Архитектуры баз данных

2.4. Архитектуры баз данных.

Для рассмотрения способов организации баз данных нужно определить несколько понятий.

Ядро БД отвечает за управление данными во внешней памяти, управление буферами оперативной памяти, управление транзакциями и журнализацию. Соответственно, можно выделить такие компоненты ядра (по крайней мере, логически, хотя в некоторых системах эти компоненты выделяются явно), как менеджер данных, менеджер буферов, менеджер транзакций. Ядро БД обладает собственным интерфейсом, не доступным пользователям напрямую и используемым в программах. Ядро БД является основной резидентной частью СУБД. При использовании архитектуры "клиент-сервер" ядро является основной составляющей серверной части системы.

Основной функцией компилятора языка БД является компиляция операторов языка БД в некоторую выполняемую программу.

В отдельные утилиты БД обычно выделяют такие процедуры, которые слишком накладно выполнять с использованием языка БД, например, загрузка и выгрузка БД, сбор статистики, глобальная проверка целостности БД и т.д. Утилиты программируются с использованием интерфейса ядра БД, а иногда даже с проникновением внутрь ядра.

Общий состав средств, необходимых для работы готового приложения с БД, показан на рис.2.1. Согласно этой общей схеме, мы имеем цепочку

Приложение —> Ядро БД —> базы данных. В структуре приложения имеется цепочка Невизуальные компоненты —> Визуальные компоненты. Невизуальные компоненты предоставляют программисту некоторые функции по управлению ядром базы данных, а также самими данными. С помощью Визуальных компонент данные отображаются на экране (таблицы, списки, выпадающие списки, графики и др.). Местоположение ядра БД и самих баз данных в этой цепочке не отражены.

Местоположение Ядра БД и баз данных зависит от используемой архитектуры. Имеется три разновидности архитектур баз данных:

• локальные базы данных и архитектура "файл-сервер";

• архитектура "клиент-сервер";

• многозвенная (трехзвенная N-tier или multi-tier) архитектура.

Использование той или иной архитектуры накладывает сильный отпечаток на общую идеологию работы приложения, на программный код в приложении, на состав компонентов для работы с БД, используемых в приложении (прежде всего это касается невизуальных компонентов).[4, 15].

При работе с локальными базами данных сами БД расположены на том же компьютере, что и приложения, осуществляющие доступ к ним. Работа с БД происходит в однопользовательском режиме. Ядро БД распложено на компьютере пользователя. Приложение ответственно за поддержание целостности БД и за выполнение запросов к БД. Общая схема однопользовательской архитектуры показана на рис.2.2.

При работе в архитектуре "файл-сервер" БД и приложение расположены на файловом сервере сети (например, Novell NetWare). Возможна много­пользовательская работа с одной и той же БД, когда каждый пользователь со своего компьютера запускает приложение, расположенное на сетевом сервере.

Тогда на компьютере пользователя запускается копия приложения. По каждому запросу к БД из приложения, данные из таблиц БД перегоняются на компьютер пользователя, независимо от того, сколько реально нужно данных для выполнения запроса. После этого выполняется запрос.

Каждый пользователь имеет на своем компьютере локальную копию данных, время от времени обновляемых из реальной БД, расположенной на сетевом сервере. При этом изменения, которые каждый пользователь вносит в БД, могут быть до определенного момента неизвестны другим пользователям, что делает актуальной задачу систематического обновления данных на компьютере пользователя из реальной БД. Другой актуальной задачей является блокирование записей, которые изменяются одним из пользователей: это необходимо для того, чтобы в это время другой пользователь не внес изменений в те же данные. В архитектуре "файл-сервер" вся тяжесть выполнения запросов к БД, управления целостностью БД ложится на приложение пользователя. БД на сервере является пассивным источником данных. Общая схема архитектуры "файл-сервер" показана на рис. 2.1.

Кардинальных различий с точки зрения архитектуры между одно­пользовательской архитектурой и архитектурой "файл-сервер" нет. И в том и в ином случае в качестве СУБД применяются так называемые "персональные" (или "локальные") СУБД такие как Paradox, dBase и пр. Сама база данных в этом случае представляет собой набор таблиц, индексных файлов, файлов полей комментариев (мемо-полей) и пр., хранящихся в одном каталоге на диске в виде отдельных файлов.[4].

