Основные функции СУБД

1.7 Основные функции  СУБД 

Управление данными во внешней памяти.

Информация из БД хранится во внешней памяти, а в некоторых  СУБД используются возможности существующих файловых систем. В то же время развитые СУБД поддерживают собственную систему  именования объектов БД.

Управление оперативной  памятью.

Если при обращении  к любому элементу данных будет производиться  обмен с внешней памятью, то вся  система будет работать со скоростью  этого устройства. Чтобы ускорить обработку БД, их нужно размещать  в оперативной памяти. Но так как СУБД оперируют БД, размер которых обычно существенно больше доступной оперативной памяти, то требуется буферизация (разбиение на части и последовательная обработка) данных в оперативной памяти. Буферизация данных может выполняться как ОС (общесистемная буферизация), так и самой СУБД.

Управление транзакциями.

Последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как  единое целое, называется транзакцией  и поддерживает логическую целостность  БД. С управлением транзакциями в  многопользовательской СУБД связаны важные понятия сериализации транзакций и сериального плана выполнения смеси транзакций. Под сериализации параллельно выполняющихся транзакций понимается такой порядок планирования их работы, при котором суммарный эффект смеси транзакций эквивалентен эффекту их некоторого последовательного выполнения.

Журнализация.

При хранении данных во внешней  памяти должен обеспечиваться необходимый  уровень надежности, т. е. СУБД должна быть в состоянии восстановить последнее  согласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя. Сбои бывают двух типов: «мягкие» (без потери данных на устройствах внешней памяти), например, при аварийной остановке работы компьютера из-за отключения питания или из-за ошибки в программе, и «жесткие», характеризуемые потерей данных. К программным сбоям можно отнести, например, аварийное завершение пользовательской программы, в результате чего некоторая транзакция остается незавершенной.

Очевидно, что независимо от типа сбоя для восстановления БД нужно иметь некоторые дополнительные сведения, которые имеются и в журнале изменений БД. Это недоступная пользователям СУБД часть БД, в которую заносятся записи обо всех изменениях основной части БД. При занесении записей в журнал поддерживается протокол «упреждений» (Write Ahead Log - WAL), т. е. запись об изменении любого объекта БД попадает во внешнюю память журнала раньше, чем измененный объект попадет во внешнюю память основной части БД.

Для восстановления БД после  «мягкого» сбоя необходимо выполнить  откат транзакции, а для восстановления БД после жесткого сбоя используют журнал и архивную копию БД. При этом под архивной копией понимают полную копию БД к моменту начала заполнения журнала.

Поддержка языков БД.

Для работы с  базами данных используются специальные языки, называемые языками баз данных. В ранних СУБД поддерживалось несколько специализированных языков, среди которых чаще всего использовались язык определения схемы БД (SDL - Schema Definition Language) и язык манипулирования данными (DML - Data Manipulation Language).

Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее  время реляционных СУБД является язык SQL (Structured Query Language), который сочетает в себе средства SDL и DML, т. е. позволяет  определять схему реляционной БД и манипулировать данными. SQL содержит специальные средства определения ограничений целостности БД, а его специальные операторы позволяют определять так называемые представления БД, которые фактически являются хранимыми в БД запросами. Результатом любого запроса к реляционной БД является таблица с именованными столбцами.

Основные положения

База данных (БД) в строгом смысле слова представляет собой совокупность взаимосвязанных  файлов данных определенной организации. БД, как правило, включает целый ряд  файлов, но может состоять и из единственного файла. Данные, составляющие БД, отражают характеристики объектов и их отношений в соответствующей прикладной области. Каждый файл, входящий в БД, содержит определенное число записей (изменяемое в процессе функционирования БД), отражающих ту или иную сторону (это определение таблицы а не файла БД) предметной области, на которую ориентирована БД. Как правило, файлы БД содержат большое число однотипных записей(совершенно не правило. Думаю лучше ввести понятие таблица или набор записей). Записи, в свою очередь, состоят из полей, представляющих определенные типы информации об объектах. Поле является наименьшей информационной единицей, непосредственно доступной в записи. Если файл_1 БД (рис. 1) содержит п однотипных записей (имеющих одинаковую структуру полей и их смысловую нагрузку),то j-запись (1<j<n) файла состоит из фиксированного набора (кортежа полей А1—Ак), каждое из которых содержит в общем случае различного типа информацию. При наличии БД прикладные программы могут использовать ее информацию (записи и их поля) для решения конкретных задач в прикладной области, на которую ориентирована данная БД.

