Hlavní funkce DBMS

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Moderní systémy pro správu databází se používají na mnoha místech, ale ne každý ví, co to je a jak můžete používat funkce DBMS. Takové nástroje mají obrovské množství možností, takže abyste je mohli plně využívat, měli byste rozumět tomu, co umí a jak jsou pro uživatele užitečné.

Správa dat

Funkce DBMS zahrnují především zpracování informací v externí paměti a tato funkce má poskytnout základní struktury VI, které jsou potřebné nejen pro ukládání informací přímo obsažených v databázi, ale také provádět různé servisní úkoly, jako je v různých případech zrychlený přístup k jakýmkoli souborům. V určitých modifikacích jsou aktivně využívány schopnosti různých souborových systémů, jiné umožňují práci i na úrovni externích paměťových zařízení. Ale v tomto případě stojí za zmínku, že ve funkci vysoce vyvinutého DBMS není uživatel v žádném případě informován, zda je použit nějaký systém, a pokud ano, jak jsou soubory uspořádány. Systém zejména udržuje vlastní pořadí pojmenování objektů obsažených v databázi.

Správa vyrovnávací paměti RAM

V naprosté většině případů je obvyklé používat funkce DBMS v poměrně velkých databázích a tato velikost je alespoň často mnohem větší než dostupná RAM. Samozřejmě, pokud v případě přístupu ke každému datovému prvku dojde k výměně s externí pamětí, bude rychlost druhé odpovídat rychlosti samotného systému, takže prakticky jedinou možností, jak ji skutečně zvýšit, je vyrovnávací paměť informace v RAM. Navíc, i když OS provádí celosystémové ukládání do vyrovnávací paměti, například s UNIXem, nebude to stačit k tomu, aby DBMS poskytlo účel a základní funkce, protože má mnohem větší množství dat o výhodných vlastnostech ukládání do vyrovnávací paměti pro každý konkrétní část použité databáze. Díky tomu si pokročilé systémy udržují vlastní sadu vyrovnávacích pamětí a také jedinečnou disciplínu pro jejich výměnu.

Za zmínku stojí fakt, že existuje samostatný směr řídicích systémů, zaměřený na nepřetržitou přítomnost celé databáze v RAM. Tento směr vychází z předpokladu, že v blízké budoucnosti se bude moci velikost RAM v počítačích natolik rozšířit, že se již nebudou starat o žádné bufferování a zde se budou hodit základní funkce tohoto typu DBMS. V tuto chvíli všechny tyto práce zůstávají ve fázi testování.

Správa transakcí

Transakce je posloupnost operací s použitou databází, za kterou systém řízení považujejediný celek. Pokud je transakce zcela úspěšně provedena, systém opraví změny, které provedl v externí paměti, nebo žádná z těchto změn neovlivní stav databáze. Tato operace je nutná pro zachování logické integrity použité databáze. Za zmínku stojí, že zachování správného průběhu transakčního mechanismu je předpokladem i při použití jednouživatelského DBMS, jehož účel a funkce se výrazně liší od jiných typů systémů.

Vlastnost, že jakákoli transakce začíná pouze tehdy, když je databáze v konzistentním stavu a ponechá ji ve stejném stavu i po skončení procedury, umožňuje extrémně pohodlné použití jako jednotky aktivity týkající se databáze. Při správném řízení souběžně prováděných transakcí řídicím systémem se v zásadě každý jednotlivý uživatel může cítit jako součást celku. To je však do jisté míry idealizované zobrazení, protože v mnoha situacích, kdy pracující lidé budou stále cítit přítomnost svých kolegů, pokud používají víceuživatelský systém, ale ve skutečnosti to také zajišťuje samotný koncept DBMS.. Funkce víceuživatelského typu DBMS také spojují koncepty, jako je plán sériového provádění a serializace, se správou transakcí.

Co znamenají?

Serializace souběžně prováděných transakcí umožňuje sestavení speciálního plánu pro jejich práci, ve kterémcelkový účinek dosažené směsi je ekvivalentní výsledku získanému díky jejich postupnému provádění.

Sériový plán provádění je specifická struktura akcí, které vedou k serializaci. Samozřejmě, pokud systém dokáže zajistit skutečně sériové provedení směsi transakcí, pak pro každého uživatele, který zahájí transakci, bude přítomnost ostatních zcela nepostřehnutelná, kromě toho, že bude fungovat o něco pomaleji ve srovnání s jednouživatelským režim.

Existuje několik základních serializačních algoritmů. V centralizovaných systémech jsou dnes nejpopulárnější algoritmy založeny na synchronizačním zachycení různých databázových objektů. V případě použití jakýchkoliv serializačních algoritmů je zajištěna možnost konfliktů mezi dvěma nebo více transakcemi při přístupu k určitým databázovým objektům. V takové situaci je pro podporu tohoto postupu nutné provést rollback, tedy eliminovat jakékoli změny provedené v databázi prostřednictvím jednoho nebo více procesů. Toto je jen jedna ze situací, kdy člověk cítí přítomnost ostatních ve víceuživatelském systému.

Journaling

Jedním z hlavních požadavků na moderní systémy je zajištění spolehlivosti ukládání informací do externí paměti. Zejména to stanoví, že mezi hlavní funkce DBMS patří schopnost obnovit poslední dohodnutoustav databáze poté, co došlo k selhání softwaru nebo hardwaru. V naprosté většině případů je zvykem zvažovat dvě možnosti selhání hardwaru:

• soft, což lze interpretovat jako neočekávané vypnutí počítače (nejčastějším případem je nouzový výpadek proudu);
• hard, které se vyznačují částečnou nebo úplnou ztrátou dat uložených na externích médiích.

Příklady selhání softwaru zahrnují selhání systému při pokusu o použití některé funkce, která není součástí hlavních funkcí DBMS, nebo selhání některé uživatelské utility, v důsledku čehož nebyla dokončena určitá transakce. První situaci lze považovat za zvláštní druh měkkého selhání, zatímco druhá vyžaduje obnovení jediné transakce.

Samozřejmě v každém případě, abyste mohli databázi normálně obnovit, potřebujete určité množství dalších informací. Jinými slovy, pro běžné zachování spolehlivosti ukládání dat v databázi je nutné zajistit redundanci ukládání informací a zvláště pečlivě hlídat tu část dat, která se při obnově používá. Nejběžnějším způsobem údržby těchto nadbytečných dat je protokolování změn.

Co to je a jak se to používá?

Záznam je speciální část databáze, přístupkterý není zahrnut v počtu funkcí DBMS a je podporován velmi pečlivě. V některých situacích dokonce poskytuje podporu pro dvě kopie protokolu současně, umístěné na různých fyzických médiích. Tato úložiště přijímají informace o všech změnách, ke kterým dojde v hlavní části databáze, a v různých systémech správy lze změny protokolovat na různých úrovních. V některých situacích záznam protokolu plně odpovídá konkrétní logické operaci aktualizace, v jiných - minimální interní operace spojená s aktualizací stránky externí paměti, zatímco některé DBMS umožňují kombinaci těchto dvou přístupů.

V každém případě se používá takzvaná strategie protokolování „zápis dopředu“. Když je použita, záznam označující změnu v jakémkoli databázovém objektu vstoupí do paměti externího protokolu před změnou objektu. Je známo, že pokud funkce Access DBMS umožňují běžnou implementaci tohoto protokolu, použití protokolu vyřeší všechny problémy spojené s obnovením databáze v případě jakýchkoli selhání.

Rollback

Nejjednodušší situací obnovy je vrácení jednotlivých transakcí. Pro tento postup nepotřebujete používat celosystémový protokol změn a zcela postačí, když pro každou transakci použijete místní protokol operací úprav a poté transakce vrátíte zpět provedením zpětných operací, počínaje koncem každého z záznamy. Struktura funkce DBMS často poskytujepoužití právě takové struktury, ale ve většině případů stále nejsou podporovány místní protokoly a individuální vrácení zpět i pro jednotlivé transakce se provádí podle celosystémové, a proto se všechny záznamy o každé z transakcí kombinují v obráceném seznamu.

Během slabého selhání může externí paměť databáze obsahovat různé objekty, které byly změněny transakcemi, které nebyly v době selhání dokončeny, a může také postrádat různé objekty, které byly upgradovány těmi, které úspěšně dokončily před selháním pomocí vyrovnávací paměti RAM, jejíž obsah při výskytu takových problémů zcela zmizí. Pokud je dodržován protokol pro použití lokálních protokolů, musí existovat záznamy v externí paměti, které se týkají modifikace jakýchkoli takových objektů.

Hlavním cílem procedury obnovy po výskytu měkkých selhání je takový stav externí paměti hlavní databáze, ke kterému by došlo, pokud by ve VI byly provedeny změny jakýchkoli dokončených transakcí a neobsahoval by stopy nedokončených postupů. K dosažení tohoto efektu jsou hlavní funkce DBMS v tomto případě vrácení nedokončených transakcí a přehrávání těch operací, jejichž výsledky nebyly nakonec zobrazeny v externí paměti. Tento proces zahrnuje poměrně velké množství jemností, které se týkají hlavně organizace správy protokolů a vyrovnávací paměti.

Těžká selhání

Když je třeba po vážném selhání obnovit databázi, nepoužije se pouze protokol, ale také záložní kopie databáze. Ten je úplnou kopií databáze v době, kdy začalo vyplňování protokolu. Pro normální postup obnovy je samozřejmě vyžadováno uchování žurnálu, proto, jak již bylo zmíněno dříve, jsou na jeho uchování v externí paměti kladeny mimořádně vážné požadavky. Obnova databáze v tomto případě spočívá v tom, že na základě archivní kopie log reprodukuje všechny transakce, které byly dokončeny do doby selhání. V případě potřeby může dokonce přehrát nevyřízené transakce a pokračovat v jejich normálním provozu po skončení procedury obnovy, ale ve většině skutečných systémů se tato procedura neprovádí z toho důvodu, že samotná obnova po těžkém selhání je poměrně zdlouhavá.

Jazyková podpora

Moderní databáze používají různé jazyky a rané DBMS, jejichž účel, funkce a další vlastnosti se výrazně lišily od moderních systémů, poskytovaly podporu pro několik vysoce specializovaných jazyků. V zásadě se jednalo o SDL a DML, které byly navrženy k definování schématu databáze a manipulaci s daty.

SDL byl použit k určení logické struktury databáze, to znamená k rozpoznání specifické struktury databáze, která je reprezentovánauživatelů. DML na druhou stranu zahrnovalo celý komplex operátorů manipulace s informacemi, které umožňovaly vkládat informace do databáze, stejně jako mazat, upravovat nebo používat existující data.

Funkce DBMS zahrnují různé typy podpory pro jeden integrovaný jazyk, který zajišťuje přítomnost všech prostředků nezbytných pro běžnou práci s databázemi, počínaje jejich prvotním vytvořením a poskytuje standardní uživatelské rozhraní. SQL se používá jako standardní jazyk, který poskytuje základní funkce DBMS dnešních nejběžnějších relačních systémů.

Co to je?

Především tento jazyk kombinuje hlavní funkce DML a SDL, to znamená, že poskytuje schopnost určit specifickou sémantiku relační databáze a manipulovat s nezbytnými informacemi. Zároveň je podporováno pojmenování různých databázových objektů přímo na jazykové úrovni v tom smyslu, že překladač převádí názvy objektů na jejich interní identifikátory na základě speciálně udržovaných tabulek katalogu služeb. Jádro řídicích systémů v zásadě nijak neinteraguje s tabulkami ani jejich jednotlivými sloupci.

Jazyk SQL obsahuje celý seznam speciálních nástrojů, které vám umožňují určit omezení integrity databáze. Opět platí, že všechna taková omezení jsou zahrnuta ve speciálních katalogových tabulkách a kontrola integrity se provádí přímo na jazykové úrovni, tznv procesu čtení jednotlivých příkazů k úpravě databáze kompilátor na základě omezení integrity v databázi vygeneruje odpovídající programový kód.