Краткое руководство по системам управления базами данных

Отчеты

Отчеты системы управления базами данных необходимы для сбора и предоставления сведений, находящихся в таблицах. Чаще всего эта функция дает возможность получить ответ на какой-нибудь обобщенный вопрос, например, какая сумма была получена от всех клиентов в этом году, купивших какой-то конкретный товар или совершивших покупку в конкретном месте. Все отчеты можно форматировать несколькими способами для возможности предоставления в самом удобном виде.

Эта функция может запускаться в любое время. Каждый раз будут отображаться нужные сведения. Чаще всего отчеты форматируются специально для печати, но могут быть обработаны и для удобства при экранном просмотре.

Какие реляционные БД популярны в веб-разработке

MySQL

Это открытая СУБД, купленная Oracle в придачу к Sun Microsystems. С ней работают более половины (55,6%) всех разработчиков (по  опроса, который в 2020 году провёл сайт StackOverflow.com среди 65 тысяч респондентов).

Главные её преимущества — бесплатность и высокая скорость работы с данными. MySQL создавалась для обработки огромных массивов информации в промышленных масштабах, но благодаря доступности и быстродействию оккупировала Всемирную паутину, заслужив звание «СУБД всея интернета». И сегодня MySQL всё ещё самая удобная СУБД для работы с интернет-страницами и веб-приложениями.

MySQL пользуется мощной поддержкой у создателей языков программирования: практически во всех популярных языках есть интерфейс для работы с ней.

SQLite

Эта СУБД использует большую часть стандартного языка SQL.

Главное преимущество SQlight — встраиваемость. Это объясняется тем, что SQlight не приложение типа «клиент-сервер» (в отличие от других реляционных СУБД), а библиотека, которую подключают непосредственно к программе.

И она тоже весьма популярна: достаточно сказать, что SQLite есть в каждом смартфоне. Например, в смартфонах на Android там хранятся контакты и медиа, а в iOS её используют многие приложения.

PostgreSQL

Её можно назвать самой продвинутой. Это не просто реляционная, а объектно-реляционная свободная СУБД.

PostgreSQL поддерживает не только типы данных, которые есть в других реляционных СУБД. Помимо числовых, текстовых, булевых и других стандартных типов, в ней можно хранить и обрабатывать геометрические и денежные данные, сетевые адреса, JSON, XML, массивы, а также создавать собственные типы данных.

Встраиваемые

Встраиваемая система управления базой данных — это система, которая может быть связана с клиентским приложением таким образом, чтобы приложение и СУБД работали в едином адресном пространстве. Вместе со встроенной базой данных приложение может быть развернуто как единая программа, которая функциональна, эффективна и автономна. Благодаря связыванию приложения с базой данных, прикладная система выигрывает от снижения общей сложности и уменьшения затрат на администрирование. Во многих случаях встраиваемая система управления базой данных — самый подходящий вариант для систем с ограниченными ресурсами. Однако, встраиваемые СУБД зачастую подходят лишь для решения задач узкой спецификации.

Свойства полей

Поля в СУБД MS Access задают структуру базы данных, а также задают свойства данным из ячеек записей.

Основные свойства такие:

• Имя поля. Обычно задают заголовки столбцам, то есть называют характеристику объекта. Также по имени поля к нему можно обращаться за информацией при выполнении автоматических операций с БД.

• Тип данных. Задает соответствующее свойство, определяет, какой тип может быть записан в ячейку.

• Размер. Устанавливает максимальную длину записываемых данных. Это свойство не обязательно использовать, хотя оно и упрощает работу, накладывая ограничения на пользователя БД.

• Формат. Форматирует данные поля.

• Подпись. Выполняет ту же функцию, что и имя — озаглавливая характеристику. Если подпись не указывать, заглавием будет служить первый пункт. Второй возможностью Имени — обращением к нему из БД — подпись не располагает.