TODO: таблица Файловая организация баз данных

Пользователями  БД являются четыре основные категории  потребителей ее информации и/или поставщиков информации для нее: (1) конечные пользователи, (2) программисты и системные аналитики, (3) персонал поддержки БД в актуальном состоянии и (4) администратор БД. Хорошо спроектированные системы управления БД (СУБД), используют развитые графические интерфейсы и поддерживают системы отчетов, отвечающие специфике пользователей указанных четырех категорий. В этом случае персонал поддержки БД и конечные пользователи могут легко осваивать и использовать СУБД для обеспечения своих потребностей без какой-либо специальной подготовки, т.е. специфика функционирования данных систем скрыта от пользователя. Более того, хорошо спроектированные СУБД предоставляют опытному пользователю средства для создания собственных БД-приложений, не требуя от него специальной программистской подготовки. Конечным пользователям для обеспечения доступа к информации БД предоставляется графический интерфейс, как правило, в виде системы окон с функциональными меню, позволяющими легко получать необходимую информацию на экран и/или принтер в виде удобно оформленных отчетов.

Программисты  и системные аналитики используют СУБД совершенно в ином качестве, обеспечивая  разработку новых БД-приложений, поддерживая  и модифицируя (при необходимости) уже существующие. Для данной группы пользователей СУБД требуются средства, обеспечивающие указанные функции (создание, откладка, редактирование и т.д.). Пользователи третьей категории нуждаются в интерфейсе, как правило, графическом для обеспечения задач поддержания БД в актуальном состоянии. Эти пользователи состоят в штатах подразделений функциональных и/или обработки информации, обеспечивающих прикладную область, и отвечают за актуальное состояние соответствующей ей БД (контроль текущего состояния, удаление устаревшей информации, добавление новой и т.д.). Программисты выполняют своего рода посреднические функции между БД и конечными пользователями. И если на первых этапах развития БД-технологии они составляли весьма многочисленную группу пользователей, то в процессе развития СУБД и, прежде всего, массового использования ПК эта категория сходит на нет. Особую и ответственную роль выполняет администратор, отвечающий как за актуальность находящейся в БД информации, так и за корректность функционирования и использования БД и СУБД.

В случае больших  БД может быть достаточно много конечных пользователей, ряд программистов и несколько администраторов БД; в случае небольших БД (что особенно характерно для ПК) все эти функции могут обеспечиваться одним человеком. Важные функции выполняет администратор БД, отвечающий за выработку требований к БД, ее проектирование, реализацию, эффективное использование и сопровождение. Необходимость в таком специалисте вытекает из принципа независимости данных, а также диктуется важностью БД в деятельности организаций и более крупных объединений — поставщиков и потребителей информации БД. Администратор БД взаимодействует с пользователями в определении требований к базе в процессе выработки требований к системе в целом, пользуется языков описания данных для определения БД в процессе проектирования системы, взаимодействует с программистами, которые создают ПС использующее доступ к БД, отвечает за загрузку БД информацией в процессе реализации системы, контролирует работоспособность БД, используя соответствующие программные и аппаратные средства, и определяет, когда следует реорганизовывать данные в базе или начать работы по созданию новой, более совершенной БД. В целом функции администратора БД сводятся к поддержанию целостности БД, необходимого уровня защиты ее данных и эффективности. Среди его наиболее важных обязанностей — согласование конфликтующих требований, которое требуется достаточно часто, ибо БД обслуживает, как правило, целый ряд различных прикладных процессов.

