Проектирование баз данных

 

  Содержание:

1. Введение                                                                                                           2
2. Проектирование базы данных                                                                     4
3. Бизнес-модель процесса проектирования базы данных: сбор и анализ входных данных                                                                                               9
4. Бизнес-модель процесса проектирования реляционной базы данных: создание логической модели базы данных                                               11
5. Бизнес-модель этапа проектирования - создание физической модели реляционной базы данных                                                                          15
6. Бизнес-модель этапа проектирования - создание физической модели реляционной базы данных: учет влияния транзакций                         17
7. Краткое рассмотрение задач создания серверного кода и подготовки скрипта                                                                                                           19
8. Заключение                                                                                                    23

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение 

Значительная  часть проектов в области информационных технологий (далее ИТ-проектов) направлена на разработку и создание информационных систем, в рамках которых осуществляется обработка данных различной сложности. Целью таких проектов является разработка и создание информационной системы с базами данных. Практически во всех таких проектах решается задача проектирования баз данных определенного типа. Решение задачи проектирования повышает вероятность того, что разрабатываемая информационная система (далее - система) будет удовлетворять заданным функциональным и информационным требованиям с учетом заданных ограничений. 

Примеры функциональных требований: выдача отчетов  по продажам по регионам; выдача отчетов  по продажам по кварталам; автоматический расчет скидок на товары при увеличении объема закупаемой партии и т.п. 

Примеры ограничений: максимальное время, отпущенное на проект; количество денежных средств, которое можно на него потратить. Следует также учитывать технологические средства, доступные при реализации проекта, например требование реализации базы данных в архитектуре "файл-сервер". 

В эксплуатации база данных и ее окружение должны удовлетворять набору требований по ряду укрупненных (интегрированных) параметров, таких как:

• функциональность и адаптируемость;
• производительность обработки транзакций;
• пропускная способность;
• время реакции;
• безопасность.

 

Это далеко не полный перечень параметров, по которым  выставляются требования к базам  данных, однако он содержит параметры, требования по которым выставляются наиболее часто. 

Такие параметры иногда находятся в  противоречии друг к другу. Так, высокие  требования по функциональности на данном конкретном оборудовании могут вступать в конфликт с высокими требованиями по производительности. Например, отчеты могут генерироваться в течение нескольких часов и снизить в это время реакции пользователей, работающих с системой в диалоговом режиме. 

Параметры, выражающие требования к базе данных, могут ранжироваться посредством  присвоения приоритетов. Присвоение высшего  приоритета требованию создать структуру  данных для достижения системой максимально  возможной производительности может привести к тому, что при проектировании базы данных требование обеспечить удобство работы определенной категории пользователей будет рассматриваться через призму производительности. Например, в системе бронирования авиабилетов в транснациональной авиакомпании время отклика на запрос не должно превышать 15-30 секунд. Поэтому, если это требование не будет удовлетворяться, то потребуется "разгрузить" приложение оператора. 

Таким образом, процесс проектирования базы данных заключается в достижении компромиссов между функциональными, информационными, аппаратными, архитектурными и технологическими требованиями к базе данных и строится на информированном принятии решений по структуре базы данных. 
 

2. Проектирование базы  данных 

 Проектирование базы данных - это поиск способов удовлетворения функциональных требований средствами имеющейся компьютерной технологии с учетом заданных ограничений.

Как правило, ИТ-проекты по созданию базы данных включают в себя следующие этапы: определение стратегии построения системы, анализ требований к базе данных, проектирование базы данных, реализация базы, тестирование и внедрение базы данных. Этап проектирования базы данных считается одним из самых сложных "размытых" этапов создания базы данных, который не имеет явно выраженного начала и окончания. По сравнению с анализом требований к базе данных или разработкой приложений, проектирование базы данных, по мнению многих ведущих специалистов, является плохо структурированной задачей. Если все этапы создания базы данных перекрываются друг с другом в своей последовательности, то этап проектирования перекрывается со всеми остальными этапами. Проектирование начинается с момента принятия стратегических решений и продолжается на этапах реализации и тестирования. 

Процесс проектирования базы данных охватывает несколько основных сфер.

Проектирование  объектов базы данных (таблицы, представления, индексы, триггеры, хранимые процедуры, функции, пакеты) для представления  данных предметной области в базе данных.

Проектирование  интерфейса взаимодействия с базой данных (формы, отчеты и т.д.), т.е. проектирование приложений, которые будут сопровождать данные в базе данных и реализовывать вопросно-ответные отношения на этих данных.

