Створення та обробка баз даних на ПЕОМ (стр. 3 )

1.2. Різновиди архітектурі БД

Розрізняють такі основні типи організації (архітектури) БД: автономні (локальні), файл-серверні, клієнт-серверні, багаторівневі.

Розглянемо коротко особливості кожної з цих архітектур.

Автономні (локальні) БД є найбільш простим типом організації БД.

Характерними рисами автономних БД є наступне:

-  БД і СУБД розміщені на одному ПК (Рис. 1.1);

-  мережа не використовується;

-  з даними в кожний момент часу працює тільки один користувач.

Рис. 1.1. Автономна (локальна) БД

Автономні БД широко застосовуються на невеликих підприємствах для бухгалтерського і кадрового обліку, а також і окремими користувачами для збереження й обробки власних даних. В останньому випадку говорять іноді про персональні БД (ПБД). Однак, у сучасному житті найбільш розповсюджені ІС, у яких доступ до даних здійснюється через комп'ютерну мережу. У таких ІС до однієї БД можуть одночасно звертатися багато користувачів. Історично першими з'явилися ІС із БД, що використовують архітектуру «файл-сервер». Нагадаємо тут зміст понять сервер і клієнт, що далі часто використовуються.

Взагалі сервером деякого ресурсу прийнято називати комп'ютер (чи програму), який (яка) керує цим ресурсом. Ресурсом може бути не тільки пам'ять, процесорний час ПК, але також і, наприклад, файлова система, служба печатки, БД і т. п. Якщо ресурсом є БД, то програма, що керує цим ресурсом, називається сервером БД.

Клієнтом звичайно називають комп'ютер (програму), що використовує відповідний ресурс. Іноді клієнтом називають також людину-користувача, яка працює з програмою-клієнтом.

Для архітектури «файл-сервер» характерним є те, що дані зберігаються на окремому комп'ютері, який називають файловим сервером.

Найчастіше це мережний сервер. Структура ІС, заснованої на архітектурі «файл-сервер», зображена на Рис. 1.2.

Рис. 1.2. Архітектура «файл-сервер». КБД – корпоративна БД

У відповідь на запити користувачів-клієнтів із сервера на їх ПК через мережу пересилаються файли з даними. Обробка даних виконується на ПК клієнтів.

Недоліки такої архітектури наступні:

-  низька продуктивність системи, обумовлена тим, що клієнту пересилаються надлишкові дані. Наприклад, клієнту можуть знадобитися дані тільки з 1 запису з таблиці розміром 100000 записів. Проте при даній архітектурі клієнту на його ПК пересилається весь файл із 100000 записів. Клієнт (його програма) потім сам відшукує потрібний йому запис на своєму ПК. При збільшенні числа клієнтів швидко настає перевантаження мережі і продуктивність системи різко знижується;

-  велика імовірність внесення помилок у дані, що можуть порушити цілісність даних і негативно вплинути на роботу інших клієнтів. Причина цього в тім, що з даними безпосередньо працюють програми численних клієнтів, що можуть «по-своєму» виконувати дії з даними, нарешті, можуть вносити “свої” помилки;

-  низька захищеність даних, яка обумовлена тим, що БД у цьому випадку являє собою просто набір файлів (файл) на мережному серверу, доступ до яких регулюється тільки мережною операційною системою. Це робить БД по суті беззахисною від випадкових чи навмисних перекручувань, від знищення чи розкрадання інформації.

Ці і інші суттєві недоліки архітектури «файловий-сервер» привели до необхідності розробки більш досконалої архітектури, яку було названо архітектурою «клієнт-сервер».

В архітектурі «клієнт-сервер» БД так само розміщується на мережному серверу, але основна обробка даних виконується не на ПК клієнта, а на цьому ж мережному серверу за допомогою спеціального програмного забезпечення (ПЗ) сервера БД (див. Рис. 1.3). Функціювання інформаційної системи, яка застосовує архітектуру «клієнт-сервер», відбувається наступним чином.

При одержанні від клієнта запиту (мовою SQL) сервер БД виконує пошук потрібних даних, чи виконує якісь дії над даними і повертає клієнту тільки необхідну йому інформацію (а не великі файли з даними, як це робилося раніш в архітектурі «файл-сервер»).

Рис. 1.3. Архітектура «клієнт-сервер»

При цьому істотно підвищується продуктивність системи за рахунок того, що знижується завантаження каналів зв'язку, а обробка даних виробляється значно швидше, тому що комп'ютер сервера, як правило, є більш могутнім.

Крім того, ПЗ сервера БД є оптимізованим для швидкого виконання операцій по пошуку інформації і забезпечує надійний контроль за цілісністю даних. Крім того, на серверу БД також передбачені спеціальні засоби для захисту інформації БД від несанкціонованого доступу, від навмисного чи ненавмисного пошкодження даних.