• Обязательное поле. Если поставить галочку напротив этого свойства, оставить ячейку незаполненной будет нельзя. Для ключевых полей это свойство включено по умолчанию.

СУБД крупных ЭВМ

Данный этап развития связан с организацией баз данных на больших машинах типа IBM 360/370, ЕС-ЭВМ и различных моделях фирмы Hewlett Packard. В таком случае информация хранилась во внешней памяти центральной ЭВМ. Пользователями баз данных были фактически задачи, запускаемые в основном в пакетном режиме. Интерактивный режим доступа обеспечивался с помощью консольных терминалов, которые не обладали собственными вычислительными ресурсами (процессором, оперативной памятью, внешней памятью) и служили только устройствами ввода-вывода для центральной ЭВМ. Программы доступа к БД писались на различных языках программирования и запускались как обычные числовые программы. Особенности данного этапа:

• Все СУБД базируются на мощных мультипрограммных ОС (Unix и др.).
• Поддерживается работа с централизованной БД в режиме распределенного доступа. Функции управления распределением ресурсов выполняются операционной системой.
• Поддерживаются языки низкого манипулирования данными, ориентированные на навигационные методы доступа к данным. Значительная роль отводится администрированию данных.
• Проводятся серьезные работы по обоснованию и формализации реляционной модели данных. Была создана первая система (System R), реализующая идеологию реляционной модели данных.
• Проводятся теоретические работы по оптимизации запросов и управлению распределенным доступом к централизованной БД, было введено понятие транзакции.
• Большой поток публикаций по всем вопросам теории БД. Результаты научных исследований активно внедряются в коммерческие СУБД.
• Появляются первые языки высокого уровня для работы с реляционной моделью данных (SQL), однако отсутствуют стандарты для этих языков.

Для чего нужен SQL

SQL — это не язык программирования, поэтому написать приложение или сайт с его помощью не получится, но при этом внутренняя работа сайта (backend) невозможна без запросов. Поиск информации в Google — это тоже модель использования SQL. Пользователь задает параметры, которые его интересуют, и отправляет запрос на сервер; затем происходит магия и в поисковой выдаче появляются результаты, соответствующие именно этому запросу.

SQL используют разные виды специалистов:

• Аналитики и продуктовые маркетологи. Знание SQL помогает этим специалистам не зависеть от программистов, а самостоятельно получать и обрабатывать данные.
• Разработчики и тестировщики. С помощью SQL они могут самостоятельно проектировать базы для быстрой и надежной работы с данными, улучшать с их помощью сайты и приложения.
• Руководители и менеджеры. SQL позволит специалистам на руководящих постах самостоятельно обращаться к базам, контролировать работу компании и в реальном времени получать данные о положении дел.

Клиент-серверные

При использовании клиент-серверного способа организации вся работа с базой данных происходит на сервере и не зависит от сбоев на рабочих станциях. Все запросы на запись в файл перехватываются сервером. В файл изменения вносятся только после того, как сервер получит сообщение о том, что корректировка файла завершена. Это исключает повреждение индексных файлов и существенно повышает быстродействие системы.

Клиент-серверные СУБД также имеют ряд недостатков:

• высокие требования к пропускной способности коммуникационных каналов с сервером;
• слабая защита данных от взлома, в особенности от недобросовестных пользователей системы;
• высокая сложность администрирования и настройки рабочих мест пользователей системы;
• необходимость использовать на клиентских местах достаточно мощные компьютеры;
• сложность интеграции с унаследованными системами;
• сложность разработки системы из-за необходимости исполнять бизнес-логику и обеспечивать интерфейс с пользователем в одной программе.

Среди клиент-серверных СУБД наиболее распространены такие продукты, как IBM DB2, MS SQL Server, Oracle, MySQL.

Колоночные СУБД

Колоночные СУБД очень похожи на реляционные. Они так же состоят из строк, которые имеют атрибуты, а строки группируются в таблицах. Различия в логических моделях несущественные, а вот на уровне физического хранения данных различия значительные.