Архитектура "файл-сервер" неэффективна, по крайней мере, в двух отношениях:

При выполнении запроса к базе данных, расположенной на файловом сервере, в действительности происходит запрос к локальной копии данных на компьютере пользователя. Поэтому перед выполнением запроса данные в локальной копии обновляются из реальной БД. Данные обновляются в полном объеме. Так, если таблица БД состоит из 1000 записей, а для выполнения запроса (например, выдать сумму премий за октябрь в отделе Y) реально нужно 10 записей, все равно перегоняются все 1000 записей. Таким образом, не нужно иметь слишком много пользователей и запросов от них, чтобы серьезно ''забить" сеть, что, конечно же, не может не сказаться на ее быстродействии.

Обеспечение целостности БД производится из приложений. Это потенциальный источник ошибок, нарушающих физическую и логическую целостность БД, поскольку различные приложения могут производить контроль целостности БД по-разному, взаимоисключающими способами, или не проводить такого контроля вовсе. Намного эффективнее управлять БД из единого места и по единым законам, нежели из разных приложений и по потенциально разным законам (все зависит от того, как написано приложение). Поэтому безопасность при работе в архитектуре "файл-сервер" невысока и всегда присутствует элемент неопределенности. Секретность и конфиденциальность при работе с БД в архитектуре "файл-сервер" обеспечить также тяжело - любой, кто имеет доступ в каталог сетевого сервера, где хранится БД, может изменять таблицы БД любым образом, копировать их, заменять и т.д. [4].

Архитектура "клиент-сервер" разделяет функции приложения пользователя (называемого клиентом) и сервера.

Приложение-клиент формирует запрос к серверу, на котором расположена БД, на структурном языке запросов SQL. Удаленный сервер принимает запрос и переадресует его SQL-серверу БД. SQL-сервер – это специальная программа, управляющая удаленной базой данных. SQL-сервер обеспечивает интерпретацию запроса, его выполнение в базе данных, формирование результата выполнения запроса и выдачу его приложению-клиенту. При этом ресурсы клиентского компьютера не участвуют в физическом выполнении запроса; клиентский компьютер лишь отсылает запрос к серверной БД и получает результат, после чего интерпретирует его необходимым образом и представляет пользователю. Так как клиентскому приложению посылается результат выполнения запроса, по сети "путешествуют" только те данные, которые необходимы клиенту. В итоге снижается нагрузка на сеть. Поскольку выполнение запроса происходит там же, где хранятся данные (на сервере), нет необходимости в пересылке больших пакетов данных. Кроме того, SQL-сервер, если это возможно, оптимизирует полученный запрос таким образом, чтобы он был выполнен в минимальное время с наименьшими накладными расходами.

Все это повышает быстродействие системы и снижает время ожидания результата запроса.

При выполнении запросов сервером существенно повышается степень безопасности данных, поскольку правила целостности данных определяются в базе данных на сервере и являются едиными для всех приложений, исполь­зующих эту БД. Таким образом, исключается возможность определения противоречивых правил поддержания целостности. Мощный аппарат транзакций, поддерживаемый SQL-серверами, позволяет исключить одновременное изменение одних и тех же данных различными пользователями и предоставляет возможность откатов к первоначальным значениям при внесении в БД изменений, закончившихся аварийно. Таким образом, функциями приложения-клиента являются:

посылка к серверу запросов;

интерпретация результатов запросов, полученных от сервера, и представление их пользователю в требуемой форме;

реализация интерфейса пользователя.

SQL-сервер - это программа, расположенная на компьютере сетевого сервера. SQL-сервер должен быть загружен на момент принятия запроса от клиента. Функциями сервера БД являются:

прием запросов от приложений-клиентов, интерпретация запросов, выполнение запросов в БД, отправка результата выполнения запроса приложению-клиенту;

управление целостностью БД, обеспечение системы безопасности, блокировка неверных действий приложений-клиентов;

хранение бизнес-правил, часто используемых запросов в уже интерпретированном виде;

обеспечение одновременно безопасной и отказоустойчивой многопользовательской работы с одними и теми же данными. В архитектуре "клиент-сервер" используются так называемые "удаленные" (или "промышленные") СУБД. Промышленными они называются из-за того. что именно СУБД этого класса могут обеспечить работу информационных систем масштаба среднего и крупного предприятия, организации, банка. Локальные СУБД предназначены для однопользовательской работы или для обеспечения работы информационных систем, рассчитанных на небольшие группы пользователей.[4, 15, 11].

К разрядку промышленных СУБД принадлежат: Oracle, Gupta, Informix, Sybase, MS SQL Server, DB2, InterBase и ряд других.

Как правило, SQL-сервер управляется отдельным сотрудником или группой сотрудников (администраторы SQL-сервера). Они управляют физическими характеристиками баз данных, производят оптимизацию, настройку и переопределение различных компонентов БД, создают новые БД, изменяют существующие и т.д., а также выдают привилегии (разрешения на доступ определенного уровня к конкретным БД, SQL-серверу) различным пользователям.

