Система уравнений базой данных субд это

Какую СУБД выбрать и почему? (Статья 1)

Заметил, что когда спрашиваешь кого-нибудь, особенно на собеседовании, какие типы СУБД существуют, то первое что вспоминают многие – это реляционные базы данных, и NoSQL, а вот про разновидности часто забывают или не могут сформулировать их отличие. Поэтому начнем с простого перечисления наиболее используемых.

Тем, кому не хочется долго читать, может сразу перейти на итоговую таблицу .

Нужно обязательно сделать ремарку, что некоторые крупные производители, имеют в своем арсенале несколько типов СУБД, как в виде отдельных продуктов, так и в виде внутренней реализации. Например, у Oracle на самом деле чего только нет, начиная с классической реляционной СУБД, продолжая с отдельным продуктом Oracle NoSQL Database, который может использоваться и как документная, и как колоночная, и как ключ-значение. Отдельное решение от того же Oracle, Autonomous Data Warehouse – это уже специализированное решение для хранилищ данных. Еще один отдельный продукт от Oracle – Oracle Graph Server для работы с графами, и еще много другого. Этому можно посвятить отдельную серию статей.

Реляционные СУБД

Начнем по порядку, классические, реляционные СУБД чаще всего используются для построения решений OLTP (Online Transaction Processing). В таких решениях СУБД работает с небольшими по размерам транзакциями, но идущими большим потоком, и при этом от системы требуется минимальное время отклика, а так же возможность, при определенных условиях, отменить любые изменения выполняемых в рамках транзакции. Если вы строите систему, в рамках которой требуется хранить значительное количество сущностей (таблиц), с различными типами связей между ними (один-к-одному, один-к-многим, многие-ко-многим), то это скорее всего про реляционные СУБД.

Наиболее известные СУБД такого типа — Oracle, Microsoft SQL, PostgreSQL, MySQL.

Когда выбирать реляционную СУБД

Один из основных признаков, который говорит о том что нужно выбирать реляционную СУБД – это высокая нормализация данных. Дополнительными признаками будет необходимость обработки большого кол-ва коротких транзакций, с большей долей операций на вставку

Когда не выбирать реляционную СУБД

Если предполагается хранить не структурируемые данные, или наоборот очень простые структуры типа ключ-значение, то лучше посмотреть в сторону документных СУБД и специализированных СУБД типа ключ-значение соответственно.

Так же один из признаков, что имеет смысл подумать не о реляционных СУБД, это такой факт как необходимость часто обновлять значения в одних и тех же строках. Обычно это обходится «дорого» в реляционных СУБД, и нужно применять «продвинутую магию» что бы делать это корректно.

Конечно, тут есть много «но», или «а если очень хочется», и других ситуаций, когда данные рекомендации можно игнорировать. Это нормально, особенно когда за дело берется эксперт, который знает как это сделать.

СУБД типа ключ-значение

Наверное один из самых простых типов СУБД. В упрощенном виде, это некая таблица с уникальным ключом и собственно связанным с ним значением, в котором может быть что угодно. Чаще всего такие СУБД используют для кэширования, т.к. они очень быстро работают, а это и не сложно, когда есть уникальный ключ, и запрос возвращает только одно значение. У некоторых представителей данных СУБД есть возможность работать полностью в памяти, а так же есть возможность задавать срок жизни записи, после истечения которого, записи будут автоматически удаляться.

Наиболее известные СУБД такого типа — Redis и Memcached.

Когда выбирать СУБД ключ-значение

Если СУБД будет использоваться для кэширования данных или для брокеров сообщений, то это очень подходящий тип. Так же, такая СУБД хорошо подходит для баз где нужно хранить достаточно простые структуры, и иметь к ним очень быстрый доступ.

Когда не выбирать СУБД ключ-значение

Если вы предполагаете хранить в базе данных много сущностей (таблиц), а у сущностей будут сложные структуры с разными типами данных. Так же, если вы предполагаете делать из этой таблицы сложные запросы которые возвращают множества строк.

