АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СУБД ИХ ОСОБЕННОСТИ И НЕДОСТАТКИ

ANALYSIS OF EXISTING DBMS, THEIR FEATURES AND DISADVANTAGES

Alexander Minaichev

master's student, 2nd year, Faculty of Cybersecurity and Management, Volga Region State University of Telecommunications and Informatics,

Russia, Samara

АННОТАЦИЯ

В данной статье осуществлен анализ существующих систем управления базы данных их особенности и недостатки.

ABSTRACT

This article analyzes the existing database management systems, their features and disadvantages.

Ключевые слова: СУБД, база данных, sql, nosql, database.

Keywords: DBMS, database, sql, nosql, database.

Введение.

По мере увеличения объема критически важных бизнес-данных растет и потребность в системе управления базами данных (СУБД), которая помогает организовывать большие объемы информации.

СУБД улучшает ваши процессы обработки данных и увеличивает коммерческую ценность активов данных вашей компании, освобождая пользователей самых разных ролей от повторяющихся и трудоемких задач по обработке данных.

Результат? Более продуктивная рабочая сила, лучшее соблюдение правил обработки данных и более эффективные решения на основе данных.

Что такое СУБД.

 С увеличением объема критически важных данных в современных организациях возрастает потребность в эффективной системе управления базами данных (СУБД), способной обрабатывать и организовывать большие объемы информации. СУБД играет ключевую роль в улучшении процессов обработки данных, увеличении коммерческой ценности данных компании и освобождении персонала от повторяющихся и трудоемких задач. Это приводит к повышению производительности, соблюдению правил обработки данных и созданию более эффективных решений на основе данных.

Определение СУБД:

Система управления базами данных (СУБД) — это специальная технология, которая занимается работой с большими объемами данных, управлением информацией и извлечением данных из баз. СУБД предоставляет возможность создавать, изменять и извлекать данные, а также управлять структурой базы. Существует множество видов СУБД, каждый из которых имеет свои методы хранения данных и поддерживает различные языки программирования для работы с базами. Пользователи, приложения и другие системы могут получать доступ к СУБД.

В отличие от традиционной системы управления файлами, где данные хранятся в отдельных файлах, СУБД централизует хранение данных, обеспечивает структурированное управление информацией. Это позволяет проводить сложное моделирование данных, обеспечивать целостность и избавляться от избыточной информации. СУБД предоставляют возможность проводить запросы по сложным критериям, обеспечивая точное извлечение данных, в то время как традиционные файловые системы требуют ручной обработки данных, что часто приводит к ошибкам. СУБД обеспечивают быстрый, точный и последовательный доступ к данным, что является большим преимуществом по сравнению с традиционными файловыми системами.

Использование СУБД приносит множество преимуществ, таких как обеспечение целостности и безопасности данных, исключение избыточности информации, поддержка согласованности данных, улучшенный доступ к информации, увеличение обмена данными, интеграция данных, а также надежные механизмы резервного копирования и восстановления. СУБД предотвращают конфликты и потерю информации, обеспечивают гибкую работу и уменьшают риск повреждения данных при изменениях в оборудовании или программном обеспечении. В итоге, использование СУБД является предпочтительным выбором в различных сценариях использования благодаря своей целостности, безопасности и эффективному обмену информацией.

Преимущества СУБД

СУБД имеет множество преимуществ, которые делают ее очень желательной для множества компаний. К ним относятся:

1. Улучшенная безопасность данных.

Меры безопасности данных очень важны для любой организации. Чтобы обеспечить высокую безопасность данных, компании используют СУБД, поскольку она обеспечивает различные уровни аутентификации безопасности, которые могут выполняться на уровне пользователя и администратора. Это помогает избежать нарушений безопасности и решает проблемы безопасности.

2. Получение данных

СУБД предоставляет организациям платформу, которая экономит время и проста в использовании. Данные можно хранить и извлекать быстро и безопасно в рамках ограничений по времени.

3. Минимальная несогласованность данных

Несогласованность данных возникает, когда в разных местах хранятся разные версии одних и тех же данных. Например, несогласованность данных возникает, когда, скажем, в базе данных школы имя директора указано как «Раман Десаи» в одном месте, а в другом — «Наман Десаи». Здесь возникает несоответствие, поскольку принципал один и тот же, и он должен быть одинаковым во всех местах базы данных. Такие ошибки сведены к минимуму в правильно спроектированной СУБД.