Как уже отмечалось, БД представляет собой совокупность логически взаимосвязанных файлов данных определенной организации; для определения и обращения к такой файловой совокупности используют средства системы управления БД (СУБД). СУБД представляет собой совокупность лингвистических и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями. Тогда как под системой БД понимается СУБД с наполненной соответствующей информацией БД, управляемой ее средствами. Это означает, во-первых, что совокупность файлов БД определяется посредством схемы, не зависящей от программ, которые к ней обращаются, и, во-вторых, что она реализована на основе ВП прямого доступа. Использование СУБД обеспечивает лучшее управление данными, более совершенную организацию файлов и более простое обращение к ним по сравнению с обычными способами хранения информации. Вследствие более совершенных механизмов доступа БД, как правило, имеют более сложную организацию, чем обычные файлы, объединяя данные, ранее хранящиеся во многих отдельных файлах. Размер и сложность не являются определяющими характеристиками БД — наличие СУБД для ПК и даже в среде ряда пакетов (например, табличных процессоров, интегрированных и др.) приводит к созданию большого числа относительно простых и небольших БД, достоинством которых (при наличии соответствующих СУБД) являются простота определения и доступа к данным. Под банком данных (БнД) понимается система лингвистических, программных, аппаратных и организационных средств, основанная на БД-технологии и предназначенная для централизованного накопления и коллективного использования данных в той или иной прикладной области. Тогда как система обработки информации (СОИ) реализует автоматизированный сбор, обработку и хранение информации, включая соответствующие лингвистические, программные, аппаратные, организационные средства и обслуживающий их персонал.

Под целостностью БД понимается актуальное состояние  ее данных, отражающих состояние некоторой  реальной прикладной области и подчиняющихся  правилам непротиворечивости. Под языком БД понимается один или совокупность языков, обеспечивающих описание данных, манипулирование с данными. Конкретный язык БД всегда ассоциируется с конкретной СУБД. СУБД представляет собой средства обработки на языке базы данных, позволяющие обрабатывать обращения к БД, поступающие от прикладных программ и/или конечных пользователей, и поддерживать целостность БД. Таким образом, СУБД имеет свойства, характерные как для компиляторов, так и для ОС, однако по сравнению с первыми обеспечивается более высокий уровень абстрагирования, что оказывается очень полезным как для программистов, так и для конечных пользователей.

[редактировать]

Иерархическая и сетевая даталогические модели СУБД

Каждая БнД  содержит и обрабатывает информацию из конкретной прикладной области, представляющей интерес для определенных приложений. Описание предметной области без акцента на ее последующие БнД-реализации определяет инфологическую модель предметной области (рис. 2). Инфологическая модель является исходной для построения даталогической модели БД и служит промежуточной моделью для специалистов предметной области (для которой создается БнД) и администратора БД в процессе проектирования и разработки конкретной БнД.

Под даталогической понимается модель, отражающая логические взаимосвязи между элементами данных безотносительно их содержания и физической организации. При этом даталогическая модель разрабатывается с учетом конкретной реализации СУБД, также с учетом специфики конкретной предметной области на основе ее инфологической модели. Для конкретной реализации даталогической модели проектируется физическая модель (рис. 2), oтображающая первую на конкретные программные и аппаратные средства (ОС, внешняя память, работа с данными на физическом уровне и т.д.). Наполненная конкретной информацией физическая модель и составляет собственно БД. Система, обеспечивающая cоответствующее совместное функционирование указанных компонентов и составляет суть конкретной СУБД.

Современные СУБД допускают целый ряд классификаций  в зависимости от уровня их рассмотрения (в целом либо по совокупности их функциональных характеристик): по интерфейсу с пользователем в зависимости от поддерживаемых моделей, по назначению и режиму функционирования, по способу обработки информации и т.д. Мы кратко остановимся на моделях даталогического уровня, который берется за основу большинства современных классификаций СУБД.

