УДК 004.6(075.8)
ББК 32.973я73
М29

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор кафедры информационных систем,
сетей и безопасности ФГБОУ ВО г. Москвы «Российский государственный
социальный университет» В.А. Сизов;
доктор технических наук, доцент,
директор военного института при ФГБОУ ВО г. Москвы
«Московский авиационный институт
(национальный исследовательский университет)» В.И. Гончаренко;
доктор педагогических наук, доктор социологических наук,
профессор кафедры прикладной информатики ГАОУ ВО г. Москвы
«Московский городской педагогический университет» А. И. Каптерев

Мартишин С.А., Симонов В.Л., Храпченко М.В.
М29
Базы данных. Практическое применение СУБД SQL и NoSQLтипа
для проектирования информационных систем: учебное пособие /
С.А. Мартишин, В.Л. Симонов, М.В. Храпченко. — М. : ИД «ФОРУМ» :
ИНФРАМ, 2016. — 368 с. — (Высшее образование).

ISBN 9785819906606 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 9785160121413 (ИНФРАМ, print)
ISBN 9785161049365 (ИНФРАМ, online)

Учебное пособие предназначено для изучения практического примене
ния СУБД SQL и NoSQLтипа при проектировании информационных сис
тем. Проведены аналогии между базами данных SQL и NoSQLтипа. Полу
ченные теоретические знания закрепляются при выполнении цикла лабо
раторных работ. Работа с SQL СУБД изучается на примере СУБД MariaDB,
рассмотрен вопрос использования хорошо зарекомендовавших себя в рабо
те с MySQL приложений (например, phpMyAdmin, MySQL Workbench). Ра
бота с NoSQL СУБД изучается на примере СУБД MongoDB c использова
нием оболочки Robomongo. Показана возможность использования универ
сального менеджера баз данных DBeaver для одновременной работы с
СУБД MariaDB и MongoDB. Приведены примеры информационных сис
тем на базе обоих типов СУБД SQL и NoSQL.
Предназначено для студентов, бакалавров, магистрантов, аспирантов и
специалистов в области проектирования информационных систем и баз
данных. Пособие также полезно для лиц, занимающихся самообразованием.

УДК 004.6(075.8)
ББК 32.973я73

ISBN 9785819906606 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 9785160121413 (ИНФРАМ, print)
ISBN 9785161049365 (ИНФРАМ, online)

© Мартишин С.А., Симонов В.Л.,
Храпченко М.В., 2016
© ИД «ФОРУМ», 2016

ФЗ
№ 436ФЗ
Издание не подлежит маркировке
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

Предисловие

Для современного этапа развития информационных систем и тех
нологий характерно несколько тенденций. Первая из них — быстрое
уменьшение материальной ресурсоемкости современной продукции
и такое же стремительное замещение материальных ресурсов инфор
мационными. Вторая тенденция — быстрая изменчивость всех со
ставляющих информационных систем и технологий, включая аппа
ратное и программное обеспечения. Рассмотрим данную тенденцию
более подробно.
В зависимости от достигнутых технологических успехов на каж
дом из этапов развития человечества ставится соответствующая об
щественная проблема/задача. При этом главенствующим здесь явля
ется развитие технологий — изобретение полупроводников, памяти,
элементов и систем телекоммуникаций и пр. Кроме того, технологи
ческое развитие ненадолго остается достоянием какойто научной
группы, института или даже страны. Конкуренция вынуждает всех
участников быть на одинаковом уровне, активно добывая сведения
друг у друга.
Еще одной важной тенденцией современного этапа является все
более возрастающий объем данных, и эти данные не только научного
плана (биологические, геофизические, медицинские, генетические и
другие исследования), но и значительный объем данных, генерируе
мых широким кругом пользователей — информация о сделанных по
купках, приобретениях, денежных перечислениях, а также смс, звон
ки, размещение сообщений и фото в социальных сетях и пр. Указан
ные данные зачастую имеют различную структурированность, и они
должны храниться, обрабатываться и использоваться для генерации
отчетов, в том числе в онлайнрежиме (например, для оптимизации
продаж крупными торговыми компаниями или для выявления терро
ристических угроз из обмена сообщениями в социальных сетях). Сле
довательно, именно громадный объем и необходимость онлайнобра