Проектирование  баз данных под конкретную вычислительную среду или информационную технологию (архитектура "клиент-сервер", параллельные архитектуры, распределенная вычислительная среда).

Проектирование  баз данных под назначение системы (интеллектуальный анализ данных, OLAP, OLTP и т.д.).

Известно, что база данных:

• имеет свою внутреннюю архитектуру;
• имеет свое собственное лингвистическое содержание;
• действует в рамках некоторой внешней среды;
• имеет свои средства взаимодействия с внешней средой;
• функционирует на конкретной программно-аппаратной платформе;
• поддерживается в рамках определенных организационно-технологических мероприятий.

 

Таким образом, база данных является сложным  многокомпонентным объектом, объединяющим аппаратное обеспечение, программное  обеспечение, информацию в виде данных и персонал. Основной задачей проектировщика базы данных является обоснованный выбор такой ее структуры, которая обеспечит согласованное взаимодействие всех ее компонентов согласно заданным функциональным требованиям в рамках заданных ограничений.

Типовая бизнес-модель процесса проектирования базы данных 

Процесс проектирования базы данных может быть представлен в виде модели бизнес-процессов. Бизнес-модель процесса проектирования позволяет:

• отобразить субъективное мнение проектировщика баз данных на процесс проектирования конкретной базы данных;
• учесть особенности ИТ-проекта, в рамках которого проектируется база данных;
• достаточно быстро составить план проектирования конкретной базы данных;
• просчитать длительность проектных работ (создать временную модель проектирования).

 

Рассмотрим типовую бизнес-модель процесса проектирования базы данных. На рис. 3.1 приведена контекстная диаграмма процесса проектирования базы данных.

Рис. 3.1.  Контекстная диаграмма процесса проектирования базы данных 
 

Как видно  из рисунка, на вход процесса проектирования базы данных подаются:

• информационная модель предметной области базы данных: диаграммы "сущность-связь" (ER-диаграммы);
• функциональная модель предметной области базы данных: бизнес-модель процессов, диаграммы потока данных (DF-диаграммы), диаграммы состояний, - диаграммы жизненных циклов сущностей, спецификации на системы (требования), бизнес-правила;
• общесистемные требования и ограничения;
• задачи обратного влияния.

 

Могут быть представлены и другие документы.

На выходе процесса проектирования базы данных формируются следующие результаты:

• физическая модель базы данных, которая может быть преобразована в скрипт для создания базы данных;
• физическая база данных;
• спецификация модулей приложений базы данных;
• план тестирования базы данных.

 

По требованию может быть разработана и другая документация.

На рис. 3.2 приведена диаграмма декомпозиции процесса проектирования базы данных первого уровня, отражающая основные наиболее крупные профессиональные задачи (этапы) проектирования базы данных.

Рис. 3.2

Сбор  и анализ входных данных - это  начальный этап проектирования, на котором осуществляется сбор и контроль качества результатов анализа предметной области базы данных, готовится план проектирования базы данных. 

Создание  логической модели базы данных - это этап, на котором на основании информационной модели предметной области базы данных создается логическая структура базы данных, независимая от ее реализации. 

Создание  физической модели базы данных: внутренняя схема - это этап, на котором на основании  логической модели базы данных создается физическая структура базы данных, зависимая от ее реализации. На этом этапе выполняется преобразование отношений логической модели реляционной базы данных в команды создания объектов физической базы данных, в результате чего создается так называемая внутренняя схема базы данных. Дополнительно может быть создана так называемая внешняя схема базы данных, которая отражает точку зрения пользователей на данные в базе данных. Полученный скрипт может быть применен для создания физической базы данных. 

Создание  физической модели базы данных: учет влияния  транзакций - это этап, на котором  анализируются возможные транзакции системы, выполняется, в случае необходимости, денормализация отношений для обеспечения  более высокой производительности базы данных. На этом этапе создается скрипт создания физической базы данных. 

Создание  серверного кода - это этап, на котором  на основании функциональной модели предметной области базы данных создается  серверный код базы данных в виде триггеров, хранимых процедур и пакетов. Эти модули создаются проектировщиком базы данных и выполняются сервером. 

Проектирование  модулей приложений - это этап, на котором создаются спецификации модулей приложений, разрабатываются  стратегии тестирования базы данных и приложений, создается план тестирования приложений базы данных и готовятся тестовые данные. 

Контроль  качества проектирования базы данных заключается в проверке качества результатов проектирования на каждом его этапе. 

Учет  задач обратного влияния заключается в настройке некоторых транзакций к базе данных и локальном перепроектировании базы данных согласно требованиям, поступающим с других этапов создания базы данных.