Что такое бд и субд в информатике кратко

Обновлено: 02.07.2024

База данных — это упорядоченный набор структурированной информации или данных, которые обычно хранятся в электронном виде в компьютерной системе. База данных обычно управляется системой управления базами данных (СУБД). Данные вместе с СУБД, а также приложения, которые с ними связаны, называются системой баз данных, или, для краткости, просто базой данных.

Данные в наиболее распространенных типах современных баз данных обычно хранятся в виде строк и столбцов формирующих таблицу. Этими данными можно легко управлять, изменять, обновлять, контролировать и упорядочивать. В большинстве баз данных для записи и запросов данных используется язык структурированных запросов (SQL).

Что такое язык структурированных запросов (SQL)?

SQL — это язык программирования, используемый в большинстве реляционных баз данных для запросов, обработки и определения данных, а также контроля доступа. SQL был разработан в IBM в 1970-х годах. Со временем у стандарта SQL ANSI появились многочисленные расширения, разработанные такими компаниями как IBM, Oracle и Microsoft. Хотя в настоящее время SQL все еще широко используется, начали появляться новые языки программирования запросов.

Эволюция базы данных

В чем заключается различие между базой данных и электронной таблицей?

Базы данных и электронные таблицы (в частности, Microsoft Excel) предоставляют удобные способы хранения информации. Основные различия между ними заключаются в следующем.

Способ хранения и обработки данных
Полномочия доступа к данным
Объем хранения данных

Электронные таблицы изначально разрабатывались для одного пользователя, и их свойства отражают это. Они отлично подходят для одного пользователя или небольшого числа пользователей, которым не нужно производить сложные операции с данными. С другой стороны, базы данных предназначены для хранения гораздо больших наборов упорядоченной информации—иногда огромных объемов. Базы данных дают возможность множеству пользователей в одно и то же время быстро и безопасно получать доступ к данным и запрашивать их, используя развитую логику и язык запросов.

Типы баз данных

Существует множество различных типов баз данных. Выбор наилучшей базы данных для конкретной компании зависит от того, как она намеревается использовать данные.

Реляционные базы данных

Объектно-ориентированные базы данных

Распределенные базы данных

Хранилища данных

Базы данных NoSQL

Графовые базы данных

Это лишь некоторые из десятков типов баз данных, используемых в настоящее время. Другие, менее распространенные базы данных, предназначены для очень специфических научных, финансовых и иных задач. Помимо появления новых типов, базы данных развиваются в абсолютно новых направлениях — изменяются подходы к разработке технологий, происходят значительные сдвиги, такие как внедрение облачных технологий и автоматизации. В частности, в последнее время появились следующие базы данных.

Базы данных с открытым исходным кодом

Облачные базы данных

Многомодельные базы данных

Базы данных документов/JSON

Автономные базы данных

Что такое программное обеспечение базы данных?

Программное обеспечение базы данных используется для создания, редактирования и обслуживания файлов и записей базы данных, что упрощает создание файлов и записей, ввод данных, редактирование, обновление и отчетность. Программное обеспечение также помогает хранить данных, осуществлять резервное копирование и формировать отчетность, предоставлять управление множественным доступом и поддерживать безопасность. Сегодня надежная безопасность базы данных особенно важна, поскольку случаи кражи данных значительно участились. Программное обеспечение для баз данных иногда называют системой управления базами данных (СУБД).

Программное обеспечение баз данных упрощает управление данными, помогая пользователям хранить данные в структурированной форме, а затем получать к ним доступ. Обычно программа имеет графический интерфейс, помогающий создавать данные и управлять ими, и в некоторых случаях пользователи могут создавать собственные базы данных с помощью такого ПО.

Что такое система управления базами данных (DBMS)?

Для базы данных обычно требуется комплексное программное обеспечение, которое называется системой управления базами данных (СУБД). СУБД служит интерфейсом между базой данных и пользователями или программами, предоставляя пользователям возможность получать и обновлять информацию, а также управлять ее упорядочением и оптимизацией. СУБД обеспечивает контроль и управление данными, позволяя выполнять различные административные операции, такие как мониторинг производительности, настройка, а также резервное копирование и восстановление.

В качестве примеров популярного программного обеспечения для управления базами данных, или СУБД, можно назвать MySQL, Microsoft Access, Microsoft SQL Server, FileMaker Pro, СУБД Oracle Database и dBASE.

Что такое база данных MySQL?

MySQL — это реляционная система управления базами данных с открытым исходным кодом на основе языка SQL. Она была разработана и оптимизирована для веб-приложений и может работать на многих платформах. Она обладает всеми возможностями, которые требуются веб-разработчикам. База данных MySQL предназначена для обработки миллионов запросов и тысяч транзакций, поэтому ее часто выбирают компании электронной коммерции, которым требуется управлять большим количеством денежных переводов. Гибкость по мере необходимости — основная характеристика MySQL.

Многие ведущие веб-сайты и веб-приложения используют СУБД MySQL, в том числе Airbnb, Uber, LinkedIn, Facebook, Twitter и YouTube.

Использование баз данных для повышения производительности бизнеса и улучшения процесса принятия решений

Обширный сбор данных из Интернета вещей меняет действительность и производственный сектор по всему миру: современные компании имеют доступ к большему количеству данных, чем когда-либо прежде. Прогрессивные компании теперь могут использовать базы данных, чтобы от обычного хранения данных и базовых транзакций перейти к анализу огромных объемов данных из множества систем. Благодаря базам данных и другим средствам вычислений и бизнес-аналитики современные компании могут использовать собираемые ими данные для более эффективной работы, эффективного принятия решений, гибкости и масштабируемости. Оптимизация доступа к данным и пропускной способности сегодня критически важна для бизнеса, потому что объем данных, которые нужно отслеживать, постоянно растет. Крайне важно иметь платформу, которая может обеспечить производительность, масштабируемость и гибкость, необходимые предприятиям по мере их роста с течением времени.

Автономная база данных способна значительно расширить эти возможности. Автономные базы данных автоматизируют дорогостоящие и длительные ручные процедуры, благодаря чему бизнес-пользователи могут сосредоточиться на работе со своими данными. За счет возможностей создания и использования баз данных пользователи приобретают контроль и автономию, поддерживая при этом важные стандарты безопасности.

Задачи для баз данных

Современные крупные корпоративные базы данных нередко поддерживают очень сложные запросы, и предполагается, что они должны предоставлять почти мгновенные ответы на них. В результате администраторы баз данных вынуждены применять самые разные методы для повышения производительности. Вот некоторые из наиболее распространенных вызовов, с которыми они сталкиваются.

Значительно возросшие объемы данных. Стремительный рост данных от датчиков, подключенных приборов и десятков других источников заставляет администраторов искать способы эффективного управления и упорядочивания данных своих компаний.
Обеспечение безопасности данных. В наши дни регулярно случаются утечки данных и хакеры становятся все более изобретательными. Сейчас как никогда важно обеспечивать защиту данных, но в то же время данные должны быть легко доступны для пользователей.
Удовлетворение растущих потребностей. В современной, динамичной бизнес-среде компаниям необходим доступ к данным в режиме реального времени для своевременного принятия решений и использования новых возможностей.
Управление и обслуживание базы данных и инфраструктуры. Администраторы базы данных должны осуществлять постоянный мониторинг базы данных на наличие проблем, выполнять профилактическое обслуживание, а также устанавливать обновления и исправления программного обеспечения. Но базы данных становятся все более сложными, объемы данных растут, и компании сталкиваются с необходимостью привлечения дополнительных специалистов для мониторинга и настройки баз данных.
Устранение границ масштабируемости. Если бизнес хочет выжить, он должен развиваться, и возможности управления данными должны расти вместе с ним. Но администраторам баз данных очень сложно предугадать, какие мощности потребуются компании, особенно при использовании локальных баз данных.
Обеспечьте соблюдение требований к размещению данных, суверенитету данных и времени ожидания. В некоторых компаниях могут быть сценарии, с которыми лучше работать в локальной среде. В таких случаях идеально подходят программно-аппаратные комплексы, которые предварительно настроены и оптимизированы для работы с базой данных. Благодаря Oracle Exadata заказчики получают повышение доступности, увеличение производительности и снижение затрат до 40 %, как говорится в последнем анализе Wikibon (PDF).

