результатом ком- пиляции всегда является выполняемая программа, представляемая в некото- рых системах в машинных кодах, но более часто в выполняемом внутреннем машинно-независимом коде. В последнем случае реальное выполнение опе- ратора производится с привлечением подсистемы поддержки времени вы- полнения, представляющей собой, по сути дела, интерпретатор этого внут- реннего языка.
Наконец, в отдельные утилиты БД обычно выделяют такие процедуры, которые не выполняются с использованием языка БД, например, загрузка и выгрузка БД, сбор статистики, глобальная проверка целостности БД и т. д.
9.3. Архитектуры приложений, использующих базы данных
Наиболее актуальными на сегодняшний день являются архитектуры
«клиент-сервер». В архитектуре «клиент-сервер» (рис. 59) информационная система делится на неоднородные части – сервер и клиент БД.
Рисунок 59 – Двухуровневая клиент-серверная архитектура информационной системы («толстый» клиент)
В связи с тем, что компьютер-сервер распложен отдельно от клиента, его также называют удаленным сервером. Существенно, что сервером назы-

114 вается как специальная программа, которая управляет БД, так и компьютер, на котором установлены эти БД и программа.
Поскольку в основе организации запросов к БД лежит язык SQL,
то программу, управляющей БД, называют SQL-сервером, а БД –
базой данных SQL.
Клиентом является приложение пользователя, которое также называют
приложением-клиентом. Для обращения к данным приложение-клиент фор- мулирует и отсылает запрос удаленному серверу, содержащему БД. После получения запроса удаленный сервер направляет его SQL-серверу (серверу баз данных). SQL-сервер обеспечивает выполнение за-проса и выдачу клиен- ту его результата – требуемых данных. Вся обработка запроса происходит на удаленном сервере.
В роли SQL-сервера выступают СУБД, такие как InterBase, Oracle, In-
formix, Sybase, DB2, MS SQL Server и др.
Данная архитектура позволяет получить следующие преимущества: снижение нагрузки на сеть; повышение уровня защищенности информации, обусловленное тем, что обработка запросов всех клиентов осуществляется единой программой, расположенной на сервере; снижение сложности кли- ентских приложений, в которых отсутствует код, связанный с контролем БД и разграничением доступа к ней.
Рассмотренная архитектура является двухуровневой, в которой уровни соотносятся с приложением-клиентом и сервером БД. В этой архитектуре клиентское приложение называют сильным или «толстым» клиентом. Разви- тие «клиент-серверных» технологий привело к появлению трехуровневой ар-
хитектуры (рис. 60),в которой помимо сервера БД и приложений-клиентов дополнительно присутствует сервер приложений.
Рисунок 60 – Трехуровневая клиент-серверная архитектура информационной системы («тонкий» клиент)

115
Сервер приложений является промежуточным уровнем, который
обеспечивает организацию взаимодействия клиентов («тонких»
клиентов) и сервера БД.
К функциям сервера приложений могут, например, относиться: выпол- нение соединения с сервером, разграничение доступа к данным, реализация бизнес-правил и т. д. Кроме того, сервер приложений может организовывать взаимодействие с клиентами, установленными на различных аппаратных платформах, функционирующих на компьютерах различного типа под управлением разных информационных систем. Сервер приложений называют также брокером данных.
Основные достоинства трехуровневой архитектуры «клиент-сервер» состоят в следующем: разгрузка сервера БД; уменьшение размера клиентских приложений за счет сокращения объема лишнего кода; единая линия поведе- ния всех клиентов ; упрощение настройки клиентов – при изменении общего кода сервера приложений автоматически меняется поведение приложений клиентов.

116
ЛИТЕРАТУРА
1.
Федеральный закон Российской Федерации от 27 июля 2006 г. № 149-ФЗ
«Об информации, информационных технологиях и о защите информа- ции»
2.
Агальцов, В. П. Базы данных. Книга 1. Локальные базы данных / В.П.
Агальцов. – М.: Форум, Инфра-М, 2011. – 352 с.
3.
Агальцов В.П. Базы данных. Книга 2. Распределенные и удаленные базы данных / В.П. Агальцов. – М.: Форум, Инфра-М, 2011. – 272 с.
4.
Бен-Ган, Ицик. Microsoft SQL Server 2008. T – SQL: учебный курс / Ицик
Бен-Ган. – СПб.: БХВ-Петербург, 2009. – 432 с.
5.
Бекаревич, Ю.Б. Самоучитель Access 2010 / Ю.Б. Бекаревич, Н.В. Пуш- кина. – СПб.: БХВ - Петербург, 2011. — 432 с.
6.
Гурвиц, Г.А. Microsoft Access 2010. Разработка приложений на реальном примере / Г.А. Гурвиц. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. — 496 с.
7.
Информационные системы в экономике / под ред. Г. А. Титоренко. – М.:
Инити-Дана, 2008. – 463 с.
8.
Кириллов, В. В.,. Введение в реляционные базы данных / В.В. Кириллов,
Г.Ю. Громов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2009. – 464 с
9.
Кузин, А.В. Базы данных: учебное пособие. – 4-е изд. / А.В. Кузин,
С.В. Левонисова. – М.: Академия, 2010. – 320 с.
10. Мердина, О.Д. Информационное обеспечение, базы данных: учебное по- собие / О.Д. Мердина, Е.В. Стельмашонок, Н.Н. Быкова. – СПб. : Изд-во
СПбГЭУ, 2014. – 82 с.
11. Фуфаев, Э.В., Базы данных: учебное пособие / Э.В. Фуфаев, Д.Э. Фуфа- ев. – М.: Академия, 2011. – 320 с.
12. Петкович Д. Microsoft SQL Server 2008. Руководство для начинающих /
Д. Петкович. – СПб.: БХВ-Петербург, 2009, – 752 с.
13. Тарасов В.Л. Работа с базами данных в Access 2010. Часть 1: Учебно- методическое пособие / В.Л. Тарасов – Нижний Новгород: Нижегород- ский госуниверситет, 2014. – 126 с.

117
Кафедра системного анализа и информационных технологий
Учебное пособие
Базы данных
Халимон Виктория Ивановна
Мамаева Галина Александровна
Рогов Александр Юрьевич
Чепикова Вера Николаевна
___________________________________________________________
Отпечатано с оригинал-макета. Формат 60х90 1/16
Печ.л. 7,4. Тираж экз.
_____________________________________________________________
Санкт-Петербургский государственный технологический институт
(технический университет)
_____________________________________________________________
190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26
Типография издательства СПбГТИ(ТУ). Тел. 494-93-65