Система управления базами данных (СУБД) Oracle предназначена для одновременного доступа к большим объемам хранимой информации и манипуляции с ними. В СУБД есть два основных понятия, которые необходимо усвоить для понимания некоторых последующих моментов с точки зрения безопасности и защиты СУБД, – это база данных и экземпляр. Если в двух словах, то база данных – это набор файлов в ОС, а экземпляр – процессы и память, причем одна база данных может быть доступна в нескольких экземплярах, а экземпляр единовременно обеспечивает доступ только к одной базе данных. Теперь рассмотрим эти понятия подробнее.
База данных Oracle
В базе данных Oracle есть два уровня представления данных: физический и логический. Физический уровень включает файлы баз данных, которые хранятся на диске, а логический уровень включает в себя табличное пространство, схемы пользователей. Рассмотрим эти уровни более подробно.
Физический уровень базы данных
База данных и экземпляр на физическом уровне представлены шестью типами файлов. К экземпляру относятся файлы параметров, в которых прописываются его характеристики. Основной файл – это файл init.ora, отвечающий за параметры инициализации экземпляра, такие как имя базы данных, ссылку на управляющие файлы и пр. Пример файла инициализации представлен на рис. 1
Файлы базы данных
База данных как таковая представлена набором файлов разных типов, в которых собственно хранятся различные данные. Ниже кратко рассказано о том, что представляют собой эти типы файлов и чем файлы каждого типа могут быть нам полезны:
- Файлы данных . В этих файлах хранятся собственно сами данные в виде таблиц, индексов, триггеров и прочих объектов. Файлы данных являются наиболее важными во всей базе данных. В стандартной базе должно присутствовать минимум два файла данных: для системных данных (табличное пространство SYSTEM) и для пользовательских данных (табличное пространство USER). В табличном пространстве SYSTEM хранятся пароли всех пользователей в зашифрованном виде.
- Файлы журнала повторного выполнения (redo logs) . Файлы журнала повторного выполнения очень важны для базы данных Oracle. В них записываются все транзакции базы данных. Они используются только для восстановления данных в самой базе при сбое экземпляра. В журналах повторного выполнения можно обнаружить множество критичной информации, о существовании которой рядовой администратор мог и не задуматься, в том числе и пароли пользователей.
- Управляющие файлы . В этих файлах определено местонахождение файлов данных и другая информация о состоянии базы данных. Управляющие файлы должны быть хорошо защищены. Наиболее важным является файл параметров инициализации экземпляра, потому что без него не удастся запустить экземпляр. Остальные файлы, такие как LISTENER.ORA, SQLNET.ORA, PROTOCOL.ORA, NAMES.ORA и пр., связаны с поддержкой сети и так же очень важны. В этих файлах можно обнаружить множество полезной информации для проникновения в СУБД.
- Временные файлы . Временные файлы используются для хранения промежуточных результатов действий над большим объемом данных в случае, если в оперативной памяти для этого не хватает места. Во временных файлах можно обнаружить содержимое временных таблиц и построенных по ним индексов. Временные файлы могут оказаться полезными в процессе расследования инцидентов или при восстановлении важной информации, удаленной из базы данных.
- Файлы паролей . Используются для аутентификации пользователей, выполняющих удаленное администрирование СУБД по сети. Более детально о них мы будем говорить позже.
Как видно, с точки зрения безопасности каждый приведенный выше тип файлов имеет большое значение.
Логический уровень базы данных
На логическом уровне находятся табличные пространства и схема БД, состоящая из таблиц, индексов, представлений, хранимых процедур и пр.
База данных разделяется на несколько логических частей, называемых табличными пространствами. Табличные пространства используются для логической группировки данных между собой для упрощения администрирования.
Каждое табличное пространство состоит из одного или более файлов данных, которые физически могут располагаться на разных дисках.
В табличных пространствах, в свою очередь, находятся схемы – это своеобразные контейнеры хранимых в БД объектов. Каждая схема однозначно ассоциируется с определенным пользователем – владельцем этой схемы. В этих схемах уже находятся такие логические единицы, как таблицы, индексы, представления и хранимые процедуры.