Решение всех этих задач может занимать много времени и отвлекать администраторов баз данных от решения стратегических задач.

Как автономные технологии улучшают управление базами данных

Автономные базы данных — это модель будущего, представляющая исключительный интерес для компаний, которые хотят использовать лучшую из имеющихся технологий баз данных, при этом не сталкиваясь с проблемами при запуске и эксплуатации этой технологии.

Автономные базы данных используют облачные технологии и машинное обучение для автоматизации множества стандартных задач управления базами данных, таких как настройка, защита, резервное копирование, обновление и другие повседневные задачи администрирования. Благодаря автоматизации этой рутины администраторы баз данных могут сосредоточиться на более стратегической работе. Возможности автономного управления, самозащиты и самовосстановления автономных баз данных могут радикально изменить способы управления и защиты данных, улучшая производительность, снижая расходы и повышая безопасность.

Будущее баз данных и автономных баз данных

О выходе первой автономной базы данных было объявлено в конце 2017 года, и многие независимые отраслевые аналитики быстро оценили возможности этой технологии и ее потенциальное воздействие на обработку данных.

СУБД (Система управления базами данных) — это комплект программных и лингвистических средств, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных (БД).

Информационная система (ИС) - это система, которая выполнена на основе компьютерного оборудования, предназначена для сохранения, поиска, обработки и трансляции больших информационных объёмов и имеет заданную конкретную область использования.

База данных (БД) – это систематизированный набор информационных данных, который предназначен для длительного сохранения в модулях внешней памяти компьютерного оборудования, а также его оперативного обновления и применения. Базы данных предназначены для хранения и поиска больших объёмов информации.

Классификация баз данных

Информационные базы данных могут быть классифицированы по типу сохраняемой информации на:

Фактографические базы данных. Это информационные базы, содержащие краткий набор сведений об изучаемых объектах, отображаемых в заданном формате.
Документальные базы данных. Это базы, содержащие документацию самых разных типов, то есть это может быть текст, графика, звуковые файлы, мультимедиа и так далее.

По методу хранения информации базы данных классифицируются следующим образом:

Централизованные базы данных, то есть хранимые в одном компьютерном устройстве.
Распределённые базы данных, то есть используемые в локальной или глобальной компьютерной сети.

По структурной организации данных информационные базы могут классифицироваться на:

Табличные (реляционные) базы данных.

Не табличные (не реляционные) базы данных, которые в свою очередь подразделяются на:.

Готовые работы на аналогичную тему

Базы данных, сформированные на основе реляционной модели, обладают следующими свойствами:

Любой табличный компонент является одним компонентом данных.
Все табличные поля обладают одним и тем же типом, то есть являются однородными.
В таблице не может быть одинаковых записей.
Допускается произвольный порядок табличных записей, и он может быть охарактеризован числом полей и типом данных.

Узел является информационной моделью компонента, который расположен на данном иерархическом уровне.

Иерархическая модель данных обладает следующими свойствами:

Ряд узлов низшего уровня соединяется лишь с одним из узлов высшего уровня.
Дерево иерархии обладает только одной вершиной и не подчиняется никаким другим вершинам.
Все узлы обладают своими идентификаторами (именами).
Имеется лишь один путь по направлению от корневой записи к частным записям данных.

