Технологии баз данных

5. Защита от отказов.

     С помощью избыточности данных и их дублирования после сбоев аппаратуры, программ и пользователя данные не теряются и восстанавливаются.

     Требования к организации  базы данных

     Комитет CODASYL (COnference DAta SYstems Languages), Организация пользователей IBM, Ассоциация вычислительных машин (ACM) сформулировали следующие требования к организации баз данных.

1. Установление многосторонних связей

     Метод организации данных должен обеспечивать получение требуемого варианта данных из существующей структуры данных и  их связей.

2. Производительность

     БД  должна обеспечивать требуемую пропускную способность запросов и требуемое  время отклика.

3. Минимальные затраты

     Выбираются  методы организации, которые минимизируют требования к внешней памяти.

4. Минимальная избыточность

     Целью организации БД должно быть уменьшение избыточных данных и контроль за теми противоречиями, которые вызываются их наличием.

5. Возможности поиска

     Пользователь  БД может обращаться к ней со множеством запросов некоторого типа.

6. Целостность

     Хранение  данных, их обновление, процедуры изменения  должны быть такими, чтобы при сбоях  и ошибках данные восстанавливались  без потерь.

7. Безопасность и секретность

     Под безопасностью данных понимают защиту данных от случайного или преднамеренного  доступа к ним лиц, не имеющих  на это право, от неавторизованной модификации  данных или их уничтожения.

     Секретность определяют как право отдельных  лиц или организаций определять, когда, как и какое количество информации может быть передано другим лицам или организациям.

8. Связь с прошлым

     Новое программное обеспечение должно быть совместимо  с существующими  программами. Проблема связи с прошлым, однако, не должна сдерживать развития БД.

9. Связь с будущим

     БД  должна быть запланирована таким  образом, чтобы ее изменения не требовали  изменения прикладных программ.

10. Простота использования

     Интерфейс СУБД должен предполагать, что конечный пользователь не имеет необходимых  знаний по теории баз данных.

     Классификация БД

     По  технологии обработки БД делятся  на централизованные и распределенные.

     Централизованная  БД хранится в одной ЭВМ.

     Распределенная  БД хранится на нескольких ЭВМ.

     По  способу доступа к данным БД разделяется  на БД с локальным и удаленным доступом.

     При локальном доступе запрос к данным поступает с того же компьютера, где данные хранятся. При удаленном  доступе запрос к данным производится с другого компьютера. Удаленный  доступ еще называют сетевым.

     Компьютер, на котором данные хранятся, называется сервером. Компьютер, с которого данные запрашиваются, называется рабочей станцией.

     Чаще  всего применяются централизованные базы данных с удаленным доступом. Для таких систем разработаны  две технологии:

1. файл сервер
2. клиент сервер.

     При технологии «файл сервер» данные в основном обрабатываются на рабочих  станциях, для чего станции запрашивают  у сервера необходимые файлы  данных.

     Сервер  только хранит данные и может быть не мощным. Недостатком технологии файл-сервер является большой объем переносимой информации по сети (трафик). Например, для получения списка сотрудников отдела станция запрашивает и получает по сети список сотрудников всей организации. Схема технологии представлена на рис 11.1.

     

                            Сервер хранение                Сервер обработка

                 

     

        
 

               

     Файлы БД         Извлеченные данные

         Рабочие станции                  Рабочие станции 

     Рис.4.1.Технология «Файл-сервер».    Рис.4.2.Технология «Клиент-сервер»

     При технологии «клиент-сервер» рабочая станция посылает на сервер текст запроса к данным. Обработку запроса производит сервер, после обработки данные посылаются на рабочую станцию. В большинстве операций обработки (фильтр, обобщение) объем данных сокращается. Поэтому сокращается объем переносимой по сети информации (трафик) сокращается.

     При технологии клиент-сервер нужен мощный сервер. Однако нагрузка на сеть гораздо  меньше, чем при технологии файл-сервер.

     Развитием технологии «клиент-сервер» является технология «тонкий клиент». В этой технологии на сервере проводятся не только стандартные операции обработки данных (сортировка, фильтр, обобщение, поддержка целостности), но и все другие операции обработки. Рабочая станция служит только для приема команд пользователя и для отображения результатов и совершенно не обрабатывает данных. Станции даже могут не иметь жестких дисков.

     Объектами хранения в текстовых БД являются тексты. Под текстом понимаются неструктурированные  данные, состоящие из слов. Основной целью текстовой БД является хранение, поиск и выдача документов, соответствующих запросу пользователя. Такие документы называются релевантными.

     По  степени универсальности различают:

• Специализированные СУБД,
• СУБД общего назначения.

     Специализированные  СУБД ориентированы на какую-либо предметную область и для другой области неприменимы. К таким СУБД, например, можно отнести программы бухгалтерии, банковские системы, расчет смет.

     СУБД  общего назначения охватывают широкий  класс задач. Они обладают языковыми  средствами настройки на конкретную область и являются, по сути, инструментальным средством для создания специализированных СУБД.

     Из  СУБД общего назначения выделяются хранилища  данных. Они предназначены только для хранения данных, обеспечения  сепаратности, целостности, секретности, синхронизации и защиты от отказов. Они не содержат средств для создания интерфейса пользователя. 