Каждая система управления базой данных должна удовлетворять следующим требованиям:
- обеспечивать пользователю возможность создавать новые БД и определять их схему (логическую структуру данных) с помощью специального языка (языка определения данных); поддерживать разнообразные представления одних и тех же данных;
- позволять делать запросы к данным (к информации из БД) и изменять данные с помощью языка запросов или языка манипулирования данными; допускать интеграцию и совместное использование данных различными приложениями;
- поддерживать хранение очень больших массивов данных в течение длительного времени, защищая их от случайной порчи и неавторизиро- ванного доступа; обеспечивать модификацию БД в случае необходимости и доступ к данным путем запросов, т.е. гарантировать безопасность и целостность данных;
- контролировать доступ к данным одновременно для многих пользователей; исключать влияние запроса одного пользователя на запрос другого и не допускать одновременный доступ, который может испортить данные, т.е. гарантировать управление параллельным доступом к данным.
В информационной системе с БД можно выделить несколько компонентов.
- 1. Пользователи - люди, которые используют информацию, находящуюся в БД. Принято выделять следующие группы пользователей: системные администраторы - отвечают за основные операции системы; администраторы базы данных - управляют работой СУБД и обеспечивают функционирование базы данных; проектировщики базы данных - разрабатывают структуру БД; системные аналитики - определяют основные функции системы базы данных и проектируют формы ввода данных, отчеты и процедуры, с помощью которых обеспечиваются доступ к данным и манипулирование ими (их добавление, изменение, удаление); программисты - создают программный код; непосредственные пользователи - используют прикладные программы для выполнения необходимых операций по автоматизации своей деятельности.
- 2. Приложения - программы пользователей, которым необходима информация из системы.
- 3. Система управления базой данных - ПО, управляющее доступом к данным и обеспечивающее указанные функциональные возможности ИС с БД.
- 4. Информация - обработанные данные (строки, хранящиеся в файлах).
- 5. Хост-система - компьютерная система, в которой хранятся файлы. Доступ к строкам данных осуществляется хост-системой. Роль СУБД состоит в том, чтобы генерировать запросы, позволяющие использовать функциональные возможности системы управления файлами хост- системы для обслуживания различных приложений. СУБД представляет собой дополнительный уровень ПО, надстроенный над программным обеспечением хост-системы.
- 6. Оборудование - все системные программные средства (универсальный компьютер, персональный компьютер, ноутбук, карманный компьютер).
- 7. Периферийные устройства - физические устройства, обеспечивающие ввод/вывод, а также электронные устройства для подключения дополнительных компьютеров и организации сети.
Графическая интерпретация ИС с БД в виде логической последовательности уровней представлена на рис. 3.1.
Рис. 3.1
На нижнем уровне находятся данные, хранящиеся в физических файлах (физическая память БД). На верхнем уровне располагаются приложения, у которых имеется собственное представление одних и тех же физических данных. Каждое представление базы данных предполагает определенную логическую структуру, построенную из лежащих в основе физических данных. Чтобы обеспечить интерфейс между физической памятью БД и ее разнообразными логическими версиями (множеством поддерживаемых представлений), сама СУБД тоже состоит из нескольких уровней (компонентов).
Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:
- ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти;
- процессор языка базы данных, обеспечивающий 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;
- сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.
Системы управления базой данных классифицируют по различным признакам, например: по модели данных - иерархические, сетевые, реляционные, объектно-ориентированные, объектно-реляционные; по способу размещения - локальные (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере), распределенные (части СУБД размещаются на двух и более компьютерах); по способу доступа к БД - файл-серверные, клиент-серверные, встраиваемые, - а также по другим признакам |9, 33].
Концептуальная, логическая и физическая модели предметной области. Предметная область представляет собой часть реального мира, которая исследуется или используется. Это может быть «Изготовление изделий на заказ», «Сбыт готовой продукции», «Оформление сотрудника на работу» и др. Из-за сложности предметной области охватить ее аспекты в одноуровневой модели не представляется возможным. Поэтому используются три уровня: концептуальный (понятийный), логический и физический.