Обычно различают  три класса СУБД, обеспечивающих работу иерархических, сетевых и реляционных  моделей. Однако различия между этими  классами постепенно стираются, причем, видимо, будут появляться другие классы, что вызывается прежде всего интенсивными работами в области баз знаний (БЗ) и объектно-ориентированной инфотехнологией, о которой будет идти речь ниже. Поэтому традиционной классификацией пользуются все реже, но мы пока будем придерживаться именно ее, как наиболее устоявшуюся. Каждая из указанных моделей обладает характеристиками, делающими ее наиболее удобной для конкретных приложений. Одно из основных различий этих моделей состоит в том, что для иерархических и сетевых СУБД их структура часто не может быть изменена после ввода данных, тогда как для реляционных СУБД структура может изменяться в любое время. С другой стороны, для больших БД, структура которых остается длительное время неизменной, и постоянно работающих с ними приложений с интенсивными потоками запросов на БД-обслуживание именно иерархические и сетевые СУБД могут оказаться наиболее эффективными решениями, ибо они могут обеспечивать более быстрый доступ к информации БД, чем реляционные СУБД.

 
Глава1. Внедрение информационных технологий в сферы государственного и муниципального управления.

Информационные  технологии играют все более заметную роль в современном мире — без  них невозможно принятие надежных обоснованных решений в политике, бизнесе, науке и других сферах жизни как государства в целом, так и отдельных людей. Так, информационная «магистраль» Интернет объединяет более ста стран мира. Информационное обеспечение бизнеса позволяет осуществлять международную интеграцию рынков товаров и услуг, труда, инвестиций и финансов. Информационные технологии становятся важнейшими механизмами ускорения темпов развития. Если вначале XX в. господствовал принцип «Винтовка рождает власть», то сегодня можно говорить о том, что «информация рождает власть и правит миром». Информация становится решающим фактором эффективного функционирования управленческой системы, социального состояния общества, темпов экономического развития. Информационное обеспечение процесса управления приобретает все более превалирующее значение в сравнении с обеспечением общества энергией и капиталами. Управленческий аспект информации связан с тем, что всякое управление любой системы является информационным процессом и заключается в сборе, передаче, переработке и использовании информации.

Опыт России последних лет показал, что важно  учитывать «общественность» в ее интерпретации в русле западноевропейской и русской национальной традиций. В процессе взаимодействия власти и  общественности необходимо использовать средства массовой информации, которые определяют уровень сознания и населения всей страны, подвигают его на конкретные действия, добиваются согласия на те или иные программы правительства. Поддерживают определенные стандарты политического поведения, обеспечивают движение от события к информации и далее к символу. Поле деятельности политической общественности находится в области управления общественным мнением. Возможность гласного, публичного высказывания людей в СМИ и влияния на политическую элиту составляет суть той общественности, которая выступает в качестве лидеров мнений.

В современном  постиндустриальном обществе информация становится стратегическим ресурсом, а информационные технологии являются одним из инструментов повышения  эффективности государственного и  муниципального управления. Внедрение информационных технологий в сферы государственного и муниципального управления является задачей стратегической важности. 

1.1. Информационная  структура современного государственного  управления

Информационная  структура — одна из наиболее актуальных и технологически сложных проблем современного государственного управления. Информационная структура, выступая каркасом системы государственного управления, влияет на состояние субъекта и объекта, реализацию основных функций, выбор форм и методов связей с общественностью. Субъект управления структурноорганизованная социальная общность, выполняющая функции руководства и воздействия на объект с целью перевода его в новое состояние, — использует государственную информацию как основной ресурс управленческого воздействия. Объект управления — структурированная социальная общность, также использует информацию, прежде всего социальную и широкодоступную, и функционирует под направляющим воздействием субъекта для достижения общих целей. Механизмы и технологии, обеспечивающие эффективное субъектнообъектное взаимодействие, включены в информационную структуру как формы и виды связей.

