Система управления базами данных — это программа. с помощью которой информация в базу вводится, просматривается, сортиркется, фильтруется, разыскивается, экспортируется (переводится в форматы других СУБД) или, наоборот, импортируется.Они обычно ориентируются на один из типов структур данных: «деревья» (иерархические СУБД), сети (сетевые СУБД), отношение (реляционные СУБД).
Специальным образом организованная и хранящаяся во внешней памяти компьютера взаимосвязанная информация (данные) об объектах называется базой данных (БД). Система программ, позволяющая создавать БД, обновлять хранимую в ней информацию, обеспечивающая удобный доступ к ней с целью просмотра и поиска, называется системой управления базами данных (СУБД). Современная СУБД должна также обеспечивать возможность работы с БД в глобальных и локальных сетях. Широко используются такие базы данных:
• информационные системы по продаже и резервированию авиа- и железнодорожных билетов;
• заменяющие привычный библиотечный каталог;
Системы управления базами данных (СУБД). Функции и классификация СУБД
• электронные энциклопедии со сведениями, например, о музыкальных инструментах, шедеврах Эрмитажа или кулинарных рецептах, химических элементах и соединениях, сотрудниках какого-либо учреждения.
Устройства внешней памяти, предназначенные для хранения БД, должны иметь высокую информационную емкость и малое время доступа к хранимой информации.
В работе с СУБД возможны следующие режимы: создание, редактирование, поиск, манипулирование. Под манипулированием понимаются такие действия с БД, как с целым: просмотр; копирование файлов, например на бумажный носитель; сортировка данных по заданному признаку и т. д. Для работы с базой данных СУБД должна обеспечивать:
• возможность внесения и чтения информации;
• работу с большим объемом данных;
• быстроту поиска данных;
• целостность данных (их непротиворечивость);
• защиту от разрушения, уничтожения (не только при случайных ошибках пользователя), от несанкционированного доступа;
• систему дружественных подсказок (в расчете на пользователя без специальной подготовки).
Совокупность БД и программы СУБД образуют информационно-поисковую систему, называемую банком данных. СУБД, как инструмент для хранения и удобного быстрого доступа к необходимой человеку информации, реализуют одно из основных назначений компьютеров, поэтому перспективы развития и применения СУБД весьма широки, особенно в связи с распространением компьютерных телекоммуникаций
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
Функции субд. Типовая организация субд. Примеры
Как было показано в первой лекции, традиционных возможностей файловых систем оказывается недостаточно для построения даже простых информационных систем. Мы выявили несколько потребностей, которые не покрываются возможностями систем управления файлами: поддержание логически согласованного набора файлов; обеспечение языка манипулирования данными; восстановление информации после разного рода сбоев; реально параллельная работа нескольких пользователей. Можно считать, что если прикладная информационная система опирается на некоторую систему управления данными, обладающую этими свойствами, то эта система управления данными является системой управления базами данных (СУБД).
Что такое базы данных? ДЛЯ НОВИЧКОВ / Про IT / Geekbrains
2.1. Основные функции субд
Более точно, к числу функций СУБД принято относить следующие:
2.1.1. 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 убыстрения 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. Но подчеркнем, что в развитых СУБД пользователи в любом случае не обязаны знать, использует ли СУБД файловую систему, и если использует, то как организованы файлы. В частности, СУБД поддерживает собственную систему именования объектов БД.
2.1.2. Управление буферами оперативной памяти
СУБД обычно работают с БД значительного размера; по крайней мере этот размер обычно существенно больше доступного объема оперативной памяти. Понятно, что если при обращении к любому элементу данных будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройства внешней памяти. Практически единственным способом реального увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти. При этом, даже если операционная система производит общесистемную буферизацию (как в случае ОС UNIX), этого недостаточно для целей СУБД, которая располагает гораздо большей информацией о полезности буферизации той или иной части БД. Поэтому в развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов.
Заметим, что существует отдельное направление СУБД, которое ориентировано на постоянное присутствие в оперативной памяти всей БД. Это направление основывается на предположении, что в будущем объем оперативной памяти компьютеров будет настолько велик, что позволит не беспокоиться о буферизации. Пока эти работы находятся в стадии исследований.