В реляционных СУБД данные хранятся «построчно», это означает что для считывания значения определенной колонки, придется прочитать практически всю строку, как минимум от первой до нужной колонки. В колоночной СУБД данные хранятся «поколоночно», т.е. колонка — это как отдельная таблица. Соответственно чтение будет происходить из конкретного столбца сразу. На практике это реально работает очень быстро (проверено мной на нескольких реализованных хранилищах данных).

Основные преимущества колоночных СУБД – эффективное выполнения сложных аналитических запросов на больших объемах, и легкое, практически мгновенное, изменение структуры таблиц с данными, плюс существенная компрессия и сжатие, которое позволяет значительно экономить место.

Яркие представители колоночных СУБД — Sybase IQ (ныне SAP IQ), Vertica, ClickHouse, Google BigTable, InfoBright, Cassandra.

Когда выбирать колоночные СУБД

Один из весомых аргументов за использование именно колоночной СУБД — это если вы хотите построить хранилище данных, и планируете делать выборки со сложными аналитическими вычислениями. Косвенный признак, который так же может сигнализировать о том, что имеет смысл, хотя бы посмотреть в сторону колоночных СУБД — это если количество строк, из которых делаются выборки, превышает сотни миллионов.

Когда не выбирать колоночные СУБД

Учитывая специфику колоночных СУБД, будет не эффективно ее использовать, если выборки достаточно простые, параметры выборки статичны, и если преобладают выборки по ключевым значениям. Так же, если количество строк в таблице, из которой делается выборка, меньше сотен миллионов строк, то скорее всего не будет большого преимущества, по сравнению с реляционной СУБД.

Нужно так же иметь ввиду, что в колоночных СУБД могут быть и другие ограничения. Например, может отсутствовать поддержка транзакций, а язык запросов может отличаться от классического SQL, и прочее.

Структуры простейших БД

Если в базе отсутствует информация, ее называют пустой. Она является полноценной БД потому, что содержит сведения о своей структуре. Это определяет способы занесения данных, а также их изменения в базе.

Структура двумерных таблиц, например, образована набором полей. Методом внесения строк и столбцов может создаваться уже другая база данных. Таким образом, изменяется сама структура.

Программные системы управления базами данных, а точнее их поля, могут определять групповые характеристики информации, вносимой в ячейки, относящиеся к каждому из полей. Их свойства могут различаться следующим образом: имя, размер, тип и формат поля, подпись, маска ввода, значение по умолчанию, пустая строка и многое другое. Типы данных делятся на числовой, денежный, счетчик, текстовый, дата/время, логический, место для подставок, гиперссылка и т. д.

Что такое схемы базы данных?

Когда дело доходит до выбора базы данных, одна из вещей, о которой вы должны подумать, — это форма ваших данных, модель, которой они будут следовать, и то, как сформированные отношения помогут нам при разработке схемы.

Схема базы данных — это план или архитектура того, как будут выглядеть наши данные. Он не содержит самих данных, а вместо этого описывает форму данных и то, как они могут быть связаны с другими таблицами или моделями. Запись в нашей базе данных будет экземпляром схемы базы данных. Он будет содержать все свойства, описанные в схеме.

Думайте о схеме базы данных как о типе структуры данных. Он представляет собой структуру и структуру содержимого данных организации.

Схема базы данных будет включать:

• Все важные или важные данные
• Единое форматирование для всех записей данных
• Уникальные ключи для всех записей и объектов базы данных
• Каждый столбец в таблице имеет имя и тип данных.

Размер и сложность схемы вашей базы данных зависит от размера вашего проекта. Визуальный стиль схемы базы данных позволяет программистам правильно структурировать базу данных и ее взаимосвязи, прежде чем переходить к коду. Процесс планирования дизайна базы данных называется моделированием данных.

Схемы важны для проектирования систем управления базами данных (СУБД) или систем управления реляционными базами данных (СУБД). СУБД — это программное обеспечение, которое хранит и извлекает пользовательские данные безопасным способом в соответствии с концепцией ACID.

