ПБД (9) - Лекция №1 - Постреляционные базы данных

Определения

Базы данных

Большой объём долгосрочно хранящихся данных.

СУБД

Система управления базами данных. Чтобы программа могла называться СУБД, она должна обеспечивать следующее:

• специальные языки, которые предоставляют:
  • DDL - для описания структуры БД;
  • DML - для манипулирования данных (добавление, удаление, изменение, запросы).
• хранение больших объёмов структурированных данных;
• восстановление после сбоев;
• параллельная работа с данными нескольких пользователей;
• выполнение транзакций - набора действий, из которого выполняются либо все, либо ни одно;
• защита информации от несанкционированного доступа;
• возможность оптимизации запросов;
• поиск информации в огромных объёмах информации.

Технология работы с БД

• Определение структуры данных:
  • ER-реляция (SQL);
  • объектная реляция (расширенный SQL);
  • объектно-ориентированная (ODL);
  • полуструктурированная (XML).
• Программирование БД:
  • SQL + объектное расширение SQL;
  • OQL;
  • Datalog;
  • xQuery, xPath;
  • драйвера доступа (ODBC, LINQ, MVC);
  • all in/out;
  • проекция классов;
  • хранимые процедуры, функции, триггеры.
• Реализация СУБД;
• Интеграция информации (OLAP, data-mining).

Поколения СУБД

Первое поколение

1960 годы, сетевые и иерархические системы. Применялись в следующих сферах:

• бронирование и продажа билетов;
• банковскиие системы;
• корпоративные системы (покупки, продажи, сотрудники).

Второе поколение

1970-90 годы. Реляционные БД. Связи хранятся в виде таблиц отношений. SQL.

Третье поколение

Постреляционные БД - это БД и СУБД так называемого третьего поколения.

Проблемы реляционных БД и задачи постреляционных БД:

• уменьшение и удешевление систем;
• большие объёмы хранимых данных. Реляционные БД нормально справляются с гигабайтами, но уже с трудом с терабайтами и выше;
• появление третичных устройств хранения (первичные - RAM, вторичные - HDD), то есть съёмных дисков. Суть в том, что скорость чтения всё ниже и ниже;
• параллельное хранение данных (типа RAID). Запросы теперь нужно разбивать, а потом соединять;
• данные со сложной структурой (мультимедийные данные). Требуются новые типы данных;
• появление распределённых архитектур;
• интеграция информации и наследование БД.

Постреляционные БД

Делятся на два вида:

• объектно-ориентированные БД;
• объектно-реляционные БД.

Оба очень близки и различаются, в основном, только внутренней реализацией.

Основные возможности постреляционных БД

Расширение системы типов данных

• могут создаваться новые типы:
  • описывается его интерфейс (функции, сигнатуры);
  • реализация.
• конструктор составных типов:
  • структуры, множества, списки, массивы, объединения;
  • ортогональность конструкторов (список массивов, объединения множеств);
  • система образования пользовательских систем встроенных типов однообразны.

Инкапсуляция

В БД хранятся объекты. У объектов есть данные и методы, открытые и закрытые поля. Для разрешения проблемы необходимости доступа к скрытым полям используются специальные методы: обозреватели (get) и модификаторы (set);

Наследование

• добавление свойств;
• добавление методов;
• ограничение значений.

Типы и классы

Тип - это некоторое описание, как следует работать с переменной или объектом. Используются на этапе компиляции для проверки соответствия.

Класс поддерживает иерархию и от типа отличается:

• используется для производства (генерации) новых объектов;
• экстент - множество объектов конкретного класса.

Идентифицируемость объекта

У БД идентификатором объекта является первичный ключ записи таблицы. В программировании идентификатором объекта является его адрес в памяти.

Различаются два понятия: равенство (одинаковый с другим) и идентичность (он сам).

Копирование может быть поверхностным и глубоким. При поверхностном копировании копируется только ссылка, а при глубоком также и внутренняя структура объекта.

Правила и триггеры

Правила обеспечивают целостность данных и накладывают логические условия на БД. Например, что значение поля "зарплата" в таблице "директора" не может быть меньше значения поля "зарплата" в таблице "сотрудники".

Триггеры являются процедурами, которые вызываются и выполняются. Могут вызываться при любых ситуациях (DDL-триггеры), в отличие от реляционных БД.

Обновление представления

Обновляемые представления позволяют скрыть от пользователя структуру БД и изменять данные.

Для их реализации могут использоваться правила либо специальные триггеры типа instead.

Язык работы с БД

• DDL, язык высокого уровня
  • поддерживает создание новых типов данных, конструкторы типов данных
  • добавление новых данных
  • чёткое разделение физической и логической структуры

• DML, язык высокого уровня
  • работает на уровне логики, а не конкретной физической реализации
  • должна быть возможность выполнять незапланированные запросы
  • должна быть возможность работать с элементами типов (обращение в элементу массива, к полю структуры)

• SQL + расширения, которые обеспечивают:
  • вычислительную полноту
  • ресурсную полноту - возможность обратиться к любым ресурсам компьютера

Проблемы взаимодействия ПО и СУБД

• обращение должно идти на языке высокого уровня;
• встраивание запроса в язык;
• стабильное хранение данных;
  • неявное хранение объекта ПО в БД (выключили компьютер, а объект сохранился);
• соответствие систем типов;
  • временные типы - существующие только на момент выполнения запроса (извлекли только фамилии и адреса);
• использование кэша на стороне клиента;
• восстановление после сбоев;
• оптимизация запросов - неизвестно, сколько будет выполняться та или иная функция;
• возможность конфигурирования физической структуры (индексы, кластеры);
• поддержка транзакций и параллельной работы;
• дополнительно:
  • версионность;
  • множественное наследование;
  • распределённая работа.