Парадигма развития науки (стр. 48 )

Рис. 22.39. Схема функционирования АБД: ПП — программа пользо­вателя; Т — терминал .

Режим эксплуатации предназначен для использования и об-служивания БД.

Использование БД предполагает запуск программ по графику (в пакетном режиме) и по требованиям пользователей (разделение времени), ввод запросов пользователей и ведение диалога (реальное время) по поиску данных, формирование и выдачу результатов. Запрос к БД описывают с помощью ЯМД, который реализуют в рамках языков пользователя — языков программирования и интерактивных (диалоговых) языков. Запрос (так же как и выдача результатов) интерпретируется в рамках со­ответствующей подсхемы. СУБД выделяет прикладной программе рабо­чую область, в которую программа вводит параметры обращения, анали­зирует эти параметры (используя схему и подсхему) и обращается к опера­ционной системе для организации ввода-вывода. Операционная система организует пересылку данных из внешней памяти в системные буферы и передает управление СУБД, которая пересылает данные из системных буферов в рабочую область.

Обслуживание БД предполагает решение следующих задач: наблюдения за использованием БД; реорганизации и реструктуризации БД; восстановления БД после сбоев системы.

В функции наблюдения вхо­дит контроль за действиями пользователей по обращению к БД, санкцио­нированности доступа к информации, получения ответов, нарушений уп­равления доступом. Для выполнения этих функций требуется организо­вать сбор статистики использования БД и ведение протокола изме­нений в БД.

В результате анализа собранной информации о работе с БД или появ­ления новых требований может возникнуть необходимость изменения БД, т. е. проведения реорганизации и реструктуризации. При этом выполняют следующие работы: изменение схемы и схемы хранения (в том числе и их объектных модулей); изменение БД в соответствии со схемой и схемой хранения; удаление записей, ставших недоступными; уплотнение храни­мых данных с целью использования освободившегося пространства; пере­распределение данных на различные устройства и носители в соответствии с требованиями по времени и пространству; редактирование требуемой части БД.

Для восстановления БД требуется: выполнять дамп (вывод содержи­мого) частей БД на вспомогательную запоминающую среду; восстанавливать части БД, используя ранее полученный дамп или протоколы изменений.

Работы по обслуживанию АБД выполняет администрация БД. Для ввода заданий на обслуживание БД разрабатывают специальные языки обслуживания.

Особенности реализации АБД АСНИ. Процесс взаимодействия поль­зователей с АБД реализуется выполнением совокупности транзакций, представляющих собой запросы на манипулирование данными и вызываю­щих последовательность операций чтения-записи. В АБД общего назначения транзакции относительно просты, изменения содержания БД легко регистрировать после завершения транзакций, действия транзакции, как правило, долговременны (данные, порожденные транзакцией, хранятся в БД сравнительно длительное время).

Под исследовательской транзакцией следует понимать целый комплекс запро­сов (в общем случае недетерминированный), реализация которого приво­дит к получению законченной версии результатов исследования. Продолжитель­ность исследовательской транзакции может быть весьма высокой (часы и даже дни). Все промежуточные и окончательный результаты научных исследований проблемы и варианты сформированных научных рекомендаций до получения законченной версии должны временно храниться в БД и восстанавливаться после разрушения, АБД общего назначения не приспособлены для хранения такой информа­ции, к тому же при восстановлении БД после разрушения все незавершен­ные транзакции аннулируются.

В АБД АСНИ должна быть реализована параллельная работа множест­ва пользователей, поэтому СУБД должна иметь средства управления од­новременным обращением к данным. В основном методе управления ис­пользуется система замков, которые допускают обращение к определенным данным в конкретный момент времени только одному пользователю.

Анализ показывает, что АБД общего назначения не совсем удовлетворяют в пол­ном объеме специфическим требованиям АСНИ. Разработки по созданию СУБД АСНИ в настоящее время ведутся в различных предметных (проблемных) обастях, и осуществляется поставка и тиражирование таких систем.

База данных АСНИ (особенно сложных) имеет большой объем, и рабо­та с ней (доступ к данным) требует значительного машинного времени. Поэтому большие БД не реализуют в центральной ЭВМ, а применяют одну из следующих организаций: использование ЭВМ БД, реализация несколь­ких автономных БД, реализация распределенных БД.

Использование ЭВМ БД предполагает создание в центральном вычис­лительном комплексе (ЦВК) АСНИ центрального АБД на специально вы­деленной для этих целей ЭВМ (рис. 22.40, а). При этом к БД могут обра­щаться как ЭВМ ЦВК, так и пользователи, работающие на АРМИ. Для целей коммуникации, управления очередями и сопряжением между ЭВМ ЦВК, ЭВМ БД и АРМИ можно использовать препроцессор.