В прежней управленческой системе тоталитарного общества традиционно доминировала и преобладала  информационная структура, которая складывалась под воздействием господствующей государственной идеологии и характеризовалась безоговорочной верой чиновника любого ранга и гражданского населения в истинность ее положений. Одностороннее идеологическое видение действительности приводило к складыванию внутренне противоречивой системы информирования, размывающей почву целостного осмысления социальнополитических процессов. Это приводило к неизбежному одностороннему отбору фактов и сведений аппаратом управления и возникновению фатальных ошибок. Что касается гражданского населения, то замалчивание неугодных фактов, дезинформация и приукрашивание реальной социальноэкономической ситуации порождало двойственность общественного сознания, когда в мыслях было одно, на словах другое, а в реальной деятельности — третье.

Особенность современной  политической ситуации состоит в  том, что осуществляется переход  от жестко централизованной структуры  к разделению власти на несколько  ветвей, от единственной государственной  идеологии к политическому плюрализму, от старой «человеческой» технологии устного и письменного слова к широкому использованию информационных технологий, формированию современной информационной структуры государственного управления.

Государственное управление как исполнительнораспорядительная деятельность аппарата предполагает позитивную, организующую и творческую деятельность органов законодательной, исполнительной и судебной властей. Они осуществляют на правовой основе хозяйственную, социальнокультурную и административнополитическую функции. Эффективная реализация вышеназванных функций невозможна без разветвленной, гибкой и динамичной информационной структуры. Для того чтобы разделение власти было защищено от злоупотреблений, ошибок и дилетантизма, необходим баланс в обладании информацией и социальными знаниями. Поэтому начиная с 1993 г. Администрация Президента, Правительство и двухпалатный Парламент Российской Федерации концентрируют материальные, финансовые и административные ресурсы и направляют их на формирование информационной структуры государственного управления. Создание информационной инфраструктуры страны осложняется такими факторами, как географическая протяженность, недостаточно развитая инфраструктура, переходное состояние экономики, распад старой системы ценностей и низкая компьютерная грамотность населения.

Современная информационная структура России включает в себя информацию, информационные ресурсы, программные  средства вычислительной и телекоммуникационной техники, информационные сети и системы, банки и базы данных, интеллектуальные информационные технологии, высокопрофессиональный персонал, обеспечивающий их создание и использование.

Информация, циркулирующая  в аппарате власти федерального и  регионального уровней, — это  сложный и многообразный тип  информации. Она огромна по объему, разнообразна по содержанию и характеризуется изменчивостью в динамике. Значительная часть ее связана с формированием и реализацией управленческих воздействий. Другая, не менее значимая, выражает взаимосвязи государственного аппарата с потребностями и интересами миллионов граждан.

Все информационные потоки, включенные в управленческий коммуникационный процесс, можно разделить  на три группы: 

1) информация, циркулирующая  внутри органов государственной  власти;

2) информационные  потоки между органами управления разного уровня;

3) информационные  потоки между органами управления  и объектами управления во  внешней информационной среде.

Движение информации регулируется специальными управленческими  структурами. Это могут быть структурные  подразделения внутри и вне органов государственного управления. Они обеспечивают мониторинговую деятельность, собирают информацию для разработки моделей и вариантов управленческих решений. К ним можно отнести информационноаналитические центры, управления по связям с общественностью, прессцентры, информационнопоисковые системы, информационные агентства, комитеты по статистике, средства массовой информации.

Сегодня в системе  государственного управления существенно  изменилось отношение к аналитическим  службам на федеральном и региональном уровнях, расширяется само понимание сути аналитической и экспертной работы. Особенно усиливается роль различных видов экспертизы — правовой, макроэкономической, международной, научнотехнической, криминальной и др.

К аналитической  деятельности большинство экспертов федеральных аналитических служб относят те процессы и процедуры интеллектуальной деятельности, которые имеют признаки творчества, позволяющего создавать новую информацию, выявлять скрытые проблемы или их аспекты, предлагать нетрадиционные способы их решения. Все это позволяет сократить перебор управленческих решений и время принятия позитивных решений.

Специалисты информационноаналитических служб в региональных администрациях вкладывают в понятие «аналитическая деятельность» самое разное содержание:

• • информатизацию управленческих процессов;

• • освоение компьютера для машинописных работ;

• • создание справочноинформационных систем и  технологий.

