Базы данных и система управления базами данных

Методы  могут  быть  публичными  (доступными  из  объектов  других классов) или приватными (доступными только внутри данного класса).

Итак,  объектно-ориентированная  система  управления  базами  данных представляет  собой  объединение  системы  программирования  и  СУБД  и основана на объектно-ориентированной  модели данных.

Основное назначение ООБД связано с потребностью создания единого информационного пространства.

В этой среде должны отсутствовать  противоречия между структурной  и поведенческой  частями  проекта  и  должно  поддерживаться  эффективное  управление сложными структурами данных во внешней памяти.

В  отличие  от  традиционных  реляционных  систем,  в  которых  при создании  приложения  приходится  одновременно  использовать  процедурный  язык  программирования,  ориентированный  на  работу  со  скалярными значениями,  и  декларативный  язык  запросов,  ориентированный  на  работу  с  множествами, языковая среда ООБД –  это объектно-ориентированная система  программирования,  естественно  включающая  в  себя  средства  работы  с долговременными объектами. Естественность включения средств  работы с БД в язык программирования означает, что работа с долговременными (хранимыми во  внешней  БД)  объектами  должна  происходить  на  основе  тех  же синтаксических  конструкций (и  с  той  же  семантикой),  что  и  работа  с временными объектами, существующими только во время работы программы.

Эта сторона ООБД наиболее близка родственному направлению языков программирования  баз  данных.  Языки  программирования  ООБД  и  БД  во многих  своих  чертах  различаются  только  терминологически;  существенным отличием является лишь поддержание в языках ООБД подхода  к наследованию классов.

Другим аспектом языкового  окружения ООБД является потребность  в языках  запросов,  которые  можно  было  бы  использовать  в  интерактивном режиме.  Если  доступ  к  объектам  внешней  БД  в  языках  программирования ООБД  носит  в  основном  навигационный  характер,  то  для  языков  запросов более  удобен  декларативный  стиль.  Как  известно,  декларативные  языки запросов менее развиты, чем  языки программирования.

Глава 3. Анализ качества баз данных и тенденции в мире систем управления ими

3.1. Функциональная  пригодность баз данных

Для анализа свойств баз  данных предлагается выделять характеристики качества системы управления базой  данных и содержащейся в ней информации. Состав этих характеристик рекомендуется  систематизировать на основе требований международного стандарта ISO 9126.

Современные базы данных —  один из тех объектов в сфере информатизации, от которых иногда требуется особенно высокое качество и наличие возможности  его оценки. Но что означает качество баз данных, какие требования следует  предъявлять к их качеству, какими характеристиками можно описывать  качество, как их оценивать и измерять? Для этого могут быть полезны  методы и стандарты, разработанные  для анализа сложных программных  средств.

При комплексном анализе  качества баз данных не всегда удается  четко разделить требования и  значения характеристик качества для  каждого из этих объектов. Одна СУБД может обрабатывать различные по структуре, составу и содержанию данные, а одни и те же данные могут  управляться различными СУБД. При  анализе качества баз данных целесообразно  рассматривать два компонента: систему  программ управления данными и совокупность данных, упорядоченных по некоторым  правилам. Хотя эти компоненты тесно  взаимодействуют при реализации конкретной базы данных, первоначально  они создаются независимо и могут  рассматриваться в своем жизненном  цикле как два объекта, которые  различаются:

- номенклатурой и содержанием  показателей качества, определяющих  их назначение, функции и потребительские свойства;

- технологией и средствами автоматизации  разработки и обеспечения всего  жизненного цикла объекта;

- категориями специалистов, обеспечивающих  создание, эксплуатацию или применение баз данных;

- комплектами эксплуатационной  и технологической документации, поддерживающими жизненный цикл  объекта.

Практически весь набор характеристик  и атрибутов из стандарта ISO 9126 «Качество  программных средств» в той или  иной степени может использоваться в составе требований к СУБД. Особенности  состоят в изменении акцентов при их выборе и упорядочении. Во всех случаях важнейшими характеристиками качества СУБД являются требования к  функциональной пригодности процессов  формирования и изменения информационного  наполнения баз данных администраторами, а также доступа к данным и  представления результатов пользователям.

