Sapientia - Erdélyi Magyar Tudományegyetem (EMTE) Csíkszereda IV Félév Adatbázisrendszerek (ABR) Dr. Illyés László 1
Sapientia - Erdélyi Magyar Tudományegyetem (EMTE) Csíkszereda 10. Előadás tartalma E10. Adatbázisrendszerekről általában 2
Sapientia - Erdélyi Magyar Tudományegyetem (EMTE) Csíkszereda Adatbázisrendszerekről általában 1. Codd szabályai 2. Az adatbázisrendszerek fejlődése 3. Az adatbázisrendszerek felépítése 3
Codd 12 szabálya Codd 12 szabálya egy tizenhárom szabályból álló készlet (zérótól tizenketőig számozva), amelyet Edgar F. Codd javasolt, a relációs adatbázis modell atyja, amely arra volt tervezve, hogy meghatározza milyen feltételeket kell teljesítsen egy adatbázis kezelő rendszer azért hogy relációs adatbázis-kezelő rendszernek nevezhessék. Tréfásan Codd tizenkét parancsolata -nak is nevezik. 4
Codd ezen szabályok elkészítését arra is használta, hogy megkadályozza az ő adatbázis rendszerekről megalkotott álmainak felhígítását, amint a korai 1980- as adatbázis szállítók összekúszáltak hogy újracsomagolják a létező temékeiket relációs burkolással. A 12-es szabály volt kiváltképpen arra kitalálva hogy számbavegye az ilyen helyezkedéseket. A szabályok annyira szigorúak hogy az összes népszerű, úgynevezett relációs adatbázisredszerek elégtelen jegyet kapnak több feltétel esetében. 5
0. Szabály A rendszer minősítésének tartalmaznia kell mindhárom fogalmat: relációs, adatbázis és menedzsment rendszer. Hogy egy rendszer minősítése adatbázis kezelő rendszer legyen, a rendszernek (kizárólag) a relációs képességeit felhasználva kell menedzselnie az adatbázist. Kivétel: Használatunk ELJÁRÁSOKAT is 6
1. Szabály Az információs szabály Minden információ ábrázolása az adatbázisban csak egyféleképpen történik, mégpedig táblák sorai- és oszlopai találkozásánál levő értékekkel. Az SQL megfelel ennek a szabálynak 7
2. Szabály: A garantált hozzáférés szabálya Minden adat elérhető kell legyen. Ez a szabály alapvető az elsődleges kulcs újrafogalmazásában. Kimondja, hogy minden skalár egység az adatázisban logikailag megcímezhető kell legyen, megcímezvén a bennfoglaló táblát, a tartalmazó oszlop nevét és a tartalmazó sor elsődleges kulcsának az értékét. Nem kötelező, hogy egy táblának legyen bármilyen kulcsa. 8
3. Szabály: A null érték szisztematikus kezelése Az ABR meg kell engednie minden mezőnek, hogy null értékű legyen (vagy üres). Kifejezetten kell támogassa a hiányzó és alkalmazhatatlan információ -t, amelyik szisztematikus, különbözik minden szabályos értéktől (például, különbözik zérótól és minden más számtól, szám értékek esetében), és független az adattípustól. Magába kell foglalja azt is, hogy egy ilyen reprezentációt szisztematikusan kell kezeljen az ABR. Az SQL a NULL értéket használja mindkét esetre 9
4. Szabály: A relációs modellre épülő aktív elektronikus katalógus A rendszernek támogatnia kell egy elektronikus relációs katalógust, amely elérhető a jogosult felhasználók számára egy lekérdező nyelv segítségével. A felhasználóknak elérhető kell legyen az adatbázis struktúrája (katalógusa) ugyanazon lekérdező nyelv használata segítségével, mint amivel elérik az adatbázis adatait. Az SQL támogatja ezen katalógus létezését (information_schema a MySQL-ben) 10
5. Szabály: Az átfogó nyelv szabálya A rendszernek biztosítania kell legalább egy relációs nyelvet, amelyik a) Lineáris szintaxissal rendelkezik b) Használható mind interaktív módon, mind pedig program-alkalmazáson keresztül c) Támogatja az adatdefiníciós operációkat (beleértve a nézet-definíciókat), adatmanipulációs operációkat (módosítás és visszakeresés), biztonsági- és integritási megszorításokat, és tranzakció menedzsmenti operációkat (kezdet, elkövetés (commit) és visszaforgatás (rollback)) 11
