ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3
ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И СУБД
История развития
Развитие вычислительной техники всегда обусловливалось двумя ос-
новными направлениями ее использования. Первое направление – примене-
ние ЭВМ для выполнения сложных численных расчетов. Прогресс в этом на-
правлении способствовал интенсификации методов численного решения
сложных математических и инженерных задач, развитию алгоритмических
языков программирования, становлению обратной связи с разработчиками
новых архитектур ЭВМ.
Второе направление связано с использованием средств вычислительной
техники в автоматических или автоматизированных информационных систе-
мах. Миф (или реальность?) о хаосе в системах регистрации документов вос-
ходит еще к первым клинописным табличкам и папирусным свиткам. И
только в конце XX века появление мощных информационных систем позво-
лило совершить революцию в делопроизводстве и бухгалтерии.
Понятие информационная система (ИС) обычно подразумевает про-
граммный комплекс, функции которого состоят в поддержке надежного хра-
нения информации в памяти компьютера, выполнении специфических для
данного приложения преобразований информации и/или вычислений, пре-
доставлении пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса.
Причем объемы данных в ИС достаточно велики, сами данные имеют крайне
сложную структуру, а получение информации зачастую происходит в реаль-
ном времени. Классическими примерами ИС являются банковские системы,
системы резервирования авиационных или железнодорожных билетов, мест в
гостиницах и т.д. Ядром ИС является, как правило, система управления база-
ми данных (СУБД).
Технологическими предпосылками появления СУБД являются, во-
первых, развитие элементной базы хранения данных – сравнительно надеж-
ной, быстрой и дешевой внешней памяти (ВП), во-вторых, наличие аппарат-
но-логической поддержки структуризации данных – файловых систем и сис-
тем управления файлами (СУФ). Ранние СУБД опирались на СУФ операци-
онной системы (ОС), в результате чего логическая модель данных сильно за-
висела от физической, существуя как надстройка над СУФ в виде библиотеки
программ.
Поскольку СУФ не могла учитывать сложную структуру данных, их
внутреннюю согласованность, то неизбежно возникали проблемы избыточ-
ности хранения, слабого контроля и недостаточно гибкого управления дан-
ными. Кроме того, такие ИС требовали больших затрат труда программиста
как при создании ИС, так и при ее администрировании. Все это привело к
4
тому, что появились специальные программные комплексы, во многом взяв-
шие на себя функции ОС по эффективному управлению данными.
Основные функции современной СУБД
⇒ Непосредственное управление данными во внешней памяти.
Обеспечение необходимых структур внешней памяти для хранения данных,
непосредственно входящих в БД, и данных для служебных целей (индексы и
пр.). При этом могут использоваться возможности существующих файловых
систем или ОС подменяется вплоть до уровня устройств внешней памяти.
⇒ Управление буферами оперативной памяти. Способом увеличе-
ния скорости доступа к данным является буферизация данных в оперативной
памяти (ОП). Даже если ОС производит общесистемную буферизацию (как в
случае, например, ОС UNIX), этого недостаточно для целей СУБД, которая
располагает гораздо большей информацией о полезности буферизации БД.
Поэтому в развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов ОП
с собственной дисциплиной замены буферов.
⇒ Управление транзакциями. Транзакция – это последовательность
операций над БД, рассматриваемая СУБД как единое целое. Либо транзакция
успешно выполняется, и СУБД фиксирует (COMMIT) изменения БД, произ-
веденные этой транзакцией, во внешней памяти, либо ни одно из этих изме-
нений никак не отражается на состоянии БД. Понятие транзакции необходи-
мо для поддержания логической целостности БД. Обеспечение механизма
транзакций является важной функцией для однопользовательских СУБД. В
многопользовательской среде оно становится жизненно необходимым.
⇒ Журнализация. Одним из основных требований к СУБД является
надежность хранения данных во внешней памяти, то есть СУБД должна
уметь восстанавливать последнее согласованное состояние БД после любого
аппаратного или программного сбоя. Понятно, что для восстановления БД
нужно располагать некоторой дополнительной (избыточной) информацией.
Причем та часть данных, которая используется для восстановления, должна
храниться особо надежно. Наиболее распространенным методом поддержа-
ния такой избыточной информации является ведение журнала изменений БД.
Во всех случаях придерживаются стратегии "упреждающей" записи в журнал
(так называемого протокола Write Ahead Log - WAL).
⇒ Поддержка языков БД. Для работы с базами данных используются
специальные языки. В ранних СУБД существовало несколько специализиро-
ванных по своим функциям языков. Чаще всего выделялись два языка - язык
определения схемы БД (SDL – Schema Definition Language) и язык манипули-
рования данными (DML – Data Manipulation Language). В современных
СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий
все необходимые средства для работы с БД. Стандартным языком наиболее
распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык SQL
