2.Функции субд восстановление данных. Поддержка языков бд

1.Восстановление бд: Наиболее распространенным методом поддержания избыточной информации(т.к. данных надо хранить много) является ведение журнала изменений БД. Журнал недоступен для пользователя. Существует «упреждающая» стратегия, она заключается в том, что запись об изменении любого объекта БД должна попасть во внешнюю память журнала раньше, чем измененный объект попадет во внешнюю память основной части БД.

Сбои бывают:

• мягкие (выкл. света). Самая простая ситуация восстановления - индивидуальный откат транзакции, а потом повторно воспроизводят (redo) операции завершенных транзакций

• жесткие (сбои на диске). Для восстановления используют журнал и архивную копию БД. Процесс такого восстановления долог.

2.Поддержка языков бд(sql)-позволяет определить схему реляционной бд и манипулировать данными, также определить ограничения целостности бд, представления бд(хранимые запросы), + авторизация доступа к объектам бд.

3. Управление параллельным доступом.Словарь данных

Управление параллельным доступом. СУБД должна иметь механизм, который гарантирует корректное обновление баз данных при параллельном выполнении операций обновления многими пользователями. Сложности управления параллельным доступом возникают только в ситуациях, когда возникают коллизии, связанные с конкурентным обновлением данных в базе данных разными пользователями, с возможностью чтения одним пользователем данных, которые успел лишь частично обновить другой пользователь. Такие коллизии могут привести к нарушениям логической целостности базы данных. Для их предотвращения в СУБД предусматривается техника управления транзакциями. Средства обработки транзакций позволяют изолировать пользователей друг от друга так, что бы у каждого из них было ощущение монопольной работы с бд.

Проблемы:

-Пропавшие обновления(для избегания подобных ситуаций к СУБД по части синхронизации параллельно-выполняемых транзакций предъявляется минимальное требование – отсутствие потерянных изменений)

-Чтение грязных данных (несоответствие требованию изолированности пользователей(каждый пользователь начинает свою транзакцию при согласованном состоянии бд и вправе ожидать увидеть согласованные данные). Необходимо, что бы до завершения одной транзакции, изменившей некоторый объект, никакая другая транзакция не могла читать изменяемый объект.

-Чтение несогласованных данных

-Строки призраки

Под сериализацией параллельно выполняющихся транзакций понимается такой порядок планирования их работы, при котором суммарный эффект слияния транзакций эквивалентен эффекту их некоторого последовательного выполнения. В ходе выполнения транзакции пользователь видит только согласованные данные.

2.Словарь данных-хранилище информации описания данных в бд(имена, типы, размеры, имена связей, ограничения, имена пользователей, внешняя, концептуальная и внутренняя схемы и отображения между ними, статические данные(частота транзакций и счетчики обращения к объектам)). Каталог доступен и пользователям и функциям. Кол-во хранимой информации зависит от СУБД. Сам словарь данных можно по праву считать БД (но не пользовательской, а системой). Словарь «содержит данные о данных» (иногда называемые метаданными), т.е. определения других объектов системы, а не просто «сырые данные». В частности, исходная и объектная формы различных схем (внешних, концептуальных и т.д.) и отображений будут сохранены в словаре. Расширенный словарь будет включать также перекрестные ссылки, показывающие, например, какие из программ какую часть БД используют, какие отчеты требуются тем или иным пользователям, какие терминалы подключены к системе и т.д. Словарь может быть (а на самом деле даже должен быть) интегрирован в определяемую им БД, а значит, должен содержать описание самого себя. Конечно, должно быть возможность обращения к словарю, как и к другой БД, например, для того узнать, какие программы и/или пользователи будут затронуты при предполагаемом внесении изменения в систему.

4. Управление буферами оперативной памяти, управление транзакциями

Управление буферами СУБД обычно работают с БД значительного размера; по крайней мере этот размер обычно существенно больше доступного объема оперативной памяти. Понятно, что если при обращении к любому элементу данных будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройства внешней памяти. Практически единственным способом реального увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти. При этом, даже если операционная система производит общесистемную буферизацию (как в случае ОС UNIX), этого недостаточно для целей СУБД, которая располагает гораздо большей информацией о полезности буферизации той или иной части БД. Поэтому в развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов. Заметим, что существует отдельное направление СУБД, которое ориентировано на постоянное присутствие в оперативной памяти всей БД. Это направление основывается на предположении, что в будущем объем оперативной памяти компьютеров будет настолько велик, что позволит не беспокоиться о буферизации. Пока эти работы находятся в стадии исследований.

Управление транзакциями

Транзакцией называют последовательность операций над базой данных. СУБД должна иметь механизм, который гарантирует выполнение либо всех операций обновления данной транзакции, либо ни одной из них. Свойства транзакций:

-Атомарность(операции транзакции образуют неразделимый атомарный блок с определенным началом и концом. Этот блок либо выполняется от начала до конца, либо не выполняется вообще. Если произошел сбой в процессе выполнения транзакции, то происходит откат к исходному состоянию.

