Администрирование баз данных

......

......

.......

......

........

_____________________________________________________________________________

 

Кафедра «...»

 

 

Тема: «Администрирование баз данных»

 

Контрольная работа

по дисциплине

 

«Методы и средства проектирования информационных систем и технологий (Базы данных)»

 

 

 

Учебная группа:         

Учебный шифр:             

Выполнил студент:        

Проверил:

ст. преподаватель        

 

 

 

г. Ростов - на - Дону

2014 г.

Содержание

 

Введение            3

1. Понятие  базы данных         5

2. Основные понятия администрирования баз данных    6

3. Управление целостностью                10

4. Управление безопасностью в системах управления базами данных         15

Заключение                  24

Список использованных источников             26

 

 

 

Введение

 

С тех пор, как человек стал думать о будущем и более тщательно учитывать настоящее, ему понадобилась помощь в анализе и учете имеющихся данных, т.к. ему перестало хватать собственной памяти для того, чтобы учитывать все, что происходит вокруг или того, что у него имеется. Со времен появления письменности, это стало делать проще.

Одними из первых хранилищ данных, в широком смысле это слова, можно считать «кипу» – образец узелковой письменности инков. «Кипу» – это древняя мнемоническая и счётная система инков и их предшественников в Андах, своеобразная письменность; представляет собой сложные верёвочные сплетения и узелки, изготовленные из шерсти южноамериканских верблюдовых, либо из хлопка. В кипу могло быть от нескольких свисающих нитей до 2000. Она использовалась как для передачи сообщений, так и в других аспектах общественной жизни – в качестве календаря, топографической системы, для фиксации налогов, законов и пр. Один из испанских хронологов – писал, что «вся империя инков управлялась посредством кипу».

Следующим этапом развития хранилищ данных, можно считать книги. С момента появления полноценной письменности, стали вестись амбарные книги. Их плюсы, по сравнению с теми же самыми «кипу» очевидны – занимают меньше места и не требуют особых, сверхсложных, навыков для ведения.

С 1955г., когда появилось программируемое оборудование обработки записей, начинается история хранилищ данных в узком смысле, в том, каким мы теперь его знаем. Гражданский кодекс РФ (глава 70, статья 1260) гласит, что базой данных является представленная в объективной форме совокупность самостоятельных материалов (статей, расчетов, нормативных актов, судебных решений и т.д.), систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью электронной вычислительной машины (ЭВМ). В соответствии с другим определением, введенным Кристофером Дейтом в его классическом учебнике «Введение в системы баз данных», база данных – это организованная в соответствии с определёнными правилами и поддерживаемая в памяти компьютера совокупность данных, характеризующая актуальное состояние некоторой предметной области и используемая для удовлетворения информационных потребностей пользователей. Как бы то ни было, отличительной особенностью современных баз данных является то, что они хранятся и обрабатываются в вычислительной системе. А по причине того, что современные базы данных довольно объемны, а системы управления ими довольно сложны, со временем появилось отдельное направление в информационных системах и технологиях – администрирование баз данных.

 

 

 

1. Понятие базы данных

Под базой данных (БД) понимают хранилище структурированных данных, при этом данные должны быть непротиворечивы, минимально избыточны и целостны.

База данных - это поименованная совокупность структурированных данных, относящихся к определенной предметной области.

Жизненный цикл любого программного продукта, в том числе и системы управления базой данных, состоит из стадий проектирования, реализации и эксплуатации.

Естественно, наиболее значительным фактором в жизненном цикле приложения, работающего с базой данных, является стадия проектирования. От того, насколько тщательно продумана структура базы, насколько четко определены связи между ее элементами, зависит производительность системы и ее информационная насыщенность, а значит - и время ее жизни.

Обычно БД создается для хранения и доступа к данным, содержащим сведения о некоторой предметной области, то есть некоторой области человеческой деятельности или области реального мира. Всякая БД должна представлять собой систему данных о предметной области. БД, относящиеся к одной и той же предметной области, в различных случаях содержат более или менее детализированную информацию о ней, причем таким способом, который заведомо исключает ненужную избыточность. В хорошо спроектированной базе данных избыточность данных исключается, и вероятность сохранения противоречивых данных минимизируется. Таким образом, создание баз данных преследует две основные цели: понизить избыточность данных и повысить их надежность.

Хорошо спроектированная база данных:

• Удовлетворяет всем требованиям пользователей к содержимому базы данных. Перед проектированием базы необходимо провести обширные исследования требований пользователей к функционированию базы данных.
• Гарантирует непротиворечивость и целостность данных. При проектировании таблиц нужно определить их атрибуты и некоторые правила, ограничивающие возможность ввода пользователем неверных значений. Для верификации данных перед непосредственной записью их в таблицу база данных должна осуществлять вызов правил модели данных и тем самым гарантировать сохранение целостности информации.
• Обеспечивает естественное, легкое для восприятия структурирование информации. Качественное построение базы позволяет делать запросы к базе более "прозрачными" и легкими для понимания; следовательно, снижается вероятность внесения некорректных данных и улучшается качество сопровождения базы.
• Удовлетворяет требованиям пользователей к производительности базы данных. При больших объемах информации вопросы сохранения производительности начинают играть главную роль, сразу "высвечивая" все недочеты этапа проектирования.

 

2. Основные понятия администрирования баз данных

 

Полноценная работа базы данных невозможна без участия квалифицированного персонала, обеспечивающего создание, развитие и поддержание базы данных. Такая группа специалистов получила свое персональное название – администраторы баз данных. Данная выделенная группа специалистов является неотъемлемой составной частью базы данных.

В зависимости от объема базы данных и ее сложности, в зависимости от характерных особенностей используемой системы управления базы данных, служба администрирования базы данных будет различаться по составу, квалификации и количеству персонала.

Администратор базы данных выполняет работы по созданию и поддержанию работы базы данных на протяжении всех этапов ее жизни. В составе коллектива администраторов базы данных можно выделить различные группы в зависимости от их назначения и выполняемых ими обязанностей. Численность группы администрации и выполняемые задачи в значительной степени зависят от масштаба базы данных, особенностей хранимой информации, типа базы данных, специфики используемых программных средств и прочих факторов. В общем случае в состав администрации базы данных входят:

- системный администратор;

- архитектор базы данных;

- аналитик базы данных;

- разработчик моделей данных;

- системный разработчик программного обеспечения;

- прикладной разработчик программного обеспечения;

- аналитик производительности;

- администратор хранилища данных;

- специалист по маркетингу (в случае коммерческой базы данных).

Администраторы базы данных выполняют очень широкий спектр функций:

• анализ объектной области: описание объектной области, выявление ограничений целостности, определение статуса данных, определение потребностей конечных пользователей, определение статуса и прав пользователей, определение объемной и временной характеристик обработки данных;
• проектирование структуры базы данных: определение состава и структуры информационного наполнения базы данных, определение связей между ними, выбор методов доступа к данным, описание структуры базы данных на языке описания данных;
• определение ограничений целостности структуры базы данных и процедур обработки данных: определение ограничений целостности, присущих предметной области, определение ограничений целостности, вызванных самой структурой базы данных, разработка функций и процедур обеспечения целостности базы данных при вводе и корректировке данных, обеспечение ограничений целостности при параллельной работе пользователей в многопользовательском режиме;
• ввод в эксплуатацию и сопровождение базы данных: разработка технологии ввода в эксплуатацию и ведения (изменение, добавление, удаление записей) базы данных, проектирование форм ввода и вывода, создание подключаемых программных модулей;
• защита имеющихся данных от несанкционированного доступа: обеспечение авторизованного входа пользователей в систему (регистрация и удаление пользователей, назначение и изменение паролей, выдача и утилизация физических ключей для авторизации), обеспечение защиты данных (определение прав доступа пользователей и групп пользователей, определение допустимых операций над данными для пользователей и групп пользователей, выбор и создание средств защиты данных, шифрование данных с целью их защиты от несанкционированного доступа), мониторинг попыток несанкционированного доступа к данным, исследование имеющихся случаев нарушения защиты данных и проведение мероприятий по недопущению подобных случаев;
• защита от потери и разрушения данных: планирование и осуществление резервного копирования базы данных, организация и проведение восстановления базы данных в случае сбоя, уничтожения или нежелательного изменения данных;
• ведение статистической и аналитической деятельности: сбор статистики использования базы данных, ее хранение и детальный анализ (к каким именно данным, кем и как часто производится обращение, какие выполняются операции, время выполнения запросов, анализ причин неуспешных и аварийных обращений к базе данных, анализ показателей функционирования системы (время потраченное на обработку, потребляемые объемы памяти и процессорного времени), реорганизация баз данных, развитие программных и технических средств доступа и размещения баз данных;
• работа с конечными пользователями: мониторинг изменений в предметной области, оценка пользователями работы базы данных, определение порядка работы пользователей с базой данных, обучение и консультирование пользователей.
• В соответствии с выполняемыми ролями и обязанностями, группа администраторов баз данных делится на несколько категорий, при этом, в зависимости от размеров компании и базы данных, один человек может совмещать несколько релей сразу, а некоторые роли вообще могут отсутствовать. Рассмотрим основные роли администраторов баз данных:
• системный администратор: планирует и организует стратегию резервного копирования и восстановления в случае сбоя базы данных или системного программного обеспечения; планирование, проверка и установка необходимых обновлений и исправлений для системного программного обеспечения; создание и поддержание в актуальном состоянии пользовательских учётных записей; планирование и проведение работ по расширению сетевой структуры предприятия; ответственность за информационную безопасность в компании;
• архитектор базы данных: разработка и построение базы данных; внедрение новых решений в сфере базы данных; стандартизация и разработка процедур управления базой данных; разработка интерфейсов и систем взаимодействия с приложениями и между базами данных;
• аналитик базы данных: разработка комплексных предложений с целью улучшения состояния базы данных; обеспечение интеграции различных программных приложений для решения оптимизационных и стратегических задач;
• аналитик производительности: оценка и анализ по использованию ресурсов аппаратного обеспечения, поиск узких мест; внесение и обоснование предложений по улучшению аппаратного обеспечения;
• прикладной программист: разработка и модернизация прикладного программного обеспечения;
• техническая поддержка: консультирование и помощь конечным пользователям в освоении и использовании базы данных.