Концептуальный уровень отражает предметную область в самом общем виде. Он определяет содержание и структуру предметной области безотносительно к моделям данных (см. параграф 3.3) и типу используемой СУБД. Этот уровень должен быть понятен пользователю и полностью независим от того, как данные будут храниться в БД в действительности. Изменения в этой модели должны производиться только при изменениях в реальном мире, чтобы эта модель продолжала быть отражением предметной области.
Логический уровень является промежуточным, на котором производится формализация модели. Па этом уровне предметная область отображается в виде информационных объектов (сущностей) и связей между ними. Для реляционной модели сущности являются «прообразами» таблиц, а связи отображают отношения между ними. Логическая модель лежит в основе построения БД, в том числе и с использованием CASE-средств.
Физический уровень модели предметной области определяет способ реализации в среде выбранной СУБД. Одной логической модели может соответствовать несколько физических моделей (для разных СУБД). В CASE-средствах осуществляется автоматическое преобразование логической модели в физическую для конкретной СУБД. На основе физической модели осуществляется проектирование структуры базы данных. С использованием CASE-средств этот процесс происходит автоматически и называется прямым проектированием. CASE-средства позволяют также на основе существующей БД создавать физическую, а затем и логическую модели (обратное проектирование) .
Трехуровневая архитектура СУБД. Первые попытки стандартизации общей архитектуры СУБД относятся к 1971 г., когда был предложен двухуровневый подход к архитектуре СУБД на основе использования системного представления, включающего понятие схемы базы данных и пользовательских представлений (подсхем).
В 1978 г. комитетом ANSI/SPARC (ANSI, American National Standard Institute - Национальный институт стандартизации США; SPARC,
Standard Planning and Requirements Committee - Комитет планирования стандартов и норм) официально зафиксировано различие между логическим и физическим представлением данных. В частности, была предложена обобщенная структура систем с базой данных. Эта структура получила название трехуровневой архитектуры, включающей внутренний, концептуальный и внешний уровни (рис. 3.2).
Рис. 3.2.
Введение трехуровневой архитектуры БД позволило отделить пользовательское представление БД от ее физического представления. Необходимость такого отделения обусловлена, прежде всего, следующими причинами:
- каждый пользователь должен иметь возможность обращаться к одним и тем же данным, используя собственное представление об этих данных, а также изменять его при необходимости, что не должно оказывать влияния на представление о данных других пользователей;
- обращение пользователя к БД не должно зависеть от особенностей хранения в ней данных;
- администратор БД может при необходимости изменять структуру хранения данных в базе, включая концептуальную структуру БД, причем эти действия не должны влиять на пользовательские представления данных;
- внутренняя структура хранения данных не должна зависеть от изменения физических устройств хранения информации.
Внутренний уровень в трехуровневой модели СУБД - это уровень, определяющий физический вид БД, наиболее близкий к физическому хранению. Он связан со способами хранения информации на физических устройствах. К данному уровню имеют отношение дисководы, физические адреса, индексы, указатели и г.д. За работу уровня отвечают проектировщики физической БД, которые решают, какие физические устройства будут хранить данные, какие методы доступа к данным будут использоваться и какие меры следует принять для поддержания или повышения быстродействия СУБД. Для пользователей данный уровень закрыт.
Концептуальный уровень - структурный уровень, который дает представление о логической схеме БД. На данном уровне выполняется концептуальное проектирование БД, которое включает анализ информационных потребностей пользователей и определение нужных им элементов данных. Результатом концептуального проектирования является концептуальная схема БД, а также логическое описание всех элементов данных и отношений между ними. Как было сказано выше, концептуальная схема БД не связана напрямую с выбранной моделью данных и СУБД, в то время как логическая схема уже предполагает представление структуры данных в рамках выбранной модели (см. параграф 3.3).
Внешний уровень - структурный уровень БД, определяющий пользовательские представления данных. Каждый пользователь или группа пользователей получают свое собственное представление данных в БД. Такое пользовательское описание элементов данных и отношений между ними можно напрямую вывести из концептуальной схемы. Совокупность различных пользовательских представлений данных и образует внешний уровень.
