Кто не делится найденным, подобен свету в дупле секвойи (древняя индейская пословица)
Версия для печати
Библиографическая запись:
Классификация СУБД. Архитектуры ИС. Функции БД. Компоненты БД. — Текст : электронный // Myfilology.ru – информационный филологический ресурс : [сайт]. – URL: https://myfilology.ru//165/bazy-dannyx/klassifikacziya-subd-arxitektury-is-funkczii-bd-komponenty-bd/ (дата обращения: 26.04.2024)
Классификация СУБД. Архитектуры ИС. Функции БД. Компоненты БД
Содержание
Классификация СУБД
По модели данных
- Иерархические
- Сетевые
- Реляционные
- Объектно-ориентированные
- Объектно-реляционные
По степени распределённости
- Локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере)
- Распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться не только на одном, но на двух и более компьютерах).
По способу доступа к БД
Файл-серверные. В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок.
Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового сервера.
Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость или невозможность централизованного управления; затруднённость или невозможность обеспечения таких важных характеристик, как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД; в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД.
На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей, а её использование в крупных информационных системах — недостатком.
Клиент-серверные. Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно.
Недостаток клиент-серверных СУБД состоит в повышенных требованиях к серверу.
Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик, как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность.
Встраиваемые. Встраиваемая СУБД — СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети.
Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы.
По типу параллельности
• однопроцессорные
• параллельные с общей памятью (shared-everything)
• параллельные с общими дисками (shared-disks)
• параллельные без использования общих ресурсов (shared-nothing)
Универсальные и специализированные СУБД
Существуют универсальные СУБД (Oracle, DB2, Microsoft SQL Server), которые направлены на многофункциональность, на удовлетворение всех потребностей ИС.
Из-за своей всенаправленности, универсальные СУБД очень громоздкие и неповоротливые, часто они не успевают быстро адаптироваться к новым потребностям бизнеса, из-за чего бизнес теряет деньги. Считается, что именно бизнес является главной движущей силой развития СУБД (и IT продуктов в целом).
Альтернативой универсальным приходятся специализированные СУБД (Vertica, VoltDB и т.д.), ориентированные на эффективную поддержку одного класса ИС (например, транзакционных или аналитических систем). За счёт своей узконаправленности, они могут быстрее адаптироваться к требованиям бизнеса.
Типология баз данных
Классификация баз и банков данных может быть произведена по разным признакам (относящимся к разным компонентам и сторонам функционирования банков данных (БнД), среди которых выделяют следующие.
По форме представляемой информации можно выделить фактографические, документальные, мультимедийные, в той или иной
степени соответствующие цифровой, символьной и другим (нецифровой и несимвольной) формам представления информации в вычислительной среде. К последним можно отнести картографические, видео-, аудио-, графические и другие БД.
По типу хранимой (не мультимедийной) информации можно выделить фактографические, документальные, лексикографические БД.
Лексикографические базы — это классификаторы, кодификаторы, словари основ слов, тезаурусы, рубрикаторы и т. д., которые обычно используются в качестве справочных совместно с документальными или фактографическими БД. Документальные базы подразделяются по уровню представления информации на полнотекстовые (так называемые «первичные» документы) и библиографическо-реферативные («вторичные» документы, отражающие на адресном и содержательном уровнях первичный документ).
По типу используемой модели данных выделяют три классических класса БД: иерархические, сетевые, реляционные. Развитие технологий обработки данных привело к появлению постреляционных, объектно-ориентированных, многомерных БД, которые в той или иной степени соответствуют трем упомянутым классическим моделям.
По топологии хранения данных различают локальные и распределенные БД.
По типологии доступа и характеру использования хранимой информации БД могут быть разделены на специализированные и интегрированные.
По функциональному назначению (характеру решаемых с помощью БД задач и, соответственно, характеру использования данных) можно выделить операционные и справочно-информационные. К. последним можно отнести ретроспективные БД (электронные каталоги библиотек, БД статистической информации и т. д.), которые используются для информационной поддержки основной деятельности и не предполагают внесения изменений в уже существующие записи, например, по результатам этой деятельности. Операционные БД предназначены для управления различными технологическими процессами. В этом случае данные не только извлекаются из БД, но и изменяются (добавляются) в том числе в результате этого использования.
По сфере возможного применения можно различать универсальные и специализированные (или проблемно-ориентированные) системы.
По степени доступности можно выделить общедоступные и БД с ограниченным доступом пользователей. В последнем случае говорят об управляемом доступе, индивидуально определяющем не только набор доступных данных, но и характер операций, которые доступны пользователю.
Следует отметить, что представленная классификация не является полной и исчерпывающей, а в большей степени отражает исторически сложившееся состояние дел в сфере деятельности, связанной с разработкой и применением баз данных.
Архитектуры ИС
Архитектура ИС— общие функциональные, информационные, программные, технические, эстетические и другие свойства ИС.
Конфигурация— определяется как граф, представляющий интересующий разработчика аспект проектируемой системы.
Вершинам этого графа ставятся в соответствие элементы различных видов. Дугам графа ставятся в соответствие интересующие отношения между элементами. С дугами и вершинами могут быть связаны разнообразные количественные меры, задаваемые соответствующими функциями принадлежности.
Структура (лат. structure) — прочная, относительно устойчивая связь (отношение) и взаимодействие элементов, сторон, частей предмета, явления, процесса как целого.
Учитывая специфику ИС, структура — это совокупность конфигураций. Таким образом, структура системы определяется через множество выбранных видов элементов, множество элементов, множество рассматриваемых видов отношений и отношений и множество функций принадлежности, характеризующих количественно связи элементов.
По мере эволюции вычислительных систем сформировались разновидности архитектуры информационных систем:
- одноранговая архитектура;
- классическая архитектура «клиент-сервер»;
- архитектура «клиент-сервер» на основе Web-технологии.
При одноранговой архитектуре все ресурсы вычислительной системы, включая информацию, сконцентрировзны в центральной ЭВМ, называемой еще мэйнфреймом (main frame — центральный блок ЭВМ). В качестве основных средств доступа к информационным ресурсам используются однотипные алфавитно-цифровые терминалы, соединяемые с центральной ЭВМ кабелем. При этом не требуется никаких специальных действий со стороны пользователя по настройке и конфигурированию программного обеспечения.
Явные недостатки, свойственные одноранговой архитектуре, и развитие инструментальных средств привели к появлению вычислительных систем с архитектурой «клиент-сервер». Особенность данного класса систем состоит в децентрализации архитектуры автономных вычислительных систем и их объединении в глобальные компьютерные сети. Создание данного класса систем связано с появлением персональных компьютеров, взявших на себя часть функций центральных ЭВМ. В результате появилась возможность создания глобальных и локальных вычислительных сетей, объединяющих персональные компьютеры (клиенты или рабочие станции), использующие ресурсы, и компьютеры (серверы), предоставляющие те или иные ресурсы для общего использования.
Любое программное приложение можно представить в виде структуры из трех компонентов:
- компонет представления, реализующий интерфейс с пользователем;
- прикладной компонент, обеспечивающий выполнение прикладных функций;
- компонент доступа к информационным ресурсам или менеджер ресурсов, выполняющий накопление информации и управление данными.
На основе распределения перечисленных компонентов между рабочей станцией и сервером сети выделяют несколько моделей модели архитектуры «клиент-сервер»:
- модель доступа к удаленным данным;
- модель сервера управления данными;
- модель комплексного сервера;
- архитектура «клиент-сервер».
Модель доступа к удаленным данным, при которой на сервере расположены только данные, имеет свои особенности — невысокую производительность (вся информация обрабатывается на рабочих станциях); снижение общей скорости обмена при передаче больших объемов информации для обработки с сервера на рабочие станции.
При использовании модели сервера управления данными кроме самой информации на сервере располагается менеджер информационных ресурсов (например, система управления базами данных). Компонент представления и прикладной компонент совмещены и выполняются па компьютере-клиенте, который поддерживает как функции ввода и отображения данных, так и чисто прикладные функции. Доступ к информационным ресурсам обеспечивается либо операторами специального языка (например SQL, в случае использования базы данных), либо вызовами функций специализированных программных
библиотек. Запросы к информационным ресурсам направляются по сети менеджеру ресурсов (например, серверу базы данных), который обрабатывает запросы и возвращает клиенту блоки данных. К наиболее существенным особенностям данной модели относятся:
- уменьшение объемов информации, передаваемых по сети, так как выборка необходимых информационных элементов осуществляется на сервере, а не на рабочих станциях;
- унификация и широкий выбор средств создания приложений;
- отсутствие четкого разграничения между компонентом представления и прикладным компонентом, что затрудняет совершенствование вычислительной системы.
Модель сервера управления данными целесообразно использовать в случае обработки умеренных, не увеличивающихся со временем объемов информации. При этом сложность прикладного компонента должна быть невысокой.
Модель комплексного сервера строится в предположении, что процесс, выполняемый на компьютере-клиенте, ограничивается функциями представления, а собственно прикладные функции и функции доступа к данным выполняются сервером. Преимущества модели комплексного сервера — высокая производительность; централизованное администрирование; экономия ресурсов сети.