       

3. Перспективы развития технологии баз данных

 
 

     Вот уже более 30-и лет базы данных являются одной из одной из наиболее широко востребованных информационных технологий. Некоторые авторы утверждают [1], что появление баз данных стало самым важным достижением в области программного обеспечения. Системы баз данных коренным образом изменили работу многих организаций, и практически нет такой области деятельности, которую они не затронули. Ежегодный рост объёмов продаж СУБД и вспомогательного программного обеспечения с 1995 г. составляет около 20%.

     К числу наиболее важных и перспективных  направлений развития БД следует  отнести следующие:

1. Хранилища данных и OLAP-обработка. Хранилище данных – это пред-метно-ориентированный, интегрированный, привязанный ко времени и неизменяемый набор данных, предназначенный для поддержки принятия решений. Хранилище данных позволяют сохранять исторические данные с целью анализа и прогнозирования развития ситуаций. При правильном проектировании хранилище данных даёт высокую отдачу за счёт более качественного управления работой организации (предприятия). Данные в хранилище данных обрабатываются с помощью OLAP (online analytical processing) – инструментов оперативной аналитической обработки данных. OLAP позволяет быстро производить расчёты над огромными объёмами данных, в том числе, с целью выявления динамики изменения различных параметров (параметры задаются аналитиком).
2. Работа с неточными данными. Информация в базах данных часто содержит ошибки или является неполной. Результаты запроса по такой БД могут сильно отличаться от реального положения дел. Процессор запросов, работающий с вероятностями, коэффициентами доверия, коэффициентами полноты и т.д. позволил бы учитывать степень достоверности данных при принятии решений на основе этих данных.
3. Новые пользовательские интерфейсы. Это одно из наиболее актуальных направлений современных информационных технологий. Конечные пользователи не знают язык запросов (SQL), и для получения информации из БД вынуждены пользоваться интерфейсами, которые для них создают программисты. В приложения обычно включают некоторый набор готовых запросов и возможность сформулировать произвольный запрос с помощью некоего конструктора. Но для того, чтобы воспользоваться конструктором, пользователь должен знать структуру базы данных и хорошо разбираться в предложенном ему формализме ПО.

     Наиболее  естественным видом является запрос к БД, сформулированный на естественном языке (ЕЯ). Но для таких запросов характерны неточности и неоднозначность. Решение этой задачи невозможно без использования знаний о предметной области и о структуре языка.

     Одним из вариантов решения этой проблемы являются онтологии. Под онтологией понимается определённым образом формализованная система знаний о предметной области, описывающая, классифицирующая и увязывающая между собой понятия этой ПО. Интеграция онтологий и баз данных позволит пользователям задавать запросы в собственной терминологии с использованием ограниченного естественного языка. Это упростит создание и сопровождение приложений и повысит эффективность использования БД.

4. Проблемы оптимизации запросов. Помимо остающейся актуальной задачи поиска новых способов оптимизации, можно выделить ещё две серьёзные проблемы оптимизации: обработка неструктурированных запросов (возможно, на ограниченном естественном языке), и оптимизация группы запросов. Работа с неструктурированными запросами особенно актуальна в свете использования баз данных в поисковых системах (в том числе, при поиске в Internet). А оптимизация группы одновременно выполняющихся запросов позволит улучшить характеристики СУБД с точки зрения быстродействия.
5. Интеграция разнородных и слабо формализованных данных. Изначально базы данных предназначались для хранения и обработки фактографических хорошо структурированных данных. Но огромное количество данных представлено в различных графических и мультимедийных форматах. Включение в СУБД способов обработки подобных данных позволяет использовать технологии баз данных в таких сферах, как, например, ГИС (гео-информационные системы), издательские системы (с поддержкой вёрстки номеров издания), САПР (системы автоматизации проектирования) и т.д.
6. Организация доступа к базам данных через Internet. Многие web-сайты содержат динамическую информацию, например, о товарах и ценах в Internet-магазинах. В локальных системах такая информация традиционно хранится в базах данных. Интеграция СУБД в web-среду позволяет сохра-нить все преимущества баз данных для использования в web-приложениях. Основными задачами здесь являются:
1. организация эффективного интерфейса, рассчитанного на неподготов-ленного пользователя;
2. оптимизация запросов, направленная на уменьшение сетевого трафика;
3. повышение производительности СУБД в многопользовательском режиме работы.
7. Самоадаптация. Современные СУБД имеют широкие возможности по на-стройке баз данных под конкретную предметную область и аппаратные средства. Но использование этих возможностей – достаточно сложная задача, которая требует наличия высококвалифицированного администратора БД. Для упрощения настройки и сопровождения БД СУБД должна брать на себя большинство функций настройки и выполнять их в автоматическом или автоматизированном режиме.
8. Использование GRID. GRID – это концепция объединения вычислитель-ных ресурсов в единую сеть. В качестве аналогии здесь можно привести электрические сети: при возникновении потребности пользователь просто подключается к сети и получает электричество. Точно так же при возникновении потребности в вычислениях пользователь должен просто подключаться к GRID и получать вычислительные ресурсы. Преимущества этого подхода очевидны: возможность решать более ресурсоёмкие задачи и перераспределять нагрузку на узлы сети. Но и нерешённых проблем здесь тоже достаточно, поэтому это задача будущего.