Под схемой данных (схемой базы данных) понимается общее описание базы данных. В соответствии с трехуровневой архитектурой различают и три типа схем базы данных:
- 1) внешнему уровню представления БД соответствуют, как правило, несколько внешних схем (подсхем) БД. Каждая из таких схем соответствует представлению данных определенной группы пользователей СУБД;
- 2) концептуальная схема описывает все элементы данных, связи между ними, а также необходимые ограничения для поддержки целостности данных. Для каждой БД имеется только одна концептуальная схема данных;
- 3) внутренняя схема является полным описанием внутренней модели данных и содержит определения хранимых записей, методы представления, описания полей данных, сведения об индексах и нр. Внутренняя схема для каждой БД только одна.
Исходя из различных схем БД в трехуровневой модели, следует, что СУБД должна устанавливать соответствие и следить за непротиворечивостью перечисленных схем.
Концептуальная схема - центральное связующее звено между каждой внешней схемой и внутренней схемой БД. Концептуальная схема связана с внутренней схемой посредством внутреннего концептуального отображения. Каждая внешняя схема, в свою очередь, связана с концептуальной схемой с помощью внешнего концептуального отображения, которое позволяет отображать пользовательское представление на соответствующую часть концептуальной схемы.
В теории и практике баз данных принято различать понятия «описание базы данных» и «база данных». Под описанием БД понимают схему БД, создаваемую в процессе проектирования БД, изменение которой предполагается в исключительных случаях. Под базой данных понимается вся информация, содержащаяся в базе, которая может изменяться с течением времени. Совокупность информации, хранящейся в БД в любой определенный момент времени, называется состоянием БД. Таким образом, одной и той же схеме БД может соответствовать множество различных состояний БД. Состояние БД также называется детализацией.
Главное назначение трехуровневой архитектуры - обеспечение независимости от данных, т.е. любые изменения на нижних уровнях БД не должны влиять на верхние уровни.
Независимость бывает двух типов:
- логическая - полная защищенность внешних схем от изменений, которые вносятся в концептуальную схему;
- физическая - защищенность концептуальной схемы от изменений, которые вносятся во внутреннюю схему.
В процессе научных исследований, посвященных тому, как именно должна быть устроена СУБД, предлагались различные способы реализации. Самым жизнеспособным из них оказалась предложенная американским комитетом по стандартизации ANSI (AmericanNationalStandardsInstitute) трехуровневая система организации БД, изображенная на рис. 1:
Рис. 1. Трехуровневая модель системы управления базой данных, предложенная ANSI
Архитектура включает три уровня: внутренний, концептуальный и внешний. В общих чертах они представляют собой следующее:
Внутренний - это уровень, наиболее близкий к физическому хранению, т.е. связанный со способами сохранения информации на физических устройствах хранения.
Внешний - наиболее близок к пользователям, т.е. он связан со способами представления данных для отдельных пользователей.
Концептуальный уровень - это промежуточный уровень между двумя первыми; другими словами, это центральное управляющее звено, где БД представлена в наиболее общем виде, который объединяет данные, используемые всеми приложениями, работающими с данной БД.
1. Уровень внешних моделей - самый верхний уровень, где каждая модель имеет свое "видение" данных. Этот уровень определяет точку зрения на БД отдельных пользователей (приложений). Каждое приложение видит и обрабатывает только те данные, которые необходимы именно этому приложению. Например, система распределения работ использует сведения о квалификации сотрудника, но ее не интересуют сведения об окладе, домашнем адресе и телефоне сотрудника, и наоборот, именно эти сведения используются в подсистеме отдела кадров.
2. Концептуальный уровень - центральное управляющее звено, здесь база данных представлена в наиболее общем виде, который объединяет данные, используемые всеми приложениями, работающими с данной базой данных. Фактически концептуальный уровень отражает обобщенную модель предметной области (объектов реального мира), для которой создавалась база данных. Как любая модель, концептуальная модель отражает только существенные, с точки зрения обработки, особенности объектов реального мира. Концептуальная схема - это определение концептуального представления. В большинстве существующих систем концептуальная схема в действительности представляет собой немного больше, чем простое объединение всех отдельных внешних схем с дополнительными средствами безопасности и правилами обеспечения целостности.
