Các chức năng chính của DBMS

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu hiện đại được sử dụng ở nhiều nơi, nhưng không phải ai cũng biết chúng là gì và bạn có thể sử dụng các chức năng của DBMS như thế nào. Những công cụ như vậy có rất nhiều khả năng, vì vậy để sử dụng chúng một cách đầy đủ, bạn nên hiểu chúng có thể làm gì và chúng hữu ích như thế nào đối với người dùng.

Quản lý dữ liệu

Trước hết, các chức năng của DBMS bao gồm xử lý thông tin trong bộ nhớ ngoài và chức năng này là cung cấp các cấu trúc cơ bản của VI, không chỉ cần thiết để lưu trữ thông tin được đưa trực tiếp vào cơ sở dữ liệu mà còn để thực hiện các tác vụ dịch vụ khác nhau, chẳng hạn như truy cập nhanh vào bất kỳ tệp nào trong các trường hợp khác nhau. Trong một số sửa đổi nhất định, các khả năng của các hệ thống tệp khác nhau được sử dụng tích cực, trong khi các khả năng khác cung cấp cho công việc ngay cả ở cấp thiết bị bộ nhớ ngoài. Nhưng trong trường hợp này, điều đáng chú ý là trong chức năng của một DBMS được phát triển cao, trong mọi trường hợp, người dùng không được thông báo cho dù hệ thống nào được sử dụng hay không, và nếu có, thì các tệp được tổ chức như thế nào. Đặc biệt, hệ thống duy trì thứ tự đặt tên riêng cho các đối tượng có trong cơ sở dữ liệu.

Quản lý bộ đệm RAM

Trong đại đa số các trường hợp, thông thường sử dụng các hàm DBMS trong cơ sở dữ liệu khá lớn và kích thước này ít nhất thường lớn hơn nhiều so với RAM khả dụng. Tất nhiên, nếu trong trường hợp truy cập từng phần tử dữ liệu, trao đổi với bộ nhớ ngoài được thực hiện, thì tốc độ của phần tử sau sẽ tương ứng với tốc độ của chính hệ thống, do đó, trên thực tế, lựa chọn duy nhất để thực sự tăng nó là bộ đệm. thông tin trong RAM. Hơn nữa, ngay cả khi HĐH thực hiện lưu đệm trên toàn hệ thống, chẳng hạn với UNIX, điều này sẽ không đủ để cung cấp cho DBMS mục đích và các chức năng cơ bản, vì nó có lượng dữ liệu lớn hơn nhiều về các thuộc tính có lợi của bộ đệm cho từng một phần cụ thể của cơ sở dữ liệu được sử dụng. Do đó, các hệ thống tiên tiến duy trì bộ đệm của riêng chúng, cũng như một kỷ luật duy nhất để thay thế chúng.

Điều đáng chú ý là có một hướng đi riêng của các hệ thống điều khiển, tập trung vào sự hiện diện liên tục của toàn bộ cơ sở dữ liệu trong RAM. Hướng đi này dựa trên giả định rằng trong tương lai gần, dung lượng RAM trong máy tính sẽ có thể mở rộng đến mức chúng sẽ không còn lo lắng về bất kỳ bộ đệm nào nữa và các chức năng cơ bản của loại DBMS này sẽ có ích ở đây. Hiện tại, tất cả các tác phẩm này vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm.

Quản lý giao dịch

Giao dịch là một chuỗi hoạt động với cơ sở dữ liệu được sử dụng, mà hệ thống quản lý coi làmột tổng thể duy nhất. Nếu giao dịch được thực hiện hoàn toàn thành công, hệ thống sẽ sửa các thay đổi mà nó đã thực hiện trong bộ nhớ ngoài, hoặc không có thay đổi nào trong số này sẽ ảnh hưởng đến trạng thái của cơ sở dữ liệu. Thao tác này là bắt buộc để duy trì tính toàn vẹn logic của cơ sở dữ liệu được sử dụng. Cần lưu ý rằng việc duy trì quy trình chính xác của cơ chế giao dịch là điều kiện tiên quyết ngay cả khi sử dụng DBMS cho một người dùng, mục đích và chức năng của cơ chế này khác đáng kể so với các loại hệ thống khác.