ботки информации различной структурированности — вот проблема
современного этапа.
Нельзя не отметить следующее. В природе давно имеются и реше
ны подобные задачи, и ученым и исследователям достаточно внима
тельно изучать жизнь и поведение живых существ и переносить свои
наблюдения в лаборатории и разработки. Не случайно активно разви
вается наука «бионика» — от наблюдений за полетом птиц для совер
шенствования авиационных конструкций до организации жизни «об
щественных» насекомых, например муравьев, пчел и т. п., где так же,
как у человека, имеются задачи организации многоуровневого уклада
жизнедеятельности при соответствующем обмене большими объема
ми информации. Однако в природе такие сообщества характеризуют
ся определенной статичностью в развитии, т. е. медленное движение
по эволюционной лестнице сообществ живых существ не идет ни в
какое сравнение с высокоскоростным развитием современной циви
лизации, поэтому ученым остается внимательно наблюдать за жиз
нью таких сообществ, пытаться понять их, заимствовать алгоритмы и
переносить (по возможности) на человеческую жизнь. В этом случае
будет значительно быстрее достигнут желаемый успех в развитии че
ловечества.
Проводя анализ прошедших этапов развития техники и техноло
гий, можно отметить проблематичность прогнозов для отдаленной
перспективы изза некоей случайности в появлении технологических
открытий. Тем не менее в краткосрочной перспективе очевидна необ
ходимость обработки огромных объемов неодинаково структуриро
ванной информации, для чего разрабатываются новые и/или модер
низируются существующие алгоритмы и системы обработки данных.

4
Предисловие

Введение

Проблема обработки больших объемов данных («big data») доста
точно острая. Множество областей — научные исследования, биз
несаналитика, социальные сети, крупные распределенные webпри
ложения и др. — требуют возможности работы с разнородной и зачас
тую с различно структурированной информацией. При этом должна
обеспечиваться одновременная работа серверов под большой нагруз
кой, поскольку обработка данных во многих областях не допускает
задержки. В ряде распределенных проектов пользователи одновре
менно и генерируют, и потребляют информацию, поэтому требуется
обеспечение масштабируемости, надежности и согласованности дан
ных. При этом данные сами по себе могут и не иметь сложной струк
туры (например, данные социальных сетей — фото, подписи, ком
ментарии, лайки, ссылки и некоторые другие), однако их объем и
скорость обработки очень высоки.
Таким образом, имеют место следующие тенденции — значитель
ное увеличение объема данных, подлежащих хранению и обработке; су
щественное возрастание количества пользователей информационных
систем с одновременным ростом числа транзакций (включая мультме
дийную информацию на мобильных устройствах); сложность структу
рирования (используя технологию систем управления реляционными
базами данных) значительного объема хранимой информации.
Следовательно, требования, которым должны отвечать современ
ные информационные системы, состоят в необходимости быстрой
обработки информации в условиях работы в многопользовательском
режиме.
Традиционные СУБД на основе реляционных таблиц (SQLори
ентированные СУБД), несмотря на большую популярность, не справ
ляются с возрастающими требованиями. Поэтому в последние не
сколько лет были разработаны системы с иными подходами к обработ
ке информации, лучше справляющиеся с поставленными задачами.
Таким подходом является NoSQL («не только SQL»). NoSQLсистемы

