29. Оптимизация работы базы данных

Оптимизация работы базы данных является весьма непростой задачей и включает в себя решение целого комплекса взаимосвязанных проблем. Это обеспечение приемлемого быстродействия и функциональности базы данных, удобства работы пользователей, оптимизация потребляемых ресурсов, например, по критерию минимизации затрат памяти и максимизации использования сети и др. Однако, важнейшим аспектом оптимизации работы базы данных является повышение ее производительности.

Вопросам производительности базы данных следует уделять внимание уже на стадии ее проектирования – определять структуру базы данных наилучшей с точки зрения скорости работы. С учетом этого фактора при проектировании, например, реляционной базы данных разрабатывать структуру таблиц и индексы.

Для повышения производительности базы данных можно использовать общие методы повышения быстродействия программ, такие как увеличение мощности аппаратных средств, конфигурирование операционной системы, оптимизация структуры внешних носителей и размещения базы данных на них и др.

Кроме того, используются специальные средства оптимизации работы базы данных, встроенные в СУБД. В частности, большинство современных реляционных СУБД, имеют в своем составе специальный компонент – оптимизатор запросов, позволяющий максимально быстро и эффективно обрабатывать запросы выбора и запросы манипулирования данными. Например, СУБД Access имеет анализатор быстродействия, который выдает пользователю рекомендации по повышению производительности базы данных.

Распространенный способ оптимизации работы базы данных – это сжатие базы данных. Оно обеспечивает оптимизацию размещения объектов базы данных на внешних носителях и возвращение освободившегося дискового пространства для дальнейшего использования.

Многие фирмы-производители СУБД в состав документации по созданию и сопровождению баз данных включают специальные руководства по оптимизации работы базы данных или помещают соответствующие советы в справочную систему СУБД. Так, в справочной системе СУБД Access содержатся разделы:

• «Повышение быстродействия для таблиц»;

• «Повышение быстродействия для связанных таблиц»;

• «Повышение быстродействия для запросов»;

• «Повышение быстродействия при поиске и замене данных»;

• «Повышение быстродействия для форм и подчиненных форм»;

• «Повышение быстродействия для отчетов и подчиненных отчетов»;

• «Повышение быстродействия для страниц доступа к данным»;

• «Оптимизация проекта Microsoft Access»

и др.

30. Устройства для хранения баз данных

Современные базы данных имеют большие объемы, измеряемые часто в Терабайтах (1 Тб=1024 Гб) и даже Петабайтах (1 Пб=1024 Тб). Для их хранения используются нижеописанные устройства.

Жесткие диски (винчестеры) применяются для хранения и использования информации баз данных. Из всех устройств хранения данных, не считая оперативную память, они обеспечивают наиболее быстрый доступ к данным, высокие скорости чтения и записи данных. Поэтому они используются не только для хранения, но и для работы с информацией базы данных.

В качестве хранителей данных выступают керамические или алюминиевые пластины, на которые с обеих сторон нанесено магнитное покрытие, обладающее способностью менять свои свойства под воздействием электромагнитных излучений. В современных жестких дисках, с целью повысить их вместительность, используется несколько пластин.

Основная характеристика жесткого диска – это его емкость. Еще два-три года назад емкость пластин удваивалась менее, чем за год (10, 20, 40, 80 Гбайт и т.д.). Затем появились отдельные модели, использующие 10-20 -терабайтные пластины.

RAID-массивы (Redundant Arrays of Inexpensive Disks) представляют собой объединения нескольких сравнительно дешевых жестких дисков в одно логическое устройство с целью повышения общей емкости, быстродействия и надежности. До недавнего времени подобные системы в основном были частью дорогостоящих компьютерных комплексов, предназначенных для хранения больших объемов критически важной информации, например, банковских серверов. В них использовались дорогостоящие дисковые устройства. И только сейчас, когда появились достаточно хорошие диски по разумной стоимости, различные решения на базе RAID-технологии стали активно предлагаться для рабочих станций, а в упрощенном варианте – для офисных и даже домашних компьютеров.