3. Внутреннее представление - это представление нижнего уровня всей БД. Внутреннее представление так же, как внешнее и концептуальное, не связанно с физическим уровнем. Это представление предполагает бесконечное линейное адресное пространство. Внутреннее представление описывается с помощью внутренней схемы, которая определяет не только различные типы хранимых записей, но также существующие индексы, способы представления хранимых полей, физическую последовательность хранимых записей и т.д.
Эта архитектура позволяет обеспечить логическую (между уровнями 1 и 2) и физическую (между уровнями 2 и 3) независимость при работе с данными. Логическая независимость предполагает возможность изменения одного приложения без корректировки других приложений, работающих с этой же базой данных. Физическая независимость предполагает возможность переноса хранимой информации с одних носителей на другие при сохранении работоспособности всех приложений, работающих с данной базой данных. Это именно то, чего не хватало при использовании файловых систем.
9. Реляционная модель базы данных.
Теоретической основой этой модели стала теория отношений, основу которой заложили два логика - американец Чарльз Содерс Пирс (1839-1914) и немец Эрнст Шредер (1841-1902). В руководствах по теории отношений было показано, что множество отношений замкнуто относительно некоторых специальных операций, то есть образует вместе с этими операциями абстрактную алгебру. Это важнейшее свойство отношений было использовано в реляционной модели для разработки языка манипулирования данными, связанного с исходной алгеброй. Американский математик Э. Ф. Кодд в 1970 году впервые сформулировал основные понятия и ограничения реляционной модели, ограничив набор операций в ней семью основными и одной дополнительной операцией.
Основной структурой данных в модели является отношение, именно поэтому модель получила название реляционной (от английского relation - отношение).
Любые данные, используемые в программировании, имеют свои типы данных.
Реляционная модель требует, чтобы типы используемых данных были простыми.
Для уточнения этого утверждения рассмотрим, какие вообще типы данных обычно рассматриваются в программировании. Как правило, типы данных делятся на три группы:
Простые типы данных.
Структурированные типы данных.
Ссылочные типы данных.
Простые, или атомарные, типы данных не обладают внутренней структурой. Данные такого типа называют скалярами. К простым типам данных относятся следующие типы: Логический, Строковый, Численный .
Различные языки программирования могут расширять и уточнять этот список, добавляя такие типы как:
Вещественный.
Денежный.
Перечислимый.
Интервальный.
Конечно, понятие атомарности довольно относительно. Так, строковый тип данных можно рассматривать как одномерный массив символов, а целый тип данных - как набор битов. Важно лишь то, что при переходе на такой низкий уровень теряется семантика (смысл) данных. Если строку, выражающую, например, фамилию сотрудника, разложить в массив символов, то при этом теряется смысл такой строки как единого целого.
Структурированные типы данных предназначены для задания сложных структур данных. Структурированные типы данных конструируются из составляющих элементов, называемых компонентами, которые, в свою очередь, могут обладать структурой. В качестве структурированных типов данных можно привести следующие типы данных:
Массивы
Записи (Структуры)
С математической точки зрения массив представляет собой функцию с конечной областью определения. Например, рассмотрим конечное множество натуральных чисел
называемое множеством индексов. Отображение
из множества во множество вещественных чисел задает одномерный вещественный массив. Значение этой функции для некоторого значения индекса называется элементом массива, соответствующим. Аналогично можно задавать многомерные массивы.
Запись (или структура) представляет собой кортеж из некоторого декартового произведения множеств. Действительно, запись представляет собой именованный упорядоченный набор элементов, каждый из которых принадлежит типу. Таким образом, запись есть элемент множества. Объявляя новые типы записей на основе уже имеющихся типов, пользователь может конструировать сколь угодно сложные типы данных .
Общим для структурированных типов данных является то, что они имеют внутреннюю структуру, используемую на том же уровне абстракции, что и сами типы данных.
