Файл: Практикум по проектированию, программированию и администрированию баз данных, включающий примеры и практические задания для самостоятельного выполнения.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 71
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
117
ЧАСТЬ 4.
УПРАВЛЕНИЕ
И АДМИНИСТРИРОВАНИЕ
21 / 24
118
ГЛАВА 8. ОБЗОР ФУНКЦИЙ СУБД
Как уже отмечалось, существенной особенностью АИС, отличающей их от многих других программных систем, является обеспечение автономности подсистемы хранения данных, в основе которой — принцип независимости данных от прикладных программ, обрабатывающих хранимые данные в инте- ресах конечных пользователей системы.
Реализация принципа автономности баз данных потребовала совместного файлового хранения метаданных с основными данными, представления модели данных на трех иерархических уровнях — концептуальном, логическом и фи- зическом, запрета непосредственного доступа к базе данных со стороны при- кладных программ и лишения их возможности (и необходимости) интерпрета- ции низкоуровневых структур данных. В результате была сформирована кон- цепция СУБД (рис. 1.1) как специализированной программной системы, обес- печивающей решение всего комплекса задач управления базами данных.
Обсуждение всех функций СУБД и методов их реализации выходит за рамки данного издания, ниже приведен лишь их обзор с краткими комментари- ями и более детально рассмотрены две важнейшие и взаимосвязанные функции
СУБД: управление транзакциями и управление блокировками, обеспечивающие эффективную работу АИС в условиях интенсивного многопользовательского доступа к базам данных.
Реализация функций поддержки физической модели данных, трансляции
SQL-запросов и управления производительностью, а также функций защиты от несанкционированного доступа к данным рассмотрена применительно к СУБД
MS SQL-Server.
Поддержка физической модели данных. Физическая модель представ- лена множеством взаимосвязанных низкоуровневых структур данных, обеспе- чивающих их внутреннее (как межфайловое, так и внутрифайловое) представ- ление.
Физическая модель недоступна пользовательским программным прило- жениям АИС, на основе этой модели в СУБД реализованы низкоуровневые ал- горитмы исполнения запросов к базе данных — так называемые процедурные
планы. СУБД обеспечивает взаимодействие компонентов логической и физиче- ской моделей базы данных, а также отображение структур физической модели на файловые структуры, поддерживаемые операционной системой, управляю- щей аппаратным комплексом АИС.
Поддержка системного каталога базы данных. Системный каталог
(называемый также словарем данных) обеспечивает хранение в самой базе дан- ных метаданных — описаний объектов логической и физической моделей дан- ных, что позволяет прикладным программам оперировать исключительно объ- ектами логической модели, не имея информации об их низкоуровневом пред- ставлении.
Наличие системного каталога обеспечивает независимость данных от об- рабатывающих их прикладных программ и относительную автономность функ-
22 / 24
119
ционирования базы данных в составе прочих компонентов программного обес- печения АИС.
Системный каталог пользовательской базы данных представлен множе- ством системных таблиц, а также хранимых в базе данных представлений, функций и процедур, используемых как самой СУБД в процессе трансляции и исполнения SQL-запросов, так и администраторами баз данных для анализа, настройки и оптимизации работы системы.
Трансляция SQL-запросов. Процесс трансляции SQL-запроса включает отображение затрагиваемых запросом объектов логической модели данных на соответствующие объекты физической модели и формирование оптимального процедурного плана его исполнения. Оптимизация процедурных планов произ- водится с целью повышения производительности работы системы на основании информации о наличии индексных структур данных и в соответствии с резуль- татами автоматически выполняемого «сбора статистики» о текущем состоянии объектов базы данных.
Управление производительностью. Основным критерием оценки произ- водительности системы является среднее время ее отклика на пользовательские
SQL-запросы. Для минимизации времени отклика СУБД использует различные индексные структуры данных и предоставляет администраторам средства мо- ниторинга пользовательской активности, обновления статистической информа- ции о состоянии объектов базы данных, а также средства анализа процедурных планов исполнения запросов.
Производительность СУБД в режиме многопользовательского доступа к данным во многом определяется настройкой и реализацией подсистемы управ-
ления транзакциями и блокировками.
Управление надежностью. Надежное функционирование базы данных предполагает сохранение ее целостности и работоспособности в течение дли- тельного периода времени и обеспечивается различными средствами на всех стадиях ее жизненного цикла. СУБД выполняет следующие функции управле- ния надежностью на стадии эксплуатации базы данных:
– автоматический контроль заданных разработчиком ограничений це- лостности данных, в том числе ограничений типа и домена, проверяемых (check constraints) и ссылочных (foreign key) ограничений;
– контроль взаимовлияния транзакций, конкурирующих за доступ к объ- ектам базы данных в многопользовательских системах, которое может приво- дить к искажениям результатов выполнения SQL-запросов (с точки зрения кли- ентских приложений, инициировавших транзакции);
– создание и надежное хранение резервных копий баз данных (в том чис- ле и разностных копий) с возможностью восстановления по ним баз данных по- сле «жестких сбоев», связанных с потерей данных на внешних запоминающих устройствах;
– поддержку журналов транзакций (LOG-файлов), обеспечивающих хра- нение «исторической» информации об операциях, модифицировавших базу данных;
23 / 24
120
– эффективное управление журналом транзакций в соответствии с прото- колом WAL (Write Ahead LOG), гарантирующим сохранение журнальной инфор- мации во внешней памяти прежде, чем там будут сохранены результаты соот- ветствующих модифицирующих операций;
– восстановление согласованного состояния базы данных по журналу транзакций после «мягких сбоев», которые не приводят к потере информации, размещенной на внешних запоминающих устройствах;
– автоматическое восстановление согласованного состояния базы данных по журналу транзакций после неудачного завершения (отката) транзакций.
Защита от несанкционированного доступа. Коммерческие СУБД об- щего применения предоставляют стандартный набор возможностей дискреци- онной (логической) защиты информации: идентификация и аутентификация пользователей (субъектов доступа), разграничение прав доступа субъектов к логическим объектам базы данных с возможностью группировки как субъектов, так и объектов доступа, шифрование хранимых данных. Специальные СУБД обеспечивают более высокий уровень информационной безопасности, исполь- зуя методы мандатной (физической) защиты данных.
Инструментальная поддержка. СУБД предоставляют программистам и администраторам баз данных разнообразные программные и визуальные сред- ства поддержки процессов разработки и управления:
– визуализация схем баз данных;
– визуальное конструирование и написание SQL-запросов, хранимых представлений, пользовательских функций и процедур;
– просмотр и обновление различных статистических характеристик объ- ектов базы данных;
– анализ эффективности процедурных планов исполнения SQL-запросов;
– просмотр объектов системного каталога;
– сознание, корректировка и группирование субъектов доступа;
– настройка системы разграничения доступа к данным и др.
24 / 24
121
1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 ... 18
ГЛАВА 9. ЗАДАЧИ
АДМИНИСТРИРОВАНИЯ
БАЗ ДАННЫХ
Эксплуатационные характеристики хранилища данных, интегрированного в состав автоматизированной информационной системы, во многом определяют эффективность работы всего программного комплекса. Грамотное администри- рование базы данных может существенно повысить производительность инфор- мационной системы, обеспечить высокую надежность хранения и требуемый уровень защиты информации.
Администрирование как вид профессиональной деятельности направлено на поддержание эффективной и бесперебойной работы баз данных, обеспечи- вающих функционирование информационных систем, и связано с выполнением следующих основных функций:
– эксплуатация серверов баз данных;
– поддержание баз данных в актуальном состоянии и обеспечение их эф- фективного функционирования;
– обеспечение доступности данных для легальных пользователей и защи- та от несанкционированного доступа к данным;
– мониторинг и идентификация потребностей пользователей.
Приведенный набор типовых функций администраторов баз данных закреплен как российскими, так и зарубежными профессиональными стандар- тами и классификационными системами, в которых явно разделяется деятель- ность по созданию баз данных (разработка концепций, проектирование и про- граммирование) и деятельность по их сопровождению и поддержанию работо- способности (администрирование).
