В. И. Швецов Базы данных
 Скачать 8.45 Mb.
|
|
Таблицы и типы данных Таблицы содержат данные о всех сущностях концептуальной модели базы данных. При описании каждого столбца (поля) пользователь должен определить тип соответствующих данных. Microsoft SQL Server 2008 поддерживает как уже ставшие традиционными типы данных (символьная строка с разным представлением, число с плавающей точкой длиной 8 или 4 байта, целое число длины 2 или 4 байта, дата и время, поле примечаний, булево значение и т. д.), так и новые типы данных. Кроме этого Microsoft SQL Server 2008 предоставляет специальный аппарат для создания пользовательских типов данных. Рассмотрим краткую характеристику некоторых новых типов данных, значительно расширяющих возможности пользователя (www.oszone.net). Тип данных hierarchyid Тип данных hierarchyid позволяет создавать отношения между элементами данных в таблице, для того, чтобы задать позицию в иерархии связей между строками таблицы. В результате использования этого типа данных в таблице строки таблицы могут отображать определенную иерархическую структуру, соответствующую связям между данными этой таблицы. Пространственные типы данных Пространственные данные – это данные, определяющие географические расположения и формы, преимущественно на Земле. Это могут быть ориентиры, дороги и даже расположение фирмы. В SQL Server 2008 есть географические (geography) и геометрические (geometry) типы данных для работы с этой информацией. Тип данных geography работает с инфорацией для шарообразной земли. Модель шарообразной земли использует при расчетах кривизну земной поверхности. Информация о положении задается широтой и долготой. Эта модель хорошо годится для приложений, связанных с морскими перевозками, военным планированием и краткосрочными приложениями, имеющими привязку к земной поверхности. Эту модель нужно использовать, если данные хранятся в виде широт и долгот. Тип данных geometry работает с планарной моделью или моделью плоской земли. В этой модели земля считается плоской проекцией из определенной точки. Модель плоской земли не принимает в расчет кривизну поверхности земли, поэтому используется, в первую очередь, для описания коротких расстояний, например, в базе данных приложения, описывающего внутреннюю часть строения. Типы geography и geometry создаются из векторных объектов, заданных в форматах Well-Known Text (WKT) или Well-Known Binary (WKB). Это форматы для перенесения пространственных данных, описанные в простых функциях открытого геопространственного консорциума (Open Geospatial Consortium (OGC) Simple Features) для спецификаций SQL (SQL Specification). Ключи Для каждой таблицы должен быть определен первичный ключ – минимальный набор атрибутов, уникально идентифицирующий каждую запись в таблице. Для реализации связи между таблицами в одну из связанных таблиц включается дополнительное поле (несколько полей) – первичный ключ другой таблицы. Дополнительно включенные поле или поля в этом случае называются внешним ключом соответствующей таблицы. Кроме таблиц, в модель данных Microsoft SQL Server 2008 входит еще целый ряд компонентов. Дадим краткую характеристику основным из них. Индексы В лекции 8 рассматривалось понятие индекса. Здесь понятие индекса вынесено на логический уровень для удобства пользователя. Индексы создаются для ускорения поиска нужной информации и содержат информацию об упорядоченности данных по различным критериям. Индексирование может быть выполнено по одному или нескольким столбцам. Индексирование может быть произведено в любой момент. Индекс содержит ключи, построенные из одного или нескольких столбцов в таблице или представлении. Эти ключи хранятся в виде структуры сбалансированного дерева, которая поддерживает быстрый поиск строк по их ключевым значениям в SQL Server. Представления Представление — это виртуальная таблица, содержимое которой определяется запросом. Представление формируется на основе SQL-запроса SELECT, формируемого по обычным правилам. Таким образом, представление есть поименованный запрос SELECT. Как и настоящая таблица, представление состоит из совокупности именованных столбцов и строк данных. Пока представление не будет проиндексировано, оно не существует в базе данных как хранимая совокупность значений. Строки и столбцы данных извлекаются из таблиц, указанных в определяющем представление запросе и динамически создаваемых при обращениях к представлению. Представление выполняет функцию