Документные СУБД

Документные или документно-ориентированные СУБД — это одна из наиболее популярных разновидностей NoSQL СУБД, где основной единицей логической модели данных является документ — структурированный текст, с определенным синтаксисом.

Иногда встречаются мнения что модель данных в документных БД похожа на модель данных в объектно-ориентированных базах данных. В этом есть доля правды, единственная реальная разница между ними заключается в том, что базы данных документов только сохраняют состояние, но не поведение.

Так же, само название «документо-ориентированная» подчас вводит в заблуждение, и мне встречались коллеги, которые считали, что это база для систем документооборота. Нет, это не так.

Интересно, что документные СУБД развиваются достаточно активно, и сейчас некоторые из них, в том числе, поддерживают проверку схемы.

Известными представителями таких СУБД являются CouchDB, MongoDB, Amazon DocumentDB.

Когда выбирать документную СУБД

Если нужно хранить объекты в одной сущности, но с разной структурой. Если нужно хранит структуры, включая объекты, списки и словари, особенно в формате близкому к JSON.

На самом деле область применения документных СУБД очень широкая. Их можно использовать как компактную базу данных для отдельно взятого микро-сервиса, так и для вполне масштабных решений, в качестве хранилища состояний чего-либо.

Когда не выбирать документную СУБД

Не самое лучшее решение для реализации транзакционная модели, и точно не лучший вариант для формирования отчетности.

Графовые СУБД

Графовые СУБД — специфичный тип, предназначены для работы с графами, с их узлами, свойствами, и произвольными отношениями между узлами.

Очень простой пример, это организация связей в различного типа социальных сетях, где нужно хранить связи между пользователями (узлами) по разным критериям (родственные связи, коллеги, общие интересы).

Известные представители этого типа субд — Neo4j, Amazon Neptune, InfiniteGraph, InfoGrid.

Когда выбирать графовые СУБД

Точно стоит обратить внимание на графовые СУБД, если строите какое-то подобие социальной сети, или реализуете систему оценок и рекомендаций. Ну и во всех случаях когда вы хорошо понимаете что такое графы, и для чего это нужно.

Когда не выбирать графовые СУБД

Практически во всех остальных случаях, кроме указанных выше, лучше воздержаться от использования графовых СУБД.

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.

Итоги

Важное замечание – не пытайтесь сразу все задачи решить в рамках одной СУБД. Это более чем нормально иметь несколько разных типов СУБД. Так же, не пытайтесь сразу определиться с производителем СУБД, или связать свою жизнь с одним конкретным брендом.

При выборе типа СУБД следует, прежде всего, исходить из типа решаемых задач, типов обрабатываемых данных, перспектив роста и масштабирования.

Обращайте так же внимание на популярность и наличие широкого круга разработчиков и средств разработки – это даст вам возможность, при необходимости, найти ответ на возникший вопрос быстро.

В данной статье я намеренно не делаю акцент на выбор между облачными и on-premise решениями — эта тема одной из следующих статей.

Итак, в таблице представленной ниже, кратко собрано то, что описано выше в статье.

Тип СУБД

Когда выбирать

Примеры популярных СУБД

Нужна транзакционность; высокая нормализация; большая доля операций на вставку

Oracle, MySQL, Microsoft SQL Server, PostgreSQL

Задачи кэширования и брокеры сообщений

Для хранения объектов в одной сущности, но с разной структурой; хранение структур на основе JSON

CouchDB, MongoDB, Amazon DocumentDB

Задачи подобные социальным сетям; системы оценок и рекомендаций

Neo4j, Amazon Neptune, InfiniteGraph, InfoGrid

Хранилища данных; выборки со сложными аналитическими вычислениями; количество строк в таблице превышает сотни миллионов

Vertica, ClickHouse, Google BigTable, Sybase \ SAP IQ, InfoBright, Cassandra

Надеюсь данная статья оказалась полезной.

В следующих статьях посмотрим на выбор между облачными и on-premise СУБД, платными и бесплатными, и многое другое.

Базы данных и СУБД

Для правильной работы сайта нужны не только файлы с кодом страниц, но и базы данных. Для взаимодействия с БД используются системы управления базами данных (СУБД). В этой статье я расскажу о базах данных и СУБД, их разновидностях и основных отличиях.

Как работают базы данных

В базе данных может содержаться различная информация: личные данные пользователей, записи, даты, заказы, список клиентов и так далее. К примеру, если у вас интернет-магазин, то база данных вашего сайта может содержать прайс-листы, каталог товаров или услуг, отчеты, статистику и информацию о покупателях.

Любую информацию можно быстро заносить в базу данных и так же быстро извлекать ее при необходимости.

Важную роль играет взаимосвязь информации в базе данных: изменение одной строчки может привести к значительным изменениям других строк. Работать с данными таким образом гораздо проще и быстрее, чем если бы изменения касались только одного места.

Однако это не значит, что база данных обязательно должна быть у каждого сайта – к примеру, если у вас сайт-визитка, и никакой новой информации вы на сайте не размещаете, то база данных вам будет попросту не нужна.

Система управления базами данных (СУБД)

Система управления базами данных (сокращенно СУБД) – это программное обеспечение для создания и работы с базами данных.

Главная функция СУБД – это управление данными (которые могут быть как во внешней, так и в оперативной памяти). СУБД обязательно поддерживает языки баз данных, а также отвечает за копирование и восстановление информации после каких-либо сбоев.

Реляционные СУБД и язык SQL

Реляционные и объектно-реляционные СУБД являются одними из самых распространенных систем. Они представляют собой таблицы, в которых каждый столбец (он называется «field» или «поле») упорядочен и имеет определенное уникальное название. Последовательность строк (их называют «records» или «записи») определяется последовательностью ввода информации в таблицу. При этом обрабатывание столбцов и строк может происходить в любом порядке. Таблицы с данными связаны между собой специальными отношениями, благодаря чему с данными из разных таблиц можно работать – к примеру, объединять их при помощи одного запроса.

Для управления реляционными базами данных применяется особый язык программирования – SQL. Сокращение расшифровывается как «Structured query language», в переводе на русский – «язык структурированных запросов».

Команды, которые используются в SQL, делятся на:

• манипулирующие данными,
• определяющие данные,
• управляющие данными.

Схема работы с базой данных выглядит следующим образом:

5 лучших СУБД

Далее я кратко расскажу о лучших СУБД, которые чаще всего используются при создании веб-проектов.

MySQL

MySQL является одной из самых популярных и распространенных СУБД, которая используется во многих компаниях (например, Facebook, Wikipedia, Twitter, LinkedIn, Alibaba и других). MySQL представляет собой реляционную СУБД, которая относится к свободному программному обеспечению: она распространяется на условиях GNU Public License. Как правило, эту систему управления базами данных определяют как хорошую, быструю и гибкую, рекомендованную к применению в небольших или средних проектах.

У MySQL есть множество различных преимуществ. Например, она поддерживает различные типы таблиц – как известные MyISAM и InnoDB, так и более экзотичные HEAP и MERGE. Кроме того, количество поддерживаемых типов постоянно растет. MySQL выполняет все команды быстро – возможно, сейчас это самая быстрая СУБД из всех существующих. С этой системой управления базами данных может одновременно работать неограниченное количество пользователей, а число строк в таблицах может достигать 50 миллионов.

Так как в сравнении с некоторыми другими системами MySQL поддерживает меньшее количество возможностей, то и работать с ней значительно проще, чем, к примеру, с PostgreSQL, о которой будет рассказано ниже.

Для работы с MySQL используется не только текстовый, но и графический режим. Это становится реальным благодаря приложению phpMyAdmin: для работы в приложении вам даже не нужно знать SQL-команды, а администрировать свою базу данных можно прямо через браузер.

MySQL – это выбор тех, кому необходима СУБД для проекта небольшого или среднего размера, быстрая и удобная в работе и без сложностей с администрированием.

PostgreSQL

Эта свободно распространяемая система управления базами данных относится к объектно-реляционному типу СУБД. Как и в случае с MySQL, работа с PostgreSQL основывается на языке SQL, однако, в отличие от MySQL, PostgreSQL поддерживает стандарт SQL-2011. Эта СУБД не имеет ограничений ни по максимальному размеру базы данных, ни по максимуму записей или индексов в таблице.

Если говорить о преимуществах PostgreSQL, то в первую очередь это надежность транзакций и репликаций, возможность наследования и легкая расширяемость. PostgreSQL поддерживает различные расширения и варианты языков программирования, такие как PL/Perl, PL/Python и PL/Java. Также есть возможность загружать C-совместимые модули.

Многие отмечают, что в отличие от MySQL данная СУБД имеет хорошую и подробную документацию, которая дает ответы практически на все вопросы.

О том, что это более масштабная, чем MySQL, СУБД, говорит и тот факт, что PostgreSQL периодически сравнивают с такой мощной системой управления данных, как Oracle. Все это позволяет говорить о PostgreSQL как об одной из самых продвинутых СУБД на данный момент.

SQLite

На данный момент это одна из самых компактных СУБД. Также она является встраиваемой и реляционной.

SQLite позволяет хранить все данные в одном файле и, благодаря своему небольшому объему, отличается завидным быстродействием. SQLite значительно отличается от MySQL и PostgreSQL своей структурой: движок и интерфейс этой СУБД находятся в одной библиотеке – и именно это позволяет выполнять все запросы очень быстро. Другие СУБД (MySQL, PostgreSQL, Oracle и т.д.) используют парадигму «клиент-сервер», когда взаимодействие происходит через сетевой протокол.

Из недостатков можно отметить отсутствие системы пользователей и возможности увеличения производительности.

Oracle

Эта СУБД относится к объектно-реляционному типу. Название произошло от названия разработавшей эту систему фирмы Oracle. Наравне с SQL СУБД использует процедурное расширение под названием PL/SQL, а также язык Java.

Oracle – это система, отличающаяся стабильностью уже не один десяток лет, поэтому ее выбирают корпорации, для которых важна надежность восстановления после сбоев, отлаженная процедура бэкапа, возможность масштабирования и другие ценные возможности. К тому же эта СУБД обеспечивает отличную безопасность и эффектную защиту данных.

В отличие от других СУБД, стоимость покупки и использования Oracle достаточно высока, и именно это зачастую является значимым препятствием к ее использованию в небольших фирмах. Вероятно, именно это также является причиной того, что в рейтинге лучших СУБД на 2016 год в России Oracle находится лишь на 6-м месте.

MongoDB

Эта СУБД отличается тем, что она предназначена для хранения иерархических структур данных, и поэтому ее называют документоориентированной (она представляет собой документное хранилище без использования таблиц или схем). MongoDB имеет открытый исходный код.

Используя идентификатор, вы можете производить быстрые операции над объектом. Также эта СУБД хорошо показывает себя и при сложных взаимодействиях. В первую очередь речь идет о быстродействии – в некоторых случаях приложение, написанное на MongoDB, будет работать быстрее, чем такое же приложение, использующее SQL, т.к. MongoDB относится к классу СУБД NoSQL и пользуется объектным языком запросов, который значительно легче SQL.

Однако этот язык имеет и свои ограничения, и потому MongoDB следует использовать в случаях, когда нет необходимости в сложных и нетривиальных выборках.

Заключение

Выбор СУБД – это важный момент при создании своего ресурса. Отталкивайтесь от своих задач и возможностей, пробуйте и экспериментируйте, чтобы найти именно тот вариант, который будет наиболее подходящим.

4.5.2. Системы управления базами знаний

Общий успех СУБД в сочетании с информационными потребностями менеджмента и исследованиями искусственного интеллекта привели к росту заинтересованности в превращении СУБД в системы управления базами знаний, что может рассматриваться как тенденция развития СУБД.

База знаний – это один или несколько специальным образом организованных файлов, хранящих систематизированную совокупность понятий, правил и фактов, относящихся к некоторой предметной области. Содержимое баз знаний оформляется, связывается между собой и представляется таким образом, чтобы на его основе можно было с помощью специальных программ осуществлять рассуждения и делать выводы, получая сведения, которые в явном виде могут не присутствовать в базах знаний .

