 |
Защита данных. Управление транзакциями.
|
|
|
|
Метаданные. Ссылочная целостность. Механизм транзакций.
Материал из ФотоЭнциклопедия.рф
Перейти к: навигация, поиск
Метаданные, в общем случае
1. Метаданные — это субканальная информация об используемых данных[1].
2. Информация о содержащийся на веб-странице информации (создателе и т.п.). Пример: Имя автора правки в тексте. Этот термин в широком смысле слова используется для любой информации о данных: именах таблиц, колонок в таблице в реляционных базах данных, номер версии в файле программы (то есть как информативная часть в бинарном файле) и т. п.
3. Структурированные данные, представляющие собой характеристики описываемых сущностей для целей их идентификации, поиска, оценки, управления ими[2].
§ набор допустимых структурированных описаний, которые доступны в явном виде и предназначение которых может помочь найти объект[3]. Термин используется в контексте поиска объектов, сущностей, ресурсов.
4. Данные из более общей формальной системы, описывающей заданную систему данных.
Ссылочной целостностью называют особый механизм, осуществляемый средствами СУБД или программистом, ответственный за поддержание непротиворечивых данных в связанных релятивными отношениями таблицах. Ссылочная целостность подразумевает, что в таблицах, имеющих релятивные связи, нет ссылок на несуществующие записи. Взгляните на рис. 1.3. Если мы удалим из списка студента Иванова И.И., и при этом не изменим таблицу со сданными экзаменами, ссылочная целостность будет нарушена, в таблице с экзаменами появится "мусор" - данные, на которые не ссылается ни одна запись из таблицы студентов. Ссылочная целостность будет нарушена.
5. Таким образом, если мы удаляем из списка студента Иванова И.И., следует позаботиться о том, чтобы из таблицы со сданными экзаменами также были удалены все записи, на которые ранее ссылалась удаленная запись главной таблицы. Существует несколько видов изменений данных, которые могут привести к нарушению ссылочной целостности:
|
|
|
6. 1. Удаляется запись в родительской таблице, но не удаляются соответствующие связанные записи в дочерней таблице.
7. 2. Изменяется запись в родительской таблице, но не изменяются соответствующие ключи в дочерней таблице.
8. 3. Изменяется ключ в дочерней таблице, но не изменяется значение связанного поля родительской таблицы.
Транзакции - это пакет запросов, который последовательно производит изменения БД и либо принимается, если все изменения записи подтверждены, либо отвергается, если хоть один запрос завершился неуспешно.
Существуют различные модели транзакций, которые могут быть классифицированы на основании различных свойств, включающих структуру транзакции, параллельность внутри транзакции, продолжительность и т.д. Чаще всего имеют в виду традиционные транзакции, характеризуемые четырьмя классическими свойствами: атомарности, согласованности, изолированности, долговечности (прочности).
1. Свойство атомарности выражается в том, что транзакция должна быть выполнена в целом или не выполнена вовсе.
2. Свойство согласованности гарантирует, что по мере выполнения транзакций данные переходят из одного согласованного состояния в другое — транзакция не разрушает взаимной согласованности данных.
3. Свойство изолированности означает, что конкурирующие за доступ к базе данных транзакции физически обрабатываются последовательно, изолированно друг от друга, но для пользователей это выглядит так, как будто они выполняются параллельно.
4. Свойство долговечности трактуется следующим образом: если транзакция завершена успешно, то те изменения в данных, которые были ею произведены, не могут быть потеряны ни при каких обстоятельствах (даже в случае последующих ошибок).
|
|
|
Возможны два варианта завершения транзакции. Если все операторы выполнены успешно, и в процессе выполнения транзакции не произошло никаких сбоев программного или аппаратного обеспечения, транзакция фиксируется.
Защита данных. Управление транзакциями.
Под защитой данных понимают систему мер, предохраняющих данные от разрушения, искажения и несанкционированного использования. Типовые ситуации, в которых хранимые данные могут быть искажены или потеряны, нетрудно представить.
Несанкционированный доступ. Если любой желающий может получить доступ к любым хранимым данным и внести в них любые изменения, то данные могут быть разрушены некомпетентным или злонамеренным пользователем либо использованы с ущемлением прав владельца или во вред ему.
Неуправляемый параллелизм. Как правило, в многопользовательской системе с базой данных одновременно работает несколько пользователей. Некоторые из них могут пытаться одновременно изменять состояние БД. Если они будут делать это независимо, то результирующее состояние БД может оказаться несогласованным.