фильтра базовых таблиц, на которые оно ссылается. Определяющий представление запрос может быть инициирован в одной или нескольких таблицах или в других представлениях текущей или других баз данных. Кроме того, для определения представлений с данными из нескольких разнородных источников можно использовать распределенные запросы. Это полезно, например, если нужно объединить структурированные подобным образом данные, относящиеся к разным серверам, каждый из которых хранит данные конкретного отдела организации. Сборки Сборки являются файлами динамической библиотеки, которые используются в экземпляре SQL Server для развертывания функций, хранимых процедур, триггеров, определяемых пользователем статистических вычислений и определяемых пользователем типов. Ограничения Ограничения позволяют задать метод, с помощью которого компонент СУБД Database Engine автоматически обеспечивает целостность базы данных. Ограничения задают правила допустимости определенных значений в столбцах и представляют собой стандартный механизм обеспечения целостности. Рекомендуется использовать ограничения, а не триггеры , правила и значения по умолчанию. Оптимизатор запросов также использует определения ограничений для построения высокопроизводительных планов выполнения запросов. Правила Правила – еще один специальный механизм, предназначенный для обеспечения целостности базы данных, по функциональности напоминающие некоторые типы ограничений. Microsoft отмечает, что при соответствующей возможности использование ограничений по ряду причин предпочтительнее и , возможно, в будущей версии эта возможность будет удалена. Значения по умолчанию Значения по умолчанию определяют, какими значениями заполнять столбец, если при вставке строки для этого столбца значение не указано. Значение по умолчанию могут быть любым выражением, результат которого — константа, например собственно константой, встроенной функцией или математическим выражением. 10.3. Архитектура базы данных. Физический уровень Физический уровень это представление данных в памяти ЭВМ. Как уже отмечалось в лекции 8 основными понятиями, используемыми для представления структуры хранения (физического уровня) являются понятия файла (физического) и единицы обмена между внешней и оперативной памятью (физической записи или страницы). Рассмотрим, как представлены соответствующие понятия в СУБД Microsoft SQL Server 2008 (http://msdn.microsoft.com). Файлы и файловые группы На физическом уровне база данных в Microsoft SQL Server 2008 представляется набором файлов операционной системы. Данные и сведения журналов транзакций всегда размещаются в разных файлах. Отдельные файлы используются только одной базой данных. Файловые группы представляют собой именованные коллекции файлов и используются для упрощения размещения данных и выполнения задач администрирования, например резервного копирования и восстановления. Базы данных SQL Server содержат файлы трех типов:
Первичный файл данных является отправной точкой базы данных. Он указывает на остальные файлы базы данных. В каждой базе данных имеется один первичный файл данных. Для имени первичного файла данных рекомендуется использовать расширение MDF.
Ко вторичным файлам данных относятся все файлы данных, за исключением первичного файла данных. Базы данных могут вообще не содержать вторичных файлов данных, или содержать один или несколько вторичных файлов данных. Для имени вторичного файла данных рекомендуется использовать расширение NDF.
Файлы журналов содержат все сведения журналов, используемые для восстановления базы данных. В каждой базе данных должен быть по меньшей мере один файл журнала, но их может быть и больше. Для имен файлов журналов рекомендуется использовать расширение LDF, MDF, NDF и LDF. Однако эти расширения помогают пользователю идентифицировать различные виды файлов и правильно их использовать. В SQL Server расположение всех файлов базы данных записывается в первичный файл базы данных и в специальную служебную структуру СУБД SQL Server, называемою базой данных master. В большинстве случаев при работе с базой данных компонент СУБД (SQL Server Database Engine) использует сведения о размещении файлов, хранимые в базе данных master. Однако в некоторых случаях (например, при восстановлении базы данных master из копии, при определенным образом проводимым присоединении базы данных) компонент Database Engine использует сведения о расположении файлов из первичного файла, чтобы инициализировать записи о расположении файлов в базе данных master. Файлы SQL Server имеют два имени:
Изначально можно указать максимальный размер каждого файла. Если максимальный размер файла не указан, файлы SQL Server могут автоматически увеличиваться в размерах, превосходя первоначально заданные показатели, пока не займет все доступное место на диске. При определении файла пользователь может указывать требуемый шаг роста. Каждый раз при заполнении файла его размер увеличивается на указанный шаг роста. Если в файловой группе имеется несколько файлов, их автоматический рост начинается лишь по заполнении всех файлов. Затем файлы увеличиваются в размерах по кольцевому списку. Эта функция особенно полезна в случаях, когда SQL Server используется в качестве базы данных, внедренной в приложение, где пользователь не имеет удобного доступа к системному администратору. По мере необходимости пользователь может предоставить файлам возможность увеличиваться в размерах автоматически, тем самым снимая с администратора часть забот по наблюдению за свободным пространством базы данных и по распределению дополнительного пространства вручную. Из объектов баз данных и файлов можно формировать файловые группы, используемые для решения задач распределения и административного управления. Файлы журналов не могут входить в состав файловых групп. Управление пространством журнала отделено от управления пространством данных. Файл не может входить в состав нескольких файловых групп. Таблицы, индексы и данные больших объектов могут быть ассоциированы с указанной файловой группой. В этом случае все их страницы будут размещены внутри файловой группы; либо таблицы и индексы могут быть секционированы. Данные секционированных таблиц и индексов разделяются на блоки, каждый из которых может быть помещен в отдельную файловую группу базы данных. В каждой базе данных одна файловая группа назначается файловой группой по умолчанию. Если при создании таблицы или индекса файловая группа не указывается, предполагается, что все страницы будут распределяться из файловой группы по умолчанию. В каждый момент времени лишь одна файловая группа может быть файловой группой по умолчанию. Страницы и экстенты Основной единицей хранилища данных и обмена информацией между внешней и оперативной памятью в SQL Server является страница. Место на диске, предоставляемое для размещения файла данных (MDF- или NDF-файл) в базе данных, логически разделяется на страницы с непрерывным перечислением от 0 до n. Дисковые операции ввода-вывода выполняются на уровне страницы. А именно, SQL Server считывает или записывает целые страницы данных. В SQL Server размер страницы составляет 8 КБ. Это значит, что в одном мегабайте базы данных SQL Server содержится 128 страниц. Каждая страница начинается с 96-байтового заголовка, который используется для хранения системных данных о странице. Эти данные включают номер страницы, тип страницы, объем свободного места на странице и идентификатор единицы распределения объекта, которому принадлежит страница. В файлах данных базы данных SQL Server используется 8 типов страниц (данные с типами данных небольших размеров, данные с типами данных больших размеров, записи индекса, сведения о размещении экстентов, сведения о размещении страниц и доступном на них свободном месте и т. д.). Для эффективного управления памятью страницы объединяются в экстенты , которые являются основными единицами организации пространства. Экстент — это коллекция, состоящая из восьми физически непрерывных страниц или 64 Кб; они используются для эффективного управления страницами. Все страницы хранятся в экстентах. Таким образом, в одном мегабайте базы данных SQL Server содержится 16 экстентов. Чтобы сделать распределение места эффективным, SQL Server не выделяет целые экстенты для таблиц с небольшим объемом данных. SQL Server имеет два типа экстентов:
Новая таблица или индекс — это обычно страницы, выделенные из смешанных экстентов. При увеличении размера таблицы или индекса до восьми страниц эти таблица или индекс переходят на использование однородных экстентов для последовательных единиц распределения. При создании индекса для существующей таблицы, в которой содержится достаточно строк, чтобы сформировать восемь страниц в индексе, все единицы распределения для индекса находятся в однородных экстентах. Пример размещения объектов в смешанном и однородном экстентах приводится на рис. 10.2.  Рис. 10.2.Размещение объектов в смешанном и однородном экстентах Страницы файлов данных Страницы файлов данных SQL Server нумеруются последовательно; первая страница файла получает нулевой номер (0). Каждый файл базы данных имеет уникальный цифровой идентификатор. Чтобы уникальным образом определить страницу базы данных, необходимо использовать как идентификатор файла, так и номер этой страницы. На рис.10.3. показаны номера страниц базы данных, содержащей первичный файл данных объемом в 4 МБ и вторичный файл данных объемом в 1 МБ.  Рис. 10.3. Пример нумерации страниц файлов базы данных. Первая страница каждого файла (страница с номером 0) — это страница заголовка файла; она содержит сведения об атрибутах данного файла. Страницы с номерами 1,2,3 будут описаны ниже. Организация таблиц и индексов Таблицы и индексы хранятся в виде коллекции страниц размером 8 КБ. Страницы таблиц и индексов содержатся в одной или нескольких секциях. Секция — это пользовательская единица организации данных. По умолчанию таблица или индекс имеет единственную секцию, которая содержит все страницы таблицы или индекса. Секция располагается в одной файловой группе. Таблица или индекс, имеющие одну секцию, эквивалентны организационной структуре таблиц и индексов предыдущих версий SQL Server. Если таблица или индекс используют несколько секций, данные секционируются горизонтально, так что группы строк сопоставляются отдельным секциям, основываясь на указанном столбце. Секции могут храниться в одной или нескольких файловых группах в базе данных. Таблица или индекс рассматриваются как единая логическая сущность при выполнении над данными запросов или обновлений. Секция состоит из фрагментов одного или нескольких файлов. Данные внутри фрагмента файла представляются в виде кучи (строки данных хранятся без определенного порядка – последовательное размещение) или сбалансированного дерева. Фрагмент файла может иметь один из трех видов: данные с типами небольших размеров (данные IN_ROW_DATA), данные с типами больших размеров (LOB_DATA), данные переменной длины (переполнение строки ROW_OVERFLOW_DATA). В каждой секции кучи или индекса содержится по крайней мере одна единица распределения IN_ROW_DATA. Кроме того, в зависимости от схемы кучи или индекса, там могут содержаться единицы распределения LOB_DATA или ROW_OVERFLOW_DATA. Следующая иллюстрация показывает организацию таблицы (рис. 10.4).  Рис.10.4. Физическая структура таблицы в базе данных SQL Server Каждая секция содержит строки данных либо в куче, либо в структуре кластеризованного индекса. Кластеризованный индекс реализуется в виде структуры индекса сбалансированного дерева, которая поддерживает быстрый поиск строк по их ключевым значениям. Страницы в каждом уровне индекса, включая страницы данных на конечном уровне, связаны в двунаправленный список. Однако перемещение из одного уровня на другой выполняется при помощи ключевых значений. Куча — это последовательность строк таблицы, которые не имеют кластеризованного индекса. Строки данных хранятся без определенного порядка, и какой-либо порядок в последовательности страниц данных отсутствует. Страницы данных не связаны в связный список. Управление работой с экстентами и свободным местом Структуры данных SQL Server, управляющие использованием экстента и отслеживанием свободного места, обладают относительно простой структурой. Сведения о свободном месте плотно упакованы, поэтому эти данные содержат относительно небольшое количество страниц. Это приводит к увеличению скорости из-за уменьшения необходимых операций чтения диска для получения сведений о размещении. Также увеличивается вероятность того, что страницы размещения будут оставаться в памяти и повторных операций чтения не потребуется. Большая часть сведений о размещении не связана по цепочке друг с другом. Это упрощает управление сведениями о размещении. Каждое действие по размещению или освобождению страницы может выполняться быстро. Это сокращает конфликты между одновременными задачами использования и освобождения страниц. SQL Server использует два типа карт для записи сведений об использовании экстентов:
На GAM-страницах записано, какие экстенты были задействованы. В каждой карте GAM содержится сведения об использовании 64 000 экстентов или о размещении почти 4 ГБ данных. В карте GAM приходится по одному биту на каждый экстент в покрываемом им интервале. Если бит равен 1, то экстент свободен; если бит равен 0, то экстент задействован.
