11 KiB
Adatbázisok tételek
- Adat, információ, tudás. Metaadatok. Strukturált, szemistrukturált és nem strukturált adatok
- Adatbázis-kezelő fogalma, feladatai, felépítése, használói
- Heap szervezés
- Hash-állományok
- Indexelt állományok
- Ritka index, B*-fák
Adat, információ, tudás. Metaadatok. Strukturált, szemistrukturált és nem strukturált adatok
Adat
A körülöttünk lévő világ egy része,ami értelmezhető ugyan,de nem értelmezzük.
Információ
Az adathoz redelünk egy értelmet,egy jelentést.
Tudás
Kontextusba helyezett információ.
Metaadat
Adat, az adatról. Segéd adatok.
Szerkezeti(Strukturális) metaadat
pl. Hol található egy file fizikailag
Szemantikus(Üzleti információs) metaadat
Hogyan kell értelmezni egy adatot.
Üzemeltetési metaadat
Mi történt az adatokkal. pl. mikor lett módosítva.
Struktúrált adat
Olyan adat,amire struktúrális $\text{metaadat} << \text{adat}$ .
Semi-struktúrált adat
Olyan adat,amire struktúrális $\text{metaadat} \approx \text{adat}$ .
Nem struktúrált adat
Olyan adat,amihez egyáltalán nem értelmezünk.
Adatbázis-kezelő fogalma, feladatai, felépítése, használói
Adatbázis kezelő fogalma
Az adatbáziskezelő, olyan hardware- softwarerendszer, amelyet 3 fő tulajdonság jellemez:
- nagy adatmennyiség
- gazdag struktúra
- hosszú életciklus
Feladatai
Adatok sémájának meghatározása
A felhasználónak meg kell tudnia határoznia az adatbázis sémáját,azaz az adatok logikai rendjét. Ezt tipikusan egy adatdeviníciós nyelven teheti meg(data definition language,DDL). Ezeket az ún. technikai metaadatokat egy speciális védett helyen kerülnek eltárolásra
Adatok tárolása
A séma meghatározása után felvehetünk adatadokat az adatbázisba.
Hozzáférés az adatokhoz
A felhasználónak lehetősége lehet az egyes adatok megkeresésére, módosítására, valamint törléásére. Ezt tipikusan egy adatlekérdező és -manipulációs nyelven teheti meg(data manipulation language,DML).
Adatbázis-menedzser
A DBMS központi része az adatbázis-menedzser (database manager), amely a lefordított séma alapján kezeli a felhasználói lekérdezéseket
Adatvédelem(privacy)
Nem minden felhasználó férhet hozzá minden adathoz. A kölönböző felhasználókhoz külön jogokat rendelünk. Lehet olyan felhasználó,aki csak a olvasni tudja a tárolt adatokat, lehet olyan felhasználó, aki olvasni és módosítani is tudja az adatokat,de lehet olyan is,aki egyáltalán nem fér hozzá az adatokhoz.
Adatbiztonság(security)
Bizonyos adatok, igen nyagy értéket képviselhetnek, és ezért semmi képpen nem toleráljuk elvesztésüket,vagy részleges elvesztésüket. Ezért különböző eszközöket alkalmazunk az adatok biztonsága érdekében. Pl. naplózás,rednszeres mentés,kettőzött állományok elosztott működés, stb.
Integritás
Fontos,hogy az adabázisban tárolt adatok helyesek legyenek, ne legyenek ellentmondások. Ezért ezeket ellenőrizni kell.
Formai ellenőrzés
Ez viszonyla egyszerú elvégezni. Csak meg kell nézni hogy az adat megfelel-e egy elvárt formának. Pl. egy keresztnév nem tartalmaz számokat vagy testmagasság nem lehet három és fél méter (domain sértés).
Referenciális integritás
Számos esetben kell annak a feltételnek teljesülnie, hogy az adatbázisból az egyik helyről kiolvasott adatelemnek meg kell egyeznie valamely más helyről kiolvasott másik adatelemmel
Strukturális integritás
Ellenőriznünk kell, hogy nem sérült-e meg valamely feltételezés, amelyre az adatbázis szerkezetének megtervezésekor építettünk. Gyakori hiba, az egyértelműség megszűnése(pl több feleség). Ide tartoznak az adatbáziskényszerek ellenőrzése is.
