Введение в MySQL

Концепции баз данных

Системы управления файлами

Простейшая база данных организована в виде набора обычных файлов. Эта модель напоминает картотечную организацию документов, при которой папки хранятся в ящиках, а в каждой папке подшито некоторое число страниц.

Системы управления файлами нельзя классифицировать как СУБД, так как обычно они являются частью операционной системы и ничего не знают о внутреннем содержимом файлов. Это знание заложено в прикладных программах, работающих с файлами. В качестве примера можно привести таблицу пользователей UNIX, хранящуюся в файле /etc/passwd. Программы, обращающиеся к этому файлу, знают, что в его первом поле находится имя пользователя, оканчивающееся двоеточием. Если приложению нужно отредактировать эту информацию, оно должно непосредственно открыть файл и позаботиться о правильном форматировании полей.

Такая модель базы данных очень неудобна, поскольку она требует использовать язык третьего поколения (3GL). В результате время программирования запросов увеличивается, а программист должен обладать более высокой квалификацией, так как ему нужно продумать не только логическую, но и физическую структуру хранения данных. Это приводит к тому, что между приложением и файлом образуется тесная связь. Вся информация о полях таблиц закодирована в приложении. Другое приложение, обращающееся к тому же файлу, вынуждено дублировать существующий код.

По мере увеличения числа приложений растет сложность управления базой данных. Изменения схемы данных приводят к необходимости изменения каждого программного компонента, для которого это актуально. Формирование новых запросов занимает столько времени, что зачастую теряет всякий смысл.

Системы управления файлами не могут помешать дублированию информации. Хуже того, не существует механизмов, предотвращающих несогласованность данных. Представьте себе файл, содержащий сведения обо всех служащих компании. В каждой строке есть поле, где записано имя начальника. Под руководством одного начальника работает много служащих, поэтому его имя будет неизбежно повторяться. Если где-то это имя будет записано неправильно, формально получится, что у служащего другой начальник. При замене начальника его имя придется "вылавливать" по всей базе данных.

Безопасность обычных файлов контролируется операционной системой. Отдельный файл может быть заблокирован для просмотра или модификации со стороны того или иного пользователя, но это выполняется только на уровне операционной системы. В конкретный момент времени лишь одно приложение может осуществлять запись в файл, что снижает общую производительность.

Иерархические базы данных

Иерархические базы данных поддерживают древовидную организацию информации. Связи между записями выражаются в виде отношений предок/потомок, а у каждой записи есть ровно одна родительская запись. Это помогает поддерживать ссылочную целостность. Когда запись удаляется из дерева, все ее потомки также должны быть удалены.

На рис. 1.2 изображена простая иерархическая база данных, в которой фиксируется деятельность независимого подрядчика. Корень дерева представляет собой запись о клиенте. Ее потомками являются две записи о счет-фактурах и три записи об оплатах счетов. Структура счета номер 17 уточняется в трех дочерних записях, у счета номер 23 одна такая запись.

Рис. 1.2. Иерархическая база данных

Иерархические базы данных имеют централизованную структуру, т.е. безопасность данных легко контролировать. К сожалению, определенные знания о физическом порядке хранения записей все же необходимы, так как отношения предок/потомок реализуются в виде физических указателей из одной записи на другую.

Это означает, что поиск записи осуществляется методом прямого обхода дерева. Записи, расположенные в одной половине дерева, ищутся быстрее, чем в другой. Отсюда следует необходимость правильно упорядочивать записи, чтобы время их поиска было минимальным. Это трудно, так как не все отношения, существующие в реальном мире, можно выразить в иерархической базе данных. Отношения "один ко многим" являются естественными, но практически невозможно описать отношения "многие ко многим" или ситуации, когда запись имеет несколько предков. До тех пор пока в приложениях будут кодироваться сведения о физической структуре данных, любые изменения этой структуры будут грозить перекомпиляцией.

Сетевые базы данных

Сетевая модель расширяет иерархическую модель, позволяя группировать связи между записями в множества. С логической точки зрения связь — это не сама запись. Связи лишь выражают отношения между записями. Как и в иерархической модели, связи ведут от родительской записи к дочерней, но на этот раз поддерживается множественное наследование.

Следуя спецификации CODASYL, сетевая модель поддерживает DDL (Data Definition Language — язык определения данных) и DML (Data Manipulation Language — язык обработки данных). Это специальные языки, предназначенные для определения структуры базы данных и составления запросов. Несмотря на их наличие, программист по-прежнему должен знать структуру базы данных.

В сетевой модели допускаются отношения "многие ко многим", а записи не зависят друг от друга. При удалении записи удаляются и все ее связи, но не сами связанные записи.

В сетевой модели требуется, чтобы связи устанавливались между существующими записями во избежание дублирования и искажения целостности. Данные можно изолировать в соответствующих таблицах и связать с записями в других таблицах.

Программисту не нужно заботиться о том, как организуется физическое хранение данных на диске. Это ослабляет зависимость приложений и данных. Но в сетевой модели требуется, чтобы программист помнил структуру данных при формировании запросов.

Оптимальную структуру базы данных сложно сформировать, а готовую структуру трудно менять. Если вид таблицы претерпевает изменения, все отношения с другими таблицами должны быть установлены заново, чтобы не нарушилась целостность данных. Сложность подобной задачи приводит к тому, что программисты зачастую отменяют некоторые ограничения целостности ради упрощения приложений.