СУБД: системы управления базами данных

Требования к современным базам данных

СУБД (системы управления базами данных) - программные средства для хранения данных и обеспечения гибкого доступа к ним. Главные задачи таких систем:

• обеспечение максимально быстрого доступа к требуемым данным;
• возможность хранения больших объемов информации (миллионы записей);
• многопользовательский режим (одновременно обслуживается несколько клиентов) с разграничением прав доступа;
• возможность удаленного (сетевого) управления;
• надежность хранения данных.

Данные могут храниться как в файловых системах, так и в оперативной памяти (кэширование), как на локальном компьютере, так и на удаленном сервере. В настоящее время распространены СУБД хранящие данные на нескольких серверах одновременно (кластеры). Такие компьютеры непрерывно синхронизируют хранящиеся на них массивы данных (репликация). Это обеспечивает как более высокую скорость доступа, так и дополнительную надежность.

Классификации СУБД

СУБД можно классифицировать по модели данных:

• иерархические;
• реляционные;
• объектно-ориентированные.

По методу доступа СУБД делятся на:

• файл-серверные (данные хранятся на том же компьютере, с которого осуществляется доступ, например, Microsoft Access в большинстве применений);
• клиент-серверные, где разделены функции хранения данных (сервер) и организации запросов к ним (клиент);
• встраиваемые, которые реализуются как подключаемые библиотеки для локального хранения данных в автоматических устройствах, телеметрических приборах и т.п. (например, SQLite).

По условиям использования СУБД делятся на:

• коммерческие (требующие приобретения лицензии);
• распространяемые под свободной лицензией.

Рисунок 1. Популярность современных СУБД. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Инструменты управления СУБД

Для внесения изменений в базу данных необходимо специальное программное обеспечение, называемое клиентским.

В качестве клиентов могут использоваться:

• консольные утилиты (mysql, psql, sqlite); они позволяют общаться с сервером БД на языке SQL; результаты возвращаются в виде простого текста с разделителями между полями записей;
• веб-приложения; они открываются в браузере и обладают более широкими возможностями для визуализации данных и отправки запросов (например, phpMyAdmin);
• десктопные приложения; целенаправленно созданы для предоставления максимальных визуальных удобств пользователю по управлению данными (Microsoft Access).

Рисунок 2. Создание таблицы с помощью веб-интерфейса. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Реляционные базы данных и NoSQL

Доминирующей в проектировании СУБД является концепция реляционных баз данных. Она базируется на принципе взаимосвязанных таблиц. Для управления такими БД широко применяется язык SQL (Structured Query Language). Он представляет собой набор инструкций для создания и преобразования таблиц и других объектов в БД, а также добавления данных в таблицы, их изменения, формирования выборок:

CREATE TABLE USERS (ID INT, NAME TEXT, PHONE TEXT);
INSERT INTO USERS VALUES (1, 'JOHN', '123-456-780');
SELECT * FROM SERS WHERE ID = 1;

Эти инструкции:

1. создают в БД таблицу USERS ("Пользователи") в первой строке;
2. заносят туда новую запись о пользователе с идентификатором 1, именем John и номером телефона 123-456-780 (вторая строка);
3. организуют поиск пользователя с идентификатором 1.

Основные современные СУБД, в которых реализована концепция реляционных данных и SQL:

• MSSQL;
• MySQL;
• Oracle DB;
• PostgreSQL;
• SQLite.

Следует отметить, что MSSQL и Oracle DB - коммерческие продукты, остальные из перечисленных распространяются под свободными лицензиями как Open Source Software, т.е. программное обеспечение, пользоваться которым можно на безвозмездной основе.

В последние годы реляционные БД всё в большей степени вытесняются концепцией NoSQL, позволяющей сократить расходы на проектирование и масштабирование баз данных. Примерами являются Redis и MongoDB. Они не уступают традиционным в скорости доступа, надежности хранения и объемах обрабатываемой информации, а в ряде случаев и превосходят их. Преимуществом NoSQL является отсутствие длительного этапа проектирования базы данных, когда продумываются структуры таблиц и связей между ними. В NoSQL БД можно вводить данные не создавая таблиц. Структурирующую роль в них играют ключи, с помощью которых можно записывать и извлекать данные. Например:

HSET USERS:1 PHONE 123-456-780
HSET USERS:1 NAME JOHN
HGETALL USERS:1

В NoSQL базах данных нет единого механизма поиска, такого, как SELECT в языке SQL, но иногда это и не требуется. Зная структуру ключей, легко получить доступ к необходимой информации. Структура ключей, не связанная почти никакими ограничениями, позволяет гибко реагировать на изменения предметной области без создания новых таблиц и изменения старых.