На SGAM-страницах записано, какие экстенты в текущий момент используются в качестве смешанных экстентов и имеют как минимум одну неиспользуемую страницу. В каждой карте SGAM содержится сведения об использовании 64 000 экстентов или о размещении почти 4 ГБ данных. В карте SGAM приходится по одному биту на каждый экстент в покрываемом им интервале. Если бит равен 1, то экстент используется как смешанный экстент и имеет свободную страницу. Если бит равен 0, то экстент не используется как смешанный экстент, или он является смешанным экстентом, но все его страницы используются. Это дает простые алгоритмы управления экстентами страниц. Для использования для хранения объекта однородного экстента компонент СУБД Database Engine производит на карте GAM поиск бита 1 и заменяет его на бит 0. Для поиска смешанного экстента со свободными страницами компонент Database Engine производит поиск на карте SGAM бита 1. Для размещения смешанного экстента компонент Database Engine производит на карте GAM поиск бита 1 и заменяет его на бит 0, а затем устанавливает значение соответствующего бита на карте SGAM равным 1. Для освобождения экстента компонент Database Engine устанавливает бит GAM равным 1, а соответствующий бит SGAM равным 0. Внутренние алгоритмы, которые на самом деле используются компонентом Database Engine, более сложны, чем это описано в данном подразделе, так как компонент Database Engine распространяет данные в базе данных равномерно. Однако даже настоящие алгоритмы упрощаются из-за того, что отпадает необходимость управления цепочками сведений о размещении экстентов. Отслеживание свободного места На страницы PFS (Page Free Space) записывается состояние размещения каждой страницы, информация о том, была ли отдельная страница использована или нет, а также количество свободного места на каждой странице. В PFS на каждую страницу приходится по одному байту, хранящему информацию о том, была ли страница использована или нет, а если была — то пустая она, или ее заполнение находится в промежутке от 1 до 50 процентов, от 51 до 80 процентов, от 81 до 95 процентов или от 96 до 100 процентов. После размещения объекта в экстенте компонент Database Engine использует PFS-страницы для записи информации о том, какие страницы в экстенте использованы, а какие свободны. Эти сведения используются компонентом Database Engine при выборе новой страницы для размещения объектов. Количеством свободного места на странице можно управлять только в случае кучи и страниц с типами данных «Текст» и «Примечание». Это используется при поиске страницы, обладающей свободным местом, достаточным для сохранения в ней новой добавляемой строки. Для индексов не требуется, чтобы отслеживалось свободное место на странице, так как место, в которое будет вставляться новая строка, назначается значениями ключа индекса. PFS-страница является первой страницей после страницы заголовка файла в файле данных (страница номер 1). Потом следует GAM-страница (страница номер 2), а затем SGAM-страница (страница номер 3). После первой PFS-страницы находится PFS-страница размером примерно 8 000 страниц. После первой GAM-страницы на странице 2 находится другая GAM-страница с 64 000 экстентов и другая SGAM-страница с 64 000 экстентов находится после первой SGAM-страницы на странице номер 3. На рис. 10.5. показана последовательность страниц, используемая компонентом Database Engine, для размещения и управления экстентами.  Рис.10.5. Страницы файла, используемые для размещения и управления экстентами. Краткие итоги: В лекции рассмотрена архитектура одной из наиболее распространенных клиент-серверных СУБД - Microsoft SQL Server. Описаны основные составляющие архитектуры соответствующей СУБД на разных уровнях абстракции. Рассмотрен логический уровень (уровень модели данных СУБД как средство представления концептуальной модели), включающий следующие понятия: таблицы и типы данных, первичные и внешние ключи, индексы, представления, сборки, ограничения, правила, значения по умолчанию). Рассмотрен физический уровень (внутреннее представление данных в памяти ЭВМ - физическая структура базы данных), включающий следующие понятия: файлы и файловые группы, файлы журналов, страницы и экстенты, физическую организацию таблиц и индексов, управление работой с экстентами и памятью). Более подробно с материалами данной лекции можно ознакомиться в [1-3] Контрольные тесты Задача 1. Общие представления об архитектуре базы данных Microsoft SQL Server . Вариант 1. Какие уровни описания данных различают в СУБД Microsoft SQL Server? ð концептуальный ð внешний ð+ логический ð+ физический ð+ внутренний Вариант 2. Какие уровни описания данных не представлены в СУБД Microsoft SQL Server ? ð+ концептуальный ð+ внешний ð логический ð физический ð внутренний