Базы данных


ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ - БАКАЛАВРИАТ



серия основана в 1 996 г.



В.П. Агальцов



БАЗЫ ДАННЫХ
КНИГА 2
РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ И УДАЛЕННЫЕ БАЗЫ ДАННЫХ

        УЧЕБНИК

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 09.03.01 «Информатика
и вычислительная техника»


Электронно-

        znanium.com


Москва
ИД «ФОРУМ» — ИНФРА-М
2021

УДК 004.6(075.8)
ББК 32.973я73

     А23



      Рецензенты:
         доктор технических наук, профессор Института электронных управляющих машин (ИНЭУМ) Н.Л. Прохоров;
         кандидат технических наук, доцент кафедры «Системы автоматического управления» Московского государственного технического универститета имени Н.Э. Баумана В.Н. Пилишкин
      Агальцов В.П.
А23     Базы данных : в 2 кн. Книга 2. Распределенные и удаленные базы дан-
      ных : учебник / В.П. Агальцов. — Москва : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2021. — 271 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).


          ISBN 978-5-8199-0713-9 (ИД «ФОРУМ»)
          ISBN 978-5-16-013409-3 (ИНФРА-М, print)
          ISBN 978-5-16-105263-1 (ИНФРА-М, online)


          Теоретические основы построения структуры базы данных подробно изложены в книге первой, в данной книге изложена методика автоматизированного построения базы данных с использованием утилиты ERwin. Во второй книге учебника «Базы данных» рассмотрена проблема создания удаленных баз данных, построенных как в двухзвенной, так и в трехзвенной архитектуре «клиент — сервер». Начиная с изучения теории удаленного доступа к данным, подробно рассматривается построение серверной части и клиентской части приложения. За основу выбрана система управления базами данных Interbase, и все примеры выполнены в этой СУБД. В последних главах рассмотрена проблема работы с базой данных многих пользователей, которым назначаются различные привилегии и права доступа к данным.
          Учебный материал изложен в наиболее удобной и логичной для изучения последовательности. Плавный переход от одной главы к другой позволяет проектировать базу данных с постепенным ее усложнением за счет добавления новых функций и возможностей. Каждая глава снабжена большим количеством примеров и контрольными вопросами для самоподготовки.
          Учебник предназначен для студентов высших учебных заведений, обучающихся по группе специальностей 09.00.00 «Информатика и вычислительная техника», а также может быть рекомендован для студентов средних специальных учебных заведений соответствующих специальностей.


УДК 004.6(075.8)
ББК 32.973я73



ISBN 978-5-8199-0713-9 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 978-5-16-013409-3 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-105263-1 (ИНФРА-М, online)


© Агальцов В.П., 2009
© ИД «ФОРУМ», 2016

Светлой памяти
                              Агальцовой Серафимы Федоровны посвящаю







            От автора







   Книга вторая учебника «Базы данных» посвящена проектированию и эксплуатации удаленных баз данных. Приступая к изучению этой книги, читатель должен предварительно ознакомиться с книгой первой «Локальные базы данных», овладеть одним из объектно-ориентированных языков программирования, имееть опыт работы с локальными вычислительными сетями.
   Так как учебник рассчитан на подготовку программистов-профессионалов, то основное внимание уделено теории удаленного доступа к данным, физической организации базы данных InterBase, проектированию серверной и клиентской части приложения.
   Отдельно выделена проблема администрирования базы данных и обеспечения безопасности работы многих клиентов с базой данных.
   Учебник снабжен многочисленными примерам.
   Проектирование клиентской части базы данных выполнено в среде Delphi 7, а серверной части — с использованием системы управления базами данных InterBase.
   При описании форматов команд приняты следующие обозначения:
   < ... > — угловые скобки содержат имя объекта (таблицы, поля и т. д.). При написании программных кодов угловые скобки не пишутся;
   [...] — квадратные скобки содержат необязательный параметр или аргумент;

От автора

   | — выбор программиста. При написании программного кода необходимо указать или аргумент (параметр) слева, или аргумент справа.
   В конечном итоге, студент в состоянии создать клиентскую часть приложения базы данных, обеспечивающую безопасную работу одновременно с несколькими файлами базы данных. Сама база данных снабжена средствами, обеспечивающими достоверность и целостность данных. С базой данных одновременно могут работать многие клиенты с различными правами доступа к данным.
   Учебный материал изложен в той последовательности, которая наиболее удобна при чтении лекций. Почти все главы снабжены примерами. Примеры подобраны таким образом, чтобы при последовательном их выполнении получилось законченное приложение.
   Книга вторая «Распределенные и удаленные базы данных» учебника «Базы данных» рассчитана на чтение лекций по одноименной дисциплине для студентов технических специальностей в высших учебных заведениях.