Рисунок 1. Виды моделей данных БД. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Сетевыми считаются базы данных, в которых к вертикальным связям иерархии прибавляются горизонтальные связи. Все объекты могут являться как главными, так и подчинёнными. Всемирная глобальная компьютерная сеть Интернет практически может считаться сетевой базой данных. При помощи гиперссылок огромное количество документов может быть связано между собой в единую распределённую сетевую информационную базу данных.

Система управления базами данных

Главными операциями, которые пользователи могут осуществить при помощи СУБД, являются следующие:

Формирование структурной организации базы данных.
Занесение информации в базу данных.
Коррекция структурной организации и содержимого базы данных.
Выполнение информационного поиска в базе данных.
Осуществление сортировки данных в базе.
Организация защиты базы данных.
Выполнение операции проверки сохранности базы данных.

Сегодняшние СУБД позволяют добавлять в базы данных помимо текстовой и графической информации также и звуковые и видео данные. Современный интерфейс и встроенные инструментальные функции СУБД дают возможность формировать новые базы данных просто при помощи имеющихся средств без использования дополнительного программирования. СУБД позволяют обеспечить наличие правильной, полной и непротиворечивой информации, а также удобную работу с ней.

Система управления базами данных (СУБД) — совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных.

Основные функции СУБД¶

управление данными во внешней памяти (на дисках);
управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;
журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;
поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:

ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти и журнализацию,
процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,
подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД
а также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.

Классификации СУБД¶

По модели данных¶

Иерархические¶

Используется представление базы данных в виде древовидной (иерархической) структуры, состоящей из объектов (данных) различных уровней.

Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможна ситуация, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами (в программировании применительно к структуре данных дерево устоялось название братья).

Иерархической базой данных является файловая система, состоящая из корневого каталога, в котором имеется иерархия подкаталогов и файлов.

Примеры: Caché, Google App Engine Datastore API.

Сетевые¶

Сетевые базы данных подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.

Реляционные¶

Практически все разработчики современных приложений, предусматривающих связь с системами баз данных, ориентируются на реляционные СУБД. По оценке Gartner в 2013 году рынок реляционных СУБД составлял 26 млрд долларов с годовым приростом около 9%, а к 2018 году рынок реляционных СУБД достигнет 40 млрд долларов. В настоящее время абсолютными лидерами рынка СУБД являются компании Oracle, IBM и Microsoft, с общей совокупной долей рынка около 90%, поставляя такие системы как Oracle Database, IBM DB2 и Microsoft SQL Server.

Объектно-ориентированные¶

Управляют базами данных, в которых данные моделируются в виде объектов, их атрибутов, методов и классов.

Этот вид СУБД позволяет работать с объектами баз данных так же, как с объектами в программировании в объектно-ориентированных языках программирования. ООСУБД расширяет языки программирования, прозрачно вводя долговременные данные, управление параллелизмом, восстановление данных, ассоциированные запросы и другие возможности.

Объектно-реляционные¶

Этот тип СУБД позволяет через расширенные структуры баз данных и язык запросов использовать возможности объектно-ориентированного подхода: бъекты, классы и наследование.

Зачастую все те СУБД, которые называются реляционными, являются, по факту, объектно-реляционными.

В данном курсе мы будем, в первую очередь, гооврить об этом виде СУБД.

Примеры: PostgreSQL, DB2, Oracle, Microsoft SQL Server.

По степени распределённости¶

Локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере)
Распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).

По способу доступа к БД¶

Файл-серверные¶

В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового сервера. Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость или невозможность централизованного управления; затруднённость или невозможность обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД; в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД.

На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей, а её использование в крупных информационных системах — недостатком.

Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro.

Клиент-серверные¶

Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно. Недостаток клиент-серверных СУБД состоит в повышенных требованиях к серверу. Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность.

