СУБД

СУБД (система управления базами данных) — это программное обеспечение, предназначенное для создания, управления и работы с базами данных. Она предоставляет инструменты для организации, хранения, извлечения, обновления и удаления данных, а также для обеспечения их безопасности и целостности.

Зачем нужны СУБД

Где применяются СУБД

Из чего состоит СУБД

Виды СУБД

Зачем нужны СУБД

К основным функциям СУБД относятся:

• хранение и организация данных. Позволяют хранить данные в упорядоченной форме, например в таблицах или документах, чтобы их легко было извлекать и использовать;
• обеспечение доступности данных. Обеспечивают быстрый доступ к данным благодаря использованию индексов и оптимизированных запросов. В них поддерживаются многопользовательские сценарии работы, что позволяет нескольким пользователям работать с данными одновременно;
• управление данными. Дают возможность добавлять новые данные, обновлять существующие, удалять устаревшие, а также выполнять сложные аналитические запросы;
• обеспечение целостности и безопасности данных. Позволяют контролировать целостность данных через ограничения, например первичные или внешние ключи, а также управлять доступом для предотвращения их несанкционированного использования или изменения;
• обработка больших объемов данных. Применяются для работы с огромными массивами информации, что важно для бизнеса, науки и других областей;
• масштабируемость и удобство работы. Упрощают обработку больших объемов информации и позволяют легко добавлять новые данные или изменять структуру базы. Некоторые СУБД поддерживают горизонтальное масштабирование;
• автоматизация процессов. Помогают автоматизировать рутинные задачи, такие как создание отчетов, управление транзакциями, мониторинг состояния данных и другие.

Где применяются СУБД

Рассмотрим главные сферы применения СУБД.

1. Бизнес и коммерция:

• управление клиентами (CRM). Хранение данных о клиентах, история взаимодействий, заказы, отзывы;
• управление ресурсами предприятия (ERP). Ведение учета финансов, складских запасов, сотрудников, логистики;
• e-commerce. Хранение данных о товарах, заказах, пользователях.

2. Финансовый сектор:

• банки. Хранение информации о клиентах, транзакциях, кредитах, депозитах;
• биржи. Обработка и хранение данных о торгах, котировках.

3. Государственные учреждения:

• реестры и базы данных граждан. Учет паспортов, регистрация граждан, налоговые базы;
• здравоохранение. Хранение медицинских карт, результатов анализов, рецептов.

4. Образование:

• хранение данных о студентах, расписаниях, успеваемости;
• онлайн-платформы для обучения (используют СУБД для управления курсами и пользователями).

5. IT и разработка:

• веб-приложения. Хранение данных пользователей, контента и аналитики;
• логирование и мониторинг. Сбор и хранение данных о работе серверов, приложений.

6. Производство и логистика:

• управление цепочками поставок. Отслеживание запасов, транспортировки, складов;
• производственные процессы. Контроль качества, планирование производства.

7. Аналитика и наука:

• Big Data и аналитика. Обработка больших массивов данных для выявления закономерностей;
• научные исследования. Хранение экспериментальных данных, биоинформатика, метеорология.

8. Развлечения и медиа:

• онлайн-стриминг. Хранение данных о пользователях, контенте, предпочтениях;
• управление данными в видеоиграх. Профили игроков, внутриигровая статистика.

9. Облачные и распределенные системы. Облачные базы и хранилища данных, такие как Google Drive, Dropbox и Яндекс Диск.

10. Искусственный интеллект и машинное обучение. Хранение и предварительной обработки данных перед обучением моделей.

Из чего состоит СУБД

Ключевые компоненты СУБД включают:

1. Ядро СУБД. Это основная часть системы, которая отвечает за:

• управление файлами данных на физическом уровне;
• оптимизацию запросов для их быстрого выполнения;
• управление транзакциями, включая откаты (rollback) и фиксацию (commit) изменений;
• обеспечение целостности данных.