Во многих компаниях ответственность за проектирование базы данных и СУБД обычно ложится на роль администратора базы данных (DBA). Администраторы баз данных несут ответственность за обеспечение беспрепятственного доступа к информации аналитикам данных и пользователям баз данных. Они работают вместе с командами менеджеров для планирования и безопасного управления базой данных организации.

MySQL

Мне нравится36Не нравится12

MySQL – бесплатная реляционная система управления базами данных. Разработку и поддержку MySQL осуществляет компания Oracle. MySQL широкое распространение получила в интернете, как система хранения данных у сайтов, иными словами, подавляющее большинство сайтов хранят свои данные в базе MySQL. Поэтому не удивительно, что MySQL занимает лидирующую строчку нашего рейтинга.

В рейтинге Stack Overflow MySQL занимает первое место, т.е. программисты больше всего задают вопросы, связанные именно с MySQL.

Во всех остальных рейтингах MySQL уверенно занимает вторую строчку, и это один из самых стабильных результатов среди всех наших сегодняшних участников. Именно поэтому MySQL и занимает первую строчку рейтинга самой популярной СУБД.

Установка ПО для работы

В данном разделе рассказывается как установить и настроить SQL Server на примере SQL Server 2016 Enterprise – самой новой версии.

Для начала скачайте установочный пакет SQL Server 2016 Enterprise с официальной страницы: https://www.microsoft.com/en-us/sql-server/sql-server-editions-express. Версия, которую вы скачали будет работать .

Вместо нее можно использовать SQL Server 2016 Developer Edition, если у вас есть подписка MSDN. Станица для скачивания: https://www.microsoft.com/en-us/sql-server/sql-server-editions-developers.

Прежде чем запускать скаченный установщик, создайте учетную запись. Она потребуется чтобы авторизовываться вас на сервере с клиентского компьютера. Поскольку у вас это один и тот же компьютер, то авторизовываться будет SQL Server через Management Studio, его мы скачаем позже.

Создание учетной записи

Выполните следующие инструкции чтобы создать учетную запись в Windows. Способ работает во всех ОС этого семейства начиная с 2000 и заканчивая 10.

Инструкции:

1. Кликните правой кнопкой мышки по значку «Мой компьютер» на рабочем столе и выберите из списка пункт «Управление». Откроется оснастка «Управление компьютером».
2. В окне оснастке выберите пункт меню «локальные пользователи», затем выделите пункт «пользователи». Окно приобретёт вот такой вид:
3. Кликните правой кнопкой мыши по пустому пространству папки или по названию папки и выберите пункт «новый пользователь». Откроется такое окно:
4. Придумайте имя пользователя и пароль заполните их в формы и нажмите кнопку создать. Рекомендуем использовать латинские символы.