Вариант 3. Из какого уровня в какой и кто осуществляет отображение в СУБД Microsoft SQL Server ? ð из внешнего во внутренний, пользователь ð из внешнего во внутренний, СУБД ð из логического в физический, пользователь ð+ из логического в физический, СУБД ð+ из логического во внутренний, СУБД ð из логического во внутренний, пользователь Задача 2. Как определяется логический уровень представления данных в СУБД Microsoft SQL Server ? Вариант 1. Какие понятия являются понятиями логического уровня СУБД Microsoft SQL Server? ð файлы ð группы файлов ð+ таблицы ð страницы ð+ представления Вариант 2. Какие понятия не являются понятиями логического уровня СУБД Microsoft SQL Server? ð+ файлы ð группы файлов ð таблицы ð+ страницы ð представления ð+ экстенты ð ограничения целостности ð типы данных Вариант 3. Какие понятия логического уровня используются для обеспечения целостности базы данных? ð страницы ð представления ð индексы ð+ ограничения ð+ триггеры ð экстенты ð+ правила Задача 3. Как определяется физический уровень представления данных в СУБД Microsoft SQL Server? Вариант 1. Какие понятия являются понятиями физического уровня СУБД Microsoft SQL Server? ð+ файлы ð+ группы файлов ð таблицы ð+ страницы ð представления Вариант 2. Какие понятия не являются понятиями физического уровня СУБД Microsoft SQL Server? ð файлы ð группы файлов ð+ таблицы ð страницы ð+ представления ð экстенты ð+ ограничения целостности ð+ типы данных Вариант 3. Какое понятие используется в качестве минимальной физической составляющей файла при обменах между оперативной и внешней памятью? ð группа файлов ð экстент ð+ страница ð индекс ð представление Задача 4. Как выглядит база данных SQL Server на физическом уровне? Вариант 1. Какие типы файлов содержит база данных SQL Server на физическом уровне? ð+ первичный файл ð+ вторичный файл ð+ файл журналов транзакций ð страница ð секция Вариант 2. Как формируется размер файла? ð+ пользователь задает максимальный размер файла ð+ пользователь может предоставить файлам возможность автоматически увеличиваться по мере ввода данных ð пользователь не дает никаких данных ð пользователь указывает максимально доступное место на диске Вариант 3. Что может входить в состав файловых групп? ð+ первичный файл ð+ вторичный файл ð файл журналов транзакций ð секция Задача 5. Как осуществляется поиск данных в физической базе данных? Вариант 1. Что является идентификатором поиска на уровне дисковой памяти? ð первичный ключ ð+ идентификатор файла ð+ идентификатор файла, номер страницы ð идентификатор файла, номер страницы, номер записи Вариант 2. Что не используется в качестве идентификатора при поиске на уровне дисковой памяти? ð+ первичный ключ ð идентификатор файла ð идентификатор файла, номер страницы ð+ идентификатор файла, номер страницы, номер записи Вариант 3. Как выглядит номер страницы файла? ð порядковый номер ð+ номер файла, порядковый номер ð номер файла, номер экстента, порядковый номер ð номер файла, порядковый номер, значение ключа Задача 6. В виде каких структур хранятся таблицы в базе данных SQL Server? Вариант 1. Какие понятия используются при описании представления таблиц в базе данных SQL Server? ð+ секция ð куча ð+ коллекция страниц ð+ сбалансированное дерево Вариант 2. Какие понятия используются при описании представления индексов в базе данных SQL Server? ð секция ð куча ð коллекция страниц ð+ сбалансированное дерево Вариант 3. В каких структурах используются двунаправленные списки? ð секция ð куча ð коллекция страниц ð+ сбалансированное дерево Задача 7. Как осуществляется управление использованием экстентов и свободной памяти? Вариант 1. Какие структуры используются для управления использованием экстентов? ð секции ð+ глобальная карта распределения ð+ общая глобальная карта распределения ð сбалансированное дерево Вариант 2. Какие структуры используются для управления использованием смешанных экстентов? ð секции ð глобальная карта распределения ð+ общая глобальная карта распределения ð сбалансированное дерево Вариант 3. Какие структуры используются для управления использованием однородных экстентов? ð секции ð+ глобальная карта распределения ð общая глобальная карта распределения ð сбалансированное дерево Задача 8. Как происходит отслеживание свободного места? Вариант 1. Как происходит отслеживание свободного экстента? ð+ выбирается бит, равный 1 в глобальной карте распределения ð+ выбирается бит, равный 1 в общей глобальной карте распределения ð выбирается бит, равный 0 в общей глобальной карте распределения ð выбирается бит, равный 0 в глобальной карте распределения ð выбирается бит, равный 1 на странице PFS ð выбирается бит, равный 0 на странице PFS Вариант 2. Как выбирается свободная страница? ð выбирается бит, равный 1 в глобальной карте распределения ð выбирается бит, равный 1 в общей глобальной карте распределения ð выбирается бит, равный 0 в общей глобальной карте распределения ð выбирается бит, равный 0 в глобальной карте распределения ð+ выбирается бит, равный 1 на странице PFS ð выбирается бит, равный 0 на странице PFS Вариант 3. В каком случае можно добавлять данные в неполностью заполненную страницу? ð+ если она заполнена от 1 до 50% ð+ если она заполнена от 51 до 80% ð+ если она заполнена от 81 до 95% ð+ если она заполнена до 96 % Литература