Локальный сбой. В процессе выполнения прикладной программы может возникнуть аварийная ситуация (например, деление на ноль), в результате которой выполнение программы будет прекращено. Если прикладная программа выполняла обновление данных, то БД может оказаться в несогласованном состоянии.
Потеря оперативной памяти. Несмотря на высокую надежность современной техники, в любой момент может произойти системный сбой (например, отключение питания), в результате которого будет утрачено содержимое системных буферов и буферов приложений. Подобные ситуации называются мягкими сбоями системы. Поскольку состояние БД в момент мягкого сбоя непредсказуемо, оно может оказаться несогласованным после перезагрузки системы.
Физическое разрушение данных. В процессе эксплуатации устройства внешней памяти может быть испорчена поверхность диска, блок головок дисковода и т.п. Подобные ситуации называются жесткими сбоями системы. Вероятность жесткого сбоя очень мала, тем не менее, ею нельзя пренебречь.
|
|
|
Проблема защиты данных актуальна, т.к при работе пользователей с базами данных могут возникать ситуации, приводящие к потере данных:
- Могут быть созданы некачественные программы, которые разрушают данные или оставляют базу данных в непредсказуемом состоянии
- При параллельной работе пользователей (работа конкурирующих программ) могут возникать ситуации, когда получаются неправильные результаты
- Анонимные пользователи портят данные
- Обновления могут менять содержимое БД непредсказуемым способ
Восстановление
Восстановление СУБД означает восстановление самой БД, т.е. возвращение в исходное (правильное) состояние, если в результате какого-либо сбоя состояние данных стало неверным или подозрительным.
Для того, чтобы данные восстанавливать, надо иметь избыточность (путем резервирования, за счет дополнительных исходных данных), реализуется на физическом уровне, поэтому скрыта от конечного пользователя.
Для восстановления данных на программном уровне используется механизм транзакций, под которым понимается единица логической работы, то есть выполнения базой данных одного или нескольких подряд операторов обновления данных (операторы вставки, удаления, изменения данных), переводящих базу данных из одного целостного состояния в другое.
Механизм транзакций дает гарантию, что если во время выполнения обновлений произойдет сбой или отказ на программном или физическом уровне, то систему можно будет вернуть в исходное состояние.
Фактически транзакция означает, что группа операторов обновления либо выполняется полностью от начала до конца, либо отменяется полностью, как будто ничего не происходило.
Ключевые операторы:
Commit – подтвердить изменения. Сигнализирует серверу БД (диспетчеру управления транзакциями), что все операторы успешно выполнены и можно подтвердить изменения.
Roll back – отменить назад. Извещает, что произошел сбой и нужно все, что было сделано, отменить.
Среди операторов, которые можно отменять назад, есть операторы, которые внутри транзакции делать нельзя, поскольку сделать их откат назад нельзя: операторы создания новых объектов (таблиц, домена, индекса), процедур, триггеры (все операторы, начинающиеся на create (создать), alter (изменить), drop (удалить).
|
|
|
Модель транзакции:
В стандарте ANSI\ISO принята модель: транзакция автоматически начинается с выполнения первого оператора обновления от пользователя и продолжается до тех пор, пока не появится Commit или Roll back,которые заканчивают транзакцию.
В некоторых СУБД (SyBase, SQL Server) принята другая модель транзакций: прежде, чем начать транзакцию, надо ввести команду Begin Transaction.Считается, что после этого любой оператор обновления входит в транзакцию. Если есть единичный оператор обновления за рамками команды Begin Transaction,то он считается оператором обновления с авто commit-ом.
Классификация СУБД.
КЛАССИФИКАЦИЯ СУБД
В общем случае под СУБД можно понимать программный продукт, поддерживающий процессы создания, ведения и использования БД. К СУБД относятся следующие основные виды программ:
- полнофункциональные СУБД;
- серверы БД;
- клиенты БД;
- средства разработки программ работы с БД.
Полнофункциональные СУБД представляют собой традиционные СУБД, которые сначала появились для больших машин, затем для минимашин и для ПЭВМ. К ним относятся такие пакеты, как: Clarion Database Developer, DataEase, DataFlex, dBaseIV, Microsoft Access, FoxPro, Paradox. Обычно полнофункциональные СУБД имеют развитый интерфейс, позволяющий с помощью команд меню выполнять основные действия с БД: создавать и модифицировать структуры таблиц, вводить данные, формировать запросы, разрабатывать отчеты, выводить их на печать и т.п. Многие полнофункциональные СУБД включают средства программирования для профессиональных разработчиков. Некоторые системы имеют в качестве вспомогательных и дополнительные средства проектирования схем БД. Для обеспечения доступа к другим БД или к данным SAL-серверов полнофункциональные СУБД имеют специальные библиотеки функций.
Серверы БД предназначены для организации центров обработки данных в сетях ЭВМ. Серверы БД реализуют функции управления базами данных, запрашиваемые другими (клиентскими) программами обычно с помощью операторов SQL. Примеры серверов БД: MS SQL Server (Microsoft), InterBase (Borland), Intelligent Database (Ingress). В роли клиентских программ для серверов БД могут использоваться различные программы: полнофункциональные СУБД, программы электронной почты и т.д. При этом элементы пары «клиент-сервер» могут принадлежать одному или разным производителям программного обеспечения.
|
|
|
Средства разработки программ работы с БД могут использоваться для создания разновидностей следующих программ:
- клиентских программ;
- серверов БД и их отдельных компонентов;
- пользовательских приложений.
Программы первого и второго вида предназначены, главным образом, для программистов. К средствам разработки пользовательских приложений относятся системы программирования, например, Clipper, разнообразные библиотеки программ для различных языков программирования, а также пакеты автоматизации разработок. Наиболее распространенными являются следующие инструментальные системы: Delphi и Power Builder (Borland), Visual Basic (Microsoft), SILVERRUN (Computer Advisers Inc.), Erwin (LogicWorks).
По языкам общения СУБД делятся на открытые, замкнутые и смешанные. Открытые системы – это системы, в которых для обращения к базам данных используются универсальные языки программирования. Замкнутые системы имеют собственные языки общения с пользователями БнД. Открытые системы в настоящее время используются редко.
По числу уровней в архитектуре различают одноуровневые, двухуровневые, трехуровневые системы. В принципе возможно выделение и большего числа уровней. Под архитектурным уровнем СУБД понимают функциональный компонент, механизмы которого служат для поддержки некоторого уровня абстракции данных (логический и физический уровень, а также «взгляд» пользователя – внешний уровень).
По выполняемым функциям СУБД делятся на информационные и операционные. Информационные СУБД позволяют организовать хранение информации и доступ к ней. Для выполнения более сложной обработки необходимо писать специальные программы. Операционные СУБД выполняют достаточно сложную обработку, например, автоматически позволяют получать показатели, не хранящиеся непосредственно в базе данных, могут изменять алгоритмы обработки и т.д.
По сфере возможного применения различают универсальные и специализированные, обычно проблемно-ориентированные СУБД.
Системы управления базами данных поддерживают разные типы данных. Набор типов данных, допустимых в разных СУБД, различен. В настоящее время наблюдается тенденция к расширению числа используемых типов данных. Кроме того, ряд СУБД позволяет разработчику добавлять новые типы данных и новые операции над этими данными. Такие системы называются расширяемыми системами баз данных.
Дальнейшим развитием концепции расширяемых систем баз данных являются объектно-ориентированные системы баз данных, обладающие достаточно мощными выразительными возможностями, чтобы непосредственно моделировать сложные объекты.
По характеру использования СУБД делят на персональные и многопользовательские. Персональные СУБД обычно обеспечивают возможность создания персональных БД и недорогих приложений, работающих с ними. Персональные СУБД или разработанные с их помощью приложения зачастую могут выступать в роли клиентской части многопользовательской СУБД. К персональным СУБд, например, относятся Visual FoxPro, Paradox, Clipper, Access и др. Многопользовательские СУБД включают в себя сервер БД и клиентскую часть и, как правило, могут работать в неоднородной вычислительной среде (с разными типами ЭВМ и операционными системами). К многопользовательским СУБД относятся, например, СУБД Oracle и Informix.
Выбор СУБД.
Выбор системы управления баз данных (СУБД) представляет собой сложную многопараметрическую задачу и является одним из важных этапов при разработке приложений баз данных. Выбранный программный продукт должен удовлетворять как текущим, так и будущим потребностям предприятия, при этом следует учитывать финансовые затраты на приобретение необходимого оборудования, самой системы, разработку необходимого программного обеспечения на ее основе, а также обучение персонала. Кроме того, необходимо убедиться, что новая СУБД способна принести предприятию реальные выгоды.
м Выбор СУБД
Он осуществляется с учетом потребностей пользователя одним из следующих методов: анализа возможностей, экспериментальной проверки, имитации и моделирования.