Szinkronitás
Fontos,hogy a különböző felhasználók által, egyidőben végzett műveleteknek ne legyenek nemkívánatos mellékhatásai. Ezt tanzakciókezeléssel módszereivel oldjuk meg. pl. zárak.
Felépítése
A felépítésének leírásához egy rétegmodellt alkalmazunk. A legegyszerűbb adatbázis kezelő modelle 3 rétegből áll:
Fizikai adatbázis
Itt valósul meg az adatok,valamint az adat struktúrák fizikai tárolása.
Fogalmi(logikai) adatbázis
Ez a való világ egy részének leképezése,egy sajátos modell,ahogyan az adabázis tükrözi a valóság egy részét.
Nézetek
Ez az amit a felhasználók látnak. Az adatbázisban szereplő adatok és metaadatok egyes megjelenítései.A nézetekhez tartozó sémákat gyakran külső sémának (external schema) is nevezik.
Felhasználói
Képzetlen felhasználó (naive user)
A felhasználók legszélesebb rétege, akik csak bizonyos betanult ismeretekkel rendelkeznek a rendszerről.
Alkalmazás programozó
Az a szakember, aki a (képzetlen) felhasználó által használt programot készíti és karbantartja. Ez olyan feladat, amely programozót igényel, de megoldásához nem feltétlenül szükséges, hogy az illető belelásson az adatbázis belső szerkezetébe is.
Adatbázis adminisztrátor
Hagyományosan így nevezzük azt a személyt, aki az adatbázis felett gyakorlatilag korlátlan jogokkal bír. Kizárólag ő végezhet egyes feladatokat,mint pl:
Generélás
Adatbázisok létrehozása, szerkezetének kialalítása.
Jogosultságok karbantartása
A hozzáférések jogának naprakészen tartása, módosítása.
Szerkezetmódosítás
Az adatbázis eredeti szerkezetének
Mentés-visszaállítás.
Célszerű lehet adatbiztonsági okokból időnként vagy bizonyos időközönként másolatot készíteni az adatbázisról. Ha az adatbázis megsérül, ez a másolat teszi lehetővé a visszaállítást a mentés időpontjának állapotába.
DBMS tervező/programozó (DBMS designer/programmer)
Tudja, hogyan kell DBMS-t készíteni, ami különösen specializált tudást igényel.
Heap szervezés
Általános jellemzői
Jelentése halmaz, kupac. Ez a legegyszerűbb tárolási megoldás. Legalább annyi blokkot használ fel,amennyit a rekordok száma és mérete megkövetel,de nem rendelünk hozzás semmilyen segédstruktúrát.
Műveletek heap szervezésben
Keresés
Mivel nem rendelkezik semmilyen segéd struktúrával ezért lineáris keresést alkalmazunk. Ez általánosan $\frac{\text{blokkok száma}+1}{2}$ blokkműveletet igényel. (Mivel egy keresés nem végezhető el 0 blokkműveletből,ezért kell a $+1$ )
Törlés
Először meg kell keresni a törlendő rekodot,majd a felécben jelezni,hogy a rekord felszabadult. Ezek után a megváltoztatott blokkot vissza kell írni.
Következményei: Az előbb felvázolt metódus egy gyakori következménye a szétszódódott lemezterület. Erre megoldást jelenthet a lemezterületek összegyűjtése és egyesítése.
Beszúrás
Először mindenképpen ellenőrizni kell a rekod egyedidégét,majd szabad tárolóhelyet kell találni. Ha nincs, állománybővítés szükséges(adminisztrátor feladata).
Módosítás
Először meg kell keresnünk a blokkot,amiben a keresett rekord található. Majd a rekord módosítása után a blokkot vissza kell írni a háttértárra.
Hash-állományok
A hash-címzés során a kesesés kulcsának bitmintájából csonkolás segítségével is kinyerhető egy cím, amely alapján a keresett rekord megtalálható.