Лекция 11. Программное обеспечение работы с современными базами данных В лекции рассматриваются общие принципы организации программного обеспечения работы с реляционными базами данных, включающего
Ключевые слова: программное обеспечение баз данных, средства работы с данными, средства создания интерфейса с базой данных, язык SQL, интерпретируемый язык запросов. Цель лекции: дать общее представление об основных задачах программного обеспечения баз данных, существующих подходов к решению этих задач, в том числе и о структурированном языке запросов SQL. 11.1. Основные задачи программного обеспечения баз данных При работе с реляционными базами данных можно условно выделить две основные задачи:
Для решения указанных задач современные СУБД в своем составе могут содержать следующие программные средства: языки процедурного пошагового программирования, средства визуального программирования (графический интерфейс, диспетчер проекта, мастера и построители), средства создания объектно-ориентированных приложений. Кроме этого, при разработке пользовательских программ во многих СУБД допускается использование других языков программирования, а также использование библиотек разного рода. Так, например, при работе с СУБД ACCESS можно использовать язык программирования ACCESS , мастер ACCESS и язык программирования VISUAL BASIC. При работе с клиент-серверными системами ситуация немного сложнее. Здесь в работе участвуют два типа компьютеров (сервер и клиент) и, соответственно, различают клиентское и серверное программное обеспечение. Серверное программное обеспечение включает язык программирования, поддерживающий создание и ведение базы данных, также реализацию поступающих от клиентов запросов пользователей к базе данных. Пользовательские приложения создаются и работают на компьютерах-клиентах. Именно эти компьютеры должны иметь, наряду со средствами формирования запросов к базе данных, средства разработки интерфейса. В связи с этим, для клиент-серверных СУБД программное обеспечение разделяется на две части: программное обеспечение – клиент и программное обеспечение – сервер. Заметим, что наряду с программным обеспечением – клиент, при разработке пользовательских программ в конкретной СУБД могут использоваться другие языки программирования, специальные библиотеки, другие системы программирования (определенные для этой СУБД). В качестве примера в таблице приводятся возможные варианты использования программного обеспечения для организации клиент-серверного взаимодействия в СУБД Microsoft SQL Server. Таблица 11.1 Возможные варианты использования программного обеспечения в СУБД MS SQL Server
Полное рассмотрение всего спектра программного обеспечения работы СУБД очень обширно и выходит за рамки данного пособия. Поэтому в данной работе будет рассмотрены только средства создания и ведения базы данных. 11.2. Проблемы создания и ведения реляционных баз данных При создании базы данных и организации работы с ней возникают три основные проблемы:
Первая проблема может быть решена посредством создания в каждой конкретной СУБД некоторой утилиты, позволяющей пользователю в определенный момент осуществлять все необходимые действия по созданию базы данных. Однако это не полностью решает проблему. Такая утилита не позволяет создать таблицу динамически во время работы прикладной программы, не позволяет, например, добавить в таблицу сформированнный во время работы пользовательской программы столбец. Необходимы средства, дающие возможность формирования во время работы прикладной программы запроса на изменение структуры и содержания базы данных. То же самое можно сказать и о решении второй проблемы Более подробно рассмотрим возможный путь решения третьей проблемы. Организация доступа к базе данных является важнейшей функцией информационной системы. Пользователи постоянно работают с данными. Рассмотрим простой пример. Пусть у нас есть таблица СТУДЕНТ, хранящая информацию следующего рода: СТУДЕНТ (Код студента, Фамилия, Имя, Отчество, Дата поступления). Теперь мы хотим выполнить некоторый запрос к базе данных, результатом которого должны стать те строки таблицы СТУДЕНТ, для которых дата поступления окажется больше 01.06.2006. Рассмотрим последовательность действий для реализации данного запроса.
