Какие бывают субд

Системы управления базами данных¶

Система управления базами данных (СУБД) — совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных.

Основные функции СУБД¶

управление данными во внешней памяти (на дисках);
управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;
журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;
поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:

ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти и журнализацию,
процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,
подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД
а также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.

Классификации СУБД¶

По модели данных¶

Иерархические¶

Используется представление базы данных в виде древовидной (иерархической) структуры, состоящей из объектов (данных) различных уровней.

Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможна ситуация, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами (в программировании применительно к структуре данных дерево устоялось название братья).

Иерархической базой данных является файловая система, состоящая из корневого каталога, в котором имеется иерархия подкаталогов и файлов.

Примеры: Caché, Google App Engine Datastore API.

Сетевые¶

Сетевые базы данных подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.

Реляционные¶

Практически все разработчики современных приложений, предусматривающих связь с системами баз данных, ориентируются на реляционные СУБД. По оценке Gartner в 2013 году рынок реляционных СУБД составлял 26 млрд долларов с годовым приростом около 9%, а к 2018 году рынок реляционных СУБД достигнет 40 млрд долларов. В настоящее время абсолютными лидерами рынка СУБД являются компании Oracle, IBM и Microsoft, с общей совокупной долей рынка около 90%, поставляя такие системы как Oracle Database, IBM DB2 и Microsoft SQL Server.

Объектно-ориентированные¶

Управляют базами данных, в которых данные моделируются в виде объектов, их атрибутов, методов и классов.

Этот вид СУБД позволяет работать с объектами баз данных так же, как с объектами в программировании в объектно-ориентированных языках программирования. ООСУБД расширяет языки программирования, прозрачно вводя долговременные данные, управление параллелизмом, восстановление данных, ассоциированные запросы и другие возможности.

Объектно-реляционные¶

Этот тип СУБД позволяет через расширенные структуры баз данных и язык запросов использовать возможности объектно-ориентированного подхода: бъекты, классы и наследование.

Зачастую все те СУБД, которые называются реляционными, являются, по факту, объектно-реляционными.

В данном курсе мы будем, в первую очередь, гооврить об этом виде СУБД.

Примеры: PostgreSQL, DB2, Oracle, Microsoft SQL Server.

По степени распределённости¶

Локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере)
Распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).

По способу доступа к БД¶

Файл-серверные¶

В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового сервера. Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость или невозможность централизованного управления; затруднённость или невозможность обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД; в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД.

На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей, а её использование в крупных информационных системах — недостатком.

Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro.

Клиент-серверные¶

Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно. Недостаток клиент-серверных СУБД состоит в повышенных требованиях к серверу. Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность.

Примеры: Oracle, Firebird, Interbase, IBM DB2, Informix, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server Enterprise, PostgreSQL, MySQL, Caché, ЛИНТЕР.

Встраиваемые¶

Встраиваемая СУБД — СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети. Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы (API).

Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, Firebird Embedded, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР.

Стратегии работы с внешней памятью¶

СУБД с непосредственной записью — это СУБД, в которых все измененные блоки данных незамедлительно записываются во внешнюю память при поступлении сигнала подтверждения любой транзакции. Такая стратегия используется только при высокой эффективности внешней памяти.
СУБД с отложенной записью — это СУБД, в которых изменения аккумулируются в буферах внешней памяти до наступления любого из следующих событий:

контрольной точки;
конец пространства во внешней памяти, отведенное под журнал. СУБД выполняет контрольную точку и начинает писать журнал сначала, затирая предыдущую информацию;
останов. СУБД ждёт, когда всё содержимое всех буферов внешней памяти будет перенесено во внешнюю память, после чего делает отметки, что останов базы данных выполнен корректно;
при нехватке оперативной памяти для буферов внешней памяти.

Такая стратегия позволяет избежать частого обмена с внешней памятью и значительно увеличить эффективность работы СУБД.

Previous: Базы данных Next: Реляционная модель данных

Система управления базами данных: что это такое и зачем она нужна

Рассказываем, как устроены СУБД и какие они бывают, а также делимся подборкой из пяти самых популярных среди разработчиков баз данных.

Иллюстрация: Оля Ежак для Skillbox Media

Дмитрий Зверев

Любитель научной фантастики и технологического прогресса. Хорошо сочетает в себе заумного технаря и утончённого гуманитария. Пишет про IT и радуется этому.

В базах данных сегодня хранится буквально всё — ваши переписки, данные паспорта на «Госуслугах», пароли от сайтов, видео на хостингах, треки на музыкальных платформах. Но чтобы вся эта информация не потерялась, а данными было удобно управлять, придумали СУБД.

Что такое СУБД

Чтобы понять, что такое СУБД, нужно сначала узнать, что такое база данных (БД).