Надежность хранения у RAID-массивов достигается тем, что часть дисков используется для записи и хранения дублирующей информации, что обеспечивает восстановление данных при выходе из строя одного, а в некоторых случаях сразу нескольких дисков. Повышение быстродействия достигается за счет того, что современные интерфейсы, в частности, SCSI (стандартный интерфейс для подключения множества различных устройств к персональному компьютеру) позволяют осуществлять операции записи-чтения одновременно на несколько дисков.

Особый интерес представляют в настоящее время внешние RAID-массивы на недорогих дисках с интерфейсами IDE или SATA, позволяющие создавать высокоскоростные дисковые массивы любой необходимой емкости. У них две основные области применения – хранение и использование баз данных объемом от 2 Терабайт и более, а также компьютерная обработка цифрового кино- и видеоматериала.

CD-ROM – это один из видов оптических накопителей информации, при работе которых используется лазерная технология. Он представляет собой компакт-диск, предназначенный только для хранения в цифровом виде предварительно записанной на него информации и чтения ее с помощью соответствующего устройства – привода. Доступ к данным на CD-ROM осуществляется быстрее, чем к данным на дискетах, но медленнее, чем на жестких дисках.

Компакт-диск изготовлен из полимера и покрыт алюминиевой пленкой. Информация считывается именно с этой пленки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. Считывание происходит за счет регистрации изменений интенсивности отраженного от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. CD-ROM является односторонним носителем информации.

CD-ROM диски наиболее удобные и распространенные носители информации, так как они небольшого размера (4,72"), надежны, долговечны. Они используются для хранения баз данных объемом до 800 Мб.

DVD-диски – универсальные цифровые диски (Digital Versatile Disk). Имея те же габариты, что обычный компакт-диск, и весьма похожий принцип работы, они вмещают чрезвычайно много информации — от 4,7 до 17 Гбайт. В настоящее время DVD-диски применяются лишь в двух областях – для хранения сверхбольших баз данных и видеофильмов.

В отличие от CD-ROM, информация на DVD-диски может записываться с обеих сторон. Более того, с каждой стороны могут быть нанесены один или два слоя информации. Односторонние однослойные диски имеют объем 4,7 Гб (их часто называют DVD-5, то есть, диски емкостью около 5 Гб), двусторонние однослойные – 9,4 Гб (DVD-10), односторонние двухслойные — 8,5 Гб (DVD-9), двусторонние двухслойные — 17 Гб (DVD-18). В зависимости от объема требующих хранения данных и выбирается тип DVD-диска.

В настоящее время высокотехнологическими компаниями продвигается новый формат DVD-диска – Blu-Ray диск, у которого для записи и воспроизведения используется не красный лазер, как у DVD и CD-ROM, а синий. У синего лазера длина волны значительно меньше и можно сделать тоньше толщину дорожки данных, что приводит к значительному увеличению емкости носителя. Первые прототипы 100 Гб и 200 Гб дисков уже созданы. У Blu-Ray дисков высокая скорость обмена данными с основными устройствами компьютера, что при огромных объемах носителя весьма актуально. Это открывает перспективы их применения не только для хранения сверхбольших баз данных, но и для их использования.

Оптические библиотеки – это новое поколение устройств для хранения больших объемов данных. С их помощью можно организовать динамичный доступ к информации баз данных объемом от нескольких десятков Гигабайт до пяти-шести Терабайт. В этих устройствах может быть объединено более десяти приводов для чтения с CD-ROM и DVD-ROM, а также одновременно установлено свыше 500 компакт-дисков. В состав оптических библиотек входит специальная аппаратура для быстрой смены компакт-дисков.

Если же применяются носители, на которые информация перезаписывается, то оптические библиотеки становятся пригодными и для использования баз данных.

Оптическая библиотека, в которой объединены DVD-диски называется роботизированной DVD-библиотекой. Она представляет собой массив из сотен дисков DVD-R или DVD-RAM, размещенных в отдельном корпусе. Внутри корпуса роботизированной библиотеки кроме самих носителей расположены приводы, обеспечивающие запись и считывание информации, а также сам механизм робота. При обращении к файлу робот извлекает диск из слота, где он хранится, и вставляет в первый свободный привод. Далее производится работа с носителем по чтению или записи.

Роботизированные библиотеки имеют модульную конструкцию, что дает возможность подключения дополнительных дисков, хранящихся вне корпуса в специальных магазинах.