Базы данных - модели, разработка, реализация



Обобщенная архитектура СУБД


Мы рассмотрели отдельные аспекты работы СУБД. Теперь попробуем кратко обобщить все, что узнали, и построим некоторую условную обобщенную структуру СУБД. На рис. 14.1 изображена такая структура. Здесь условно показано, что СУБД должна управлять внешней памятью, в которой расположены файлы с данными, файлы журналов и файлы системного каталога.

С другой стороны, СУБД управляет и оперативной памятью, в которой располагаются буфера с данными, буфера журналов, данные системного каталога, которые необходимы для поддержки целостности и проверки привилегий пользователей. Кроме того, в оперативной памяти во время работы СУБД располагается информация, которая соответствует текущему состоянию обработки запросов, там хранятся планы выполнения скомпилированных запросов и т. д.

Модуль управления внешней памятью обеспечивает создание необходимых структур внешней памяти как для храпения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей, например для ускорения доступа к данным в некоторых случаях (обычно для этого используются индексы). Как мы рассматривали ранее, в некоторых реализациях СУБД активно используются возможности существующих файловых систем, в других работа производится вплоть до уровня устройств внешней памяти. Но подчеркнем, что в развитых СУБД пользователи в любом случае не обязаны знать, использует ли СУБД файловую систему, п если использует, то как организованы файлы. В частности, СУБД поддерживает собственную систему именования объектов БД.

Модуль управления буферами оперативной памяти предназначен для решения задач эффективной буферизации, которая используется практически для выполнения всех остальных функций СУБД.

Условно оперативную память, которой управляет СУБД, можно представить как совокупность буферов, хранящих страницы данных, буферов, храпящих страницы журналов транзакций и область совместно используемого пула (см. рис. 14.2). Последняя область содержит фрагменты системного каталога, которые необходимо постоянно держать в оперативной памяти, чтобы ускорить обработку запросов пользователей, и область операторов SQL с курсорами.

Фрагменты
286
системного каталога в некоторых реализациях называются словарем данных. В стандарте SQL2 определены общие требования к системному каталогу.
Рис. 14.1. Обобщенная структура СУБД
Рис. 14.2. Оперативная память, управляемая СУБД
Системный каталог в реляционных СУБД представляет собой совокупность специальных таблиц, которыми владеет сама СУБД. Таблицы системного каталога создаются автоматически при установке программного обеспечения сервера БД. Все системные таблицы обычно объединяются некоторым специальным "системным идентификатором пользователя". При обработке SQL - запросов СУБД постоянно обращается к этим таблицам. В некоторых СУБД разрешен ограниченный доступ пользователей к ряду системных таблиц, однако только в режиме чтения. Только системный администратор имеет некоторые права на модификацию данных в некоторых системных таблицах.
Каждая таблица системного каталога содержит информацию об отдельных структурных элементах БД. В стандарте SQL2 определены следующие системные таблицы:
287
Таблица 14.1. Содержание системного каталога по стандарту SQL2


Системная таблица Содержание
USERS Одна строка для каждого идентификатора пользователя с зашифрованным паролем
SCHEMA Одна строка для каждой информационной схемы
DATA_TYPE_DESCRIPTION Одна строка для каждого домена или столбца, имеющего определенный тип данных
DOMAINS. Одна строка для каждого домена
DOMAIN_CONSTRAINS Одна строка для каждого ограничивающего условия, наложенного на домен
TABLES Одна строка для каждой таблицы с указанием имени, владельца, количества столбцов, размеров данных столбцов, и т. д.
VIEWS Одна строка для каждого представления с указанием имени, имени владельца, запроса, который определяет представление и т. д.
COLUMNS Одна строка для каждого столбца с указанием имени столбца, имени таблицы или представления, к которому он относится, типа данных столбца, его размера, допустимости или недопустимости неопределенных значений (NULL ) и т. д.
VIEW_TABLE_USAGE Одна строка для каждой таблицы, на которую имеется ссылка в каком-либо представлении (если представление многотабличное, то для каждой таблицы заносится одна строка)
VIEW_COLUMN_USAGE Одна строка для каждого столбца, на который имеется ссылка в некотором представлении
TABLE_CONSTRAINS Одна строка для каждого условия ограничения, заданного в каком-либо определении таблицы
KEY_COLUMN_USAGE Одна строка для каждого столбца, на который наложено условие уникальности и который присутствует в определении первичного или внешнего ключа (если первичный или внешний ключ заданы несколькими столбцами, то для каждого из них задается отдельная строка)
REFERENTIAL_CONSTRAINTS Одна строка для каждого внешнего ключа, присутствующего в определении таблицы
CHECK_ CONSTRAINTS Одна строка для каждого условия проверки, заданного в определении таблицы
CHECK_TABLE_USAGE Одна строка для каждой таблицы, на которую имеется ссылка в условиях проверки, ограничительном условии для домена или всей таблицы
<


288

Системная таблица Содержание
CHECK_COLUMN_USAGE Одна строка для каждого столбца, на который имеется ссылка в условии проверки, ограничительном условии для домена или ином ограничительном условии
ASSERTIONS Одна строка для каждого декларативного утверждения целостности
TABLE_PRIVILEGES Одна строка для каждой привилегии, предоставленной на какую-либо таблицу
COLUMN_PRIVILEGES Одна строка для каждой привилегии, предоставленной на какой-либо столбец
USAGE_PRIVILEGES Одна строка для каждой привилегии, предоставленной на какой-либо домен, набор символов и т. д.
CHARACTER_SETS Одна строка для каждого заданного набора символов
COLLATIONS Одна строка для заданной последовательности
TRANSLATIONS Одна строка для каждого заданного преобразования
SQL_LAGUAGES Одна строка для каждого заданного языка, поддерживаемого СУБД

Стандарт SQL2 не требует, чтобы СУБД в точности поддерживала требуемый набор системных таблиц. Стандарт ограничивается требованием того, чтобы для рядовых пользователей были доступны некоторые специальные представления системного каталога. Поэтому системные таблицы организованы по-разному в разных СУБД и имеют различные имена, но большинство СУБД предоставляют ряд основных представлений рядовым пользователям.
Кроме того, системный каталог отражает некоторые дополнительные возможности, предоставляемые конкретными СУБД. Так, например, в системном каталоге Oracle присутствуют таблицы синонимов.
Область SQL содержит данные связывания, временные буферы, дерево разбора и план выполнения для каждого оператора SQL, переданного серверу БД. Область разделяемого пула ограничена в размере, поэтому, возможно, в ней не могут поместиться все операторы SQL, которые были выполнены с момента запуска сервера БД. Ядро СУБД удаляет старые, давно не используемые операторы, освобождая память под новые операторы SQL. Если пользователь выполняет запрос, план выполнения которого уже хранится в разделяемом пуле, то СУБД не производит его разбор и построение нового плана, она сразу запускает его на выполнение, возможно, с новыми параметрами.
Модуль управления транзакциями поддерживает механизмы фиксации и отката транзакций, он связан с модулем управления буферами оперативной памяти и обеспечивает сохранение всей информации, которая требуется после мягких или жестких сбоев в системе. Кроме того, модуль управления транзакциями содержит специальный механизм поиска тупиковых ситуаций или взаимоблокировок и реализует одну из принятых стратегий принудительного завершения транзакций для развязывания тупиковых ситуаций.
289
Особое внимание надо обратить на модуль поддержки SQL. Это практически транслятор с языка SQL и блок оптимизации запросов.
В общем, оптимизация запросов может быть разделена на синтаксическую и семантическую.

Содержание