6. Szabály: A nézetfrissítési szabály Mindazon a nézetek, amelyek elméletileg frissíthetőek, azok frissíthetőek kell legyenek gyakorlatilag is. Az SQL gyenge ezen a téren, mert a nézettáblák frissítése nagyon nehéz probléma. Csak a nagyon biztonságos esetek kerülnek bele. 12
7. Szabály: Magasszintű beszúrás, módosítás és törlés A rendszer kell támogassa a készlet szintű beszúrás-, módosítás- és törlés operátorokat. Ez azt jelenti, hogy adathalmazt lehet visszakeresni egy relációs adatbázisból, amelyik több sort/táblát tartalmaz. Ez a szabály kimondja, hogy beszúrás, módosítás és törlés operációk alkalmazhatók kell legyenek minden visszakereshető sorhalmazra, mintsem egy sorra egy táblából. Az SQL támogatja ezeket 13
8. Szabály: Fizikai adatfüggetlenség A fizikai síkon történő változások (hogyan tároljuk az adatokat: tömbben vagy csatolt listákban) ne legyen kihatással azon akalmazásokra, amelyek az adatstruktúrán alapulnak. Az SQL jobb a programozási nyelvek többségénél 14
9. Szabáy: Logikai adatfüggetlenség A logikai szintű változásoknak (táblák, oszlopok, sorok stb.) nem szabad hatással lennie struktúrán alapuló alkalmazásokra. Logikai adatfüggetlenséget nehezebb megvalósítani, mint a fizikai adatfüggetlenséget. Az SQL nagyon jó ezen a téren 15
10. Szabály: Épségi függetlenség Az épségi megszorítások alkalmazás függetlenek kel legyenek és a katalógus kell tartalmazza őket. Lehetőséget kell biztosítani annak, hogy ezen megszorítások, amikor szükségszerű, változtathatóak legyenek, anélkül, hogy befolyásolná a létező alkalmazásokat. 16
11. Szabály: Az osztottság függetlensége Az adatbázis egyes részeinek különböző helyeken történő tárolása láthatatlan kell legyen az adatbázis felhasználójának. A létező alkalmazások tovább kell működjenek: 1. Amikor egy osztott változata az ABR-nek első alkalommal bevezetésre kerül 2. Amikor a létező osztott adat újraosztásra kerül a rendszeren belül. Ezen támogatások gyerekcipőben vannak. 17
12. Szabály: Az alacsony szintű hozzáférés szabálya Ha a rendszer biztosít egy alacsony szintű kapcsolatot, ez a kapcsolat nem használható a rendszer aláásására, például, hogy áteresszen egy relációs biztonsági résen vagy megsértsen egy integritási megszorítást. Az SQL-92 jó ebből a szempontból 18
1.Adatbázisrendszerek fejlődése (I) Definíció: Egy adatbázis (AB) egy hosszú ideig gyakran évekig- meglévő információk gyűjteménye Az adatbázisokat DBMS ( DataBase Management System ) -el tartják karban (Adatbázis menedzselő rendszerek). Elvárások: 1) Új adatbázisok létrehozásához adatdefiníciós nyelvet használunk 2) Az adatok lekérdezhetők és módosíthatók egy adatmanipulációs nyelv segítségével 3) Biztonságos és hosszúidejű tárolást hoz létre, hatékony adathozzáférés 4) Biztosítsa a tartósságot (adatbázis helyreállíthatóságát) 5) Egyidejű hozzáféréseket biztosítson 19
Adatbázisrendszerek fejlődése (II) A. Fájlrendszerek. A 60-as években, nem biztosították, csak a 3-as elvárást. Először kicsik voltak de sok módosítást és sok lekérdezést igényeltek: Példák : - Repülőgép-helyfoglalási rendszer (helyfoglalás, járatok információi : indulás, érkezés, jegyár, a jegyre vonatkozó információk) - Bankrendszerek (Ügyfelek adatai, folyószámlák, hitelszámlák, stb.) - Vállalati nyilvántartások (személyi adatok, termelésadatok, pénzűgyi adatok) B. Relációs adatbázis Ted Codd 80-as években vezete be. Táblázatok és relációk, lekérdező nyelvvel SQL ( Structured Query Language) 20