Различия требований к характеристикам  качества привели к созданию широкого спектра локальных, специализированных и распределенных СУБД. В зависимости  от области применения, приоритет  при оценке качества может отдаваться различным конструктивным характеристикам: надежности и защищенности применения (финансовая сфера), удобству использования  малоквалифицированными пользователями (социальная сфера), эффективности использования  ресурсов (сфера материально-технического снабжения). Однако практически во всех случаях сохраняется некоторая  роль других конструктивных показателей  качества — для каждого из них  необходимо оценивать его приоритет  для конкретной сферы применения, меры и шкалы необходимых и  допустимых характеристик качества.

В системах баз данных доминирующее значение приобретают сами данные, их хранение и обработка. Для оценивания качества информации может применяться  общий методический подход к выделению  адекватной номенклатуры стандартизированных  в ISO 9126 базовых характеристик и  субхарактеристик. Однако их содержание для применения к качеству баз данных требуется уточнить. Выделяемые показатели качества должны иметь практический интерес для пользователей и быть упорядочены в соответствии с приоритетами практического применения. Кроме того, каждый выделяемый показатель качества должен быть пригоден для достоверного экспертного оценивания или измерения, а также для сравнения с требуемым значением.

При разработке базы данных в техническом  задании и спецификации на нее  должен формализоваться представительный набор функциональных требований к  качеству базы данных, адекватный ее назначению и области применения, а также  требованиям заказчика и потенциальных  пользователей. Так же как для  программных систем, характеристики качества информации можно разделить  на функциональные и конструктивные. Их номенклатура, содержание и субхарактеристики  базируются на ISO 9126. Может быть заложена основа для стандартизированного формирования требований к качеству баз данных и при изложении содержания характеристик  качества использованы номенклатура и  описания характеристик, в которых  объекты для анализа качества — «программы», заменены термином и  содержанием — «информация баз  данных». Однако номенклатура показателей  качества не всегда может ограничиваться только характеристиками информации в  базе данных, а должна включать ряд  уточнений, отражающих комплексную  эффективность и функциональную пригодность ее применения в реальных условиях.

Функциональная пригодность информации базы данных может представлять сложную проблему для измерения и оценки соответствия требованиям реальных значений атрибутов качества. Особенно это актуально для больших распределенных баз данных, в которых циркулирует разнообразная и сложная информация об анализируемых объектах. Мерой качества функциональной пригодности может быть степень покрытия целей, назначения и функций баз данных доступной пользователям информацией. Как и для программных систем, для баз данных целесообразно использовать группу субхарактеристик, определяющих функциональные, структурные и эксплуатационные требования. На содержательном уровне функциональную пригодность многих баз данных отражают:

Полнота накопленных описаний объектов — относительное число объектов или документов, имеющихся в базе данных, к общему числу объектов по данной тематике или по отношению к числу объектов в аналогичных базах данных.

Идентичность — относительное число описаний объектов, не содержащих дефекты и ошибки, к общему числу документов об объектах в базах данных.

Актуальность — относительное число устаревших данных об объектах в базах данных, к общему числу накопленных и обрабатываемых данных.

Разнообразие функций баз данных ограничивает возможность стандартизации требований к ним только общими правилами  их организации, структурирования и  документирования. Меры и шкалы качества функциональной пригодности столь  же разнообразны, насколько различаются  назначения и специфика функций  информации баз данных, однако конструктивные характеристики могут быть в значительной степени стандартизированы.

К конструктивным характеристикам  качества информации можно отнести  практически все стандартизированные  показатели качества, представленные в ISO 9126. Требования к информации баз  данных также должны содержать особенности  обеспечения ее надежности, эффективности  использования ресурсов компьютера, практичности, применимости, сопровождаемости и мобильности. Содержание и атрибуты этих характеристик несколько отличаются от тех, которые применяются для  программ, однако их сущность целесообразно  использовать. Меры и шкалы для оценивания конструктивных характеристик, в значительной степени, могут применяться те же, что при анализе качества программных средств.

Корректность или достоверность  данных — это степень соответствия данных об объектах в базах данных реальным объектам в данный момент времени, определяющаяся изменениями самих объектов, некорректностями записей об их состоянии или некорректностями расчетов их характеристик. Выбор и установку требований к корректности данных можно оценивать по степени покрытия накопленными, актуальными и достоверными данными состояния и изменения внешних объектов, которые они отражают. Сюда же можно отнести и некоторые объемно-временные характеристики сохраняемых и обрабатываемых данных:

Объем базы данных — относительное число записей описаний объектов или документов, доступных для хранения и обработки, по сравнению с полным числом реальных объектов во внешней среде.

Оперативность — степень соответствия динамики изменения данных состояниям реальных объектов.

Глубина ретроспективы — интервал времени от даты выпуска и/или записи в базу данных самого раннего документа до настоящего времени.

Динамичность — относительное число изменяемых описаний объектов к общему числу записей в базе данных за некоторый интервал времени, определяемый периодичностью издания версий базы.

Защищенность информации реализуется  средствами СУБД в сочетании с  поддерживающими их средствами защиты данных. Цели, назначение и функции  защиты тесно связаны с особенностями  функциональной пригодности каждой базы данных. В распределенных базах  данных показатели защищенности тесно  связаны с характеристиками целостности  и отражают степень тождественности  одинаковых данных в памяти удаленных  компонентов.

На практике способности защищать информацию баз данных от негативных воздействий описываются обычно составом средств, используемых для  защиты от внешних и внутренних угроз. Однако есть попытки измерять и описывать  качество защищенности информации обобщенно, трудоемкостью и временем, необходимыми для преодоления злоумышленниками системы защиты. Косвенным показателем  ее качества может служить относительная  доля вычислительных ресурсов, используемых непосредственно средствами защиты информации.

На практике основное внимание сосредоточено  на защите от злоумышленных разрушений, искажений и хищений информации баз данных. Основой такой защиты является аудит санкционирования доступа, а также контроль организации  и эффективности ограничений  доступа. В реальных базах данных возможны и не всегда учитываются  катастрофические последствия и  аномалии информации, отражающиеся на безопасности применения, при которых  их источниками являются случайные, непредсказуемые дестабилизирующие  факторы. Качество защиты можно характеризовать  величиной предотвращенного ущерба, возможного при проявлении дестабилизирующих  факторов и реализации конкретных угроз  безопасности, а также средним  временем между возможными проявлениями угроз, преодолевающих защиту данных.

Надежность информации баз данных может основываться на применении понятий и методов теории надежности, которая позволяет получить ряд четких, хорошо измеряемых интегральных показателей. Надежная база данных, прежде всего, должна обеспечивать низкую вероятность потери работоспособности. Быстрое реагирование на потерю или искажение данных и восстановление их достоверности и работоспособности за время меньшее, чем порог между сбоем и отказом, обеспечивают высокую надежность.

Классификация сбоев и отказов  по длительности восстановления приводит к необходимости анализа динамических характеристик абонентов, являющихся источниками и/или потребителями  данных. Для любого потребителя информации существует допустимое время отсутствия данных от базы данных, при котором  их значения, изменяясь по инерции, достигают предельного отклонения от того, которое должно было быть рассчитано. Это допустимое отклонение результатов  после перерыва функционирования базы данных зависит, в основном, от динамических характеристик источников и потребителей информации.

Используемость ресурсов (или ресурсная  экономичность) в стандартах отражается занятостью ресурсов центрального процессора, оперативной, внешней и виртуальной памяти, каналов ввода-вывода, терминалов и каналов связи. В зависимости от конкретных задач и особенностей базы данных при выборе атрибутов качества может доминировать либо величина абсолютной занятости ресурсов различных видов, либо относительная величина использования ресурсов каждого вида при нормальном функционировании базы данных. Задача оценки и эффективного использования вычислительных ресурсов сохраняет свою актуальность.

Практичность (применимость) — трудно формализуемое понятие, однако, в итоге, значительно определяющее функциональную пригодность и полезность применения базы данных для определенных пользователей. В эту группу показателей входят субхарактеристики, с различных сторон отражающие функциональную понятность, удобство освоения, системную эффективность и простоту использования данных. Некоторые субхарактеристики можно оценивать экономическими показателями — затратами труда и времени специалистов на реализацию определенных функций взаимодействия с данными. В стандарте ISO 9126 для этой характеристики качества предлагается наибольшее число атрибутов, подробно описывающих свойства программных средств, которые так же могут быть полезны для оценки баз данных заказчиками при их практическом выборе, освоении и применении. Оценки практичности зависят не только от собственных характеристик баз данных, но также от организации и адекватности документирования процессов их эксплуатации.