 

3. Управление целостностью данных в системах управления базами

данных

 

Рис 1. СУБД

 

Одной из основных функций системы управления базами данных является непосредственное управление данными во внешней памяти. Оно включает в себя обеспечение необходимой структуры внешней памяти для хранения информации, входящей в базу данных. Внешняя память также применяется и для служебных целей. В некоторых реализациях систем управления базами данных активно используются возможности существующих файловых систем, в других работа может производиться на физическом уровне устройств внешней памяти. Но, не зависимо от этого, конечный пользователь не обязан знать, использует ли система управления базами данных файловую систему, а если использует, то как организованы в ней файлы.

Т.к. способ организации внешней памяти баз данных не единичен, то все решения, принимаемые при организации базы данных, и конкретные методы организации внешней памяти выбираются в тесной связи со всеми остальными решениями в каждом конкретном случае.

Системы управления базами данных обычно работают с данными значительного размера; по крайней мере, обычно, этот размер превышает доступный объем оперативной памяти, причем значительно превышает. Очевидно, что если при обращении к любому элементу данных будет постоянно производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройства внешней памяти, т.к. именно оно будет обладать наихудшими временными и скоростными характеристиками. Поэтому единственным способом увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти. В связи с этим, в развитых системах управления базами данных, поддерживается свой собственный набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной замены этих буферов. При управлении буферами основной памяти приходится разрабатывать и применять согласованные алгоритмы буферизации, журнализации и синхронизации. Надо отметить, что существует отдельное направление систем управления базами данных, которые направлены на постоянное присутствие в оперативной памяти всей базы данных. Это направление исходит из того, что в обозримом будущем объем оперативной памяти компьютеров сможет быть настолько велик, что позволит не заботиться о буферизации. Но пока эти работы являются, по сути, исследовательскими.

Другой немаловажной функцией систем управления базами данных является управление транзакциями. Транзакция – это группа последовательных операций, которая представляет собой логическую единицу работы с данными. Исходя из этого, транзакция либо успешно выполняется, и система управления базами данных фиксирует соответствующее изменение в базе данных, либо все эти изменения отменяются и ни одно из них никаким образом не отражается в базе данных. Понятие транзакции является одним из принципиально важных моментов в работе любой системы управления базами данных.

Понятие транзакции весьма существенно в многопользовательских системах управления базами данных. Т.к. каждая транзакция начинается при целостном состоянии базы данных и оставляет это состояние целостным после своего успешного или неуспешного завершения и не зависит от других транзакций, то понятие транзакции удобно использовать как единицу активности пользователя.

С управлением транзакциями в многопользовательских базах данных связаны два важных понятия – сериализация транзакций и сериальный план выполнения смеси транзакций. Сериализация параллельно выполняющихся транзакций – это такой порядок планирования их работы, при котором суммарный эффект смеси транзакций равен эффекту их последовательного выполнения. Соответственно сериальный план выполнения смеси транзакций приводит к сериализации транзакций. Если удается добиться действительно сериального выполнения смеси транзакций, то для каждого пользователя, по инициативе которого образована транзакция, присутствие других транзакций будет незаметно или малозаметно, при прочих равных условиях.

Одно из основных требований к системе управления базами данных – надежное хранение данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимается то, что система управления базами данных должна быть в состоянии восстановить последнее согласованное состояние базы данных после любого аппаратного или программного сбоя. Обычно рассматриваются два возможных вида аппаратных сбоев: так называемые мягкие сбои, которые можно трактовать как внезапную остановку работы компьютера (например, аварийное выключение питания), и жесткие сбои, характеризуемые потерей информации на носителях внешней памяти. Примерами программных сбоев могут быть аварийное завершение работы системы управления базами данных (из-за ошибки в программе или аппаратного сбоя) или аварийное завершение пользовательской программы, в результате чего некоторая транзакция остается незавершенной. Первую ситуацию можно рассматривать как особый вид мягкого аппаратного сбоя, т.к. при ее возникновении требуется ликвидировать последствия только одной транзакции.

Но в любом случае для восстановления базы данных нужно располагать некоторой дополнительной информацией. Другими словами, поддержание надежного хранения данных в базе данных требует избыточности хранения данных, причем та их часть, которая используется для восстановления, должна храниться особо надежно. Наиболее распространенный метод поддержания такой избыточной информации – ведение журнала изменений базы данных.

Другой важной функций системы управления базами данных является журнализация. Журнализация – это функция системы управления базами данных, которая сохраняет информацию, необходимую для восстановления базы данных в предыдущее состояние в случае логических или физических отказов. В простейшем случае журнализация изменений подразумевает под собой последовательную запись в журнал всех изменений, выполняемых в базе данных. При этом журнал является особой частью базы данных, которая недоступна конечным пользователям, и которая поддерживается особо тщательно. Пример содержимого журнала: