Системы управления базами данных

Назначение СУБД

СУБД выполняет функцию управляющей программы по отношению к данным базы данных, поддерживает пользовательский и программный интерфейсы, расширяя функции файловой системы.

В состав СУБД включены:

• • ядро СУБД — набор программных модулей, обеспечивающих работоспособность комплекса;
• • инструментальные средства и сервисные программы (утилиты), используемые для обслуживания базы данных, создания прикладных программ (приложений);
• • различного вида интерфейсы (программный — для взаимодействия с базой данных прикладных программ, пользовательский — для взаимодействия с базой данных конечных пользователей);
• • документация по СУБД.

Ядро СУБД отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти, имеет модульную архитектуру:

• • модуль управления данными во внешней памяти;
• • модуль управления буферами оперативной памяти;
• • модуль управления транзакциями;
• • модуль управления журналами;
• • модуль управления языковыми средствами.

Модуль управления внешней памятью управляет размещением данных базы данных на носителе. Модуль управления буферами оперативной памяти обеспечивает хранение страниц данных, страниц журналов транзакций и системного каталога в оперативной памяти для ускорения обработки запросов пользователей. Транзакция — это фрагмент приложения, который проводит изменения в базе данных, переводя ее из одного целостного состояния в другое. Если транзакция заканчивается аварийно, СУБД обеспечивает восстановление базы данных в предыдущее целостное состояние благодаря ведению журнала.

Среди языковых средств различают:

• • языки описания данных (Data Defiinition Language — DDL);
• • языки манипулирования данными (Data Manipulation Language — DML).

DML — семейство компьютерных языков, используемых в компьютерных программах или пользователями баз данных для получения, вставки, удаления или изменения данных в базах данных. К ним относятся: языки запросов, языки генерации отчетов, приложений.

Специальные инструментальные средства предназначены для разработки различных приложений базы данных (генераторы экранных форм, отчетов, приложений), выполнения сервисных функций (архивирование базы данных, анализатор структуры данных, оптимизатор запросов и т. п.). Эти средства применяются при разработке баз данных и приложений, а также в процессе эксплуатации.

СУБД поддерживают два типа интерфейсов — программный и пользовательский.

Программный интерфейс обеспечивает доступ к данным базы данных из приложений (программ), а пользовательский интерфейс обеспечивает доступ к базе данных пользователей в интерактивном режиме. Как правило, пользовательский интерфейс представлен в виде команд главного меню, панелей инструментов, элементов управления экранной формы, средств навигации в базе данных и т. п.

СУБД содержит развитые инструментальные средства разработки приложений и администрирования базы данных (утилиты, конструкторы форм, генератор отчетов, конструктор запросов, генератор приложений и т. п.). Типичными функциями СУБД являются:

• 1. Управление данными во внешней памяти (на машинных носителях). СУБД использует файловую систему операционной системы для работы с устройствами внешней памяти на низком уровне.
• 2. Управление буферами оперативной памяти для повышения скорости обработки данных.
• 3. Управление транзакциями для обеспечения логической целостности баз данных (транзакция — последовательность операций над базой данных, рассматриваемая как единое целое. Транзакция либо фиксирует изменения в базе данных, либо полностью отклоняется).
• 4. Защита данных от несанкционированного доступа, протоколирование действий с базой данных (стратегия упреждающей записи в журнал — Write Ahead Log (WAL) для восстановления базы данных после сбоев на основе системных и локальных журналов и сохраненной архивной копии базы данных).
• 5. Поддержка языков баз данных для определения схемы данных, манипулирования данными, определения ограничений целостности, создания представлений данных.
• 6. Генерация структур данных таблиц, создание экранных форм, с помощью которых поддерживается диалоговый режим работы пользователей с базой данных, генерация отчетов, содержащих результаты выборки данных, дополнительные вычисления, группировки и т. п.
• 7. Выполнение запросов различных типов на языках запросов высокого уровня (SQL^[1], QBE и др.).
• 8. Создание макросов и программных модулей (процедур обработки событий, функций) для автоматизации обработки данных.
• 9. Поддержка конверторов для преобразования форматов данных при экспорте и импорте данных.
• 10. Поддержка сервисов (архивирование базы данных, восстановление базы данных, анализ структуры базы данных, защита объектов базы данных и др.).

• [1] Язык структурированных запросов Structured Query Language (SQL) и графический реляционный язык Query By Example (QBE) или «запрос по примеру» .