При работе с массивами или записями можно манипулировать массивом или записью и как с единым целым (создавать, удалять, копировать целые массивы или записи), так и поэлементно. Для структурированных типов данных есть специальные функции - конструкторы типов, позволяющие создавать массивы или записи из элементов более простых типов.
Работая же с простыми типами данных, например с числовыми, мы манипулируем ими как неделимыми целыми объектами. Чтобы "увидеть", что числовой тип данных на самом деле сложен (является набором битов), нужно перейти на более низкий уровень абстракции. На уровне программного кода это будет выглядеть как ассемблерные вставки в код на языке высокого уровня или использование специальных побитных операций.
Ссылочный тип данных (указатели) предназначен для обеспечения возможности указания на другие данные. Указатели характерны для языков процедурного типа, в которых есть понятие области памяти для хранения данных. Ссылочный тип данных предназначен для обработки сложных изменяющихся структур, например деревьев, графов, рекурсивных структур.
Для реляционной модели данных тип используемых данных не важен. Требование, чтобы тип данных был простым, нужно понимать так, что в реляционных операциях не должна учитываться внутренняя структура данных. Конечно, должны быть описаны действия, которые можно производить с данными как с единым целым, например, данные числового типа можно складывать, для строк возможна операция конкатенации и т.д.
С этой точки зрения, если рассматривать массив, например, как единое целое и не использовать поэлементных операций, то массив можно считать простым типом данных. Более того, можно создать свой, сколь угодно сложных тип данных, описать возможные действия с этим типом данных, и, если в операциях не требуется знание внутренней структуры данных, то такой тип данных также будет простым с точки зрения реляционной теории. Например, можно создать новый тип - комплексные числа как запись вида, где. Можно описать функции сложения, умножения, вычитания и деления, и все действия с компонентами и выполнять только внутри этих операций. Тогда, если в действиях с этим типом использовать только описанные операции, то внутренняя структура не играет роли, и тип данных извне выглядит как атомарный.
Именно так в некоторых пост-реляционных СУБД реализована работа со сколь угодно сложными типами данных, создаваемых пользователями.
Домены
В реляционной модели данных с понятием тип данных тесно связано понятие домена, которое можно считать уточнением типа данных.
Домен - это семантическое понятие. Домен можно рассматривать как подмножество значений некоторого типа данных имеющих определенный смысл. Домен характеризуется следующими свойствами:
Домен имеет уникальное имя (в пределах базы данных).
Домен определен на некотором простом типе данных или на другом домене.
Домен может иметь некоторое логическое условие, позволяющее описать подмножество данных, допустимых для данного домена.
Домен несет определенную смысловую нагрузку.
Например, домен, имеющий смысл "возраст сотрудника" можно описать как следующее подмножество множества натуральных чисел:
Отличие домена от понятия подмножества состоит именно в том, что домен отражает семантику, определенную предметной областью. Может быть несколько доменов, совпадающих как подмножества, но несущие различный смысл. Например, домены "Вес детали" и "Имеющееся количество" можно одинаково описать как множество неотрицательных целых чисел, но смысл этих доменов будет различным, и это будут различные домены .
Основное значение доменов состоит в том, что домены ограничивают сравнения. Некорректно, с логической точки зрения, сравнивать значения из различных доменов, даже если они имеют одинаковый тип. В этом проявляется смысловое ограничение доменов. Синтаксически правильный запрос "выдать список всех деталей, у которых вес детали больше имеющегося количества" не соответствует смыслу понятий "количество" и "вес".
Понятие домена помогает правильно моделировать предметную область. При работе с реальной системой в принципе возможна ситуация когда требуется ответить на запрос, приведенный выше. Система даст ответ, но, вероятно, он будет бессмысленным.
Не все домены обладают логическим условием, ограничивающим возможные значения домена. В таком случае множество возможных значений домена совпадает с множеством возможных значений типа данных.