Thuộc tính mà bất kỳ giao dịch nào chỉ bắt đầu khi cơ sở dữ liệu ở trạng thái nhất quán và để nó ở trạng thái tương tự sau khi kết thúc quy trình, làm cho nó cực kỳ thuận tiện để sử dụng như một đơn vị hoạt động liên quan đến cơ sở dữ liệu. Với sự quản lý thích hợp của việc thực hiện đồng thời các giao dịch bởi hệ thống kiểm soát, về nguyên tắc, mỗi người dùng cá nhân có thể cảm thấy mình là một phần của tổng thể. Tuy nhiên, ở một mức độ nào đó, đây là một biểu diễn lý tưởng hóa, vì trong nhiều tình huống, những người đang làm việc vẫn sẽ cảm thấy sự hiện diện của đồng nghiệp nếu họ sử dụng hệ thống nhiều người dùng, nhưng trên thực tế, điều này cũng được cung cấp bởi chính khái niệm về DBMS. Các tính năng của DBMS kiểu nhiều người dùng cũng liên quan đến các khái niệm như kế hoạch thực thi tuần tự và tuần tự hóa với quản lý giao dịch.

Chúng có nghĩa là gì?

Việc tuần tự hóa các giao dịch thực hiện đồng thời cung cấp cho việc xây dựng một kế hoạch đặc biệt cho công việc của họ, trong đótổng tác dụng của hỗn hợp đạt được tương đương với kết quả thu được do chúng thực hiện tuần tự.

Kế hoạch thực hiện tuần tự là một cấu trúc cụ thể của các hành động dẫn đến tuần tự hóa. Tất nhiên, nếu hệ thống quản lý để cung cấp thực thi nối tiếp thực sự của hỗn hợp các giao dịch, thì đối với bất kỳ người dùng nào bắt đầu giao dịch, sự hiện diện của những người khác sẽ hoàn toàn không thể nhận thấy, ngoại trừ việc nó sẽ hoạt động chậm hơn một chút so với người dùng đơn lẻ. chế độ.

Có một số thuật toán tuần tự hóa cơ bản. Trong các hệ thống tập trung, các thuật toán phổ biến nhất hiện nay dựa trên việc thu thập đồng bộ hóa các đối tượng cơ sở dữ liệu khác nhau. Trong trường hợp sử dụng bất kỳ thuật toán tuần tự hóa nào, có khả năng xảy ra xung đột giữa hai hoặc nhiều giao dịch khi truy cập vào các đối tượng cơ sở dữ liệu nhất định. Trong tình huống như vậy, để hỗ trợ thủ tục này, cần phải thực hiện quay lui, nghĩa là, loại bỏ bất kỳ thay đổi nào được thực hiện đối với cơ sở dữ liệu thông qua một hoặc nhiều quy trình. Đây chỉ là một trong những tình huống mà một người cảm thấy sự hiện diện của những người khác trong hệ thống nhiều người dùng.

Viết nhật ký

Một trong những yêu cầu chính đối với các hệ thống hiện đại là đảm bảo độ tin cậy của việc lưu trữ thông tin trong bộ nhớ ngoài. Đặc biệt, điều này cung cấp rằng các chức năng chính của DBMS bao gồm khả năng khôi phục cáctrạng thái của cơ sở dữ liệu sau khi xảy ra bất kỳ lỗi phần mềm hoặc phần cứng nào. Trong phần lớn các trường hợp, thông thường sẽ xem xét hai tùy chọn cho lỗi phần cứng:

• soft, có thể hiểu là máy tính bị tắt đột xuất (trường hợp thường gặp nhất là mất điện khẩn cấp);
• khó, có đặc điểm là mất một phần hoặc toàn bộ dữ liệu được lưu trữ trên phương tiện bên ngoài.

Ví dụ về lỗi phần mềm bao gồm sự cố hệ thống khi cố gắng sử dụng một số tính năng không phải là một phần của các chức năng chính của DBMS hoặc làm hỏng một số tiện ích người dùng, do một giao dịch nhất định không được hoàn thành. Tình huống trước đây có thể được coi là một dạng lỗi mềm đặc biệt, trong khi tình huống sau yêu cầu khôi phục một giao dịch duy nhất.

Tất nhiên, trong mọi trường hợp, để khôi phục cơ sở dữ liệu một cách bình thường, bạn cần phải có một lượng thông tin bổ sung nhất định. Nói cách khác, để duy trì bình thường độ tin cậy của việc lưu trữ dữ liệu trong cơ sở dữ liệu, cần đảm bảo tính dự phòng của việc lưu trữ thông tin và phần dữ liệu được sử dụng trong quá trình khôi phục phải được bảo vệ đặc biệt cẩn thận. Phương pháp phổ biến nhất để duy trì dữ liệu dư thừa này là ghi nhật ký thay đổi.