не используют реляционную модель данных, в них отсутствует жест
кая структура, поэтому значительно лучше обеспечивается горизон
тальная масштабируемость и требуемая производительность.
Однако наряду с достоинствами NoSQLсистемам присущи не
достатки, например, для них не гарантировано выполнения требова
ний ACID (Atomicity (Атомарности), Consistency (Согласованности),
Isolation (Изолированности), Durability (Долговечности)). Также не
имеется аналогов команд BEGIN TRANSACTION, COMMIT и
ROLLBACK, следовательно, проблематично их использование для
финансовых систем.
NoSQLсистемы (СУБД NoSQL) значительно проще с точки зре
ния модели данных (по сравнению с классической реляционной мо
делью). При этом NoSQLсистемы могут основываться на различных
моделях хранения данных. Наиболее распространенными в настоя
щее время являются: системы «ключ—значение» (Key—Value Stores),
документноориентированные СУБД (Document Stores), Bigtableпо
добные базы данных (Extensible Record Stores / Wide Column Stores /
Column Families) и базы данных на основе графов.
Существует значительное количество разнообразных NoSQLси
стем — порядка 150 единиц, что вызвано ориентированностью на раз
личные области применения и использованием различных моделей
данных. Однако здесь имеет место существенный недостаток — отсут
ствие единого стандарта требований к таким системам. Указанный
стандарт позволил бы облегчить синхронизацию данных и дал бы воз
можность разработчикам использовать в одном проекте различные
СУБД.
Отметим, что в направлении разработки стандартов ведется опре
деленная деятельность. Так, в 2011 году компания Couchbase объяви
ла о выпуске нового языка запросов — UnQL (Unstructured Data
Query Language), предназначенного для работы с неструктурирован
ными данными. Синтаксис языка UnQL аналогичен синтаксису язы
ка SQL, например, поддерживаются такие команды, как SELECT,
DELETE, INSERT и UPDATE.
Также имеет место тенденция сближения SQL и NoSQLподхо
дов. При этом совершенствование реляционных СУБД ведется, в ча
стности, в направлении поддержки нетрадиционных для них типов
данных (XMLдокументов и XPathзапросов). Одновременно разви
ваются и СУБД NoSQL. Таким образом, для разработчика представ
ляется логичным использование инструментария, более соответст

6
Введение

вующего поставленной задаче, будь то реляционная СУБД, СУБД
NoSQLтипа или их совместное использование в одной информаци
онной системе для хранения разных типов информации. Отметим,
что указанное совместное использование стало возможным благодаря
появлению универсального средства для работы с SQL и NoSQL база
ми данных — DBeaver (относится к категории свободного программ
ного обеспечения — СПО).
Практически во всех курсах дисциплин, формирующих профес
сиональные компетенции выпускника и связанных с изучением ин
формационных систем и баз данных (такие дисциплины, как «Базы
данных», «Распределенные базы данных», «Проектирование инфор
мационных систем», «Управление данными», «Проектирование про
граммного обеспечения АСОИиУ», «Сетевые операционные систе
мы» и т. д.), необходимо получить представление об обоих подходах в
построении информационных систем с использованием СУБД SQL и
NoSQLтипа.
Таким образом, целью настоящего учебного пособия является
обучение приемам работы как с СУБД SQL, так и NoSQLтипа, про
ведение аналогии между указанными двумя типами СУБД, изучение
как теоретических положений, так и практических навыков путем
выполнения конкретных лабораторных работ. Насколько известно
авторам, такое учебное пособие на сегодняшний день отсутствует, и
представленное учебное пособие в определенной мере восполняет
данный пробел.
Задачи настоящего учебного пособия следующие:
• изучение широко распространенной СУБД SQLтипа MariaDB
(в качестве примера работы с SQLсистемами), являющейся от
ветвлением СУБД MySQL со свободным статусом. Для работы с
MariaDB в пособии используются приложения, хорошо зареко
мендовавшие себя в работе с MySQL, например phpMyAdmin,
MySQL Workbench;
• освоение (в качестве примера работы с NoSQLсистемами)
приемов работы в СУБД MongoDB при помощи командной
строки и оболочки Robomongo;
• изучение приемов работы с мультплатформенным универсаль
ным менеджером баз данных DBeaver (работает с большим чис
лом СУБД как SQL, так и NoSQLтипа). DBeaver является инст
рументом, в значительной степени облегчающим проектирова
ние, реализацию, модификацию и работу с различными СУБД.