Так, в стандарте США SOC (Standard Occupational Classification) (прило- жение Б [1]) работы по сопровождению баз данных включены в подкатегорию
«Database Administrators» в составе категории «Database and Systems Admi- nistrators and Network Architects», а функции по созданию баз данных определе- ны в подкатегории «Software Developers», входящей в состав категории
«Software and Web Developers, Programmers and Testers».
Соответствующий европейский стандарт European ICT Professional
Profiles (приложение Б [2]) предусматривает профиль «Developer» для деятель- ности по проектированию баз данных и отдельный профиль «Database
Administrator», в котором определены работы по обеспечению их функциони- рования в процессе эксплуатации.
Российские профессиональные стандарты «Архитектор программного обеспечения», «Руководитель разработки программного обеспечения» и «Про- граммист» определяют функции проектирования и программирования баз дан- ных, а комплекс работ по их сопровождению регламентирован стандартом
«Администратор баз данных» (приложение Б [3]), в котором приведен деталь-
1 / 24
122
ный перечень трудовых функций с указанием для каждой из них квалификаци- онного уровня, требований к профессиональной компетентности, базовому об- разованию и опыту работы. Стандарты «Специалист по информационным си- стемам» (приложение Б [4]), «Системный администратор информационно- коммуникационных систем» (приложение Б [5]) и «Специалист по защите ин- формации в автоматизированных системах» (приложение Б [6]) также регла- ментируют отдельные аспекты администрирования баз данных.
2 / 24
123
ГЛАВА 10. УПРАВЛЕНИЕ
ТРАНЗАКЦИЯМИ И БЛОКИРОВКАМИ
Важнейшими компонентами СУБД являются менеджеры транзакций и блокировок, обеспечивающие конкурентный многопользовательский доступ к объектам базы данных: наложение и снятие блокировок объектов базы данных, обрабатываемых транзакциями, эффективный откат транзакций при невозмож- ности их штатного завершения, управление распределенными транзакциями.
10.1. Понятие и базовые свойства транзакций
Стандартом SQL/92 определено понятие транзакции как последователь- ности SQL-операторов, рассматриваемых как единое целое в контексте их вы- полнения и возможной отмены результатов произведенных ими модификаций базы данных. Формально транзакцией будет считаться любая последователь- ность SQL-операторов, заключенных в «операторные скобки» BEGIN
TRANSACTION и COMMIT (при успешном завершении транзакции) или ROLL
BACK (при невозможности ее успешного завершения). При отсутствии таких
«скобок» СУБД будет считать транзакцией каждый отдельный SQL-оператор.
Стандартом определены 4 базовых свойства транзакций, обозначаемых англоязычной аббревиатурой ACID: Atomicity (атомарность), Consistency (согла- сованность), Isolation (изолированность) и Durability (долговременность).
Свойство атомарности (A) реализует принцип «или все, или ничего» и предписывает рассматривать транзакцию как единое целое: если какой-либо из операторов, включенных в транзакцию, не может быть выполнен, СУБД обяза- на сделать откат (ROLL BACK) к началу транзакции, отменив все изменения объ- ектов базы данных, произведенные предшествующими операторами этой тран- закции.
Свойство атомарности применимо и к транзакциям, содержащим един- ственный оператор: например, если оператором UPDATE производится модифи- кация 1000 строк таблицы, удовлетворяющих некоторому условию, то либо все эти строки будут модифицированы, либо, при невозможности успешного за- вершения этой операции, будет выполнен откат транзакции и модифицируемая таблица останется в исходном состоянии.
Согласованность (C) транзакции требует от СУБД гарантий того, что к моменту начала любой транзакции и в момент ее завершения база данных будет находиться в согласованном состоянии. Фактически это допускает рассогласо- ванное состояние базы данных «внутри» транзакции, что весьма существенно при необходимости последовательного внесения изменений во множество вза- имосвязанных таблиц.
Изолированность (I) — одно из важнейших свойств транзакций, которое далее будет рассмотрено более детально.
Транзакция всегда выполняется от имени определенного пользователя, идентификатор которого присутствует (явно или неявно) в качестве префикса
3 / 24