Установка SQL Server

1. Запустите скачанный ранее пакет установки. Установщик проверит подходит ли ваш компьютер по производительности и есть ли на нем все необходимое для установки программное обеспечение. Если последнего не окажется, он его скачает.  После этого откроется SQL Server Installation Server:
2. Выберите пункт «Установка».
3. После изменения экраны кликните на пункте «Новая установка изолированного экземпляра SQL Server». Запустится установка и установщик попытается обновиться до последней версии. Щелкните кнопку «Далее», чтобы перейти к следующему шагу:
4. На этапе «правил установки» проследите чтобы в окне не было красных крестиков. Если они появились, то щелкайте по выделенным строкам предупреждений и следуйте инструкциям по устранениям. Затем, щелкните кнопку «Далее». Окно установки снова изменится:
5. В появившемся окне выберите «Выполнить новую установку SQL Server 2016» и нажмите «Далее». Откроется окно регистрации продукта:
6. Введите лицензионный ключ продукта, если он у вас есть. Либо выберите Evaluation для активации 180 дневной копии.
7. В следующем окне прочтите лицензионное соглашение, и примите его, установив флажок в поле «Я принимаю…». И нажмите «Далее»
8. Откроется окно компонентов. Выберите пункты, установив галочки напротив:
    • Службы ядра СУБД;
    • Соединение с клиентскими средствами;
    • Компоненты документации.
   Нажмите «Далее»
9. В следующем окне выберите «экземпляр по умолчанию» если уже есть установленная копия SQL Server или именованный экземпляр, если устанавливаете первый раз. Введите в поле имя Экземпляра и нажмите «Далее».
10. В следующем окне проверьте, хватает ли места на диске. Если нет, освободите его и нажмите «Далее».
11. На этапе «Настройка Ядра СУБД» убедитесь, что выбрана строка «Проверка подлинности Windows». Если нет, выберите его. Затем добавьте в поле внизу пользователя, которого создавали перед установкой, либо добавьте текущего с помощью соответствующей кнопки Нажмите «Далее»
12. На следующем окне перепроверьте все настройки установки и нажмите «далее»
13. Понаблюдайте за установкой и нажмите «Закрыть», когда появится сообщение о завершении установки.

Особенности реляционных данных

Главная особенность — все объекты хранятся в виде набора 2-мерных таблиц. Каждая таблица включает в себя набор столбцов, где указываются следующие параметры:- название;- тип данных (число, строка и т. д.).

Вторая важная особенность заключается в том, что число столбцов фиксировано. Это значит, что структура БД известна заранее, при этом количество рядов либо строк данных практически не ограничено. Грубо говоря, строки в реляционных БД — есть объекты, хранимые в базе.

По большему счёту, БД — это абстрактное понятие, а в случае с реляционной структурой таблица — есть не более чем удобный способ хранения информации. Причём набор таблиц превращается в базу данных тогда, когда он связан логически. А чтобы этим всем управлять, используют СУБД. Классический пример СУБД — система управления MySQL. Иными словами, СУБД MySQL — есть программное воплощение математических идей.

Список литературы по теме:

1. Когаловский М.Р. Энциклопедия технологий баз данных. — М.: Финансы и статистика, 2002. — 800 с.
2. Кузнецов С. Д. Основы баз данных. — 2-е изд. — М.: Интернет-университет информационных технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. — 484 с. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных = Introduction to Database Systems. — 8-е изд. — М.: Вильямс, 2005. — 1328 с. Коннолли Т., Бегг К. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика = Database Systems: A Practical Approach to Design, Implementation, and Management. — 3-е изд. — М.: Вильямс, 2003. — 1436 с.
3. Гарсиа-Молина Г., Ульман Дж., Уидом Дж. Системы баз данных. Полный курс = Database Systems: The Complete Book. — Вильямс, 2003. — 1088 с. C. J. Date Date on Database: Writings 2000–2006. — Apress, 2006. — 566 с.

Установка и настройка MS SQL Server Management Studio

После того, как мы настроили сервер. Нужно настроить клиент. MS SQL Server Management Studio предоставляет удобный визуальный интерфейс для клиента и позволяет удобно разрабатывать и отправлять серверу запросы.

Установка его не сложнее плеера, поэтому останавливаться на этом не будем. Скачайте его с официального сайта Microsoft по одной из ссылок ниже.

• Скачать SQL Server Management Studio (16.5.1) https://download.microsoft.com/download/3/1/D/31D734E0-BFE8-4C33-A9DE-2392808ADEE6/SSMS-Setup-RUS.exe
• Скачать SQL Server Management Studio (17.0, версия-кандидат https://download.microsoft.com/download/B/2/3/B234198E-747D-4F89-9008-F39A7E4702D3/SSMS-Setup-RUS.exe

И установите. Программа сама определит, где у вас сервер. Просто следуйте инструкциям.