Все информационноаналитические службы регионов можно разделить  на три класса:

Службы первого  класса занимаются упорядочением информационных ресурсов и создают для этого соответствующие справочные массивы (правовая информация, письма жителей региона, различные справки и документы по ситуации, подготовленные традиционными методами).

Службы второго  класса занимаются аналитической обработкой, используя базы данных («пресса», «статистика», «реформы», создают муниципальные информационные системы).

Службы третьего класса разрабатывают аналитические  и экспериментальные технологии, обслуживающие чрезвычайные ситуации, а также избирательные кампании.

В информационном обеспечении государственной власти наибольшая значимость принадлежит  информационноаналитическим службам. Аналитическая деятельность «встроена» в процесс управления. Здесь решаются организационные, технические, кадровые вопросы. Именно они выявляют и формулируют информационные потребности руководства для управления. От работы информационноаналитических центров зависит наиболее точный и полный охват функций, закрепленных за органом власти или отдельным работником, учет специфики видов информации, свойственной отдельным звеньям управления, установление оснований и видов ответственности работников аппарата за предоставление и обработку информации.

В современной  системе государственного управления существенно изменилось отношение к аналитическим службам на федеральном и региональном уровнях. Расширяется само понимание сути аналитической и экспертной работы. Особенно усиливается роль различных видов экспертизы — правовой, макроэкономической, международной, научнотехнической, криминальной и др.

Специалисты для  информационноаналитических центров  готовятся в Институте проблем  управления РАН и проходят стажировку в Аналитическом центре при Президенте РФ и Центре экономической конъюнктуры.

В задачи информационноаналитических центров входит:

• • информационноаналитический мониторинг экономической, социальнополитической, экологической, криминогенной ситуации в регионе;

• • анализ, диагностика, моделирование и прогнозирование управленческого процесса;

• • поиск  и обнаружение проблемных областей в сфере федерального и регионального  управления, а также методов их решения;

• • экспертиза важнейших управленческих решений, инвестиционных проектов;

• • подготовка и обоснование на основе информации альтернатив управляющих решений для лица, принимающего решение и их обоснование;

• • подготовка прогнозов, аналитических обзоров  и ретроспективных справок.

Рассмотреть место  информационноаналитической службы в  системе современного государственного управления можно на примере работы информационноаналитического управления Аппарата Совета Федерации. Его основная задача заключается в обеспечении эффективной и аналитической поддержки работы Совета Федерации.

Верхняя палата российского парламента — Совет Федерации не принимает законов, а только одобряет или отклоняет тексты, принятые Государственной Думой. Эффективное выполнение данной функции требует организации регулярного взаимодействия органов Совета Федерации с Государственной Думой, а при необходимости и с другими органами власти на всех этапах подготовки законопроектов. Таким образом, он выполняет функцию связующего звена между федеральной системой власти и властными органами субъектов Федерации. Палата сформирована из действующих руководителей субъектов Федерации, т.е. из практиков, постоянно сталкивающихся в своих регионах со всем многообразием социальноэкономических, политических и иных проблем. Руководители регионов получают возможность непосредственно участвовать в формировании политики федеральных властей, а согласованные с ними решения федерального уровня получают дополнительную опору при реализации ее в регионах России.

Совет Федерации  также участвует в программах взаимодействия с парламентами других стран и с международными организациями.

В связи с  этим основной задачей аналитической  деятельности становится обеспечение  всех функций Совета Федерации —  в части формирования как внутренней, так и внешней социальноэкономической государственной политики.

Особенно важной является задача аналитического обеспечения членов Совета Федерации объективной и полной информацией, необходимой для принятия взвешенного решения с учетом интересов Российской Федерации. Можно выделить следующие значимые виды информации:

• • о положении  в сфере, регулируемой законопроектом;

• • о выдвигавшихся  концепциях закона в ходе работы над  ним в Государственной Думе;

• • насколько  учтены позиции и интересы субъектов  Федерации в окончательной редакции законопроекта;

• • к каким  последствиям, как позитивным, так  и негативным, может привести его реализация.