2.1.3. 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 транзакции необходимо для поддержания логической целостности БД.
Если вспомнить наш пример информационной системы с файлами СОТРУДНИКИ и ОТДЕЛЫ, то единственным способом не нарушить целостность БД при выполнении операции приема на работу нового сотрудника является объединение элементарных операций над файлами СОТРУДНИКИ и ОТДЕЛЫ в одну транзакцию. Таким образом, поддержание механизма транзакций является обязательным условием даже однопользовательских СУБД (если, конечно, такая система заслуживает названия СУБД). Но понятие транзакции гораздо более важно в многопользовательских СУБД.
То свойство, что каждая транзакция начинается при целостном состоянии БД и оставляет это состояние целостным после своего завершения, делает очень удобным использование понятия транзакции как единицы активности пользователя по отношению к БД. При соответствующем управлении параллельно выполняющимися транзакциями со стороны СУБД каждый из пользователей может в принципе ощущать себя единственным пользователем СУБД (на самом деле, это несколько идеализированное представление, поскольку в некоторых случаях пользователи многопользовательских СУБД могут ощутить присутствие своих коллег).
С управлением транзакциями в многопользовательской СУБД связаны важные понятия сериализации транзакцийисериального плана выполнения смеси транзакций. Под сериализаций параллельно выполняющихся транзакций понимается такой порядок планирования их работы, при котором суммарный эффект смеси транзакций эквивалентен эффекту их некоторого последовательного выполнения. Сериальный план выполнения смеси транзакций — это такой план, который приводит к сериализации транзакций. Понятно, что если удается добиться действительно сериального выполнения смеси транзакций, то для каждого пользователя, по инициативе которого образована транзакция, присутствие других транзакций будет незаметно (если не считать некоторого замедления работы по сравнению с однопользовательским режимом).
Существует несколько базовых алгоритмов сериализации транзакций. В централизованных СУБД наиболее распространены алгоритмы, основанные на синхронизационных захватах объектов БД. 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 выполнить откат (ликвидировать все изменения, произведенные в БД) одной или более транзакций. Это один из случаев, когда пользователь многопользовательской СУБД может реально (и достаточно неприятно) ощутить присутствие в системе транзакций других пользователей.
Источник: studfile.net
Функции систем управления базами данных (СУБД)
К основным функциям, которые выполняются системами управления базами данных относятся:
- непосредственное управление данными во внешней памяти;
- управление буферами оперативной памяти;
- управление транзакциями;
- ведение журнала или протокола выполненных операций в базе данных;
- поддержка языков баз данных.
2. Что означает непосредственное управление данными во внешней памяти?
Как известно, для сохранности данных и работы с ними, в базе данных нужно иметь в наличии постоянные запоминающие устройства (носители информации), например магнитные диски (жесткие диски).
Носители информации нужны в двух случаях:
- для сохранения непосредственных данных самой базе данных;
- для служебных целей. Например, для обеспечения быстрого доступа к данным с помощью индексов.
Как правило, система управления базами данных использует собственный механизм работы с устройствами внешней памяти (внешними запоминающими устройствами). Для любой СУБД важна работа с файловой системой некоторого устройства внешней памяти. Пользователь не должен задумываться над особенностями работы СУБД на нижнем уровне.
Для обеспечения непосредственного управления данными во внешней памяти современные СУБД:
- имеют собственную систему наименования объектов;
- могут использовать возможности существующих файловых систем (запоминающих устройств);
- могут использовать низкоуровневые операции при работе с внешними запоминающими устройствами.
3. Что означает управление буфером оперативной памяти?
Одной из важных характеристик системы управление базами данных есть скорость обработки информации в базе данных. Скорость обработки информации существенно зависит от размера базы данных.
Чтобы повысить скорость взаимодействия пользователя с базой данных, используется так называемая буферизация данных в оперативной памяти. Для этого в оперативной памяти создается буфер (кеш) с данными, которые на данный момент используются. И обмен информацией осуществляется через этот буфер. Поскольку, скорость чтения из оперативной памяти значительно выше скорости чтения из внешних запоминающих устройств, то таким образом обеспечивается ускорение работы с базой данных.
4. Что называется транзакцией? В чем состоит суть управления транзакциями?
При работе с любой базой данных выполняется бесконечная последовательность операций. Если последовательность операций объединена в единое целое (с точки зрения СУБД), то эта последовательность называется транзакцией.
В этом случае важно успешное выполнение транзакции. Если транзакция выполняется успешно, то система управления базами данных фиксирует все изменения данных с помощью инструкции COMMIT. Изменения заносятся во внешнюю память.
Если хотя бы одна из операций транзакции заканчивается неудачно, то транзакция считается невыполненной. В этом случае происходит откат транзакции (ROLLBACK). При откате транзакции база данных возвращается в состояние, которое было до начала выполнения транзакции.
5. Для чего нужно управление транзакциями в базе данных?
Поддержка транзакций есть важным условием для логической целостности базы данных. Это касается как однопользовательских так и многопользовательских СУБД.
Задача механизма транзакций – повлиять на пользователя таким образом, чтобы он ощущал себя единым пользователем СУБД. Даже в случае, если с СУБД параллельно работает большое количество пользователей. Фактически, транзакция есть единицей активности пользователя по отношению к базе данных.
6. Что такое сериализация и серийный план транзакций?
Сериализация транзакций необходима при параллельном выполнении транзакций. Она используется в многопользовательских базах данных. Сериализация транзакций это: планирование работы параллельных транзакций таким образом, чтобы при параллельном обращении эти транзакции выполнялись последовательно одна за другой.
Для обеспечения сериализации транзакций строится некий серийный план транзакций. В идеальном случае, при хорошем серийном плане транзакций, пользователь не ощутит присутствие других транзакций в базе данных. Возможно только небольшое замедление работы базы данных.
Рис. 1. Пример сериализации транзакций в случае трех пользователей
7. Что происходит, если две транзакции хотят иметь доступ к одному и тому же объекту базы данных?
Такая ситуация есть конфликтной и может возникнуть в многопользовательской базе данных. В этом случае происходит откат (ROLLBACK) одной из транзакций. Это необходимо для обеспечения сериализации в базе данных.
8. Что такое журнализация или ведение протокола в базе данных?
Журнализация или ведение протокола выполненных команд необходима для восстановления последнего согласованного состояния базы данных после аппаратного или программного сбоя.
Журнализация необходима для обеспечения надежности сохранения данных во внешней памяти (на носителях информации).
Аппаратные сбои возникают вследствие:
- мгновенной остановки компьютера (например, отключение питание, «зависание» операционной системы). Такой аппаратный сбой еще называют «мягкий» сбой;
- потерей информации на носителях внешней памяти. Такой вид сбоя называется «жесткий сбой».
Программные сбои – это, как правило, ошибки в самых программах. Программные сбои могут возникать как в пользовательских программах, так и в самой СУБД.
Журнализация служит дополнительной информацией, которая облегчает восстановление информации в базе данных. В базе данных ведется журнал изменений.
9. Какие требования к сохранению журнала изменений базы данных?
Журнал изменений в базе данных ведется особенно надежно. Журнал изменений есть недоступен для пользователей СУБД. Часто ведутся две копии журнала изменений, которые размещаются на разных носителях.
10. Что такое стратегия «упреждающей» записи при ведении журнала изменений?
Стратегия упреждающей записи (Write Ahead Log – WAL) есть своеобразным протоколом, который работает по следующему принципу: прежде чем изменить объект базы данных, предварительно в журнале надо сформировать запись об изменении данного объекта.
Если придерживаться этой стратегии, то после любого сбоя можно восстановить базу данных с помощью журнала, поскольку запись об изменениях в БД будет сформирована до начала изменения объекта.
11. Что такое локальный журнал транзакций? Какое отличие локального журнала транзакций от общесистемного?
Локальный журнал транзакций отображает операции модификации базы данных, выполненных в данной (конкретной) транзакции. Ведение такого журнала есть простейшим случаем для восстановления БД в случае сбоев. Чтобы восстановить БД после сбоя достаточно осуществить откат транзакции путем выполнения операций транзакции в обратном порядке (с начала до конца), которые записаны в локальном журнале.
Ведение локального журнала транзакций поддерживается в некоторых СУБД.
Общесистемный журнал отличается от локального журнала транзакций тем, что в нем описываются операции, выполненные всеми транзакциями, а не только конкретной транзакцией. В общесистемном журнале записи, которые отвечают одной транзакции, связаны между собою с помощью списка. При возникновении сбоя, происходит восстановление всех операций заданной транзакции в обратном порядке (от конца к началу).
12. Какие основные шаги выполняются СУБД для восстановления базы данных при «мягком» сбое?
«Мягкий сбой» – это случай, когда произошла мгновенная остановка работы компьютера. Примеры «мягких» сбоев:
- отключение питания компьютера (аппаратный сбой);
- «зависание» операционной системы;
- ошибки программирования программ, которые взаимодействуют с базой данных.
При «мягком» сбое могут отсутствовать:
- объекты, которые были модифицированы транзакциями, но эти транзакции еще не завершились на момент сбоя (измененные объекты незавершенных транзакций);
- объекты, которые на момент сбоя размещались в буфере оперативной памяти и которые были модифицированы завершенными транзакциями. Но эти объекты, в результате сбоя, еще не успели сохраниться на внешних носителях, и все равно исчезли бесследно. Как известно, информация из оперативной памяти при выключении питания исчезает бесследно.
После мягкого сбоя СУБД выполняет следующие основные шаги:
- откат незавершенных транзакций;
- воссоздаются операции завершенных транзакций, которые еще не успели зафиксироваться во внешней памяти (исчезли бесследно из буфера оперативной памяти).
13. Какие основные шаги выполняются при «жестком» сбое для восстановления базы данных?
Жесткий сбой характеризуется потерей информации на носителях внешней памяти.
В этом случае, для восстановления базы данных используют:
- журнал операций;
- архивную копию базы данных. Архивная копия базы данных – это полная копия базы данных, которая была сделана на некоторый момент ведения журнала. Если удачно создается архивная копия базы данных, то на данный момент, предшествующие операции в журнале фиксируются и новый учет в журнале начинается из этой позиции.
Важным здесь есть наличие самого журнала.
14. Что такое избыточность данных в базе данных?
Избыточность данных в базе данных – это когда кроме самих данных в базе данных сохраняется еще и другая необходимая информация. Эта информация используется системой управления базами данных.
Например. Для обеспечения надежности в базе данных, ведется журнал изменений базы данных. Для сохранности самого журнала нужно также место на внешних носителях. Таким образом, база данных, кроме самых данных сохраняет еще и другую информацию (журнал, связи между таблицами, индексирование и т.п.). Это и есть избыточность данных.
15. Что собою представляет функция поддержки языков баз данных?
Любая СУБД должна поддерживать языки баз данных. Это означает, что для работы с данными в базе данных, должны использоваться специальные языки. Эти языки называются языками баз данных (например, SQL, MDX, SPARQL, FoxPro, PL/Perl и т.д.).
Для современных баз данных в основном выделяются два языка:
- язык определения схем данных (Schema Definition Language, SDL). Этот язык используется для определения логической структуры базы данных;
- язык манипулирования данными (Data Manipulation Language, DML). Такой язык содержит набор операторов манипулирования данными (добавление, удаление и изменение данных) и выборки данных из базы данных.
Для современных реляционных баз данных стандартным языком использования есть язык SQL (Stuctured Query Language). Этот язык позволяет определять схему данных и манипулировать этими данными.
Связанные темы
- Общие сведения о базах данных. История развития систем управления базами данных
- Базовые понятия реляционной модели данных
- Реляционные базы данных. Понятие ключа. Виды ключей. Отношения. Главная и подчиненная таблицы
- Понятие системы баз данных. Схема базы данных. Данные. Аппаратное и программное обеспечение. Пользователи баз данных
Источник: www.bestprog.net