2. Интерфейс данных: 

• DDL (Data Definition Language). Язык описания данных. С его помощью создаются, изменяются и удаляются структуры баз данных, например таблицы или индексы;
• DML (Data Manipulation Language). Язык манипулирования данными. Используется для работы с данными (вставка, удаление, обновление, выборка).

3. Хранилище данных. Это файловая система или специальный механизм хранения, где физически размещаются данные. Они могут быть организованы в виде таблиц, документов, ключей-значений и других структур в зависимости от типа СУБД.

4. Система управления транзакциями. Транзакция — это группа операций, выполняемых как единое целое. Система управления:

• обеспечивает ACID-свойства (атомарность, согласованность, изоляция, долговечность);
• гарантирует, что в случае сбоя изменения откатятся к безопасному состоянию.

5. Оптимизатор запросов. Это модуль, который анализирует запросы и строит наиболее эффективный план их выполнения. Учитывает индексы, статистику по данным, условия выборки и другие факторы.

6. Буферизация и кэширование. Для повышения производительности СУБД использует механизмы буферизации данных. Она позволяет хранить временные данные в оперативной памяти, уменьшая количество обращений к дисковому хранилищу.

7. Модуль безопасности. Контролирует доступ пользователей к данным. Обеспечивает:

• аутентификацию (подтверждение личности пользователя);
• авторизацию (определение прав пользователя);
• шифрование данных.

8. Интерфейсы взаимодействия с пользователем. Предоставляют доступ к СУБД через:

• командные строки (CLI);
• графические интерфейсы (GUI);
• API для интеграции с приложениями.

9. Средства резервного копирования и восстановления. СУБД обеспечивает механизмы создания бэкапа и восстановления данных в случае сбоев.

Кроме того, у СУБД есть три архитектурных уровня:

• физический. Отвечает за хранение данных на диске;
• логический. Описывает, как данные структурированы (таблицы, индексы);
• уровень представления. Обеспечивает доступ пользователей к данным через запросы.

Виды СУБД

В зависимости от модели данных СУБД бывают:

1. Реляционными (SQL). Организуют данные в виде таблиц (строки и столбцы), используют язык SQL для управления данными, поддерживают строгие связи между таблицами через ключи;

2. Нереляционными (NoSQL). Не используют таблицы и чаще всего предназначены для работы с большими объемами данных или специфическими задачами. Подразделяются на подвиды:

• документно-ориентированные. Данные хранятся в виде документов;
• ключ-значение. Простая структура, где каждому ключу соответствует значение;
• графовые. Для работы с графами, где данные связаны множественными отношениями;
• колонно-ориентированные. Оптимизированы для аналитики больших объемов данных.

3. Объектно-ориентированными. Интегрируют концепции объектно-ориентированного программирования с базами данных. Хранят информацию в виде объектов, которые включают данные и методы.

4. Гибридными. Сочетают возможности реляционных и нереляционных подходов.

По способу размещения данных они делятся на:

• централизованные. Все данные хранятся и управляются в одном месте (на одном сервере). Используются в небольших организациях или проектах;
• распределенные. Данные хранятся на нескольких серверах, которые могут находиться в разных географических точках. Повышают отказоустойчивость и производительность;
• облачные. Данные хранятся в облаке и доступны через интернет. Обеспечивают масштабируемость и удобство использования.

В зависимости от доступа к данным выделяют следующие типы СУБД:

• OLTP (Online Transaction Processing). Предназначены для обработки транзакций в реальном времени;
• OLAP (Online Analytical Processing). Используются для анализа больших объемов данных, чаще в хранилищах данных.

По типу использования они могут быть:

• встраиваемыми. Используются внутри приложений, не требуют отдельного сервера;
• корпоративными. Предназначены для крупных организаций с высокими требованиями к производительности и безопасности.

В зависимости от способа взаимодействия с пользователем СУБД бывают:

• графическими (GUI). Системы с пользовательским интерфейсом, упрощающие управление базой данных;
• командными (CLI). Управление происходит через текстовые команды.