Примеры: Oracle, Firebird, Interbase, IBM DB2, Informix, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server Enterprise, PostgreSQL, MySQL, Caché, ЛИНТЕР.

Встраиваемые¶

Встраиваемая СУБД — СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети. Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы (API).

Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, Firebird Embedded, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР.

Стратегии работы с внешней памятью¶

СУБД с непосредственной записью — это СУБД, в которых все измененные блоки данных незамедлительно записываются во внешнюю память при поступлении сигнала подтверждения любой транзакции. Такая стратегия используется только при высокой эффективности внешней памяти.

СУБД с отложенной записью — это СУБД, в которых изменения аккумулируются в буферах внешней памяти до наступления любого из следующих событий:

контрольной точки;
конец пространства во внешней памяти, отведенное под журнал. СУБД выполняет контрольную точку и начинает писать журнал сначала, затирая предыдущую информацию;
останов. СУБД ждёт, когда всё содержимое всех буферов внешней памяти будет перенесено во внешнюю память, после чего делает отметки, что останов базы данных выполнен корректно;
при нехватке оперативной памяти для буферов внешней памяти.

Такая стратегия позволяет избежать частого обмена с внешней памятью и значительно увеличить эффективность работы СУБД.

Основополагающие термины достаточно подробно рассмотрены в любой из серьезных монографий. Тем не менее, чтобы однозначно понимать суть в ходе чтения, нам нужно выработать общий словарь. С этой целью я буду по мере необходимости приводить минимальный набор определений, составляющий основу дальнейшего изложения.

База данных (БД) — структурированное поименованное хранилище информации.

Из самого первого определения должно быть понятно, что содержащий начисленные квартальные премии сотрудников файл формата CSV — текстовый формат, предназначенный для представления табличных данных (CSV от англ. Comma-Separated Values — значения, разделённые запятыми). Каждая строка файла — это одна строка таблицы. Значения отдельных колонок разделяются разделительным символом (запятой).) является хоть и очень простой, но базой данных, а текстовый файл с научным описанием мышей-полёвок ей не является.

Система управления базами данных (СУБД) — специализированное программное обеспечение, обеспечивающее доступ к базе данных как к совокупности её структурных единиц.

Из второго определения также должно быть понятно, что открыв упомянутый CSV-файл в текстовом редакторе, мы хоть и видим базу данных, но не работаем с ней посредством СУБД. Если же мы откроем файл в приложении LibreOffice Calc, то данная программа превращается хоть и в очень простую, но СУБД, позволяющую нам работать со структурированным текстом, как с таблицей на уровне колонок, строк и значений, а также посчитать итоги, средние и крайние величины. Положив файл в разделяемый по локальной сети каталог, получаем примитивную многопользовательскую СУБД на основе все того же приложения.

Исторически, в устройстве СУБД выделяли три уровня, предложенных ещё в 1975 году в отчёте ANSI/X3/SPARC :

внешний уровень наиболее близок к приложениям и пользователям, он связан со специфичными для них способами представления данных;
логический уровень, также называемый концептуальным, для описаний данных, не зависящих от физической реализации;
внутренний уровень, называемый также физическим, наиболее близок к физическому хранилищу данных, он связан со способами хранения на физических устройствах.

Внутренний уровень не всегда связан с файловой системой. Наиболее развитые современные СУБД представляют собой по сути специализированную операционную систему (см. например информацию по SQLOS в составе Microsoft SQL Server), способную управлять физическими устройствами хранения, кешем данных, процессами и потоками, оперативной памятью, асинхронным запуском и внутренним планировщиком задач минуя собственно операционную систему компьютера.

Вернёмся к примеру с CSV-файлом и приложением LibreOffice Calc, наглядно показывающему, что даже в примитивной СУБД все три упомянутых уровня можно чётко выделить:

Тем не менее, LibreOffice Calc является не СУБД, а приложением для работы с электронными таблицами. Сама по себе всякая электронная таблица уже является БД, но далеко не всякая БД является электронной таблицей. Поскольку целью книги не является обзор способов организации простейших БД и примитивных СУБД, то на этом примере мы пока остановимся и перейдём к более насущным вопросам.