Nó là gì và nó được sử dụng như thế nào?

Nhật ký là một phần đặc biệt của cơ sở dữ liệu, quyền truy cậpmà không có trong số lượng các chức năng DBMS, và nó được hỗ trợ rất cẩn thận. Trong một số tình huống, nó thậm chí còn cung cấp hỗ trợ cho hai bản sao của nhật ký cùng một lúc, nằm trên các phương tiện vật lý khác nhau. Các kho này nhận thông tin về bất kỳ thay đổi nào xảy ra trong phần chính của cơ sở dữ liệu và trong các hệ thống quản lý khác nhau, các thay đổi có thể được ghi lại ở nhiều cấp độ khác nhau. Trong một số tình huống, mục nhập nhật ký hoàn toàn tương ứng với một thao tác cập nhật lôgic cụ thể, trong những trường hợp khác - một thao tác nội bộ tối thiểu liên quan đến cập nhật trang bộ nhớ ngoài, trong khi một số DBMS cung cấp sự kết hợp của hai phương pháp.

Trong mọi trường hợp, cái gọi là chiến lược ghi nhật ký "viết trước" được sử dụng. Khi nó được áp dụng, một bản ghi chỉ ra sự thay đổi trong bất kỳ đối tượng cơ sở dữ liệu nào sẽ đi vào bộ nhớ nhật ký bên ngoài trước khi đối tượng được thay đổi. Được biết rằng nếu các chức năng của Access DBMS cung cấp cho việc triển khai bình thường giao thức này, thì việc sử dụng nhật ký sẽ giải quyết mọi vấn đề liên quan đến việc khôi phục cơ sở dữ liệu trong trường hợp có bất kỳ lỗi nào.

Rollback

Tình huống khôi phục đơn giản nhất là khôi phục giao dịch riêng lẻ. Đối với quy trình này, bạn không cần sử dụng nhật ký thay đổi trên toàn hệ thống và chỉ cần sử dụng nhật ký hoạt động sửa đổi cục bộ cho mỗi giao dịch là đủ và sau đó khôi phục các giao dịch bằng cách thực hiện các thao tác ngược lại, bắt đầu từ cuối mỗi giao dịch các hồ sơ. Cấu trúc của một hàm DBMS thường cung cấpchỉ sử dụng cấu trúc như vậy, nhưng trong hầu hết các trường hợp, nhật ký cục bộ vẫn không được hỗ trợ và quá trình khôi phục riêng lẻ ngay cả đối với các giao dịch riêng lẻ được thực hiện theo cấu trúc toàn hệ thống và đối với điều này, tất cả các bản ghi của từng giao dịch được kết hợp trong một danh sách ngược lại.

Khi lỗi mềm, bộ nhớ ngoài của cơ sở dữ liệu có thể bao gồm các đối tượng khác nhau đã được sửa đổi bởi các giao dịch chưa được hoàn thành tại thời điểm xảy ra lỗi và cũng có thể thiếu các đối tượng khác nhau đã được nâng cấp bởi những đối tượng đã hoàn thành thành công trước khi xảy ra lỗi do sử dụng bộ đệm của RAM, nội dung trong đó hoàn toàn biến mất khi các vấn đề như vậy xảy ra. Nếu giao thức sử dụng nhật ký cục bộ được tuân theo, nhất định sẽ có các mục nhập trong bộ nhớ ngoài liên quan đến việc sửa đổi bất kỳ đối tượng nào như vậy.

Mục tiêu chính của quy trình khôi phục sau khi xảy ra lỗi mềm là trạng thái như vậy của bộ nhớ ngoài của cơ sở dữ liệu chính, sẽ xảy ra nếu các thay đổi đối với bất kỳ giao dịch đã hoàn thành nào được thực hiện trong VI và sẽ không chứa dấu vết của các thủ tục chưa hoàn thành. Để đạt được hiệu quả này, các chức năng chính của DBMS trong trường hợp này là khôi phục các giao dịch chưa hoàn thành và phát lại các hoạt động mà kết quả cuối cùng không được hiển thị trong bộ nhớ ngoài. Quá trình này liên quan đến một số lượng lớn các vấn đề phức tạp, chủ yếu liên quan đến việc tổ chức quản lý nhật ký và bộ đệm.

Thất bại khó

Khi cơ sở dữ liệu cần được khôi phục sau một sự cố khó, không chỉ bản ghi được sử dụng mà còn cả bản sao lưu của cơ sở dữ liệu. Sau đó là một bản sao hoàn chỉnh của cơ sở dữ liệu vào thời điểm bắt đầu điền nhật ký. Tất nhiên, đối với một quy trình khôi phục thông thường, việc bảo quản tạp chí là bắt buộc, do đó, như đã đề cập trước đó, các yêu cầu cực kỳ nghiêm trọng được đặt ra đối với việc bảo quản nó trong bộ nhớ ngoài. Trong trường hợp này, việc khôi phục cơ sở dữ liệu bao gồm thực tế là, dựa trên bản sao lưu trữ, nhật ký sao chép tất cả các giao dịch đã được hoàn thành vào thời điểm xảy ra lỗi. Nếu cần, nó thậm chí có thể phát lại các giao dịch đang chờ xử lý và tiếp tục hoạt động bình thường sau khi kết thúc quy trình khôi phục, nhưng trong hầu hết các hệ thống thực, quy trình này không được thực hiện vì lý do bản thân việc khôi phục lỗi khó là một quy trình khá dài.

Hỗ trợ ngôn ngữ

Cơ sở dữ liệu hiện đại sử dụng nhiều ngôn ngữ khác nhau và các DBMS đời đầu, có mục đích, chức năng và các tính năng khác khác biệt đáng kể so với các hệ thống hiện đại, cung cấp hỗ trợ cho một số ngôn ngữ chuyên biệt cao. Về cơ bản, chúng là SDL và DML, được thiết kế để xác định lược đồ cơ sở dữ liệu và thao tác dữ liệu tương ứng.

SDL được sử dụng để xác định cấu trúc logic của cơ sở dữ liệu, nghĩa là, để nhận ra cấu trúc cụ thể của cơ sở dữ liệu, được đại diệnngười dùng. Mặt khác, DML bao gồm toàn bộ phức hợp các toán tử thao tác thông tin cho phép bạn nhập thông tin vào cơ sở dữ liệu, cũng như xóa, sửa đổi hoặc sử dụng dữ liệu hiện có.

Các chức năng DBMS bao gồm nhiều kiểu hỗ trợ khác nhau cho một ngôn ngữ tích hợp duy nhất, cung cấp sự hiện diện của bất kỳ phương tiện nào cần thiết cho công việc bình thường với cơ sở dữ liệu, bắt đầu từ lần tạo ban đầu và cung cấp giao diện người dùng tiêu chuẩn. SQL được sử dụng làm ngôn ngữ chuẩn cung cấp các chức năng cơ bản của DBMS của các hệ thống quan hệ phổ biến nhất hiện nay.

Nó là gì?

Trước hết, ngôn ngữ này kết hợp các chức năng chính của DML và SDL, nghĩa là, nó cung cấp khả năng xác định ngữ nghĩa cụ thể của cơ sở dữ liệu quan hệ và thao tác với thông tin cần thiết. Đồng thời, việc đặt tên cho các đối tượng cơ sở dữ liệu khác nhau được hỗ trợ trực tiếp ở cấp độ ngôn ngữ theo nghĩa là trình biên dịch chuyển đổi tên đối tượng thành các định danh bên trong của chúng, dựa trên các bảng danh mục dịch vụ được duy trì đặc biệt. Về nguyên tắc, cốt lõi của hệ thống điều khiển không tương tác với các bảng hoặc các cột riêng lẻ của chúng.

Ngôn ngữ SQL bao gồm toàn bộ danh sách các công cụ đặc biệt cho phép bạn xác định các ràng buộc về tính toàn vẹn của cơ sở dữ liệu. Một lần nữa, bất kỳ hạn chế nào như vậy đều được đưa vào các bảng danh mục đặc biệt và việc kiểm soát tính toàn vẹn được thực hiện trực tiếp ở cấp độ ngôn ngữ, nghĩa làtrong quá trình đọc các câu lệnh sửa đổi cơ sở dữ liệu riêng lẻ, trình biên dịch, dựa trên các ràng buộc toàn vẹn trong cơ sở dữ liệu, tạo ra mã chương trình tương ứng.