Для построения баз знаний применяются методы искусственного интеллекта, специальные языки описания знаний и интеллектуальный интерфейс.

Базы знаний являются основной содержательной частью интеллектуальных систем: информационных, обучающих, систем программирования, экспертных систем, где с их помощью представляются навыки и опыт экспертов – специалистов в данной предметной области.

Специалисты в области технологий баз данных считают вратами, открывающими путь к базам знаний, исследуемым в области искусственного интеллекта, технологию активных БД.

Традиционные БД являются пассивными. Они играют организующую роль, направленную на обеспечение хранения данных. Вся процедурная логика, включая выборку и модификацию данных, координируется вне сферы управления данными.

Напротив, среда активных БД поддерживает инициацию действий над данными базы и управление ими внутри среды БД в соответствии с предварительно установленными правилами, без необходимости получения каких-либо управляющих воздействий от приложений или от каких-либо других внешних источников. В создании активных БД используется несколько основных конструкций БД: ограничения, утверждения, хранимые процедуры и триггеры.

Ограничения – это относительно простые конструкции языка SQL , используемые для встраивания бизнес-правил в БД вместо логики приложения. В реляционной СУБД ограничения ассоциируются с конкретными объектами БД, такими, как таблицы или ее поля. Примером ограничений могут быть ограничения на поля таблицы, допускаемые в команде CREATE TABLE языка SQL (см. формат этой команды, описанный в теме 9).

Более общим типом ограничений являются утверждения. Утверждение – это самостоятельная конструкция языка SQL , используемая для спецификации ограничения, которое может затрагивать более чем одну таблицу. Бизнес-правила, относящиеся к двум или более таблицам, могут быть естественным образом представлены в теле самого утверждения.

Во многих случаях конструкции ограничений и утверждений оказываются неадекватными для выражения сложных бизнес-правил, и СУБД поддерживают хранимые процедуры. Хранимая процедура – это модуль прикладной программы с той лишь разницей, что он относится к БД, а не к внешней программной системе, использующей эту БД. Посредством хранимых процедур встраивается процедурная логика в среду БД. Хранимые процедуры могут определяться относительно одной или более таблиц БД и вызывать друг друга. Они выполняются сервером баз данных и могут читать и изменять данные в таблицах. Их можно вызвать из клиентского приложения, работающего с БД.

Ключевыми компонентами, обеспечивающими превращение БД в активную среду, являются триггеры. Триггер– это процедура БД, запускаемая в случае, если над объектом БД, с которым она ассоциирована, выполняется одна из заданных в спецификации операций. После операций вставки , обновления и/или удаления может быть запущен триггер, который приведет в результате к вычислению бизнес-правил или к выполнению определенных действий. Триггеры, в отличие от хранимых процедур, нельзя вызвать из клиентского приложения.

Активная БД может быть охарактеризована как система, следующая правилам Событие-Условие-Действия. Технология активной БД реализована, в частности, в объектно-реляционной СУБД POSTGRES , разработанной на базе СУБД INGRES в калифорнийском университете Беркли в 1986-1994 гг.

Возможности существующих в настоящее время технологий активных БД распространяются на сферу интеллектуальных баз данных. Можно считать, что активные БД открывают двери на пути к пока еще неуловимому будущему интеллектуальных баз данных с высоким уровнем искусственного интеллекта.

4. Системы управления базами данных

Тренировочные задания

1. Какие из приведенных трактовок СУБД корректны?

1. СУБД — это стандартное приложение Windows .

2. СУБД — это программная система, предназначенная для создания на ЭВМ общей БД, поддержания ее в актуальном состоянии и обеспечения к ней эффективного санкционированного доступа пользователей.

3. СУБД — это программа-оболочка Windows .

4. СУБД — это комплекс языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями.

2. В каких из перечисленных режимов возможна работа с СУБД?

2. Одновременная работа с несколькими БД.

5. Через систему меню

3. Какие из перечисленных программных продуктов относятся к классу СУБД?