При работе с СУБД можно выделить несколько уровней представления данных:
- Внешний уровень (уровень конечного пользователя). В некотором смысле это самый главный уровень. Именно с ним работает конечный пользователь или конечная программа. Пользователь воспринимает данные как совокупность некоторых взаимосвязанных полей в удобном виде, позволяющих ему решать свою задачу.
- Концептуальный уровень (уровень программиста и администратора) – это обобщенное представление обо всех данных, хранящихся в базе или совокупность внешних представлений. На этом уровне работают программист, создающий прикладные программы, и администратор, разрабатывающий структуру (схему) базы данных. Администратору доступна вся схема, вся информация, а конкретному программисту - только ее часть, ограниченная его привилегиями.
- Физический уровень (уровень реализации). На физическом уровне определяются способы хранения данных с учетом подробностей (вплоть до физического адреса) и доступа к ним. Сервер СУБД реализует именно этот уровень.
По логическому представлению структуры данных СУБД делятся на несколько типов: реляционные, сетевые и иерархические. Главная характеристика, определяющая тип – это используемое представление данных.
Основной структурой в иерархических моделях данных является «дерево». Особенности такого представления в наличии корня – единственной точки входа в дерево, и что каждый порожденный узел имеет только одного родителя. Недостатком этой системы является высокая избыточность. Одна запись БД – это совокупность деревьев. Через эту структуру нельзя построить отношение N:N (многие ко многим).
Основной структурой в сетевых моделях данных является «сеть». При таком представлении существует несколько входов в сеть – неоднозначность доступа к данным. Особенности такого представления: один или несколько узлов могут иметь больше одного родителя; время доступа изменяется в зависимости от исходного входа. Время доступа в сетевой структуре может быть больше, чем в иерархической структуре.
Недостатком обеих этих структур является то, что при добавлении новых вершин или установлении новых связей возникают проблемы выгрузки данных из базы, перегенерации полностью структуры, загрузка данных обратно в базу. При этом возникает вероятность потерять данные при обратной загрузке.
В основе структуры данных реляционной модели лежит мощный аппарат реляционной алгебры, реляционного исчисления и теории нормализации. При проектировании реляционной модели БД используется понятия ER-модели: сущность – объект, атрибут – свойства и связь. Связи бывают нескольких типов: 1:1, 1:N (N:1), N:N. У реляционной модели есть ряд ограничений: невозможность существования двух одинаковых записей; задание типа столбца, области значений атрибута. Достоинство реляционных СУБД, обеспечившее высокую популярность, заключается в не функциональности языка запросов. Это означает, что формулируете запрос не то, как надо найти данные, а что надо найти.
Сегодня основы современной информационной технологии составляют базы данных (БД) и системы управления базами данных (СУБД), роль которых как единого средства хранения, обработки и доступа к большим объемам информации постоянно возрастает. При этом существенным является постоянное повышение объемов информации, хранимой в БД, что влечет за собой требование увеличения производительности таких систем. Резко возрастает также в разнообразных применениях спрос на интеллектуальный доступ к информации. Это особенно проявляется при организации логической обработки информации в системах баз знаний, на основе которых создаются современные экспертные системы. Быстрое развитие потребностей применений БД выдвигает новые требования к СУБД: поддержка широкого спектра типов представляемых данных и операций над ними (включая фактографические, документальные, картинно-графические данные); естественные и эффективные представления в БД разнообразных отношений между объектами предметных областей (например, пространственно-временных с обеспечением визуализации данных); поддержка непротиворечивости данных и реализация дедуктивных БД; обеспечение целостности БД в широком диапазоне разнообразных предметных областей и операционных обстановок; управление распределенными БД, интеграция неоднородных баз данных; существенное повышение надежности функционирования БД.
На российском рынке наиболее популярны СУБД Progress (Progress software), Oracle RDBMS v7 (Oracle), Microsoft SQL Server v6.5 (Microsoft), DB2 (IBM), Sybase System 11 (Sybase).
1.1.1 Sybase System 11
Фирма Sybase - один из ведущих производителей промышленных СУБД, средств разработки приложений и других продуктов, реализующих технологию клиент-сервер. В конце 1995 года фирма выпустила Sybase System 11. Сейчас Sybase System 11 выпущена для Intel и основных UNIX-платформ. На Intel-платфорах работает СУБД для рабочих групп Sybase SQL Anywhere 5.0 - новая версия СУБД Watcom SQL, которая теперь имеет режим совместимости с Sybase SQL Server на уровне языка и интерфейсов.
Серверные продукты Sybase System 11 обладают архитектурой, построенной на основе продуктов и библиотек Sybase Open Client/Server. Среди основных серверных продуктов Sybase System 11:
- Sybase SQL Server - реляционная СУБД;
- Sybase MPP - расширение архитектуры Sybase SQL Server, разработанное и оптимизированное для массовой параллельной обработки. Оно обладает открытой параллельной архитектурой, предназначенной для поддержки очень больших баз данных (VLDB);
- Sybase IQ - серверный механизм построения битовых индексов для высокоскоростного выполнения сложных запросов к большим объемам данных;
- Sybase SQL Anywhere - "легкая" полнофункциональная СУБД на Intel-платформах для мобильных пользователей и небольших групп;
- Sybase Replication Server - репликационный сервер для построения распределенных систем на основе тиражирования данных;
- Sybase OmniConnect - сервер, обеспечивающий работу приложений-клиентов в "прозрачном" режиме с несколькими серверами так, как будто работа идет с одним сервером; при этом в распределенную систему могут включаться СУБД различных производителей - Sybase, Oracle, IBM и т.д.
Вспомогательные серверные продукты Sybase System 11 включают:
- Sybase Backup Server - специальный сервер для выгрузки и загрузки баз данных, не требующий остановки SQL Server и не снижающий его производительности;
- Sybase Monitor Server - в сочетании с графической клиентской частью выполняет мониторинг различных параметров состояния SQL Server;
- Sybase Replication Agent - специальные компоненты, отслеживающие изменения в данных через журналы транзакций различных СУБД для включения их в систему репликации. Replication Agent существуют, в частности, для Sybase SQL Server, Oracle, DB2, Sybase SQL Anywhere.
- Sybase Audit Server - записывает информацию о действиях пользователей в специальную базу данных, доступную для анализа.
К инструментальным средствам фирмы Sybase относятся средство быстрой разработки приложений PowerBuilder и CASE-система S-Designor, выпускаемые подразделением Powersoft. Эти средства работают со всеми основными СУБД.
Создание Sybase SQL Server 11 основывается на опыте работы предыдущих версий и содержит ряд новых возможностей:
- Масштабируемость, производительность и эффективность SQL Server 11 основывается на следующих факторах:
× SQL Server 11 работает на множестве платформ, от персональных компьютеров до многопроцессорных суперсерверов;
× обеспечена высокая производительность на каждой платформе благодаря тесному взаимодействию с производителями аппаратуры и оптимизации характеристик;
× полностью симметричная многопотоковая СУБД достигает высокой пропускной способности и поддерживает большое количество пользователей.
- SQL Server обеспечивает надежность и целостность данных:
× SQL Server содержит механизмы триггеров и процедур, декларативной ссылочной целостности, транзакций и т.д.;
× СУБД соответствует уровню безопасности C2 NCSA (National Computer Security Council).
× Доступность данных повышает производительность систем:
× Sybase SQL Server программно поддерживает зеркальный журнал и зеркальную базу данных;
× высокоскоростные средства загрузки/восстановления минимизируют влияние этих операций на работу системы.
- Открытость и соответствие стандартам:
× SQL Server соответствует стандартам ANSI/ ISO SQL-89 и entry-level ANSI/ ISO SQL-92;
× поддерживаются приложения в стандарте ODBC и X/Open XA;
× SQL Server может использовать различные сетевые протоколы, что позволяет соединить клиент и сервер практически на каждой платформе.
- Управление и поддержка:
× наличие многопотоковой архитектуры означает, что на компьютере запускается и требует управления только один процесс - СУБД;
× для симметричной мультипроцессорной обработки можно конфигурировать количество процессоров, распределенных для СУБД;
× имеется набор продуктов для конфигурирования областей памяти, пользователей, контроля доступа и производительности - от одной базы данных до множества сетей в масштабах предприятия.
Рассмотрим основные характеристики Sybase SQL Server.
Работа SQL Server с кэшами в памяти. Запись в журнал из кэша теперь происходит пакетами. Это снижает уровень конкуренции за доступ к ресурсу журнала и, соответственно, повышает производительность. Системный администратор может разделить кэш SQL Server на несколько именованных областей и приписать эти области различным базам данных и объектам баз данных. Имеется возможность группировать именованные области кэша так, чтобы более эффективно проходил обмен с диском большими блоками. Связывание именованных кэшей и объектов баз данных осуществляется при помощи вызова системных процедур.
При создании таблицы или индекса можно указать максимальное число строк, хранимых на странице данных или странице индекса. Эта возможность позволяет оптимизировать блокировки для часто обновляемых таблиц. SQL Server использует установленное значение при добавлении и удалении строк.