Любое приложение, реализующее аналогичные вышеописанным прикладные функции, требующие использования механизма транзакций, относится к типу транзакционных. Отличительные особенности таких приложений следующие.

Обработка идёт в режиме реального или приближенного к реальному времени. Время отклика системы при запросе оператора не превышает единиц секунд.
Запросы представляют собой интенсивный поток коротких операций по вставке, изменению и удалению небольшого числа записей в БД. Эти операции могут быть как одиночными транзакциями, так и объединяться в более крупные транзакции.

Основными аббревиатурами, касающимися транзакций, с которыми вам придётся сталкиваться будут OLTP (On-Line Transaction Processing) — собственно интерактивная транзакционная обработка, и ACID (Atomicity- Consistency-Isolation-Durability) — принципы неделимости, целостности, изолированности и надёжности. О них мы поговорим в дальнейшем, рассмотрев на примерах принципы изоляции.

В противоположность транзакционной, аналитическая обработка данных имеет другие отличительные признаки.

Данные находятся в режиме чтения, за исключением моментов их обновления.
Выборки представляют собой одиночные тяжёлые запросы: поиски и расчёты по множеству произвольных критериев могут охватывать значительную часть данных в базе.
Время отклика системы не регламентировано, нередко пользователь имеет возможность прервать слишком долго выполняющийся запрос, чтобы упростить его или разделить расчёты на более короткие этапы.
Размеры базы данных, как правило, на порядок и больше превышают таковые для транзакционной.

Аналогичной аббревиатурой для интерактивной аналитической обработки является OLAP (On-Line Analytical Processing). Соответственно, интерактивное приложение, работающее с СУБД в режиме OLAP, относится к аналитическим.

Необходимо понимать, почему возникло разделение на транзакционную и аналитическую обработку, ведь со стороны внешнего уровня архитектуры СУБД они не слишком отличаются. В обоих случаях запросы, да, немного разные, ну и что?

Основная проблема заключается в том, что СУБД, ориентированные на транзакционную обработку, менее эффективны при работе с аналитическими запросами и наоборот. Универсальных архитектур и их реализаций, одинаково легко справляющихся как с большим потоком мелких запросов и транзакций, так и с гораздо меньшим числом массивных тяжёлых выборок по большому диапазону, не существует. Пока, по крайней мере. Ещё сложнее реализовать оба типа обработки одновременно в одной и той же БД. Поэтому возникла и уже долгое время [1] существует упомянутая выше специализация как среди СУБД, так и среди программистов, администраторов и консультантов.

Клиент-серверные и встроенные СУБД

Из сказанного следует, что СУБД, работающая как самостоятельный процесс, также является сервером, СУБД-сервером. Однако, некоторые СУБД позволяют напрямую пристыковать себя к процессу-приложению, например, посредством динамических библиотек. В этом случае СУБД исполняется в том же процессе (in-process), что и приложение и называется встроенной или встраиваемой.

Рис. 1. Взаимодействие приложения с СУБД в системах с разным числом звеньев

Встроенные СУБД по сравнению с клиент-серверными имеют ряд преимуществ и недостатков. К преимуществам встроенных СУБД можно отнести следующие особенности.

