Что относится к функциям систем управления базами данных
Системы управления базами данных¶
Система управления базами данных (СУБД) — совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных.
Основные функции СУБД¶
Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:
Классификации СУБД¶
По модели данных¶
Иерархические¶
Используется представление базы данных в виде древовидной (иерархической) структуры, состоящей из объектов (данных) различных уровней.
Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможна ситуация, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами (в программировании применительно к структуре данных дерево устоялось название братья).
Иерархической базой данных является файловая система, состоящая из корневого каталога, в котором имеется иерархия подкаталогов и файлов.
Примеры: Caché, Google App Engine Datastore API.
Сетевые¶
Сетевые базы данных подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.
Реляционные¶
Практически все разработчики современных приложений, предусматривающих связь с системами баз данных, ориентируются на реляционные СУБД. По оценке Gartner в 2013 году рынок реляционных СУБД составлял 26 млрд долларов с годовым приростом около 9%, а к 2018 году рынок реляционных СУБД достигнет 40 млрд долларов. В настоящее время абсолютными лидерами рынка СУБД являются компании Oracle, IBM и Microsoft, с общей совокупной долей рынка около 90%, поставляя такие системы как Oracle Database, IBM DB2 и Microsoft SQL Server.
Объектно-ориентированные¶
Управляют базами данных, в которых данные моделируются в виде объектов, их атрибутов, методов и классов.
Этот вид СУБД позволяет работать с объектами баз данных так же, как с объектами в программировании в объектно-ориентированных языках программирования. ООСУБД расширяет языки программирования, прозрачно вводя долговременные данные, управление параллелизмом, восстановление данных, ассоциированные запросы и другие возможности.
Объектно-реляционные¶
Этот тип СУБД позволяет через расширенные структуры баз данных и язык запросов использовать возможности объектно-ориентированного подхода: бъекты, классы и наследование.
Зачастую все те СУБД, которые называются реляционными, являются, по факту, объектно-реляционными.
В данном курсе мы будем, в первую очередь, гооврить об этом виде СУБД.
Примеры: PostgreSQL, DB2, Oracle, Microsoft SQL Server.
По степени распределённости¶
По способу доступа к БД¶
Файл-серверные¶
В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового сервера. Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость или невозможность централизованного управления; затруднённость или невозможность обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД; в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД.
На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей, а её использование в крупных информационных системах — недостатком.
Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro.
Клиент-серверные¶
Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно. Недостаток клиент-серверных СУБД состоит в повышенных требованиях к серверу. Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность.
Примеры: Oracle, Firebird, Interbase, IBM DB2, Informix, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server Enterprise, PostgreSQL, MySQL, Caché, ЛИНТЕР.
Встраиваемые¶
Встраиваемая СУБД — СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети. Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы (API).
Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, Firebird Embedded, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР.
Стратегии работы с внешней памятью¶
СУБД с непосредственной записью — это СУБД, в которых все измененные блоки данных незамедлительно записываются во внешнюю память при поступлении сигнала подтверждения любой транзакции. Такая стратегия используется только при высокой эффективности внешней памяти.
СУБД с отложенной записью — это СУБД, в которых изменения аккумулируются в буферах внешней памяти до наступления любого из следующих событий:
Такая стратегия позволяет избежать частого обмена с внешней памятью и значительно увеличить эффективность работы СУБД.
Классификация БД и СУБД
Основные функции СУБД
Более точно, к числу функций СУБД принято относить следующие:
1. Непосредственное управление данными во внешней памяти
2. Управление буферами оперативной памяти
3. Управление транзакциями
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 состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя. Обычно рассматриваются два возможных вида аппаратных сбоев: так называемые мягкие сбои, которые можно трактовать как внезапную остановку работы компьютера (например, аварийное выключение питания), и жесткие сбои, характеризуемые потерей информации на носителях внешней памяти. Примерами программных сбоев могут быть: аварийное завершение работы СУБД ( по причине ошибки в программе или в результате некоторого аппаратного сбоя) или аварийное завершение пользовательской программы, в результате чего некоторая транзакция остается незавершенной. Первую ситуацию можно рассматривать как особый вид мягкого аппаратного сбоя; при возникновении последней требуется ликвидировать последствия только одной транзакции.
5. Поддержка языков БД
Для работы с базами данных используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных. В ранних СУБД поддерживалось несколько специализированных по своим функциям языков. Чаще всего выделялись два языка
Функциональные возможности СУБД
По степени универсальности различают два класса СУБД :
Рынок программного обеспечения ПК располагает большим числом разнообразных по своим функциональным возможностям коммерческих систем СУБД общего назначения.
Производительность СУБД оценивается:
На производительность СУБД оказывают влияния 2 фактора:
Целостность данных подразумевает наличие средств, позволяющих удостовериться, что информация в БД всегда остаётся корректной и полной.
Хороший уровень безопасности в СУБД dBase IV, Access
Для сохранения информации используется двойной подход. Некоторые операции сохранения происходят в обход операционной системы
Он предусматривает назначение паролей для индивидуальных пользователей или групп пользователей и присвоение различных прав доступа отдельно таблицам, запросам, отчётам на уровне пользователя или группы.
Краткие итоги
BestProg
Функции систем управления базами данных (СУБД)
Содержание
Поиск на других ресурсах:
1. Какие основные функции СУБД?
К основным функциям, которые выполняются системами управления базами данных относятся:
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:
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:
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:
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:
При «мягком» сбое могут отсутствовать:
После мягкого сбоя СУБД выполняет следующие основные шаги:
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:
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:
Для современных реляционных баз данных стандартным языком использования есть язык SQL (Stuctured Query Language). Этот язык позволяет определять схему данных и манипулировать этими данными.
Системы управления базами данных
Система управления базами данных (СУБД) — совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных.
Основные функции СУБД
Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:
Классификации СУБД
По модели данных
Иерархические
Используется представление базы данных в виде древовидной (иерархической) структуры, состоящей из объектов (данных) различных уровней.
Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможна ситуация, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами (в программировании применительно к структуре данных дерево устоялось название братья).
Иерархической базой данных является файловая система, состоящая из корневого каталога, в котором имеется иерархия подкаталогов и файлов.
Примеры: Caché, Google App Engine Datastore API.
Сетевые
Сетевые базы данных подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.
Реляционные
Практически все разработчики современных приложений, предусматривающих связь с системами баз данных, ориентируются на реляционные СУБД. По оценке Gartner в 2013 году рынок реляционных СУБД составлял 26 млрд долларов с годовым приростом около 9%, а к 2018 году рынок реляционных СУБД достигнет 40 млрд долларов. В настоящее время абсолютными лидерами рынка СУБД являются компании Oracle, IBM и Microsoft, с общей совокупной долей рынка около 90%, поставляя такие системы как Oracle Database, IBM DB2 и Microsoft SQL Server.
Объектно-ориентированные
Управляют базами данных, в которых данные моделируются в виде объектов, их атрибутов, методов и классов.
Этот вид СУБД позволяет работать с объектами баз данных так же, как с объектами в программировании в объектно-ориентированных языках программирования. ООСУБД расширяет языки программирования, прозрачно вводя долговременные данные, управление параллелизмом, восстановление данных, ассоциированные запросы и другие возможности.
Объектно-реляционные
Этот тип СУБД позволяет через расширенные структуры баз данных и язык запросов использовать возможности объектно-ориентированного подхода: бъекты, классы и наследование.
Зачастую все те СУБД, которые называются реляционными, являются, по факту, объектно-реляционными.
В данном курсе мы будем, в первую очередь, гооврить об этом виде СУБД.
Примеры: PostgreSQL, DB2, Oracle, Microsoft SQL Server.
По степени распределённости
По способу доступа к БД
Файл-серверные
В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового сервера. Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость или невозможность централизованного управления; затруднённость или невозможность обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД; в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД.
На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей, а её использование в крупных информационных системах — недостатком.
Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro.
Клиент-серверные
Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно. Недостаток клиент-серверных СУБД состоит в повышенных требованиях к серверу. Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность.
Примеры: Oracle, Firebird, Interbase, IBM DB2, Informix, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server Enterprise, PostgreSQL, MySQL, Caché, ЛИНТЕР.
Встраиваемые
Встраиваемая СУБД — СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети. Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы (API).
Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, Firebird Embedded, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР.
Стратегии работы с внешней памятью
Такая стратегия позволяет избежать частого обмена с внешней памятью и значительно увеличить эффективность работы СУБД.
Функции системы управления базами данных
Основные функции системы управления базами данных. Комплекс программных и лингвистических средств общего или специального назначения. Условия принятой технологии обработки данных. Управление буферами оперативной памяти. Журнализация и её значение.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.01.2012 |
| Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение Московской области
Международный университет природы, общества и человека «Дубна»
Кафедра математики и прикладной информатики
по дисциплине: «Информационные технологии управления»
Тема: «Функции системы управления базами данных»
3 курса группы Д112/07
Проверил: ст. преподаватель
Содержание
Введение
Предприятие основано в 1915 году и до конца 30-х годов производило деревянные винты и лыжи для шасси самолетов первого поколения.
С началом Великой Отечественной войны на предприятии было развернуто массовое производство и ремонт металлических винтов изменяемого шага для истребителей ОКБ Яковлева, Лавочкина, Микояна. За достигнутые трудовые успехи в период военных действий коллективу завода в июне 1943 года 4 раза вручается Красное знамя Государственного комитета обороны, а в 1945 году он награждается орденом Красной Звезды.
ОАО «ММЗ «Рассвет» в сложные для авиационной промышленности 90-е годы ОАО сохранил уникальные производственные мощности и кадровый и технический потенциал. В настоящее время предприятие является изготовителем гидравлических устройств широкого спектра для летательных аппаратов различного назначения. Среди них гидравлические и электрогидравлические приводы поступательного и вращательного действия, планетарные гидромоторы, электрогидравлические усилители и клапаны, системы дистанционного управления полетом и механизацией крыла самолетов Ту-204, Ту-214 (и варианты), Ил-76, Ил-78, Ту-154М, Ил-86, Ил-96-300 (и варианты), Ан-70, Ан-148, Ан-124, Ан-225, Ан-148, Ту-22М, Ан-70, Бе-200, М-101Т «Сокол», Як-42, Ту-95МС, Ту-142, Ту-160, Су-27, Су-34, автономные рулевые системы.
Наряду с серийным изготовлением проводится ремонт перечисленных изделий, их гарантийное и послегарантийное обслуживание, выпускаются запасные части.
Основной целью написания курсовой работы является изучение функций системы управления базами данных, а также решение практической части, состоящей из трех заданий.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
а) закрепить, углубить и расширить теоретические знания в области СУБД;
б) изучить основные функции СУБД;
в) овладеть более расширенными навыками в программе Excel;
г) выработать умения формулировать выводы, а также логически последовательно и доказательно их излагать;
д) выработать умение публичной защиты;
Объектом исследования данной курсовой работы является система управления базами данных.
Предметом исследования является: функции системы управления базами данных.
Теоретическая часть
1. Функции СУБД
1.1 Общее понятие СУБД
СУБД характеризуется используемой моделью, средствами администрирования и разработки прикладных процессов.
СУБД обеспечивает:
— описание и сжатие данных;
— манипулирование данными;
— физическое размещение и сортировку записей;
— защиту от сбоев, поддержку целостности данных и их восстановление;
— работу с транзакциями и файлами;
— безопасность данных.
СУБД определяет модель представления данных.
История баз данных в узком аспекте рассматривает базы данных в традиционном (современном) понимании. Эта история начинается в с 1955 г., когда появилось программируемое оборудование обработки записей. Программное обеспечение этого времени поддерживало модель обработки записей на основе файлов. Для хранения данных использовались перфокарты.
Оперативные сетевые базы данных появились в середине 1960-х. Операции над оперативными базами данных обрабатывались в интерактивном режиме с помощью терминалов. Простые индексно-последовательные организации записей быстро развились к более мощной модели записей, ориентированной на наборы. За руководство работой DBTG (Data Base Task Group), разработавшей стандартный язык определения данных и манипулирования данными, Чарльз Бахман получил Тьюринговскую премию.
В это же время в сообществе баз данных COBOL была проработана концепция схем баз данных и концепция независимости данных.
Следующий важный этап связан с появлением в начале 1970-х реляционной модели данных, благодаря работам Эдгара Ф. Кодда. Работы Кодда открыли путь к тесной связи прикладной технологии баз данных с математикой и логикой. За свой вклад в теорию и практику Эдгар Ф. Кодд также получил премию Тьюринга.
Сам термин database (база данных) появился в начале 1960-х гг., и был введён в употребление на симпозиумах, организованных фирмой SDC (System Development Corporation) в 1964 и 1965 гг.
1.3 Основные функции системы управления базами данных
Более точно, к числу функций СУБД принято относить следующие:
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.
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.
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.
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).
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.
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 состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя. Обычно рассматриваются два возможных вида аппаратных сбоев: так называемые мягкие сбои, которые можно трактовать как внезапную остановку работы компьютера (например, аварийное выключение питания), и жесткие сбои, характеризуемые потерей информации на носителях внешней памяти. Примерами программных сбоев могут быть: аварийное завершение работы СУБД (по причине ошибки в программе или в результате некоторого аппаратного сбоя) или аварийное завершение пользовательской программы, в результате чего некоторая транзакция остается незавершенной. Первую ситуацию можно рассматривать как особый вид мягкого аппаратного сбоя; при возникновении последней требуется ликвидировать последствия только одной транзакции.
Понятно, что в любом случае для восстановления БД нужно располагать некоторой дополнительной информацией. Другими словами, поддержание надежности хранения данных в БД требует избыточности хранения данных, причем та часть данных, которая используется для восстановления, должна храниться особо надежно. Наиболее распространенным методом поддержания такой избыточной информации является ведение журнала изменений БД.
При мягком сбое во внешней памяти основной части БД могут находиться объекты, модифицированные транзакциями, не закончившимися к моменту сбоя, и могут отсутствовать объекты, модифицированные транзакциями, которые к моменту сбоя успешно завершились (по причине использования буферов оперативной памяти, содержимое которых при мягком сбое пропадает). При соблюдении протокола WAL во внешней памяти журнала должны гарантированно находиться записи, относящиеся к операциям модификации обоих видов объектов. Целью процесса восстановления после мягкого сбоя является состояние внешней памяти основной части БД, которое возникло бы при фиксации во внешней памяти изменений всех завершившихся транзакций и которое не содержало бы никаких следов незаконченных транзакций. Для того, чтобы этого добиться, сначала производят откат незавершенных транзакций (undo), а потом повторно воспроизводят (redo) те операции завершенных транзакций, результаты которых не отображены во внешней памяти. Этот процесс содержит много тонкостей, связанных с общей организацией управления буферами и журналом.
Поддержка языков БД.
В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный 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 настоящее время реляционных СУБД является язык SQL (Structured Query Language).
Язык SQL содержит специальные средства определения ограничений целостности БД. Опять же, ограничения целостности хранятся в специальных таблицах-каталогах, и обеспечение контроля целостности БД производится на языковом уровне, т.е. при компиляции операторов модификации БД компилятор SQL на основании имеющихся в БД ограничений целостности генерирует соответствующий программный код.
Специальные операторы языка SQL позволяют определять так называемые представления БД, фактически являющиеся хранимыми в БД запросами (результатом любого запроса к реляционной БД является таблица) с именованными столбцами. Для пользователя представление является такой же таблицей, как любая базовая таблица, хранимая в БД, но с помощью представлений можно ограничить или наоборот расширить видимость БД для конкретного пользователя. Поддержание представлений производится также на языковом уровне.
Наконец, авторизация доступа к объектам БД производится также на основе специального набора операторов SQL. Идея состоит в том, что для выполнения операторов SQL разного вида пользователь должен обладать различными полномочиями. Пользователь, создавший таблицу БД, обладает полным набором полномочий для работы с этой таблицей. В число этих полномочий входит полномочие на передачу всех или части полномочий другим пользователям, включая полномочие на передачу полномочий. Полномочия пользователей описываются в специальных таблицах-каталогах, контроль полномочий поддерживается на языковом уровне.