Sapientia - Erdélyi Magyar Tudományegyetem (EMTE) Csíkszereda 2. Adatbázisrendszerek felépítése Séma módosítások lekérdezések módosítások Lekérdezés feldolgozó Tárkezelő Tranzakciókezelő adatok 21
Felhasználó/alkalmazás lekérdezések, módosítások tranzakciós parancsok Adatbázis-adminisztrátor Pufferkezelő DDLutasítások végrehajtásiterv metaadat, statisztika Lekérdezésfordító Tranzakciókezelő DDL-fordító metaadat Végrehajtómotor Naplózás- és helyreállítás Konkurencia -kezelés blokkutasítások napló- lapok Zártábla lapok írása/ olvasása Tárkezelő Pufferek Tár J.D. Ullmann-J. Widom, ABR alapvetés, Panem, 2009, 6. oldal alapján 22
Sapientia - Erdélyi Magyar Tudományegyetem (EMTE) Csíkszereda Indexek -olyan adatstruktúrák amelyek az adatok gyors elérésére használhatók Hash táblákat, majd B-fákat (balanced tree ) használnak (nincs etimológiai magyarázat az elnevezésre) A lekérdezések létrejöhetnek: - Általános lekérdező interfészen keresztül - Egy alkalmazói program interfészén keresztül A módosítások létrejöhetnek - Általános lekérdező interfészen keresztül - Egy alkalmazói program interfészén keresztül Sémamódosítások csak az adatbázis adminisztrátorának megengedettek 23
Sapientia - Erdélyi Magyar Tudományegyetem (EMTE) Csíkszereda A tárkezelő ~ az operációs rendszer fájlkezelő is lehet - A fájlkezelő - A pufferkezelő A lekérdezésfeldolgozó: SQL utasításokat egyszerű utasításokra bont. Optimalizálják a lekérdezést illetve a végrehajtási tervet 24
A tranzakciókezelő Több lekérdezést vagy módosítást egy tranzakcióba csoportosít Rendszerhiba kiküszöbölését és egyszerre való elérhetést biztosít. Elvárások: 1) Atomosság (minden vagy semmi a tranzakcióból) 2) Elkülönítés (A különböző tranzakciók nem hatnak egymásra) 3) Tartósság (még egy rendszerhiba sem hat ki az eredményekre) 4) Konzisztencia (pl. számla értéke nem lehet negatív) 25
A különböző komponenseknek a következő tipusú információra van szükségük: 1. Adat: az adatbázis tartalma 2. Metaadat: az adatbázis sémája 3. Napló rekordok: az adatbázison végzett módosításokról szóló információk. Tartósság megőrzése 4. Statisztikák 5. Indexek: Olyan adatszerkezetek, amelyek a hatékony adatelérést támogatják 26
Zárolás: Amíg az egyik tranzakció dolgozik a másik tranzakció nem érheti el ugyanazokat az adatokat. A zárolás finomsága: mennyit zárnak le az adatokból és azok zárolása az írás vagy olvasásra vonatkoznak-e Naplózás: Tárolják az összes elvégzett vagy megkezdett tranzakciót. Bizonyos esetekben újra lehet őket használni. A tranzakciók érvényesítése: Először menteni kell a módosításokat, utána végrehajtani és végül érvényesíteni. Kliens szerver felépítés: A kliens kéréseit egy szerver hajtja végre. Mit végez a kliens és mit a szerver? A túlterhelés elkerülése végett 27
Sapientia - Erdélyi Magyar Tudományegyetem (EMTE) Csíkszereda 3. Az adatbázisok jövöje Objektumorientáltság (Smalltalk, C++, Java) Típusrendszer (Rekordstrukturák,Kollelkciótípusok, Hivatkozástípusok) Osztályok és objektumok Objektumazonosítók, Metódusok Absztrakt adattípusok, Osztályhierarchiák Megszorítások és triggerek (logikai függvények, programkódrész, mely egy eseményre vár) Multimédia adatok (videó, audió, radarjelek, műholdfelvétek) WEB Adattárak 28
Adatok egységesítése Egy nagyvállalat a www-n akarja eladni termékeit. Sok részleg-külön adatbázis a saját termékekről Minden részleg Különböző adatbázis-kezelő Különböző információs struktúra Különböző terminológia ugyanarra a dologra Ugyanaz a terminológia különböző dolgokra Sáv és cilinder Pl. cső nyilvántartása egyik helyen kg, másik helyen m. Forgási sebesség nyilvántartása: /perc vagy /s Adattárházak létrehozása 29