Автономные БД реализуют в ЦВК и АРМИ (рис. 22.40, б). Если ЦВК территориально распределен, то в нем может быть несколько автономных БД (несколько АБД). Такая структура характеризуется значительной избыточностью данных, но обладает наибольшим быстродействием.

Рис. 22.40. Схемы использования ЭВМ БД (а); реализации автономных БД (б) и сети ВЗУ (в)

Распределенные БД реализуют на сетях ЭВМ (локальных или глобаль­ных). При этом используют два способа хранения информации: разделение и дублирование (или их комбинации). Разделение информации между БД позволяет накапливать большие объемы данных, но время доступа может быть велико. Дублирование сокращает реакцию на запрос, но приводит к существенной избыточности данных. Процессы и протоколы обмена в рас­пределенных БД реализуют средства управления. Распределенные БД можно создавать также на сети внешних запоминающих устройств (рис. 22.40, в). В таких сетях необходимо иметь один или несколько процес­соров, управляющих работой ВЗУ и осуществляющих связь с рабочими ЭВМ. В реальных АСНИ может использоваться комбинация различных способов организации БД.

22.9. Система управления базами данных (СУБД)

Одним из основных элементов программного обеспечения АСНИ являются системы управления базами данных (СУБД). Их приме­нение позволяет существенно упорядочить работу с данными в си­стеме, обеспечить их защиту и целостность, резко сократить трудо­емкость программирования многообразных процессов работы с ними. Рассмотрим основные характеристики СУБД, используемой в АСНИ.

СУБД представляет собой комплекс программ, обеспечивающий цент­рализованное хранение, накопление, модификацию и выдачу данных, вхо­дящих в БД. К основным функциям СУБД относят следующие: определе­ние и инициализацию БД; организацию хранения данных; предоставление пользователям доступа к БД; защиту целостности БД; управление доступом к БД; поддержание функций системного персонала; поддержание техноло­гического процесса функционирования АБД. Управление процессом функ­ционирования осуществляется службой администратора АБД. В СУБД (а также в ППП окружения) для обеспечения процесса функционирования АБД включаются программные средства внутримашинной организации данных для следующих целей: ведения словаря-справочника данных, со­держащего сведения о составе и свойствах БД; ввода, контроля и преобра­зования данных; документирования выдаваемых данных (генерации отче­тов); загрузки и актуализации БД; ведения журнала для отображения функционирования системы с целью восстановления БД в случае ее разру­шения; обеспечения интерактивного режима работы; сбора системной ста­тистики для анализа функционирования; реструктуризации и реорганиза­ции БД; восстановления БД; поддержки механизмов управления доступом; обеспечения стандартных выходов (интерфейсов) на программно-техниче­ские компоненты.

Можно выделить три основных группы функций СУБД: формирование БД; управление доступом к данным; актуализацию и сохранение БД. Схемы функционирования СУБД для этих групп приведены на рис. 22.41.

К функциям формирования БД относят следующие (рис. 22.41, а): 1 — выдачу запроса на инициализацию СУБД (запуск программы инициализа­ции или специального командного файла); 2 — инициализацию и настройку СУБД; 3 — формирование загрузочных модулей СУБД и каталогизацию их в системе; 4—запуск СУБД (запускается управляющая программа СУБД, в результате чего СУБД готова к работе); 5 — выдачу директив­ных запросов (запуск соответствующих программ) на генерацию схем, загрузку, контроль и корректировку БД; 6 — генерацию внешнего описа­ния данных (внешней схемы, подсхемы); 7— генерацию концептуального описания (схемы); 5 — генерацию внутреннего описания (физической ор­ганизации) данных; 9 — обращение к супервизору (для запуска системных средств) и передачу управления СУБД; 10 — ввод данных по настройке СУБД и формирование БД; 11 — запись (корректировку) данных в БД; 12 — загрузку БД из исходных файлов.

Рис. 22.41. Схемы функционирования СУБД по формированию БД (а); по управлению доступом (б); по актуализации и сохранению БД (в)

Управление доступом к данным включает следующие основные функ­ции (рис. 22.41, б): 1 — запрос на доступ к данным из прикладной програм­мы; 2 — запрос—ответ по доступу к данным от интерактивных пользова­телей; 3 — использование подсхемы для описания данных, по которым по­лучен запрос; 4 — использование схемы для определения логических типов данных; 5 — использование описаний физической организации БД для формирования запроса к ОС; 6 — обращение к ОС (супервизору) для реализации доступа и возврат управления СУБД; 7— обмен данными (за­писями) между физической БД (на ВЗУ) и системными буферами по реали­зации запроса; 8 — обмен данными с необходимыми преобразованиями (с учетом внешнего описания) между системными буферами и рабочей об­ластью ПП по реализации запроса.