Введение
7

Учебное пособие построено в виде цикла лабораторных работ, по
следовательно проводящих учащихся через тонкости проектирования
баз данных для обоих подходов — SQL и NoSQL. Каждая глава снаб
жена заданиями для самостоятельной работы и списком контрольных
вопросов.
В приложениях учебного пособия помещены сведения о целост
ности данных, описание семейства стандартов IDEF, спецификации
BSON, селекторов запросов (Query Selectors).
Формируемые профессиональные компетенции (ожидаемые ре
зультаты обучения) студентов следующие. Студент должен:
знать:
• основные этапы построения баз данных различных типов — SQL
и NoSQL — при проектировании информационных систем;
• компоненты программных комплексов и баз данных;
• технологию проектирования, производства и сопровождения
баз данных в информационных системах;
• основы безопасной работы с СУБД (аутентификация, назначе
ние прав доступа для пользователей, резервное копирование,
восстановление системы после сбоев и пр.);
уметь:
• участвовать во всех фазах проектирования, разработки, изготов
ления и сопровождения баз данных для ИС;
• разрабатывать модели компонентов информационных систем,
включая модели баз данных;
• осуществлять прямой и обратный инжиниринг;
• составлять структурированные запросы к информационным ре
сурсам локализованных и распределенных баз данных (созда
вать, обновлять и удалять документы в коллекции СУБД
MongoDB; осуществлять выборку данных из коллекций и т. д.);
• создавать на базе выбранной СУБД ядро информационной сис
темы и целостный программный продукт;
владеть:
• навыками по созданию программного средства с использовани
ем базы данных;
• основами администрирования сервера MariaDB;
• навыками создания ERмоделей и работой с EERдиаграммами;
• основами администрирования СУБД MongoDB;
• навыками репликации и шардинга в СУБД MongoDB.

8
Введение

Часть I
ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
СУБД SQLТИПА НА ПРИМЕРЕ MARIADB

Введение. Общие сведения о СУБД MariaDB

В январе 2009 года вышел первый релиз системы управления ба
зами данных (СУБД) MariaDB, получившей название в честь млад
шей дочери ведущего разработчика Ульфа Майкла Видениуса (Ulf
Michael Widenius). Именно Видениус был одним из авторов первой
версии СУБД MySQL и основателем компании MySQL AB. Позже в
связи с политикой лицензирования компании Oracle, которая в на
стоящее время является владельцем MySQL, занялся разработкой со
вместимой с MySQL СУБД MariaDB — СУБД (под лицензией GPL),
права на которую принадлежат компании Майкла Видениуса Monty
Program Ab.
Команды, интерфейсы взаимодействия и API MariaDB совмести
мы с теми, которые используются в MySQL, т. е. библиотеки и прило
жения, которые работают с MySQL, также должны работать на
MariaDB. Исходя из этого и из опасений, что Oracle сделает СУБД
MySQL несвободным программным обеспечением, разработчики
Fedora, начиная с 19 версии, заменили MySQL на MariaDB.
Кратко характеризуя MariaDB, отметим, что данная СУБД под
держивает работу с таким популярным клиентским приложением для
удаленного администрирования баз данных, как phpMyAdmin, наибо
лее популярными фреймворками, такими как Yii и Zend, системами
управления содержимым (CMS), например WordPress и Plone, и даже
Moodle — системой управления электронным обучением.
Также заметим, что многие популярные версии ОС Linux Fedora
(начиная с 19 версии), а также Gentoo, openSUSE, Red Hat Enterprise
Linux поддерживают работу с MariaDB.

Лабораторная работа 1
УСТАНОВКА СУБД MARIADB И ОСВОЕНИЕ
РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА MYSQL
WORKBENCH ДЛЯ РАБОТЫ С СУБД MARIADB

Цель: изучение принципов установки и работы с СУБД MariaDB.

Установка MariaDB

Дистрибутивы MariaDB для операционных систем (ОС) Linux,
Solaris и Windows доступны на downloads.mariadb.org. Кроме того,
MariaDB входит в состав дистрибутива FreeBSD, некоторых дистри
бутивов на базе MAC OC и наиболее распространенных ОС Linux:
Ubuntu, openSUSE, ALTLinux, Fedora, Red Hat Enterprise Linux,
Debian, Gentoo и др.
В настоящем учебном пособии в качестве операционной системы
используется ОС Fedora (не ниже версии 20), как одна из наиболее
простых в установке и подходящих для учебных целей операционных
систем семейства Linux. В данный дистрибутив входит MariaDB, по
этому производим установку, набрав в командной строке следующее:

# yum install mariadb mariadbserver

Далее в терминале набираем команды (первая из которых запус
кает сервер, вторая дает возможность автоматического запуска при
загрузке ОС):

# systemctl start mariadb.service
# systemctl enable mariadb.service

Изменяем установки межсетевого экрана (для стандартной гра
фической оболочки Gnome Обзор → Разное → Межсетевой экран) —
создать порт «3306 tcp» (рис. 1.1). Также необходимо в настройках