Запросы

Это основной рабочий инструмент для каждой системы управления базами данных. С помощью запросов выполняются многочисленные функции. Наиболее распространенной является возможность извлечения конкретных сведений из таблиц. Запросы дают возможность предоставить нужные данные в отдельной структурированной форме, чтобы не просматривать все, включая ненужные сведения. Это своеобразный фильтр для каждой базы данных.

Запросы работают по принципу выборки и изменения. В последних предусматривается возможность редактирования предоставленной информации. При внесении изменений нужно понимать, что они будут сохранены в основной базе данных. Запрос на выборку дает возможность обычного просмотра или копирования информации.

Виды СУБД

Базы данных различаются между собой тем, как внутри них связаны данные. Соответственно различаются и СУБД, которые эти БД поддерживают. Внутренние связи данных внутри БД называются моделями данных.

По поддержке баз данных различных моделей данных СУБД различаются на:

• Иерархические;
• Сетевые;
• Реляционные;
• Объектно-ориентированные;
• Объектно-реляционные.

Иерархические БД – это деревья данных, где каждый вышерасположенный объект имеет в подчинении несколько нижерасположенных. Доступ к данным осуществляется посредством движения по объектам сверху-вниз.

Сетевые отличаются от иерархических тем. Что каждый потомок в них может иметь несколько предков (множественное наследование).

Реляционные – безусловный лидер среди СУБД (93% всего рынка). Основаны на поддержке реляционных БД, то есть наборов таблиц и их отношений с возможность изменения обеих.

Объектно-ориентированные (ООСУБД) управляют абстрактными объектами, которые наделены свойствами и наделены методами для выполнения действий.

Объектно-реляционные (ОРСУБД) – реляционные СУБД, поддерживающие обьекты свойства и методы из объектно-ориентированной СУБД.

По способу доступа к БД:

• Файл серверные.
• Клиент-серверные;
• Встраиваемые.

В файл серверных базы данных располагаются на сервере, а СУБД на клиенте. В клиент – серверных базы данных и СУБД располагаются на сервере. Встраиваемые – мини СУБД, обычно встроенные внутри приложения.

По степени распределённой данных:

• Локальные: клиент и сервер – один компьютер;
• Распределенные – клиент и сервер разные компьютеры.

История

Базы данных использовались в вычислительной технике с незапамятных времен. В первых компьютерах использовались два вида внешних устройств – магнитные ленты и магнитные барабаны. Емкость магнитных лент была достаточно велика. Устройства для чтения-записи магнитных лент обеспечивали последовательный доступ к данным. Для чтения информации, которая находилась в середине или конце магнитной ленты, необходимо было сначала прочитать весь предыдущий участок. Следствием этого являлось чрезвычайно низкая производительность операций ввода-вывода данных во внешнюю память. Магнитные барабаны давали возможность произвольного доступа, но имели ограниченный объем хранимой информации. Разумеется, говорить о какой-либо системе управления данными во внешней памяти, в тот момент не приходилось. Каждая прикладная программа, которой требовалось хранить данные во внешней памяти, сама определяла расположение каждого блока на магнитной ленте. Прикладная программа также брала на себя функции информационного обмена между оперативной памятью и устройствами внешней памяти с помощью программно-аппаратных средств низкого уровня.

Такой режим работы не позволяет или очень затрудняет поддержку на одном носителе нескольких архивов долговременно хранимой информации. Кроме того, каждой прикладной программе приходилось решать проблемы именования частей данных и структуризации во внешней памяти. История БД фактически началась с появлением магнитных дисков. Такие устройства внешней памяти обладали существенно большей емкостью, чем магнитная лента и барабаны, а также обеспечивали во много раз большую скорость доступа в режиме произвольной выборки. В отличие от современных систем управления, которые могут применяться для самых различных баз данных, подавляющее большинство ранее разработанных СУБД были тесно связаны с пользовательской базой для того, чтобы увеличить скорость работы, хоть и в ущерб гибкости. Первоначально СУБД применялись только в крупных организациях с мощной аппаратной поддержкой, необходимой для работы с большими объемами данных.