Метод анализа возможностей основан на балльной оценке приведенных выше характеристик СУБД с точки зрения требований пользователя. Каждая характеристика изучается с двух позиций - присутствует ли она в предлагаемой СУБД и каково ее качество. Качество ранжируется по стандартной шкале. Коэффициент ранжирования умножается на выделенный для данной составляющей вес, и взвешенные по каждой составляющей баллы суммируются.
Метод экспериментальной проверки состоит в создании определенной прикладной среды и получении с ее помощью эксплуатационных характеристик заданной программно-аппаратной системы. Для экспериментальной проверки необходимо спроектировать и загрузить типовую базу данных; затем с использованием языка манипулирования данными СУБД промоделировать требования по обработке существующих и ожидаемых прикладных программ и выполнить экспериментальную проверку рассматриваемых СУБД.
В методе имитации и моделирования работы СУБД применяют математические выражения, определяющие зависимость одного из параметров от других. Например, время обращения можно представить в виде функции от числа обращений к диску, количества передаваемой информации и процессорного времени формирования отклика на запрос. Так как перечисленные параметры зависят от способа хранения данных и способа доступа к ним, для различных СУБД требуются разные модели. Если эти модели разработаны, их можно использовать для оценки времени и стоимости обработки при использовании различных СУБД, задавая разнообразные условия (изменяя размеры базы данных, методы доступа, коэффициенты блокирования и т.п.).
Неквалифицированный проектировщик может наложить ограничения конкретной СУБД уже на ранней стадии проектирования базы данных. При этом пользовательские требования искусственно задаются иерархическими и сетевыми структурами определенной СУБД без рассмотрения других возможных проектных решений. Такой подход может привести к уменьшению эффективности системы.
Ниже приведены краткие характеристики некоторых универсальных СУБД.
СУБД ИНЭС ориентирована на решение информационно-поисковых задач главным образом с использованием диалога. В ней обеспечиваются возможности быстрого обращения к базе для получения данных справочного характера и эффективного просмотра больших объемов данных при составлении сводок и при формировании исходных массивов для решения экономических задач.
В системе допускается обращение к данным из прикладных программ пользователя, написанных на языке АССЕМБЛЕР, ПЛ/1, КОБОЛ, АЛГОЛ-60, ФОРТРАН-4.
Используются специальные входные языки (язык ввода экономических показателей, язык ввода документов) и язык запросов, которые удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к языкам описания данных и языкам манипулирования данными.
Для работы с данными, имеющими иерархическую структуру, служит специальный метод доступа. СУБД ИНЭС имеет систему формирования выходных сообщений и систему визуализации сообщений, которые позволяют пользователю задавать структуру документа и его реквизиты, осуществлять поиск, изменение и корректировку данных и вывод их на дисплей.
СУБД КВАНТ-М представляет собой систему реального времени, предназначенную для работы на мини-ЭВМ и используемую для решения задач в информационно-поисковых и справочных системах (фактографических, библиографических, резервирования заказов и т.п.).
Пользовательские программы могут быть написаны на языках КОБОЛ, ФОРТРАН, БЕЙСИК-2 и обращаются к базе данных с помощью САМ-интерфейса.
СУБД КВАНТ-М поддерживает базу данных, состоящую из набора массивов (файлов). Записи массива имеют одинаковую структуру и уникальный последовательный номер (ISN). Записи состоят из полей, которые являются минимальной единицей данных в базе. Поле может быть объявлено ключом. Для описания данных в файлах создается схема, содержащая имена полей записей, их тип и признак, указывающий, является ли поле ключом. Для пользователей создается одна или несколько подсхем, к которым они имеют доступ.
Физическая структура данных использует инвертированные списки значений ключей и обеспечивает независимость адресации от физического расположения данных. Система обеспечивает следующие типы доступа: последовательный по ISN; в логической последовательности; по запросу.
Языком манипулирования данными является язык КВАНТ СКРИПТ-М. Это англоподобный диалоговый язык, предназначенный для эффективного поиска и выделения записей в базе данных и вывода их на дисплей.
В последнее время организован выпуск быстродействующих персональных ЭВМ с большой оперативной и внешней памятью, с возможностью их объединения в локальную вычислительную сеть. Для этих ЭВМ появились и продолжают появляться универсальные СУБД, предоставляющие пользователю средства и удобства иногда более богатые, чем у мини-ЭВМ и больших ЭВМ. Этот процесс еще не установился, в связи с чем не имеет смысла приводить в учебнике характеристики этих СУБД.
|
|
|