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | Архитектура СУБД |
| Рубрика (тематическая категория) | Компьютеры |
Основные положения
Системы управления базами данных (СУБД)
Основные идеи современной информационной технологии базируются на концепции баз данных (БД). Согласно этой концепции основой информационной технологии являются данные, организованные в БД, адекватно отражающие реалии действительности в какой-либо предметной области. Первые БД появились уже при 1-м поколении ВТ, представляя собой отдельные файлы данных или их простые совокупности. В конце 60-х годов появились первые коммерческие СУБД, поддерживающие организацию и ведение БД.
БД представляют из себясовокупность взаимосвязанных файлов данных определенной организации. Каждый файл, входящий в БД, содержит определенное число однотипных записей , отражающих ту или иную сторону предметной области, на которую ориентирована БД. Записи, в свою очередь, состоят из полей , представляющих определенные типы информации об объектах. Поле является наименьшей информационной единицей, непосредственно доступной в записи.
Пользователями БД являются четыре основные категории потребителей ее информации и/или поставщиков информации для нее:
· конечные пользователи;
· программисты или системные аналитики;
· персонал поддержки БД в рабочем состоянии;
· администратор БД.
Конечным пользователям для обеспечения доступа к информации БД предоставляется графический интерфейс в виде системы окон с функциональными меню, позволяющими легко получать необходимую информацию на экран и/или принтер в виде удобно оформленных отчетов.
Для определения и обращения к файловой совокупности используются средства системы управления БД (СУБД). Она представляет собой совокупность лингвистических и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями. СУБД является средством обработки на языке базы данных обращений к БД от прикладных программ и/или конечных пользователей. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, СУБД имеет свойства, характерные как для компиляторов, так и для ОС.
Большинство современных СУБД включает пять базовых компонент:
1. Языки описания данных – описание структур файлов БД, записей файлов и их полей данных;
2. Языки работы с БД - получение ответа на санкционированный
запрос пользователей или БД-приложения;
3. Общие утилиты для БД – выполнение общих процедур по
поддержанию БД в актуальном состоянии;
4. Генераторы БД-приложений – создание модульных систем
решения задач пользователя по работе с БД;
5. Генераторы отчетов – вывод результатов работы в виде отчетов
Каждая СУБД поддерживает определенные типы даталогических моделей (модели данных).
Архитектура СУБД - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Архитектура СУБД" 2017, 2018.
Архитектура СУБД
Архитектура баз данных предложенная исследовательской группой ANSI/SPARC включает три уровня: внутренний, концептуальный и внешний. В общих чертах они представляют собой следующее:
Внешний уровень
Внешний уровень - это индивидуальный уровень пользователя. У каждого пользователя есть свой язык общения.
Для прикладного программиста это либо один из распространенных языков программирования.
Для конечного пользователя это или специальный язык запросов, или язык специального назначения, возможно, основанный на формах и меню, созданный специально с учетом требований и поддерживаемый некоторым оперативным приложением.
Концептуальный уровень
Концептуальное представление - это представление всей информации БД в несколько более абстрактной форме (как и случае внешнего представления) по сравнению с физическим способом хранения данных. Однако концептуальное представление существенно отличается от способа представления данных какому-либо отдельному пользователю. Вообще говоря, концептуальное представление - это представление данных такими, какие "они есть на самом деле", а не такими, какими вынужден их видеть пользователь в рамках, например, определенного языка или используемого аппаратного обеспечения.
Концептуальное представление состоит из множества экземпляров каждого типа концептуальной записи. Например, оно может состоять из набора экземпляров записей, содержащих информацию об отдельных, плюс набор экземпляров, содержащих информацию о деталях и т.д. Концептуальная запись вовсе не обязательно должна совпадать с внешней записью, с одной стороны, и с хранимой записью - с другой.
Концептуальное представление определяется с помощью концептуальной схемы, которая включает определения каждого типа концептуальных записей. Концептуальная схема использует другой язык определения данных - концептуальный.
Концептуальное представление - это представление всего содержимого базы данных, а концептуальная схема - это определение такого представления. Однако было бы ошибкой полагать, что концептуальная схема - это не более чем набор определений, больше напоминающих простые отношения записей в программе.
Внутренний уровень
Внутреннее представление - это представление нижнего уровня всей БД; оно состоит из многих экземпляров каждого типа внутренней записи.