Кроме этого, существует отдельная категория сотрудников, называемых администраторами баз данных. Как правило, это администраторы сервера, разработчики БД или пользователи, имеющие привилегии на создание, изменение, настройку оптимальных параметров отдельных серверных БД. Администраторы БД также отвечают за предоставление прав на разно­уровневый доступ к сопровождаемым ими БД для других пользователей.[4, 15, 11].

Использование архитектуры "клиент-сервер":

резко уменьшает сетевой трафик:

понижает сложность приложений-клиентов (поскольку тем уже нет необходимости обеспечивать целостность и безопасность БД и следить за параметрами многопользовательской работы с БД);

понижает требования к аппаратным средствам, на которых эти приложения функционируют (т.е. к компьютерам пользователей-клиентов):

повышает надежность БД, ее целостность, безопасность и секретность.

2.5. Проблемы проектирования БД.

Объединение программного обеспечения СУБД, прикладного программного обеспечения, реализованной базы данных, операционной системы (ОС) и аппаратных средств в одну систему для информационного обслуживания пользователей известно под названием система баз данных. Хотя технология применения СУБД, ОС и прикладных программ, хорошо известна, необходимо уделить внимание эффективному использованию этих средств с различными структурами баз данных. Так, главная проблема, стоящая перед администратором БД, заключается не в том, как использовать ее наиболее эффективно. Эта проблема может быть сформулирована в виде нескольких вопросов, возникающих в течение жизненного цикла приложения:

1. Что представляют собой требования пользователей и в какой форме они могут быть выражены?

2. Как эти требования могут быть преобразованы в эффективную структуру базы данных?

3. Как часто и каким образом структура базы данных должна перестраиваться в соответствии с новыми и/или изменяющимися требованиями?

Процесс разработки структуры базы данных в соответствии с требованиями пользователей называется проектированием базы данных.

Достижение приемлемого для всех пользователей уровня эксплуатационных характеристик базы данных является сложной задачей. Проектировщик БД должен постоянно помнить о стоимости различных услуг, предоставляемых пользователем одной или нескольких интегрированных БД. Ожидаемая экономия памяти и широкое использование базы данных в деятельности организации должна сопровождаться критическим анализом потенциального снижения качества обслуживания некоторых пользователей. Этой не­возможности необходимо избегать. Целью должно быть - приемлемые эксплуатационные характеристики для всех пользователей.

Другим аспектом функционирования БД является ее гибкость. БД, тесно привязанные к текущим приложениям, могут иметь слишком ограниченную сферу применения в других подобных организациях. Быстрое изменение требований и введение новых типов элементов данных могут иметь следствием повышение стоимости сопровождения программ, разложение временных файлов и сортировок, а также снижение производительности системы.

Похожие работы

Экономическое состояние предприятия

Скачать

126143

10

4

... предприятия Финансовая деятельность предприятия – деятельность, приводящая к изменениям размера и состава собственного и заемного капитала предприятия (П(С)БУ4). Финансовое состояние предприятия – это сложная экономическая категория, отражающая на определенный момент состояние капитала в процессе его кругооборота и способность субъекта хозяйствования к саморазвитию. В процессе операционной, ...

Организация производственной системы предприятия на примере ЗАО "Колос"

Скачать

59400

4

0

... систем: мягкая донаучная производственная система (военно-анархическая система); жесткая научная производственная система (фордизм); мягкая научная система, основанная на гибких производственных технологиях.   2. Организация производственной системы в ЗАО «Колос»   2.1 Организационно–экономическая характеристика деятельности ЗАО «Колос»   Объектом исследования работы является Закрытое ...

Состояние и пути совершенствования учета затрат продукции промышленных производств

Скачать

122453

10

0

... рекомендациями по планированию, учету и калькулированию себестоимости продукции в сельском хозяйстве». 3. СОСТОЯНИЕ И ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УЧЕТА ЗАТРАТ И ИСЧИСЛЕНИЯ СЕБЕСТОИМОСТИ ПРОДУКЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОИЗВОД СТВ.   3.1. Организация первичного и сводного учета затрат и выхода продукции промышленных производств. Система документации является обязательной в нашей стране. Это требование ...

Экономическая история

Скачать

186526

5

0

... – в постиндустриальном. В современной общественно-экономической литературе история рассматривается на этапах первобытной эпохи, рабовладельческого общества, средневековья, индустриального и постиндустриального общества. Экономической истории зарубежных стран посвящены многочисленные работы, среди которых одни носят обобщающий характер и рассматривают развитие какой-либо отрасли хозяйства в ...