            Введение







   Термин «удаленная база данных» следует понимать в следующем смысле: база данных находится на одном персональном компьютере (ПК), а приложение клиента размещается на другом ПК. Пользователь со всего ПК посылает запросы к базе данных (на сервер). На сервере располагается как сама база данных, так и система управления базами банных (СУБД). Физически (и программно) СУБД оформляется как сервер базы данных. В простейшем случае все таблицы базы данных составляют один файл или базу данных. Для решения некоторых специфических проблем, например обеспечение конфиденциальности (секретности) данных, допускается распределение таблиц базы данных по нескольким файлам — распределенная база данных. Отдельные файлы распределенной базы данных могут быть созданы как в одном формате, так и в разных форматах. Использование разных форматов баз данных оправдано в том случае, когда одна база данных использует таблицы-справочники из другой базы данных, созданной в другом формате. Например, база данных клиентов поликлиники может использовать справочную базу данных адресов данного населенного пункта. Очевидно, что эти две базы данных могут иметь разный формат таблиц, так как нельзя заставить заказчика новой базы данных использовать формат существующей где-то на стороне базы данных.
   Структура удаленной базы данных (так же, как и локальной) создается исходя из принципа адекватности объекту (процессу, системе или явлению), сведения о котором помещаются в эту базу данных. Подробно процедура создания концептуальной, логической и физической модели базы данных была рассмотрена в кн. 1. Ранее рассмотренные основные типы логических моделей можно расширить.
   • Картотеки.
   Картотека (от греч. chartes — «лист папируса» и бцкц «место хранения») — упорядоченное хранилище данных на картонных (или бумажных) карточках малого формата. Каждая карточка несет сведения об одном экземпляре объекта. Карточки

Введение

группируются по разделам, а внутри каждой группы — сортируются, например, в алфавитном порядке. Группа карточек хранится в одном месте, например, ящике, которые, в свою очередь, помещаются в шкафы. На каждом ящике имеется ярлык, содержащий краткие сведения о размещенных в ящике карточках. Краткие сведения на ярлыке представляют собой способ упорядочения (сортировки) карточек, например, по алфавиту или по дате, или идентифицирующему номеру и т. д. Примеры картотек: библиотечный каталог, каталог изделий (товаров) на складе, список участников соревнования и т. д. В настоящее время картотеки практически везде вытеснены электронными каталогами:
   —  иерархическими;
   —  сетевыми;
   —  реляционными;
   —  объектно-ориентированными;
   —  многомерными.
   В реляционных базах данных используются двумерные таблицы, состоящие из набора строк и столбцов. Многомерные базы данных используют трехмерные (и более) таблицы. В третьем измерении (и последующих) могут храниться как сущности, представленные в виде измерений (продукты, регионы, пользователи и т. д.), так и запросы на извлечение данных из этой таблицы, и процедуры обработки данных, и различные представления данных (View) и т. д.
   В отличие от реляционных баз данных в объектно-ориентированных базах данных сами данные представлены в виде абстрактных объектов, которые наделены свойствами и методами по управлению (обработке) данных. Примеры объектно-ориентированных систем управления базами данных: IBM Lotus Notes/ Domino, Jasmine, ObjectStore, Cache.
   Основные признаки многомерных баз данных — многомерное представление данных; сложные вычисления над данными; вычисления, связанные с изменением данных во времени. Пример многомерной базы данных — OLAP (On - line Analytical Processing).

                Раздел I
                ТЕОРИЯ УДАЛЕННЫХ БАЗ ДАННЫХ







            Глава 1 АРХИТЕКТУРЫ УДАЛЕННЫХ БАЗ ДАННЫХ






   За все время существования электронных баз данных были реализованы три архитектуры их построения.


