Требования к моделям базы данных

Проектируемая БД должна обладать определенными свойствами. Назовем основные свойства БД.

Целостность. В каждый момент времени существования БД сведения, содержащиеся в ней, должны быть непротиворечивы. Целостность БД достигается вследствие введения ограничений целостности, в частности, к ним относятся ограничения, связанные с нормализацией БД.

Восстанавливаемость. Данное свойство предполагает возможность восстановления БД после сбоя системы или отдельных видов порчи системы.

Безопасность. Безопасность БД предполагает защиту данных от преднамеренного и непреднамеренного доступа, модификации или разрушения. Применяется запрещение несанкционированного доступа, защита от копирования и криптографическая защита.

Эффективность. Свойство эффективности обычно понимается как: минимальное время реакции на запрос пользователя; минимальные потребности в памяти; сочетание этих параметров.

Система управления базой данных

Функционирование базы данных как коллективного информационного ресурса многих пользователей обеспечивает специальная большая программа — система управления базой данных (СУБД), предназначенная для создания коллективной базы данных и ее актуализации, загрузки данных, организации эффективного доступа пользователей к данным и управления доступом, сохранения независимости и целостности данных, рационального использования вычислительных ресурсов и других целей. Аналогично тому, как доступ пользователей к ресурсам компьютера возможен только через ее ОС, доступ пользователей к базе данных возможен только через СУБД.

Различают СУБД общего назначения (универсальные) и специализированные.

Универсальные СУБД пригодны для любых предметных областей и любых пользователей и имеют запас функциональных средств, который позволяет производить настройку на работу в конкретных условиях применения с целью повышения эффективности использования. При такой настройке могут выбираться наиболее эффективные методы доступа, модифицироваться организация хранения данных, изменяться структура хранимых данных и их размещение для увеличения производительности работы или экономии памяти.

Специализированные СУБД предназначены для высокоэффективного конкретного применения. Поскольку разработка СУБД требует больших затрат труда и времени, специализированные СУБД создаются лишь при крайней необходимости.

Дополнительная специфическая задача системы управления распределенной базой данных — организация работы базы как единого целого.

Выполняемая СУБД функция обеспечения независимости данных заключается в сохранении логической и физической независимости. При этом под логической независимостью понимается возможность изменять логическое представление данных, не меняя их физическое представление в среде хранения.

Благодаря этому пользователи могут иметь различные логические взгляды на одну и ту же физическую базу данных. Аналогично, под физической независимостью данных понимается возможность изменять их физическое представление (хранение), не меняя логическое представление. Независимость данных означает также, что при различных модификациях, расширениях и реорганизациях базы данных не требуется вносить изменения в уже существующие прикладные программы, предназначенные для обработки данных.

Функция СУБД по обеспечению целостности данных также состоит в поддержании логической и физической целостности. Логическая целостность, под которой понимается непротиворечивость данных, должна поддерживаться при каждом пополнении или изменении данных и обеспечивается блокировкой ввода неверных данных, проверкой правильности обработки данных, сохранением данных при внешних прерываниях и согласованием данных в базе при всех изменениях. Так, при исключении в базе данных какого-либо предприятия в связи с его ликвидацией должна быть исключена и вся производимая им продукция, а также пересмотрен список потребителей этой продукции; при исключении какого-либо поставщика должны быть исключены и все его будущие поставки и т. п. Поэтому сохранение целостности накладывает жесткие ограничения на допустимые изменения в базе данных, которые называются ограничениями целостности. Различают статические ограничения целостности, имеющиеся для всех состояний базы данных, и динамические, определяющие лишь возможные переходы из одного состояния в другое.

Обеспечение физической целостности данных заключается в защите данных от разрушения при сбоях (отказах) аппаратуры и подразумевает автоматическое восстановление разрушенных данных путем использования их дубликатов. С поддержанием целостности данных тесно связана проблема управления доступом к данным, т. е. ограничением доступа для определенных категорий пользователей.

Сложной задачей является организация параллельного доступа к данным.

Необходимо, в частности, исключить случаи, когда один из пользователей обращается к данным, которые в это же время изменяются другим пользователем, поскольку при этом может нарушаться логическая целостность данных. Тогда используется блокировка изменяемых информационных ресурсов и специальный комплекс мер по сохранению целостности данных, называемый транзакцией. При этом, однако, возможно возникновение тупиковой ситуации, когда две транзакции одновременно блокируют друг у друга ресурсы; имеются способы преодоления этого тупика.

Взаимодействие прикладных программ и пользователей с СУБД называется манипулированием данными. Множества структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данными составляют модель данных. Обычно каждая СУБД поддерживает какую-либо одну модель данных, хотя существуют и мультимодельные СУБД, которые могут поддерживать несколько моделей.