Простота разработки приложений. Программисту не требуется установка и настройка СУБД на своём рабочем месте. Программа имеет полный контроль над логикой работы с БД.
Простота развёртывания приложений. В большинстве случаев достаточно скопировать файлы динамически подгружаемых библиотек в директорий приложения, при этом пользователю даже не нужно иметь права администратора на своём компьютере или другом устройстве, например, на планшете.
Простота обслуживания локальной базы данных. Как правило, приложение со встроенной СУБД эксплуатируется в однопользовательском режиме, а размер базы данных относительно невелик, поэтому необходимость в дополнительной настройке прав доступа и оптимизации быстродействия практически отсутствует. Регулярные операции обслуживания базы данных (резервное копирование, индексация, очистка, дефрагментация и т. п.) могут быть автоматизированы и реализованы непосредственно приложением, например, при его запуске.
Возможность работы в однозадачной операционной системе. Хотя времена господства MS DOS на персональных компьютерах давно прошли, разработчики встраиваемых систем для различных устройств и оборудования смогут по достоинству оценить эту возможность.
Как правило, более высокое быстродействие на операциях вставки, удаления и считывания одиночных записей. Это связано не только с однопользовательским режимом работы, но и с отсутствием затрат на упаковку данных приложением с последующей их передачей по сети СУБД-серверу. По сути, приложение напрямую работает с локально расположенными файлами через слой программных интерфейсов (API) встроенной СУБД.

Кроме преимуществ, встроенные СУБД обладают рядом ограничений и недостатков, вытекающих непосредственно из технологии.

Более высокий риск потерь и повреждения данных. Как мы помним, встроенная СУБД находится в том же процессе операционной системы, что и приложение. Соответственно, аварийное завершение работы приложения в момент записи данных может повредить их. Транзакции также контролируются непосредственно приложением, поэтому при аварийном останове некому будет откатить незавершённые модификации базы данных и она останется в несогласованном состоянии.
Ориентация на автономные однопользовательские клиентские и многопоточные серверные приложения. Хотя с помощью разделения файлов в сети можно организовать доступ к одной БД из нескольких приложений, находящихся на разных устройствах, такое решение будет ограничено небольшим числом пользователей и малыми размерами базы данных. Не касаясь серьёзных проблем обслуживания и обеспечения безопасности такой БД, на практике в сети передачи данных 100 мегабит/сек проблемы быстродействия начинаются уже при десятке пользователей, работающих с файлами размером нескольких сотен мегабайт данных.
Невозможность распределения вычислительной нагрузки. Встроенная СУБД работает на одном устройстве, а вычисления производит непосредственно приложение. Клиент-серверная СУБД может быть развёрнута в кластере из многих устройств, при этом она способна сама производить вычисления, возвращая приложению- клиенту результат.
Низкий уровень безопасности. Файлы базы данных должны быть целиком доступны пользователю как минимум на чтение. Таким образом, невозможно предотвратить копирование этих файлов злоумышленниками.
Как правило, функционал встроенной СУБД урезан по сравнению с клиент-серверной версией того же продукта. Например, встроенная версия Microsoft SQL Server Compact несовместима с клиентсерверными версиями и сравнима с Microsoft Access.

Конечно, перечисленных критериев недостаточно для полноценного выбора технологии и типа СУБД, но, надеюсь, у читателя появится базис для систематизации поиска согласно требованиям к разрабатываемой программной системе.

Из ряда многочисленных встроенных СУБД, опробованных непосредственно на практике или в тестовом режиме, таких как xBase, Microsoft, Access, Microsoft SQL Server Compact, SQLite, Oracle Lite) наиболее интересным современным решением мне представляется Firebird по следующим причинам.

Кросс-платформенная СУБД, доступны версии для Windows, Linux и Mac.
Свободно распространяемая СУБД с открытым исходным кодом, допускающая использование в закрытых коммерческих продуктах.
Всего один основной DLL-файл для развёртывания (могут также понадобиться файлы ресурсов), одновременно работающий и как встроенная СУБД, и как клиентская библиотека для связи с СУБД- сервером Firebird. Соответствующий режим выбирается указанием или пропуском имени сервера в строке соединения.
Практически полностью поддержана функциональность своей клиент-серверной версии, включая поддержку встроенных типов данных, видов, триггеров, хранимых процедур и системы безопасности. Это значит, что разработанное программистом приложение будет иметь минимум специфики при работе со встроенной или клиент-серверной версией СУБД с возможностью переключения изменением всего одного параметра соединения.
Версионность данных, благодаря которой читающие транзакции не блокируют пишущие транзакции и наоборот. Разработчики отчётов оперативного контура информационных систем оценят эту возможность, когда требуется выдача согласованной информации на текущий момент времени.

