Система управления базами данных: что это такое Для качественного функционирования сайта требуются не только файлы с кодом страниц, но и использование баз данных. Для корректного взаимодействия с БД применяются системы управления базами данных (СУБД). В статье мы расскажем, что такое системы управления базами данных, для чего они нужны, какие виды существуют. Мы также приведем конкретные примеры программного обеспечения. Что такое СУБД Чтобы понять, что называется системой управления базами данных, определимся, что такое база данных. База данных представляет собой набор упорядоченной информации, имеющей свою структуру. Она хранится на определенном компьютере. Проще говоря — это Excel-таблица, в которой у каждого элемента есть свои определенные свойства. Например, при создании базы данных для магазина электротехники у каждого товара (смартфоны, ноутбуки, телевизоры, холодильники и т.д.) будут свои свойства: количество, стоимость и многие другие. Сами базы данных не обладают каким-либо функционалом. Для них нужно писать свои методы для управления — для того чтобы добавить новый элемент или найти нужную запись. Для упрощения работы придумали СУБД. Система управления базами данных (СУБД) представляет собой своеобразный набор инструментов, использующихся для удобного управления базами данных: добавления, фильтрации, удаления, поиска элементов. СУБД также помогают менять структуру файлов, создавать резервные копии. Если представить образно, то СУБД — это своеобразная прослойка между пользователями и базой данных. Так, когда пользователь кликает на кнопку на сайте для получения определенной информации, то сайт создает специальный запрос именно в СУБД. Программное обеспечение разбирает его, выполняет поиск в базе данных нужной информации, после чего возвращает обратно на сайт. На нем пользователь получает необходимые данные в удобном для себя виде. Отсутствие СУБД мгновенно лишает пользователя подобного удобства. Разработчикам пришлось бы самостоятельно искать в файлах необходимую информацию и тратить на это время. Для чего нужны СУБД Система управления базами данных позволяет создавать, объединять, удалять информацию, предоставлять доступ к ней только определенным пользователям, качественно защищать от взлома. К основным функциям системы управления базами данных относят: формирование баз данных, их редактирование, удаление и объединение по ряду признаков; хранение любых объемов информации в структурированном виде и в нужном формате; защита информации от взлома и нежелательных изменений посредством распределенного доступа, который подразумевает предоставление разного объема данных определенным группам пользователей; выгрузка и сортировка данных по заданным фильтрам посредством SQL-запросов; поддержка целостного состояния баз данных, качественное резервное копирование и восстановление после длительных сбоев. В использовании СУБД заинтересованы разные специалисты, работающие с информацией в IT. Так, разработчики приложений и сайтов используют СУБД для хранения и обработки информации о пользователях, транзакциях, прочих операциях. Это удобно для любого бизнеса, реализующего товары или предоставляющего услуги. Клиентские данные надежно защищены и не теряются — это защищает бизнес от затрат времени, денег и сил. Не меньше пользы СУБД приносит аналитикам данных и специалистам по Data Science. Нужная информация извлекается для исследований, формируются отчеты и строятся прогнозы. При помощи системы управления базами данных распознаются лица людей на фотографиях, группируются изображения. Это происходит благодаря машинному обучению на основании миллионов файлов. СУБД исключительно полезны для DevOps-инженеров, которые занимаются наладкой автоматизированного процесса разработки и внедрения программного обеспечения на основе полученной информации и отчетов. Вручную анализировать отчеты пользователей очень сложно. Системы управления базами данных позволяют автоматизировать этот процесс, ускорить разработку обновлений и качественно собирать информацию о возникших ошибках. Из чего состоят системы управления базами данных СУБД — это целый комплекс инструментов. Каждый предназначается для выполнения базой данных определенного действия. Так, один выполняет считывание, другой — удаляет элементы или обрабатывает запросы от пользователя. Для правильного функционирования СУБД должна иметь грамотно созданную архитектуру. К основным элементам относят ядро, процессор, программные средства и непосредственно базы данных: Ядро. Представляет основу всей системы, отвечающей за хранение и обработку баз данных. Именно в ядре находятся данные обо всех выполненных изменениях: добавлении, удалении и исправлении баз и ячеек. Процессор. По-другому называется компилятором. Занимается обработкой поступающих к базам данных запросов на внутренних языках и SQL. Он преобразует их в нужные команды и передает необходимые результаты. Программные средства. Это утилиты, которые используются для ввода запросов. Администраторы баз данных осуществляют настройку доступа и прочих параметров. Базы данных. Информация хранится особым образом. Базы данных могут быть реляционными и объектными. Первые представлены в виде связанных друг с другом таблиц, вторые — в виде своеобразных блоков данных с определенными настройками. Грамотное структурирование баз данных позволяет легко управляться со всей находящейся в компании информацией и правильно выстраивать функционирование бизнеса. Основные виды системы управления базами данных Системы управления базами данных бывают разными в зависимости от определенных параметров. Предлагаем вам следующие классификации: по расположению баз данных, по языку запросов, по хранению и обработке данных, по структуре и организации данных. По расположению баз данных В зависимости от расположения баз данных СУБД бывают распределенными и локальными: Локальные. Это значит, что все содержимое баз данных находится на одном компьютере — например, на сервере компании. Распределенные. Часть информации находится на компьютере, часть — в облаке. Современные СУБД могут быть комбинированными, то есть одновременно и локальными, и распределенными. По хранению и обработке данных и запросов В зависимости от способа хранения и обработки данных СУБД бывают клиент-серверными, файл-серверными и встраиваемыми: Клиент-серверные. СУБД и база данных расположены на одном компьютере, на который поступают запросы пользователей. Получить доступ к подобной СУБД можно с любого компьютера. Подобное программное обеспечение используется большинством магазинов. Это позволяет их пользователям быстро получать актуальную информацию обо всех товарных позициях. Файл-серверные. База данных расположена на сервере, а СУБД — на других устройствах, с которых выполняются запросы к базе. Поэтому для получения информации у пользователя должно быть установлено и настроено программное обеспечение. Файл-серверные СУБД применяются для локальных сервисов компаний. Это могут быть CRM-системы, в которых расположена информация о клиентах и документообороте. Встраиваемые. Представляют собой локальные СУБД в виде отдельного модуля для управления информацией внутри приложений. Написаны в виде специальных библиотек для разных языков программирования. По языку запросов СУБД могут поддерживать язык как структурированных, так и неструктурированных запросов: SQL. Он представляет собой язык создания структурированных запросов к базам данных. Наиболее используемые СУБД. NoSQL. Язык для запросов, основанный на прочих языках программирования. Это могут быть Python или JavaScript. Актуальны для оперирования с большими массивами данных. По структуре и организации данных Это весьма обстоятельная типология, в основе которой — различия в представлении информации внутри баз данных. СУБД могут быть реляционными. Они связаны через ряд сквозных параметров. Подобная архитектура создана для построчного хранения информации и применяется для создания строгой структуры. Важная особенность реляционных СУБД заключается в небольшом объеме элементов, которые получит пользователь за одно обращение. У каждой строки есть собственный уникальный идентификатор или ключ. Это упрощает поиск нужных данных и облегчает связь между ними. Реляционные базы данных актуальны в случаях, когда объем данных не превышает нескольких терабайт. Среди наиболее популярных PostgreSQL, Microsoft SQL Server, MySQL, Oracle. Реляционные СУБД используются в случаях, когда важны следующие параметры: Частые изменения информации. Реляционные СУБД соблюдают строгость структуры. За один раз выполняется запрос небольшого количества записей. Транзакционный характер функционирования. Операции подразумевают выполнение сразу нескольких запросов к базе данных. Поиск по индексам. Каждый элемент базы данных представляет строку, что существенно упрощает поиск информации. Объем данных не более нескольких терабайт — в противном случае база данных будет функционировать медленно. Распространенным видом СУБД являются документные. В отличие от реляционных, они сохраняют информацию в виде документов, но не таблиц и строк. Основным преимуществом является возможность хранения данных без строго ограничения по структуре. Особенностью документных СУБД является то, что информация в них хранится целиком и получается по одному запросу. Это действует даже в случаях, если структура элементов будет отличаться друг от друга. В документных базах данных используются ссылки на прочие записи — это роднит их с реляционными моделями. В качестве примера программного обеспечения можно привести MongoDB, CouchDB и Amazon DocumentDB. Еще одним видом СУБД являются колоночные. В них информация хранится последовательно в виде одной колонки. Подразумевается, что на одном и том же месте в колонке сохраняется информация, относящаяся к одной строке. Это обеспечивает важное преимущество подобной модели — эффективное сжатие информации и анализ. Используя колоночные СУБД, вы сможете загружать новые данные как без остановки, так и порциями. Они используются в анализе данных, хранении истории событий. К популярным примерам программного обеспечения можно отнести ClickHouse, Apache Druid, Vertica, BigQuery. В различных проектах специалисты нередко используют СУБД типа «Ключ-значение». В каждом элементе БД применяется уникальный идентификатор, состоящий из ключа и значения. Подобный способ хранения схож с типом данных «словарь» в языках программирования. Такие модели выполняются в виде хеш-таблиц. У каждой записи есть только один индекс. Жестких ограничений в плане структуры элементов нет. Данные модели активно используются для очередей, кэша, и логирования. К популярным видам программного обеспечения относят Redis, DynamoDB и Aerospike. Еще одним видом систем управления базами данных являются графовые модели. В них все элементы взаимосвязаны в виде графа. Каждый узел обладает большим количеством связей с прочими узлами. Если изобразить графически, то такие СУБД имеют вид паутины. Они используются в социальных сетях или рекомендательных сервисах. В каждом узле графовой базы есть данные, а для составления взаимосвязи между ними применяются ребра. В них описывается характер взаимосвязи между двумя узлами. К популярным брендам подобного программного обеспечения можно отнести Amazon Neptune, Neo4j и InfiniteGraph. Примеры современных СУБД Ниже мы приведем примеры наиболее используемых систем управления базами данных. MySQL Это одна из наиболее популярных и распространенных СУБД, которая используется во многих известных компаниях — от Facebook до Twitter. Это реляционная СУБД, которая относится к свободно распространяемому ПО. К преимуществам можно отнести: поддержку разных типов таблиц; оперативное выполнение всех команд; возможность одновременной работы неограниченного количества пользователей с СУБД; опция использования не только текстового, но и графического режима — это делает ненужным знание SQL-команд; администрировать БД можно через браузер. MySQL представляет собой выбор тех, кому нужна СУБД для небольших или средних проектов без сложностей в администрировании. PostgreSQL Свободно распространяемое программное обеспечение, которое относится к объектно-реляционному типу СУБД. Работа основывается на SQL (стандарт SQL-2011). У СУБД нет ограничений ни по максимальному размеру БД, ни по количеству записей или индексов в таблице. Преимущества PostgreSQL: надежность транзакций и репликаций; простая расширяемость; поддержка различных расширений и вариантов языков программирования; возможность загрузки C-совместимых модулей; хорошая и подробная документация в сравнении с MySQL. Нередко специалисты говорят о том, что такая СУБД — это сильная и многофункциональная система, сравнимая с Oracle. Это позволяет судить о ней, как об одной из самых продвинутых. SQLite Наиболее компактная СУБД, которая относится к встраиваемому и реляционному типу. Среди ее особенностей: возможность хранения всех данных в одном файле; очень быстрое функционирование; движок и интерфейс находятся в одной библиотеке, что позволяет выполнять все запросы оперативно. У SQLite есть и недостатки: отсутствие пользовательской системы и возможности увеличения производительности. Oracle СУБД объектно-реляционного типа. Она использует расширение PL/SQL и язык Java. К преимуществам решения можно отнести: стабильность системы на протяжении десятилетий; наличие качественной процедуры бэкапа; возможность гибкого масштабирования; эффективная защита данных благодаря отлаженной системе безопасности. Стоимость приобретения и использования Oracle высока, из-за чего СУБД не подойдет для небольших фирм. MongoDB СУБД, имеющая открытый исходный код. Используется для хранения иерархических структур данных, поэтому ее называют документоориентированной. К преимуществам MongoDB относят: возможность выполнения быстрых операций над объектом благодаря идентификатору; хорошие показатели при сложных взаимодействиях; оперативная работа по сравнению с приложением, использующим SQL. MongoDB нужно использовать в случае, когда не предвидится использование сложных и нетривиальных выборок. Microsoft SQL Server SQL Server относится к виду реляционных СУБД от производителя-гиганта. К ее преимуществам можно отнести: возможность работы на разных операционных системах; большой спектр функций и инструментов, которые включают поддержку транзакций, репликацию, индексацию и многое другое; для небольших проектов подойдет версия на 10 Гб; добавление автоматизации задач — есть возможность интеграции кода для достижения разных целей; качественное хранение сложных структур данных и их быстрый поиск; возможность интеграции с другими продуктами Microsoft. Redis Для хранения данных использует пары «ключ-значение». Выгодно отличается повышенной производительностью и малой задержкой при выполнении своих функций. Данная СУБД поддерживает большое количество данных — строки, списки, множества, хеш-таблицы. Также она поддерживает распределенные системы и может применяться для кэширования данных. Заключение Мы рассказали о том, что такое система управления базами данных, привели информацию о механизме ее работы и видах. Выбор СУБД является очень важным при создании собственного ресурса. В основу поиска необходимо положить понимание задач и возможностей бизнеса, пробы и экспериментирование. Это позволит определить подходящий вариант.