Модель комплексного сервера является оптимальной для крупных сетей, ориентированных на обработку больших и увеличивающихся со временем объемов информации.
Архитектуру «клиент-сервер», при которой прикладной компонент расположен на рабочей станции вместе с компонентом представления (модели доступа к удаленным данным и сервера управления данными) или на сервере вместе с менеджером ресурсов и данными (модель комплексного сервера), называют двухзвенной архитектурой.
При существенном усложнении и увеличении ресурсоемкости прикладного компонента для него может быть выделен отдельный сервер, называемый сервером приложений. В этом случае говорят о трехзвенной архитектуре «клиент-сервер». Первое звено — компьютер-клиент, второе — сервер приложений, третье — сервер управления данными. В рамках сервера приложений могут быть реализованы несколько прикладных функций, каждая из которых оформляется как отдельная служба, предоставляющая некоторые услуги всем программам. Серверов приложения может быть несколько, каждый из них ориентирован на предоставление некоторого набора услуг.
Наиболее ярко современные тенденции телекоммуникационных технологий проявились в Internet в архитектуре «клиент-сервер», основанной на Web-технологии.
В соответствии с Web-технологией на сервере размещаются так называемые Web-документы, которые визуализируются и интерпретируются программой навигации (Web-навигатор, Webброузер), функционирующей на рабочей станции. Логически Web-документ представляет гипермедийный документ, объединяющий ссылками различные Web-страницы. В отличие от бумажной Web-страница может быть связана с компьютерными программами и содержать ссылки на другие объекты. В Web-технологии существует система гиперссылок, включающая ссылки на такие объекты:
- другая часть Web-документа;
- другой Web-документ или документ другого формата (например, документ Word или Excel), размещаемый на любом компьютере сети;
- мультимедийный объект (рисунок, звук, видео);
- программа, которая при переходе на нее по ссылке, передается с сервера на рабочую станцию для интерпретации или запуска на выполнение навигатором;
- любой другой сервис — электронная почта, копирование файлов с другого компьютера сети, поиск информации и т.д.
Передачу с сервера на рабочую станцию документов и других объектов по запросам, поступающим от навигатора, обеспечивает функционирующая на сервере программа, называемая Web-сервером. Когда Web-навигатору необходимо получить документы или другие объекты от Web-сервера, он отправляет серверу соответствующий запрос. При достаточных правах доступа между сервером и навигатором устанавливается логическое соединение. Далее сервер обрабатывает запрос, передает Web-навигатору результаты обработки и разрывает установленное соединение. Таким образом, Web-сервер выступает в качестве информационного концентратора, который доставляет информацию из разных источников, а потом в унифицированном виде предоставляет ее пользователю.
Event Driven Architecture (архитектура, управляемая событиями).
Object Management Architecture (объектно-ориентированная архитектура).
Service-Oriented Architecture (сервисно-ориентированная архитектура — СОА).
Technology Neutral Architecture (независимая от технологии архитектура).
Unstructured Information Management Architecture (архитектура управления неструктурированной информацией).
Функции БД
- поддержка целостности файлов
- восстановление согласованного состояния данных после сбоев
- обеспечение параллельной работы нескольких пользователей
- поддержка языка манипулирования данными
- Непосредственное управление данными во внешней памяти
- Управление буферами оперативной памяти
- Управление транзакциями
- Журнализация
- Поддержка языков БД
Компоненты БД
- внутренняя часть – ядро СУБД (database engine)
- компилятор языка БД (обычно SQL)
- подсистема поддержки времени выполнения
- набор утилит
В некоторых системах эти части выделяются явно, в других - нет, но логически такое разделение можно провести во всех СУБД.
Ядро СУБД отвечает за управление данными во внешней памяти, управление буферами ОП, управление транзакциями и журнализацию. Соответственно, можно выделить следующие компоненты ядра:
- менеджер данных
- менеджер буферов
- менеджер транзакций
- менеджер журнала
Функции этих компонентов сильно взаимосвязаны, и для обеспечения корректной работы СУБД все эти компоненты должны взаимодействовать по тщательно продуманным и проверенным протоколам.
- Голицына О. Л., Максимов Н. В., Попов И. И. Базы данных: Учебное пособие. — М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006. — 352 с.
- Теория информационных процессов и систем : учебник для студ. высш. учеб, заведений / [Б. Я. Советов, В. А.Дубенецкмй, В.В.Цехановский и др.] ; под ред. иБ.Я. Советова. — М. : Издательский центр «Академия», 2010. — 432 с.
- Кузнецов С. Д. Базы данных : курс лекций. - 2020. - 256 с.
27.04.2022, 1293 просмотра.