Термин "внутренняя запись" принадлежит терминологии ANSI/SPARC и означает конструкцию, называемую хранимой записью. Внутреннее представление так же, как внешнее и концептуальное, не связано с физическим уровнем, так как в нем не рассматриваются физические области устройства хранения, такие как цилиндры и дорожки. Другими словами, внутреннее представление предполагает бесконечное линейное адресное пространство; подробности того, как адресное пространство отображено на физическое устройство хранения, очень зависят от системы и умышленно не включены в общую архитектуру.
Внутреннее представление описывается с помощью внутренней схемы, которая определяет не только различные типы хранимых записей, но также существующие индексы, способы представления хранимых полей, физическую последовательность хранимых записей и т.д. Внутренняя схема пишется с использованием еще одного языка определения данных - внутреннего.
Приложения, использующие базы данных, обычно принято относить к одной из программных архитектур, имеющих свои плюсы и минусы.
Локальная архитектура.
И программа, и база данных расположены на одном компьютере. В такой архитектуре работает большинство настольных приложений.
Файл - серверная архитектура.
База данных расположена на мощном выделенном компьютере (сервере), а персональные компьютеры подключены к нему по локальной сети. На этих компьютерах установлены клиентские программы, обращающиеся к базе данных по сети. Преимущество такой архитектуры заключается в возможности одновременной работы нескольких пользователей с одной базой данных.
Недостаток такого подхода - большие объемы информации, передаваемые по сети. Вся обработка выполняется на клиентских местах, где фактически формируется копия базы данных. Это приводится к ограничению максимально возможного числа пользователей и большим задержкам при работе с базой. Эти задержки вызываются тем, что на уровне конкретной таблицы одновременный доступ невозможен. Пока программа на одном из клиентских мест не закончит работу с таблицей (например, не выполнит модификацию записей), другие программы не могут обращаться к этой таблице. Это называется блокировкой на уровне таблицы и исключает возникновение путаницы в ее содержимом.
Клиент - серверная архитектура.
В такой архитектуре на сервере не только хранится БД, но и работает программа СУБД, обрабатывающая запросы пользователей и возвращающая им наборы записей. При этом программы пользователей уже не работают, например, с БД как набором физических фалов, а обращаются к СУБД, которая выполняет операции. Нагрузка с клиентских мест при этом снимается, так как большая часть работы происходит на сервере. СУБД автоматически следит за целостностью и сохранностью БД, а также контролирует доступ к информации с помощью службы паролей. Клиент - серверные СУБД допускают блоки на уровне записи и даже отдельного поля. Это означает, что с таблицей может работать любое число пользователей, но доступ к функции изменения конкретной записи или одного из ее полей обеспечен только одному из них.
Основной недостаток этой архитектуры не очень высокая надежность. Если сервер выходит из строя, вся работа останавливается.
Распределенная архитектура.
В сети работает несколько серверов, и таблицы баз данных распределены между ними для достижения повышенной эффективности. На каждом сервере функционирует своя копия СУБД. Кроме того, в подобной архитектуре обычно используются специальные программы, так называемые серверы приложений. Они позволяют оптимизировать обработку запросов большого числа пользователей и равномерно распределить нагрузку между компьютерами в сети.
Недостаток распределенной архитектуры заключается в довольно сложном и дорогостоящем процессе ее создания и сопровождения (администрирования), а также в высоких требованиях к серверам.
Интернет-архитектура.
Доступ к базе данных и СУБД (распространенных на одном компьютере или в сети) осуществляется из браузера по стандартному протоколу. Это предъявляет
минимальные требования к клиентскому оборудованию. Такие программы называют "тонкими клиентами", потому что они способны работать даже на слабых ПК, например, можно не организовывать локальную сеть, а обращаться к серверу через Интернет в локальной сети (в таком случае говорят о технологиях интранет). В этом случае не требуется разрабатывать специальные клиентские программы или придумывать собственные спецификации обмена данными между сервером и клиентскими местами. Достаточно использовать готовые браузеры и программные решения.