Любой человек, знакомый с программированием, легко представит себе реализацию подобного алгоритма на любом языке программирования высокого уровня. Вот, в частности, пример реализации на Object Pascal: Table.First; while (not Table.Eof) do begin if FieldByName(«Дата поступления»).Value > «01.06.2006» then List.Add(FieldByName(«Фамилия»).AsString); Table.Next; end; В этом случае разработчик приложения сам организует работу по выборке данных, программируя каждое движение по таблице (осуществляет навигацию по таблице). Такой подход к обработке данных, ориентированный на последовательную работу с отдельными записями, называется навигационным. Здесь на конкретном языке программирования мы описываем процедуру - последовательность действий, необходимых для получения результата. Языки, в которых используется такой подход, называются процедурными. Очевидно, что с возрастанием сложности запроса существенно возрастает сложность процедуры и, соответственно, объем текста программы. При работе с информационной системой пользователь реализует свои запросы к базе данных с помощью разработанных программистами прикладных программ. При навигационном подходе должны быть запрограммированы все возможные запросы. Очевидно, что заранее предугадать все запросы, потребность в которых может возникнуть и запрограммировать их, невозможно. С учетом того, что подавляющее большинство пользователей не владеет навыками программирования, это означает, что объем их действий будет ограничен рамками написанных программ, а именно, теми запросами, реализация которых предусмотрена заранее. Кроме того, должен учитываться механизм взаимодействия в рамках архитектуры «клиент – сервер». Пользовательская программа выполняется на компьютере – клиент. Запрос к базе данных реализуется компьютером – сервером. Необходим механизм формирования в пользовательской программе клиента запроса к базе данных сервера. В этом случае навигационный подход неприемлем. В связи с этим, для работы с базами данных разработан и используется другой подход, основанный на использовании так называемых языков запросов, которые задают не последовательность необходимых действий, а условия, которым должен удовлетворять результат(при добавлении столбца, выборке записи, добавлении записи и т. п.). Такой подход решает все три вышеперечисленные проблемы. С этой целью разработан и активно используется во всех базах данных – специальный язык запросов SQL. Особо отметим, что основой языка являются операции реляционной алгебры. Язык SQL (StructuredQueryLanguage – структурированный язык запросов) применяется для общения пользователя с реляционной базой данных и состоит из трех частей [2]:
Как видно из написанного выше, SQL решает все рассмотренные ранее вопросы, предоставляя пользователю достаточно простой и понятный механизм доступа к данным, не связанный с конструированием алгоритма и его описанием на языке программирования высокого уровня. Так, вместо указания того, как необходимо действовать, пользователь при помощи операторов SQL объясняет СУБД, что ему нужно сделать. Далее СУБД сама анализирует текст запроса и определяет, как именно его выполнять. В архитектуре «клиент – сервер» язык SQL занимает очень важное место. Именно он используется как язык общения клиентского программного обеспечения с серверной СУБД, расположенной на удаленном компьютере. Так, клиент посылает серверу запрос на языке SQL, а сервер разбирает его, интерпретирует, выбирает план выполнения, выполняет запрос и отсылает клиенту результат. Посмотрим, как выглядит запрос на языке SQL, решающий задачу о выборке студентов по дате поступления. SELECT Фамилия FROM Студент WHERE Дата поступления > «01.06.2006» Может сложиться ложное впечатление, что появление языка SQL является альтернативой языков программирования высокого уровня. Это не соответствует действительности. Выполнение запроса средствами SQL все равно сводится к работе с отдельными записями, и от этого никуда не уйти. Важно понимать, что появление языка SQL дало, по крайней мере, две новые возможности.
11.3. Понятие языка SQL и его основные части |