4. Улучшение процесса принятия решений

СУБД обеспечивает высокое качество данных за счет минимизации несогласованности данных и повышения безопасности данных. Это гарантирует меньшее количество ошибок и сохранение высокой точности. Таким образом, СУБД помогает предприятиям улучшить свои решения, подкрепленные данными в СУБД.

5. Улучшение возможностей обмена данными

СУБД гарантирует, что пользователи базы данных имеют доступ к данным. Они могут видеть данные и изменения, происходящие в этих данных. Тогда конечные пользователи также смогут быстро реагировать на такие обновления в базе данных.

6. Улучшенная интеграция данных

СУБД дает компаниям интегрированное представление о деятельности и подразделениях своей организации. Это помогает компаниям увидеть, как один сегмент их компании влияет на другой.

7. Хорошее резервное копирование данных

Представьте, что вы работаете над важной задачей, и вдруг система дает сбой. Как бы вы себя чувствовали? Очевидно, вы будете злиться и раздражаться. В случае организаций они не могут позволить себе таких ошибок. Вот и в таких случаях на помощь приходят СУБД, позволяющие осуществлять восстановление и резервное копирование данных.

Недостатки СУБД

Помимо преимуществ, есть и недостатки использования СУБД. Давайте посмотрим на некоторые важные из них:

1. СУБД стоит дорого

СУБД требует высокопрофессионального персонала, сложного аппаратного и программного обеспечения, что делает ее внедрение и обслуживание весьма дорогостоящим. Кроме того, значительные затраты на обучение персонала и затраты на лицензирование увеличивают общую стоимость операций с СУБД. Таким образом, крупные инвестиции в технологию баз данных приводят к тому, что СУБД становится дорогой.

2. Проблемы сложности

СУБД очень сложна в эксплуатации и управлении. Для его обслуживания требуется квалифицированный персонал, поэтому нетехническим людям сложно понять его работу. Если кто-то не использует СУБД должным образом, могут возникнуть проблемы с системным сбоем. Эти проблемы могут привести к сбою базы данных или потере данных.

3. Невыгодно для мелких фирм

СУБД предназначена для использования крупными организациями. Как правило, традиционные файловые системы лучше подходят для небольших фирм по сравнению с СУБД. Это связано с тем, что производительность СУБД для небольших фирм низкая. Кроме того, использование СУБД для них обходится довольно дорого.

4. Частая проблема с обновлением

По мере появления обновлений в системе к ее функциональности добавляются новые возможности. В связи с этим персоналу необходимо знать об этих обновлениях программного и аппаратного обеспечения. Как и в современном мире, изменения происходят быстро, поэтому организациям требуется время, усилия и затраты на обучение своего персонала.

Типы СУБД.

1. Реляционные СУБД
2. Нереляционные СУБД (NoSQL)
3. Иерархические СУБД
4. Сетевые СУБД
5. Объектно-ориентированные СУБД

Реляционные СУБД

Реляционная база данных — это тип базы данных, которая хранит и обеспечивает доступ к точкам данных, связанным друг с другом. Реляционные базы данных основаны на реляционной модели — интуитивно понятном и простом способе представления данных в таблицах. В реляционной базе данных каждая строка таблицы представляет собой запись с уникальным идентификатором, называемым ключом. Столбцы таблицы содержат атрибуты данных, и каждая запись обычно имеет значение для каждого атрибута, что упрощает установление связей между точками данных.

Приверженность и атомарность

Реляционные базы данных обрабатывают бизнес-правила и политики на очень детальном уровне, со строгими политиками в отношении обязательств (то есть, делая изменения в базе данных постоянными). Например, рассмотрим базу данных инвентаризации, в которой отслеживаются три детали, которые всегда используются вместе. Когда одна деталь вытаскивается из инвентаря, две другие тоже необходимо вытащить. Если одна из трех частей недоступна, ни одну из частей не следует извлекать — все три части должны быть доступны, прежде чем база данных примет какие-либо обязательства. Реляционная база данных не будет фиксировать одну часть, пока не узнает, что может фиксировать все три. Эта многогранная способность обязательств называется атомарностью. Атомарность — это ключ к сохранению точности данных в базе данных и обеспечению их соответствия правилам, положениям и политике бизнеса.

Свойства ACID и СУБД

Четыре важнейших свойства определяют транзакции реляционной базы данных: атомарность, согласованность, изоляция и долговечность, обычно называемые ACID.

Атомарность определяет все элементы, составляющие полную транзакцию базы данных.

Согласованность определяет правила поддержания точек данных в правильном состоянии после транзакции.

Изоляция сохраняет эффект транзакции невидимым для других до тех пор, пока она не будет совершена, чтобы избежать путаницы.

Долговечность гарантирует, что изменения данных станут постоянными после фиксации транзакции.

Нереляционные СУБД (NoSQL)

База данных NoSQL — это «нереляционная» база данных. Можно хранить данные в неструктурированной форме, не следуя фиксированной схеме. Объединения больше не нужны, и масштабирование упрощается.

Базы данных NoSQL используются, в частности, для распределенных хранилищ данных с высокими требованиями к емкости хранилища. Таким образом, NoSQL используется для больших данных и веб-приложений реального времени. Технологические гиганты, такие как Twitter, Facebook* (Деятельность социальной сети Facebook, принадлежащей компании Meta Platforms Inc., признана экстремистской и запрещена на территории Российской Федерации) или Google* (По требованию Роскомнадзора информируем, что иностранное лицо, владеющее информационными ресурсами Google Play, Google Поиск, Google Chat, является нарушителем законодательства Российской Федерации), ежедневно собирают несколько терабайт данных о своих пользователях.

Термин «NoSQL» на самом деле означает «Не только SQL». Действительно, реляционные базы данных используют синтаксис SQL для хранения и анализа данных.

Это не относится к нереляционной базе данных. Системы NoSQL совместимы с широким спектром технологий, позволяющих хранить структурированные, неструктурированные, полуструктурированные или полиморфные данные.

Основная особенность баз данных NoSQL заключается в том, что они не следуют реляционной модели и не представляют таблицы в виде фиксированных столбцов. Эти базы данных не требуют нормализации данных или реляционного отображения. Взаимодействовать можно без использования сложных языков запросов.

Другая особенность — отсутствие или гибкость схем. Нет необходимости определять схему данных, а данные из разных структур можно группировать в одной системе.

Нереляционные базы данных также отличаются простым в использовании интерфейсом для хранения и запроса данных. API позволяют манипулировать данными с помощью различных методов выбора. Протоколы, основанные на тексте, в основном основаны на HTTP REST с JSON. Обычно используется язык запросов NoSQL.

Последней характеристикой базы данных NoSQL является ее распределенность. Несколько баз данных NoSQL могут работать распределенно, обеспечивая возможности автоматического масштабирования и аварийного переключения. От концепции ACID можно отказаться в пользу эластичности и производительности.

Иерархические СУБД

Иерархическая база данных (ИБД) представляет собой вид систем управления базами данных, который структурирует данные в форме иерархического дерева. В ИБД данные организованы как последовательность записей, где каждая запись имеет одну родительскую запись и одну или несколько дочерних записей. Это устанавливает связь "родитель-потомок" между записями, где родительская запись располагается вверху иерархии, а дочерние записи - внизу.

Характеристики:

Иерархическая модель данных тесно связана с древовидной структурой, где отношения "родитель-потомок" аналогичны связям между узлами в дереве. Данные хранятся в виде иерархической структуры, где каждый узел представляет собой запись, а каждая ветвь обозначает связь между записями. Эта структура облегчает навигацию по данным, хотя может быть сложно представить более сложные отношения между записями.

Примеры:

Иерархические базы данных ранее были популярны, особенно в областях моделирования данных для производственных систем и подобных приложений. Примером иерархической системы управления базами данных является информационная система IBM (IMS). Однако с развитием технологий они в значительной степени уступили место более современным системам управления базами данными.

Сетевая СУБД

Сетевая система управления базами данных (СУБД) — это разновидность СУБД, которая организует информацию в виде сетевой структуры. В сетевой СУБД данные группируются в записи, каждая из которых объединяет несколько родительских и дочерних элементов. Это приводит к ситуации, когда между записями устанавливаются связи «многие ко многим», где каждая запись связана с несколькими другими, образуя структуру, аналогичную сети.

Сетевая модель данных тесно связана с графовой структурой, где отношения «многие ко многим» соответствуют ребрам между узлами графа. Данные хранятся в виде графа, где каждый узел представляет отдельную запись, а каждое ребро олицетворяет связь между ними. Такая структура позволяет эффективно манипулировать данными и представлять сложные отношения между записями.

В прошлом системы управления сетевыми базами данных были популярны и применялись в различных приложениях, таких как моделирование данных для производственных систем, управление запасами и другие подобные задачи. Примерами сетевых СУБД являются Интегрированное хранилище данных (Integrated Data Store) и Интегрированное хранилище данных II (Integrated Data Store II), разработанные компанией Integrated Data Systems (IDS). Однако с развитием технологий они в значительной степени ушли на второй план и были заменены более передовыми системами управления данными.

НСУБД не так популярны, как СУРБД или ООСУБД, и не используются так часто, как раньше. Они лучше всего подходят для приложений, требующих высокого уровня целостности и безопасности данных, и не подходят для больших и сложных наборов данных.

Объектно-ориентированные СУБД

Объектно-ориентированная база данных (ООБД) представляет собой тип системы управления базами данных, где данные структурируются в объекты, что позволяет создавать классы и использовать наследование. В ООБД информация хранится таким образом, что напоминает объекты из объектно-ориентированных языков программирования, вроде Java или C++. Каждый объект включает собственные свойства, методы и поведение, и может быть связан с классом или иерархией классов.

Особенности:

Одной из важных характеристик ООБД является их способность моделировать сложные отношения и иерархии между данными. Например, ООБД может описать объект, представляющий автомобиль, с его характеристиками, такими как марка, модель и год выпуска, а также методами, вроде запуска и остановки. Также возможно моделировать связи между объектами, например, связь «один ко многим» между автомобилями и их деталями.

Примеры использования:

ООБД эффективно применяются для работы со сложными, неструктурированными или полуструктурированными данными и часто используются в областях, таких как инженерия, географические информационные системы и мультимедиа. Некоторые известные примеры ООБД включают в себя MongoDB, Apache Cassandra и ObjectDB. Хотя такие базы данных не так широко распространены, как реляционные СУБД, они все же нашли своё применение.

Тем не менее, ООБД не так стандартизированы, как реляционные базы данных, и языки запросов и интерфейсы для работы с ними могут значительно отличаться в различных системах. Кроме того, ООБД не всегда обладают тем же уровнем поддержки специализированных запросов, отчётов и аналитики, что имеется у реляционных баз данных.

Заключение.

Современная система управления базами данных (СУБД) предоставляет значительный набор преимуществ по сравнению с традиционными файловыми системами. Она гарантирует целостность, безопасность и согласованность хранимых данных, минимизирует избыточность информации и упрощает доступ к данным. Эти плюсы делают СУБД неотъемлемым инструментом для эффективной работы с информацией в современных организациях.

Преимущества СУБД простираются от улучшения производительности и сокращения ошибок в обработке данных до обеспечения дистрибуции информации и надежного резервного копирования. Кроме того, возможность использования разнообразных функций, таких как транзакции и многопользовательский доступ, делает СУБД надежным инструментом как для крупных компаний, так и для малых предприятий. Сегодня СУБД является стандартом в работе с данными благодаря своей надежности, эффективности и удобству в управлении информацией.

Список литературы:

1. Волк В.К. Базы данных. Проектирование, программирование, управление и администрирование: учебник для вузов, 2023. — 244 с.
2. Мамедли Р.Э. Система управления базами данных: пособие, 2024. — 228 с.
3. Советов, Б. Я.  Базы данных: учебник для среднего профессионального образования / Б. Я. Советов, В. В. Цехановский, В. Д. Чертовской. — 4-е изд., перераб. и доп. — Москва: Издательство Юрайт, 2024. — 403 с.