-Согласованность (по завершении транзакции все задействованные объекты находятся в согласованном состоянии)

-Изолированность(одномерный доступ транзакции различных приложений к разделяемым объектам координируется таким образом, что бы эти транзакции не влияли друг на друга)

-Долговременность(все изменения данных, осуществленные в процессе выполнения транзакции не могут быть потеряны)

Сериализация транзакций – механизм выполнения транзакций по такому плану, когда результат совместного выполнения транзакций эквивалентен результату некоторого последовательного выполнения, обеспечив изолированность.

Между транзакциями могут существовать виды конфликтов:

-Тр2 пытается изменить объект, с незаконченными изменениями Тр1(W-W)

-Тр2 пытается изменить объект, прочит. незаконч. Тр1(R-W)

-Тр2 пыт. читать объект, изменения которого незакончены Тр1(W_R)

Захват и освобождение объекта:

-Совместный режим S, означает разделяемый захват объекта, необходимый для выполненя операции чтения объекта

-Монопольный Х, означает монопольный захват объекта и необходим для выполнения операции записи, удаления, модификации.

-Двухфазный протокол – перед выполнением операции над объектом бд от имени транзакции запрещается захват объекта в соответствующем режиме, выполнение транзакции разбиваются на 2 фазы: накопление и освобождение.

5. Управление данными во внешней памяти. Целостность

Управление данными во внешней памяти(выполнение простых операций: сохранение, обновление, извлечения), ускорение доступа к данным. Эта функция включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей, например, для убыстрения доступа к данным в некоторых случаях (обычно для этого используются индексы). В некоторых реализациях СУБД активно используются возможности существующих файловых систем, в других работа производится вплоть до уровня устройств внешней памяти. Но подчеркнем, что в развитых СУБД пользователи в любом случае не обязаны знать, использует ли СУБД файловую систему, и если использует, то как организованы файлы. В частности, СУБД поддерживает собственную систему именования объектов БД.

Службы поддержки целостности данных. СУБД должна обладать инструментами контроля за тем, чтобы данные и их изменения соответствовали заданным правилам. Целостность базы данных означает корректность и непротиворечивость хранимых данных. Она может рассматриваться как еще один тип защиты базы данных, но в более широком смысле целостность связана с качеством самих данных. Целостность обычно выражается в виде ограничений или правил сохранения непротиворечивости данных (например, сотрудник не имеет права работать больше, чем на полторы ставки в данной организации)

Обеспечение целостности данных касается защиты от внесения непред-намеренных ошибок и предотвращения последних. Оно достигается за счёт проверки ограничений целостности – условий, которым должны удовлетворять значения данных.

Различные типы ограничений целостности в языке SQL:

1. Уникальность значения первичного ключа (PRIMARY KEY).

2. Уникальность ключевого поля или комбинации значений ключевых полей:

UNIQUE(A),

где A – один или несколько атрибутов, указанных через запятую.

(1,2 – явные структурные ограничения целостности.)

3. Обязательность/необязательность значения (NOT NULL/NULL).

4. Задание диапазона значений атрибута Field:

CHECK(field BETWEEN min_value AND max_value)

5. Задание взаимоотношений между значениями атрибутов Field1 и Field2:

CHECK (field1 @ field2),

где @ – оператор отношения (например, знак ">").

6. Задание списка возможных значений (констант) для атрибута Field:

CHECK (field IN (value1, value2,…,valueN)).

7. Определение формата атрибута Field (даты, числа и др.). Например:

CHECK (field LIKE '_ _ _-_ _-_ _') -- формат телефонного номера

8. Определение домена атрибута на основе значений другого атри Определение формата атрибута Field (даты, числа и др.). Например:

9. бута: множество значений некоторого атрибута отношения является под-множеством значений другого атрибута этого или другого отношения (внешний ключ, FOREIGN KEY)

(3.-8. – явные ограничения целостности на значения данных.)

10. Ограничения на обновление данных (например, каждое следующее зна-чение атрибута должно быть больше предыдущего). В SQL напрямую не реализуется, требует использования специальных возможностей СУБД (триггеров).

11. Ограничения на параллельное выполнение операций (механизм тран-закций) и проверка ограничений целостности после окончания внесения взаимосвязанных изменений.

Реализация ограничений целостности возлагается на СУБД или выполняется с помощью специальных программных модулей.

СУБД проводит проверку выполнения ограничений целостности для команд DDL до выполнения команды, а для команд DML либо сразу после выполнения команды, либо после выполнения всей транзакции.

Поддержка целостности данных. СУБД должна обладать инструментами контроля за тем, чтобы данные и их изменения соответствовали заданным правилам (еще один тип защиты базы данных). Целостность базы данных означает корректность и непротиворечивость хранимых данных. СУБД должна контролировать пользовательские запросы и пресекать попытки нарушения правил безопасности и целостности.