        1.1. Локальные базы данных

   В этом случае на одном персональном компьютере размещаются сама база данных, система управления базами данных и BDE Administrator. Работа с базой данных организована в однопользовательском режиме. На приложение клиента возложены следующие функции: обеспечение достоверности и целостности данных, формирование запросов к базе данных и интерпретация полученных ответов, обеспечение безопасности данных. Это самая первая архитектура построения базы данных. Несмотря на простоту построения (рис. 1.1), локальные базы данных в настоящее время достаточно широко распространены.
   Основные области применения локальных баз данных — сфера торговли и услуг, военное ведомство, специальные службы, предприятия малого бизнеса и т. д.

Раздел I. Теория удаленных баз данных

ПК пользователя

Рис. 1.1. Локальная база данных

   Преимущества:
   • высокая степень безопасности информации обеспечивается за счет работы единственного пользователя, на которого и возлагаются обязанности сохранения конфиденциальности данных. Также предусматривается система паролей и блокировок отдельных процедур по обработке данных;
   • высокое быстродействие определяется только техническими характеристиками аппаратных средств.
   Недостатки:
   • возможность работы только одного пользователя, но в некоторых случаях это обстоятельство может быть и преимуществом.



        1.2. Архитектура «файл—сервер»

   В этом случае база данных располагается на сетевом сервере, а приложение клиента — на персональном компьютере пользователя (рис. 1.2). Количество пользователей не более 10—15. Каждый пользователь переписывает на свой персональный компьютер копию базы данных, которая периодически обновляется

Глава 1. Архитектуры удаленных баз данных

9

Рис. 1.2. Архитектура «файл-сервер»

с сервера. Имеется дополнительная трудность по блокировке записей, которые используются другими пользователями. Поэтому в некоторые моменты времени каждый пользователь может видеть недостоверные записи, которые были изменены другими пользователями, а обновления базы данных с сервера еще не было. Приложение клиента в этой архитектуре формирует запросы к базе данных, обеспечивает достоверность и целостность данных, реализует систему мер по безопасности данных.
   Преимущества:
   • возможность работы с базой данных нескольких пользователей.
   Недостатки:
   • перегрузка сети (большой сетевой трафик). Если клиент последовательно изменяет несколько записей, то он обращается к своей копии базы данных. Поэтому перед фиксацией очередного изменения на персональный компьютер клиента будет копироваться последняя версия базы данных с сервера, и изменения будут вноситься в эту обновленную копию базы данных. В конце сеанса связи с сервером последняя версия базы данных клиента будет зафиксирована на сервере;

Раздел I. Теория удаленных баз данных

    • обеспечить достоверность и целостность данных — весьма трудная задача, так как в каждом приложении клиента предусмотрены свои процедуры их обеспечения (или не предусмотрены совсем);
    • очень трудно (или практически невозможно) обеспечить секретность данных, так как каждый клиент имеет доступ в каталог сервера и может изменять любую таблицу по своему усмотрению, а также копировать их и удалять;
    • необходимость систематического обновления данных на всех персональных компьютерах пользователей;
    • блокировка данных. Один пользователь работает, а остальные пользователи ждут, пока сервер освободит заблокированные записи.
    Примером архитектуры «файл—сервер» может служить Microsoft Access. На данный момент файл-серверные СУБД считаются устаревшими.



        1.3. Архитектура «клиент—сервер»

   Взаимодействие сервера базы данных и приложения клиента происходит следующим образом: клиент формирует запрос и отсылает его серверу. Сервер, приняв запрос, выполняет его, и результат возвращает клиенту. В клиентском приложении в основном осуществляется интерпретация полученных от сервера данных, реализация интерфейса с пользователем и ввод данных, а также реализация части бизнес-правил.


Двухзвенная структура (рис. 1.3)

   Пользователь формирует запрос серверу и отправляет его. SQL-сервер (или сервер базы данных) — это специальная программа, управляющая удаленными базами данных. SQL-сервер обеспечивает интерпретацию запроса, его выполнение в базе данных, формирование и отправку ответа пользователю. Пользователь направляет запрос серверу, отключается от сервера и его запрос выполняется автономно. В этом случае по локальной сети перемещаются только необходимые данные, что серьезно уменьшает трафик, также обеспечивается безопасность, т. е. на сервере устанавливается единое правило для всех пользователей. Легко обеспечиваются условия ссылочной целостности. Для уве-