Багаторівнева архітектура БД є подальшим розвитком архітектури «клієнт-сервер» стосовно до великих розподілених БД. Найбільше поширення одержала трьохрівнева архітектура, суть якої полягає в наступному:

q  На нижньому рівні на ПК клієнтів установлюється програма клієнта, що забезпечує інтерфейс з користувачем. Ніякої обробки даних на цьому рівні не виконується. Користувачу-клієнту представляється тільки результуюча інформація, отримана у відповідь на його запит;

q  На другому рівні розташований сервер прикладних програм, який забезпечує обмін даними між користувачем і видаленою БД. Сервер прикладних програм розміщається у вузлі мережі, доступному всім клієнтам;

q  На третьому рівні розташований видалений сервер БД, на якому зберігаються БД. Він приймає інформацію (запити) від серверів прикладних програм і керує ними.

Достоїнства трьохрівневої архітектури полягають у наступному:

-  зниження навантаження на сервер;

-  суттєве спрощення клієнтських програм;

-  єдине поводження клієнтів, що зменшує вірогідність помилок;

-  можливість роботи клієнтів на різних платформах.

Це найбільш складна і гнучка схема організації БД, що одержує усе більше поширення у великих розподілених ІС.

1.3. Схема обміну даними у ПК при роботі з БД

Будь-якому користувачу, що працює з БД, дуже важливо мати представлення про обчислювальний процес, що відбувається в ОС при роботі з БД. Розглянемо найбільш важливі складові внутрішнього механізму процесів роботи з БД на декількох прикладах. Якщо користувач взаємодіє із СУБД через спеціально розроблений додаток то обмін інформацією відбувається як показано на Рис.1.4.

Рис. 1.4. Схема доступу до БД із додатком БД

Цикл взаємодії користувача з БД через додаток БД можна розділити на наступні основні етапи. Користувач у процесі діалогу з додатком БД уводить з термінала запит на необхідні дані. Додаток БД на програмному рівні засобами мови маніпулювання даними (SQL) формує запит до БД. СУБД перевіряє права (паролі) користувача. Потім відповідно до форматів даної СУБД перетворить інформацію запиту до форматів команд файлової системи ОС. СУБД засобами доступу файлової системи ОС робить пошук інформації в БД, зчитує шукані дані і поміщає їх у системні буфери СУБД. Отримані дані СУБД перетворить до необхідного формату і пересилає їх у відповідні області пам'яті програми-додатка БД.

Додаток БД отримані дані (результати) відображає в необхідному виді на терміналі користувача. Достоїнством схеми є –простота розробки і ведення БД, додатків за допомогою убудованих коштів. Недолік – необхідність витрат дискової пам'яті для збереження програми СУБД і додатка.

У випадку, якщо СУБД містить у собі і функції інтерфейсу користувача, то користувач звертається до БД коштами тільки СУБД, не використовуючи для цього спеціальні додатки БД. Наприклад, за такою схемою відбувається робота з автономною БД у СУБД Access. При цьому схема обміну даними має вид, показаний на рисунку 1.5. Ця схема несуттєво відрізняється від розглянутої вище. Основні принципи реалізації процесів обміну даними залишаються такими ж. Функції взаємодії з користувачем забезпечуються самої СУБД.

Рис. 1.5. Схема доступу до БД коштами СУБД

У даному випадку досягається зменшення розміру HDD і ОЗУ, необхідне для збереження програми СУБД, підвищується швидкість роботи додатка, забезпечується можливість модифікації додатка для зручності користувача.

У випадку потреби забезпечення захисту додатка від змін з боку користувача використовують схему з додатком і ядром СУБД (рис.1.6).

Так MS Access включає додатковий пакет Developer’s Toolkit, за допомогою якого можна створити укорочену (утримуюче тільки ядро ) версію Access, не утримуючих інструментів розробки додатків.

Рис. 1.6. Схема доступу до БД засобами додатка і ядра СУБД

1.4. Тенденції розвитку сучасних СУБД

У світі в даний час розроблені і застосовуються донині сотні різних СУБД. Усі СУБД можна класифікувати по виду використовуваної програми, характеру і моделі даних. Найбільш розповсюдженими з них є наступні.

Полнофункциональні СУБД, що підтримують локальні і загальні БД з архітектурою «файл-сервер», що мають інтерфейс, що дозволяє створювати, модифікувати структури таблиць, уводити дані, формувати запити, розробляти звіти, виводити їх на печатку: FoxPro, Visual FoxPro, dBASE, Paradox, Clipper, Access і ін.

Богатокористувальніцкі багатофункціональні СУБД, що включають у себе як можливості сервера БД, так і клієнтів: Oracle, Informix, SyBase і ін.

Сервери БД призначені для організації центрів обробки даних в архітектурі «клієнт - сервер». Обмін із клієнтськими програмами здійснюється за допомогою операторів SQL. Прикладами є програми: NetWare SQL (Novell), MS SQL Server (MicroSoft), InterBase (Borland).

Клієнтськими програмами для серверів БД можуть бути полнофункціональні СУБД (Access, FoxPro), електронні таблиці (Excel), текстові процесори (Word), програми електронної пошти.