База данных — это набор упорядоченных и структурированных данных, которые хранятся на определённом компьютере. Проще всего представить её как большую Excel-таблицу, где у каждого элемента (строки) есть определённые свойства (столбцы).

Если создать базу данных для магазина продуктов, то у каждого товара — например, жвачки, шоколадки и бутылки воды, — будут свойства: цена, количество штук в наличии и срок годности.

Базы данных — это просто файлы на диске компьютера, куда можно записывать новые элементы. Но сами БД ничего не умеют и для них нужно писать свои методы для управления — например, для добавления нового элемента или поиска нужной записи. Чтобы облегчить работу программистам, придумали СУБД.

Система управления базами данных (СУБД) — это набор инструментов, которые позволяют удобно управлять базами данных: удалять, добавлять, фильтровать и находить элементы, менять их структуру и создавать резервные копии.

СУБД можно представить как прослойку между базой данных и пользовательскими запросами к ней.

Когда пользователь нажимает на кнопку на сайте — например, чтобы скачать картинку, — сайт составляет специальный запрос к базе данных и отправляет его в СУБД. Она разбирает его и ищет в базе данных запрашиваемую информацию, а затем возвращает обратно сайту. Он уже конвертирует их в читаемый для пользователя вид и отдаёт ему.

Без СУБД разработчикам пришлось бы самостоятельно искать в файлах баз данных информацию, которая им нужна. Можно сказать, что база данных без СУБД — это как машина без кузова. В теории это машина: можно её заправлять, менять масло и детали. Но нормально поездить на ней не получится. Придётся сначала всё прикрутить, сделать кузов и только потом уже ехать.

СУБД нужна, чтобы упростить жизнь программистам и дать им все инструменты для работы с базами данных.

Для чего нужны СУБД

СУБД нужны для всех манипуляций с базами данных, а именно чтобы:

создавать базы данных и администрировать их: удалять, изменять и объединять;
держать данные в структурированном виде и необходимом формате;
защищать данные от нежелательных изменений и попыток взлома;
загружать и сортировать данные с помощью фильтров;
делать резервные копии, восстанавливать базы данных после сбоёв и поддерживать общую целостность.

С помощью СУБД разработчики следят за всеми изменениями в базах данных. А БД хранят информацию пользователей: их транзакции и действия.

Например, чтобы создать базу данных с каталогом всех товаров на маркетплейсе, нужно завести огромную таблицу со строками, где у каждой будут определённые свойства. Они могут быть такими:

название товара;
стоимость;
количество единиц на складе;
поставщик.

Чтобы держать такую таблицу в порядке и постоянно дополнять её новыми элементами, нужно обеспечить надёжность и высокую скорость работы. Для этого как раз и нужны СУБД.

Из чего состоит СУБД

СУБД — это набор инструментов, каждый из которых способен совершать с базой данных определённое действие: считывать её, удалять элементы или обрабатывать запросы от пользователя. И чтобы все эти инструменты правильно функционировали, у СУБД должна быть хорошо прописанная архитектура.

Главные элементы СУБД — ядро, процессор, программные средства и базы данных. Поговорим о каждом из них подробнее.

Ядро. Отвечает за работу всей системы в целом. Через него проходят все процессы обработки данных и их хранения. Ядро следит за всеми изменениями баз данных и фиксирует их.

Процессор, или компилятор. Занимается обработкой запросов от пользователей. Главная его задача — преобразовать SQL-запрос в понятные для компьютера команды, а затем вернуть результаты.

Программные средства, или утилиты. Нужны, чтобы пользователь мог вводить запросы, а администраторы могли настраивать доступ и другие необходимые параметры.

Базы данных. Место, где хранятся данные в упорядоченном, а иногда и в зашифрованном виде. Базы могут различаться по структуре и типам представления данных.

Виды СУБД

СУБД делят на разные типы и по разным параметрам. Мы рассмотрим, как они различаются в четырёх классификациях: по расположению баз данных, по хранению и обработке данных, по языку запросов, по структуре и организации данных.

По расположению баз данных

СУБД бывают локальные и распределённые.

Локальные. Это когда всё содержимое базы данных располагается на одном компьютере — обычно на сервере компании.

Распределённые. Это когда база данных частично находится на разных компьютерах — например, в облаке.

Современные СУБД могут быть одновременно локальными и распределёнными.

По хранению и обработке данных

Здесь СУБД делятся на клиент-серверные, файл-серверные и встраиваемые.

Клиент-серверные. Это когда СУБД с базой данных находятся на одном компьютере, к которому пользователи обращаются с запросами. Получить доступ к такой СУБД можно с любого компьютера.

Многие интернет-магазины заводят именно такую базу данных, чтобы пользователи могли быстро получать свежую информацию об их товарах.

Файл-серверные. Это когда база данных находится на одном сервере, а СУБД — на устройствах, с которых к базе отправляют запросы. Чтобы получить данные, у пользователя должна быть установлена и настроена СУБД.

Файл-серверные СУБД используют для локальных сервисов компаний — например, CRM-систем, где находятся данные о клиентах и документообороте.

Встраиваемые. Это локальные СУБД, которые представляют собой отдельный модуль для управления данными внутри приложений. Обычно они написаны в виде библиотек для разных языков программирования.

Например, Microsoft Access и «1С:Бухгалтерия» имеют такой тип СУБД.

По языку запросов

СУБД поддерживают язык структурированных запросов и неструктурированных.

SQL. Это язык для создания структурированных запросов к базам данных. Такие СУБД самые популярные в использовании.

NoSQL. Это язык для запросов, который основан на другом языке программирования — например, Python или JavaScript. СУБД с NoSQL обычно используют при работе с большими данными.

По структуре и организации данных

И последнее свойство, по которому делятся СУБД, — то, как они представляют информацию внутри баз данных.

Реляционные. Данные в виде таблиц, которые связаны друг с другом через сквозные параметры. Такая архитектура обеспечивает построчное хранение данных и нужна для создания строгой структуры. Ещё одна их особенность: за одно обращение к базе пользователь сможет получить лишь небольшое число элементов.

Каждая строка имеет уникальный идентификатор, или ключ. Поэтому найти нужные данные и связать их между собой в такой базе данных легко.

Реляционные базы данных используют, когда объём данных не превышает нескольких терабайт. Это делает их подходящими практически любому проекту.

Самые популярные среди реляционных баз данных — PostgreSQL, Microsoft SQL Server, MySQL, Oracle.

Реляционные базы данных применяют, когда важны следующие характеристики:

Транзакционность. Для выполнения операции нужно сделать несколько запросов к базе данных. Это может быть, например, перевод денег с одной карты на другую через приложение банка.
Частые изменения данных. Так как в реляционных базах данных строгая структура.
Поиск по индексам. Каждый элемент такой базы данных — это строка, а искать элементы по строкам удобно.
Запросы небольшого количества записей за раз. Реляционные базы данных работают как раз по этому принципу.
Объём данных не превышает нескольких терабайт. Если будет больше, такая база данных будет работать медленнее.

Ключ — значение. Каждый элемент базы данных использует для хранения уникальный идентификатор, который состоит из ключа и значения. Этот способ хранения похож на тип данных «словарь» в языках программирования.

Базы данных типа «ключ — значение» имеют вид хеш-таблиц, в которых у каждой записи — только один индекс. При этом жёстких ограничений по структуре элементов нет.

Такие базы данных используют по принципу логов, когда новые записи заносят в конец хранилища. Удаляют элементы с помощью добавления специальной записи.

Ещё несколько способов использования баз данных типа «ключ — значение» — очереди, кэш и логирование.

Популярные базы данных типа «ключ — значение» — Redis, DynamoDB и Aerospike.

Документные. В отличие от реляционных баз данных, документоориентированные хранят информацию в виде «документов», а не таблиц и строк. Главное преимущество документных баз данных — возможность хранить информацию без строгого ограничения по структуре.

Документные базы данных умеют хранить информацию целиком и получать её одним запросом. Даже если структура элементов будет разной. Ещё документные базы данных позволяют использовать ссылки на другие записи в базе, что чем-то напоминает реляционную модель.

Популярные документные базы данных — MongoDB, CouchDB и Amazon DocumentDB.

Графовые. В них элементы имеют взаимосвязи в виде графа, где у каждого его узла есть множество связей с другими узлами. Такой вид баз данных напоминает паутину. Обычно эти базы данных используют в соцсетях или рекомендательных сервисах.

Каждый узел графовой базы данных содержит в себе данные, а чтобы составить взаимосвязи между узлами, используют рёбра. В них хранятся начальный и конечный узлы, направление и тип. Рёбра описывают взаимосвязи между двумя узлами — например, «родитель — потомок», — а также действия над ними.

Обойти весь граф можно очень быстро, потому что связи между узлами не считаются во время запроса, а сразу хранятся в базе данных. Поэтому графовые базы данных применяются в соцсетях, рекомендательных сервисах и системах выявления мошенничества, когда нужно построить взаимосвязи между данными и запросить их.

Популярные графовые базы данных — Amazon Neptune, Neo4j и InfiniteGraph.

Колоночные. В них данные хранятся последовательно в виде одной колонки, и предполагается, что на одном и том же месте в каждой колонке хранятся элементы, которые относятся к одной строке. Это позволяет эффективно сжимать данные и анализировать их — находить сумму, количество или среднее значение.

Колоночные базы данных позволяют загружать новые данные непрерывным потоком или порциями. При этом удалять их так нельзя.

Главная область применения колоночных баз данных — анализ данных. Такие базы аналитики и менеджеры компаний используют, чтобы хранить историю событий.

Популярные колоночные базы данных — ClickHouse, Apache Druid, Vertica, BigQuery и Teradata.

Что такое СУБД

Система управления базами данных (СУБД) – это комплекс программно-языковых средств, позволяющих создать базы данных и управлять данными. Иными словами, СУБД — это набор программ, позволяющий организовывать, контролировать и администрировать базы данных. Большинство сайтов не могут функционировать без базы данных, поэтому СУБД используется практически повсеместно.

Подробнее о СУБД
SQL и реляционные БД: почему в них важно разбираться
Наиболее популярные СУБД

Подробнее о СУБД

Основные функции СУБД:

управление данными во внешней памяти (на дисках);
управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;
журнализация изменений (сохранение истории), резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;
поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

Каждая СУБД основывается на какой-либо модели данных, это является одним из признаков классификации. По модели данных СУБД бывают:

Иерархические. В этой модели данных используется представление БД в виде древовидной структуры, состоящей из данных разных уровней.
Сетевые. Данная модель является расширением иерархического подхода. Иерархическая модель подразумевает, что запись-потомок может иметь строго одного предка, в то время как в сетевой структуре потомок может иметь любое количество предков.
Реляционные. СУБД, ориентированные на организацию данных как набор связанных записей и атрибутов в двумерной таблице.
Объектно-ориентированные. Для управления БД, основанными на объектной модели данных. Как правило основываются на объектно-ориентированных языках программирования.
Объектно-реляционные. Объединяет в себе концепции реляционной модели с дополнительными объектно-ориентированными возможностями.

SQL и реляционные БД: почему в них важно разбираться

Сегодня по-прежнему наиболее популярными при создании веб-приложений и сервисов остаются реляционные базы данных. Для управления реляционными базами данных используется язык SQL (Structured Query Language — структурированный язык запросов). Изначально SQL был инструментом работы пользователя с базой данных, однако со временем язык усложнился и стал скорее инструментом разработчика, чем конечного пользователя.

Наиболее популярные СУБД

Различные рейтинги самых популярных СУБД возглавляют Oracle, MySQL , Microsoft SQL Server, PostgreSQL.

MySQL

Считается одной из самых распространенных СУБД. MySQL — реляционная СУБД с открытым исходным кодом, главными плюсами которой являются ее скорость и гибкость, которая обеспечена поддержкой большого количества различных типов таблиц.

Кроме того, это надежная бесплатная система с простым интерфейсом и возможностью синхронизации с другими базами данных. В совокупности эти факторы позволяют использовать MySQL как крупным корпорациям, так и небольшим компаниям.

Microsoft SQL Server

Как следует из названия, фирменная СУБД, разработанная Microsoft. Оптимальная для использования в операционных системах семейства Windows, однако может работать и с Linux.

Система позволяет синхронизироваться с другими программными продуктами компании Microsoft, а также обеспечивает надежную защиту данных и простой интерфейс, однако отличается высокой стоимостью лицензии и повышенным потреблением ресурсов.

В целом, однако, сохраняет свою популярность, в немалой степени из-за того, что продукты корпорации Microsoft используются многими компаниями.

PostgreSQL

СУБД PostgreSQL — еще одна популярная и бесплатная система. Наибольшее применение нашла для управления БД веб-сайтов и различных сервисов. Она универсальна, то есть подойдет для работы с большинством популярных платформ.

При этом PostgreSQL — объектно-реляционная СУБД, что дает ей некоторые преимущества над другими бесплатными СУБД, в большинстве являющимися реляционными.

Oracle

Первая версия этой объектно-реляционной СУБД появилась в конце 70-х, и с тех пор зарекомендовала себя как надежная, функциональная и практичная. СУБД Oracle постоянно развивается и дорабатывается, упрощая установку и первоначальную настройку и расширяя функционал.

Однако существенным минусом данной СУБД является высокая стоимость лицензии, поэтому она используется в основном крупными компаниями и корпорациями, работающими с огромными объемами данных.

Что такое СУБД: виды, зачем они нужны, ТОП-6 систем управления базами данных

БД представляют собой архив с информацией. Они могут быть на сайтах, в программах, в приложениях. Но чтобы администрировать весь этот объем сведений, нужен специальный программный комплекс, иначе хаоса в данных не избежать. Будет разрозненность, отсутствие структуры, а иногда даже полная потеря нужной информации. Поговорим о том, какие программы позволяют работать с БД, как они выглядят, какие бывают, а еще расскажем про самые популярные на сегодняшний день.