Конечно, Firebird не лишён недостатков, особенно с точки зрения администратора баз данных, но для автономных приложений эта СУБД предоставляет разработчику заманчивые возможности. В дополнение к теме я приведу выдержки из своего небольшого обзора состояния Firebird, написанного в 2013 году с позиций как администратора БД, которому необходимо обеспечивать промышленную эксплуатацию баз данных под Firebird, так и инженера, постоянно решающего вопросы поддержки работоспособности продукта среди многих клиентов, эксплуатирующих разные версии СУБД.

Сноска. Firebird 2.5: состояние

Firebird достаточно лёгок в администрировании: для относительно небольших

баз данных и приложений СУБД практически не требует вмешательства администратора БД. Для разработчиков автономных приложений это важный фактор, позволяющий минимизировать затраты на поддержку приложений у клиентов, не предоставляющих удалённый доступ к своей сети или у которых не имеется своего администратора БД в штате службы ИТ, если она вообще есть.

Однако, если эксплуатируемых баз данных, приложений и пользователей в хозяйстве становится все больше, то прежняя лёгкость начинает превращаться в легковесность.

Особенности реализации требуют, чтобы операция создания внешнего ключа между двумя таблицами проводилась только при наличии одного единственного соединения к БД. Сами же таблицы создать можно и в обычном соединении, имея соответствующие права. Просуществовало это ограничение до версии 2.1, но у многих клиентов в эксплуатации находится ещё версия 1.5.

Штатных средств соединения в однопользовательском режиме нет. Поддержка предлагает утилитой gfix отключить базу данных в эксплуатации (!), потом включить её в режиме sysdba, что, впрочем, тоже не гарантирует единственного соединения, если более одного сотрудника имеют доступ с уровнем sysdba.

Средства администрирования, прежде всего аудита и мониторинга из комплекта достаточно примитивны. Например, трассировщик запросов, [4] образцом которого вполне может служить MS SQL Server Profiler, являет собой утилиту командной строки, запускаемую со своим конфигурационным файлом. Последующую расшифровку полученных результатов надо проводить вручную при помощи регулярных выражений. Есть коммерческие утилиты, предоставляющие более дружественный интерфейс. В версии 2.5 появились возможности накопления статистики в системных таблицах мониторинга вида MONSXXX.

С другой стороны, с точки зрения программиста, Firebird представляет собой удобный СУБД-сервер: простой в установке, нетребовательный к ресурсам вычислительного устройства, переносимый между различными операционными системами, встраиваемый в приложение. Собственный язык программирования позволяет реализовать логику в хранимых процедурах и триггерах. Имеется большое число средств проектирования, разработки и отладки: от свободно распространяемых с открытым кодом до коммерческих. Стандартные средства сетевого доступа к СУБД имеются практически для всех платформ разработки от массово-корпоративной Явы до более экзотических вроде Руби.

[1] Имеется в виду понятие процесса не только в рамках многозадачной операционной системы, но и любого программного модуля на устройстве, например, на платёжном терминале для приёма банковских карт или на кассовом аппарате.

[2] Первые тиражируемые системы аналитической обработки данных относятся к 1970 году (Express), но окончательно, как самостоятельное направление, OLAP оформилось только в начале 1990-х годов.

[3] На данный момент и уже в течение многих лет Big-3 поставщиков СУБД на мировом рынке составляют корпорации Oracle, IBM и Microsoft.

[4] Запрос к СУБД, требующий преимущественно операции с долговременной памятью (дисковой памятью)

Читайте также: