وظائف DBMS الرئيسية

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

تُستخدم أنظمة إدارة قواعد البيانات الحديثة في العديد من المواقع ، ولكن لا يعرف الجميع ما هي وكيف يمكنك استخدام وظائف DBMS. تحتوي هذه الأدوات على عدد كبير من الاحتمالات ، لذلك لاستخدامها بشكل كامل ، يجب أن تفهم ما يمكنها فعله ومدى فائدتها للمستخدم.

إدارة البيانات

أولاً وقبل كل شيء ، تتضمن وظائف DBMS معالجة المعلومات في الذاكرة الخارجية ، وهذه الوظيفة هي توفير الهياكل الأساسية لـ VI ، والتي لازمة ليس فقط لتخزين المعلومات المضمنة مباشرةً في قاعدة البيانات ، ولكن أيضًا لأداء مهام خدمية متنوعة ، مثل الوصول السريع إلى أي ملفات في حالات مختلفة. في بعض التعديلات ، يتم استخدام إمكانيات أنظمة الملفات المختلفة بنشاط ، بينما يوفر البعض الآخر العمل حتى على مستوى أجهزة الذاكرة الخارجية. ولكن في هذه الحالة ، تجدر الإشارة إلى أنه في وظيفة نظام إدارة قواعد البيانات (DBMS) عالي التطور ، لا يتم إبلاغ المستخدم بأي حال من الأحوال بما إذا كان يتم استخدام أي نظام ، وإذا كان الأمر كذلك ، فكيف يتم تنظيم الملفات. على وجه الخصوص ، يحتفظ النظام بترتيب التسمية الخاص به للكائنات المدرجة في قاعدة البيانات.

إدارة المخزن المؤقت RAM

في الغالبية العظمى من الحالات ، من المعتاد استخدام وظائف نظم إدارة قواعد البيانات في قواعد بيانات كبيرة إلى حد ما ، وهذا الحجم غالبًا على الأقل أكبر بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي المتاحة. بالطبع ، في حالة الوصول إلى كل عنصر من عناصر البيانات ، يتم إجراء تبادل مع ذاكرة خارجية ، فإن سرعة الأخيرة سوف تتوافق مع سرعة النظام نفسه ، وبالتالي ، فإن الخيار الوحيد عمليًا لزيادته فعليًا هو التخزين المؤقت المعلومات في ذاكرة الوصول العشوائي. علاوة على ذلك ، حتى إذا كان نظام التشغيل يقوم بالتخزين المؤقت على مستوى النظام ، على سبيل المثال مع UNIX ، فلن يكون هذا كافيًا لتزويد نظام DBMS بالغرض والوظائف الأساسية ، نظرًا لأنه يحتوي على قدر أكبر بكثير من البيانات حول الخصائص المفيدة للتخزين المؤقت لكل منها جزء محدد من قاعدة البيانات المستخدمة. نتيجة لذلك ، تحتفظ الأنظمة المتقدمة بمجموعة من المخازن المؤقتة الخاصة بها ، بالإضافة إلى نظام فريد لاستبدالها.

تجدر الإشارة إلى وجود اتجاه منفصل لأنظمة التحكم ، يركز على التواجد المستمر لقاعدة البيانات بأكملها في ذاكرة الوصول العشوائي. يعتمد هذا الاتجاه على افتراض أنه في المستقبل القريب ، سيكون حجم ذاكرة الوصول العشوائي في أجهزة الكمبيوتر قادرًا على التوسع بشكل كبير بحيث لن يقلقوا بعد الآن بشأن أي تخزين مؤقت ، وستكون الوظائف الأساسية لهذا النوع من نظم إدارة قواعد البيانات مفيدة هنا. في الوقت الحالي ، تظل كل هذه الأعمال في مرحلة الاختبار.

إدارة المعاملات

المعاملة هي سلسلة من العمليات باستخدام قاعدة البيانات المستخدمة ، والتي يعتبرها نظام الإدارةكل واحد. إذا تم تنفيذ المعاملة بالكامل بنجاح ، يقوم النظام بإصلاح التغييرات التي أجراها في الذاكرة الخارجية ، أو لن يؤثر أي من هذه التغييرات على حالة قاعدة البيانات. هذه العملية مطلوبة من أجل الحفاظ على التكامل المنطقي لقاعدة البيانات المستخدمة. تجدر الإشارة إلى أن الحفاظ على المسار الصحيح لآلية المعاملة هو شرط أساسي حتى عند استخدام DBMS لمستخدم واحد ، والتي تختلف غرضها ووظائفها بشكل كبير عن الأنواع الأخرى من الأنظمة.

الخاصية التي تبدأ بها أي معاملة فقط عندما تكون قاعدة البيانات في حالة متسقة وتتركها في نفس الحالة بعد نهاية الإجراء ، تجعلها مريحة للغاية لاستخدامها كوحدة نشاط فيما يتعلق بقاعدة البيانات. من خلال الإدارة السليمة لتنفيذ المعاملات المتزامنة بواسطة نظام التحكم ، يمكن لكل مستخدم فردي ، من حيث المبدأ ، أن يشعر بأنه جزء من الكل. ومع ذلك ، يعد هذا إلى حد ما تمثيلًا مثاليًا ، لأنه في العديد من المواقف التي يظل فيها العاملون يشعرون بوجود زملائهم إذا استخدموا نظامًا متعدد المستخدمين ، ولكن في الواقع يتم توفير هذا أيضًا من خلال مفهوم نظام إدارة قواعد البيانات (DBMS).. ترتبط ميزات DBMS من النوع متعدد المستخدمين أيضًا بمفاهيم مثل خطة التنفيذ التسلسلي والتسلسل لإدارة المعاملات.

ماذا يقصدون

تسلسل المعاملات التي يتم تنفيذها بشكل متزامن يوفر بناء خطة خاصة لعملهم ، حيثالتأثير الكلي للخليط المحقق يعادل النتيجة التي تم الحصول عليها بسبب التنفيذ المتسلسل.

خطة التنفيذ التسلسلي هي بنية محددة من الإجراءات التي تؤدي إلى التسلسل. بالطبع ، إذا تمكن النظام من توفير تنفيذ تسلسلي حقيقي لمزيج من المعاملات ، فعندئذٍ بالنسبة لأي مستخدم يبدأ معاملة ، سيكون وجود الآخرين غير محسوس تمامًا ، باستثناء أنه سيعمل بشكل أبطأ قليلاً مقارنة بالمستخدم الفردي الوضع.

هناك العديد من خوارزميات التسلسل الأساسية. في الأنظمة المركزية ، تعتمد الخوارزميات الأكثر شيوعًا اليوم على التقاطات التزامن للعديد من كائنات قاعدة البيانات. في حالة استخدام أي خوارزميات تسلسل ، يتم توفير إمكانية التعارض بين معاملتين أو أكثر عند الوصول إلى كائنات قاعدة بيانات معينة. في مثل هذه الحالة ، من أجل دعم هذا الإجراء ، من الضروري إجراء التراجع ، أي إزالة أي تغييرات تم إجراؤها على قاعدة البيانات من خلال عملية واحدة أو أكثر. هذه مجرد واحدة من المواقف التي يشعر فيها الشخص بوجود الآخرين في نظام متعدد المستخدمين.

يوميات

أحد المتطلبات الرئيسية للأنظمة الحديثة هو ضمان موثوقية تخزين المعلومات في الذاكرة الخارجية. على وجه الخصوص ، ينص هذا على أن الوظائف الرئيسية لنظام إدارة قواعد البيانات (DBMS) تشمل القدرة على استعادة آخر ما تم الاتفاق عليهحالة قاعدة البيانات بعد حدوث أي عطل في البرامج أو الأجهزة. في الغالبية العظمى من الحالات ، من المعتاد النظر في خيارين لأعطال الأجهزة:

• soft ، والتي يمكن تفسيرها على أنها إغلاق غير متوقع للكمبيوتر (الحالة الأكثر شيوعًا هي انقطاع التيار الكهربائي في حالات الطوارئ) ؛
• صعب ، والتي تتميز بفقدان جزئي أو كامل للبيانات المخزنة على الوسائط الخارجية.

تتضمن أمثلة فشل البرامج تعطل النظام عند محاولة استخدام بعض الميزات التي ليست جزءًا من الوظائف الرئيسية لنظام DBMS ، أو تعطل بعض أدوات المستخدم ، ونتيجة لذلك لم يتم إكمال معاملة معينة. يمكن اعتبار الوضع الأول نوعًا خاصًا من الفشل الناعم ، بينما يتطلب الأخير استرداد معاملة واحدة.

بالطبع ، على أي حال ، لاستعادة قاعدة البيانات بشكل طبيعي ، يجب أن يكون لديك قدر معين من المعلومات الإضافية. بمعنى آخر ، من أجل الصيانة العادية لموثوقية تخزين البيانات في قاعدة البيانات ، من الضروري ضمان التكرار في تخزين المعلومات ، ويجب حماية جزء البيانات المستخدمة أثناء الاسترداد بعناية خاصة. الطريقة الأكثر شيوعًا للحفاظ على هذه البيانات الزائدة هي تسجيل التغيير.

ما هو وكيف يتم استخدامه

السجل هو جزء خاص من قاعدة البيانات ، والوصولالتي لم يتم تضمينها في عدد وظائف DBMS ، وهي مدعومة بعناية فائقة. في بعض الحالات ، يوفر أيضًا دعمًا لنسختين من السجل في نفس الوقت ، موجودان على وسائط مادية مختلفة. تتلقى هذه المستودعات معلومات حول أي تغييرات تحدث في الجزء الرئيسي من قاعدة البيانات ، وفي أنظمة الإدارة المختلفة ، يمكن تسجيل التغييرات على مستويات مختلفة. في بعض الحالات ، يتوافق إدخال السجل تمامًا مع عملية تحديث منطقي محددة ، في حالات أخرى - عملية داخلية بسيطة مرتبطة بتحديث صفحة ذاكرة خارجية ، بينما توفر بعض نظم إدارة قواعد البيانات مزيجًا من الطريقتين.

على أي حال ، يتم استخدام ما يسمى بإستراتيجية التسجيل "اكتب مسبقًا". عند تطبيقه ، يدخل سجل يشير إلى تغيير في أي كائنات قاعدة بيانات في ذاكرة السجل الخارجية قبل تغيير الكائن. من المعروف أنه إذا كانت وظائف Access DBMS توفر التنفيذ الطبيعي لهذا البروتوكول ، فإن استخدام السجل يحل أي مشاكل مرتبطة باستعادة قاعدة البيانات في حالة حدوث أي فشل.

التراجع

أبسط حالات الاسترداد هي إعادة المعاملة الفردية. بالنسبة لهذا الإجراء ، لا تحتاج إلى استخدام سجل تغيير على مستوى النظام ، ويكفي تمامًا استخدام سجل عمليات تعديل محلي لكل معاملة ، ثم التراجع عن المعاملات عن طريق إجراء عمليات عكسية ، بدءًا من نهاية كل معاملة التسجيلات. غالبًا ما يوفر هيكل وظيفة DBMSاستخدام مثل هذا الهيكل فقط ، ولكن في معظم الحالات لا تزال السجلات المحلية غير مدعومة ، ويتم تنفيذ التراجع الفردي حتى بالنسبة للمعاملات الفردية وفقًا للنظام على مستوى النظام ، ولهذا يتم دمج جميع سجلات كل معاملة في قائمة عكسية.

أثناء الفشل الناعم ، قد تتضمن الذاكرة الخارجية لقاعدة البيانات كائنات مختلفة تم تعديلها بواسطة المعاملات التي لم تكتمل في وقت الفشل ، وقد تفتقر أيضًا إلى العديد من العناصر التي تمت ترقيتها من قبل أولئك الذين أكملوا بنجاح قبل الفشل من خلال استخدام المخازن المؤقتة للذاكرة العشوائية ، والتي تختفي محتوياتها تمامًا عند حدوث مثل هذه المشاكل. إذا تم اتباع بروتوكول استخدام السجلات المحلية ، فلا بد أن تكون هناك إدخالات في الذاكرة الخارجية تتعلق بتعديل أي من هذه الكائنات.

الهدف الرئيسي من إجراء الاسترداد بعد حدوث فشل بسيط هو حالة الذاكرة الخارجية لقاعدة البيانات الرئيسية ، والتي قد تحدث إذا تم إجراء تغييرات على أي معاملات مكتملة في VI ولن تحتوي على أي آثار من الإجراءات غير المكتملة. لتحقيق هذا التأثير ، تتمثل الوظائف الرئيسية لنظام إدارة قواعد البيانات في هذه الحالة في التراجع عن المعاملات غير المكتملة وإعادة تشغيل تلك العمليات التي لم يتم عرض نتائجها في النهاية في الذاكرة الخارجية. تتضمن هذه العملية عددًا كبيرًا إلى حد ما من التفاصيل الدقيقة ، والتي تتعلق بشكل أساسي بتنظيم إدارة السجل والمخزن.

إخفاقات صعبة

عند الحاجة إلى استعادة قاعدة بيانات بعد فشل شديد ، لا يتم استخدام السجل فحسب ، بل يتم أيضًا استخدام نسخة احتياطية من قاعدة البيانات. الأخير هو نسخة كاملة من قاعدة البيانات في الوقت الذي بدأ فيه ملء السجل. بالطبع ، لإجراء الاسترداد العادي ، فإن الحفاظ على المجلة مطلوب ، لذلك ، كما ذكرنا سابقًا ، يتم فرض متطلبات خطيرة للغاية على حفظها في الذاكرة الخارجية. في هذه الحالة ، يتمثل استرداد قاعدة البيانات في حقيقة أنه ، استنادًا إلى نسخة الأرشيف ، يقوم السجل بإعادة إنتاج جميع المعاملات التي تم إكمالها بحلول وقت حدوث الفشل. إذا لزم الأمر ، يمكنه حتى إعادة تشغيل المعاملات المعلقة ومواصلة تشغيلها الطبيعي بعد انتهاء إجراء الاستعادة ، ولكن في معظم الأنظمة الحقيقية لا يتم تنفيذ هذا الإجراء لسبب أن استرداد الفشل الثابت بحد ذاته إجراء طويل إلى حد ما.

دعم اللغة

تستخدم قواعد البيانات الحديثة مجموعة متنوعة من اللغات ، وأنظمة إدارة قواعد البيانات (DBMS) المبكرة ، والتي اختلفت أهدافها ووظائفها وميزاتها الأخرى بشكل كبير عن الأنظمة الحديثة ، وقدمت الدعم للعديد من اللغات المتخصصة للغاية. في الأساس ، كانت هذه SDL و DML ، مصممة لتحديد مخطط قاعدة البيانات ومعالجة البيانات ، على التوالي.

تم استخدام SDL لتحديد الهيكل المنطقي لقاعدة البيانات ، أي للتعرف على الهيكل المحدد لقاعدة البيانات ، والذي يتم تمثيلهالمستخدمين. من ناحية أخرى ، تضمنت DML مجموعة كاملة من عوامل معالجة المعلومات التي سمحت لك بإدخال المعلومات في قاعدة البيانات ، وكذلك حذف أو تعديل أو استخدام البيانات الموجودة.

تتضمن وظائف DBMS أنواعًا مختلفة من الدعم للغة واحدة متكاملة ، مما يوفر وجود أي وسيلة ضرورية للعمل العادي مع قواعد البيانات ، بدءًا من إنشائها الأولي ، وتوفير واجهة مستخدم قياسية. يتم استخدام SQL كلغة قياسية توفر الوظائف الأساسية لنظام إدارة قواعد البيانات (DBMS) للأنظمة العلائقية الأكثر شيوعًا اليوم.

ما هو؟

أولاً وقبل كل شيء ، تجمع هذه اللغة بين الوظائف الرئيسية لـ DML و SDL ، أي أنها توفر القدرة على تحديد دلالات معينة لقاعدة البيانات العلائقية ومعالجة المعلومات الضرورية. في نفس الوقت ، يتم دعم تسمية كائنات قاعدة البيانات المختلفة مباشرة على مستوى اللغة بمعنى أن المحول البرمجي يحول أسماء الكائنات إلى معرّفاتها الداخلية ، بناءً على جداول كتالوج الخدمة المحفوظة بشكل خاص. جوهر أنظمة التحكم ، من حيث المبدأ ، لا يتفاعل مع الجداول أو أعمدتها الفردية بأي شكل من الأشكال.

تتضمن لغة SQL قائمة كاملة من الأدوات الخاصة التي تسمح لك بتحديد القيود المفروضة على سلامة قاعدة البيانات. مرة أخرى ، يتم تضمين أي قيود من هذا القبيل في جداول كتالوج خاصة ، ويتم تنفيذ مراقبة السلامة مباشرة على مستوى اللغة ، أيفي عملية قراءة بيانات تعديل قاعدة البيانات الفردية ، يقوم المترجم ، بناءً على قيود التكامل في قاعدة البيانات ، بإنشاء رمز البرنامج المقابل.