A legegyserűbb változatában egy ún. hash függvényt használunk,ami egy egyértelmű címet ad.Ezzel ugyan sokkal gyorsabb a keresés,mint hagyományos módszerekkel,de a háttértárakat ebben a formában igen rosszul használja ki.
Egy gyakori megoldás erre a vödrös hash-elés,ahol az egyes blokkok vödrökbe vannak elhelyezve. Keresés során a hash függvénnyel megkaphatjuk,hogy a keresett rekord melyik vödörben található.
Műveletek vödrös hash szervezésben
Keresés
Először lefutattjuk a kulcson a hash függvényt. Ez alapján tudjuk,hogy melyik vödörben található a keresett rekord. Ezek után a vödörben lényegében lineáris keresést alkalmazunk.
Beszúrás
Előszür a hash függvény alapján megkeressük,hogy melyik vödörbe tartozik a rekord,majd megkeressük a rekord kulcsát a vödörben. Ha megtalátuk akkor, hibaüzenetet küldünk. Ha nem találtuk meg,akkor az első szabad vagy törölt helyre beírjuk. Végül a módosított blokkot visszaírjuk a háttértárra.
Törlés
Megkeresés utá a felécben jelezni,hogy a rekord felszabadult. Ezek után a megváltoztatott blokkot vissza kell írni.
Módosítás
Ha nem a kulcs mezőt módosítjuk,akkor az a módosítás a szokott módon történik. Ha kulcs mező is módosul akkor a törlés és a beszurás műveletet kell alkalmazni egymás után.
Indexelt állományok
Az indexelt szervezés alapgondolata: a keresés kulcsát egy ún. indexállományban (kb. katalógus) megismételjük, és a kulcshoz egy mutatót rendelünk, amely a tárolt adatrekord helyére mutat.
Az indexállományt mindig rendezve tartjuk. Ha a kulcs numerikus, akkor a rendezés triviális. Ha szöveges, akkor lexikografikus rendezést alkalmazhatunk. Összetett kulcs (composite key) esetén, vagyis amikor a kulcs több mezőből áll, definiálnunk kell a rendezés módját. Általában nincs akadálya, hogy több indexállományt is létrehozzunk ugyanazon adatállományhoz,különböző (vagy különbözően rendezett) kulcsmezőkkel.Ezért ebben a kontextusban a (keresési) kulcs lesz minden, ami szerint egy indexet felépítünk, illetve a keresést végezzük.
Két alapvetően különböző megvalósítás lehetséges:
- indexrekordot rendelünk minden egyes adatrekordhoz (sűrű index)
- indexrekordot rendelünk adatrekordok egy csoportjához, tipikusan az egy
blokkban levőkhöz. (ritka index)
Ritka index, B*-fák
Ritka index
Ebben az esetben indexrekordot redot az adatrekordok egy csoportjához rendeljül. Ez hasonlít a szótárban található első és utolsó szó megjelölése az egyes oldalak tetején.
Keresés
Keresés során először az index állományon bináris keresést alkalmazunk a keresett kulcsra. Ha megtaláljuk, akkor megkapjuk,hogy a keresett rekord melyik blokkban található. Ezek után a blokkon belül lineáris keresést alkalmazunk (vagy ha rendezett akkor bináris keresést).
Beszúrás
Először meg kell keressük azt a blokkot, amelyben a rekodnak lennie kellene, ha az állományban lenne. Ha ebben a blokkban van elég hely, akkor a rekordot beírjuk a blokkba. Ha nincs , akkor helyet kell csinálnuk neki. Erre egy lehetőség lehet az, ha létrehozunk egy új blokkot és a korbábban megtalát blokk rekorjait megfelezzük az új blokkal. Ez után frissítenünk kell az index struktúrát is az blokkokban található kulcsoknak megfelelően.
Törlés
Először megkeressük azt a blokkot,amelyik a rekordot tartalmazza. Ha ebben a blokkban nem a legkisebb kulcsot akarjuk törölni,akkor ezt egyszerűen elvégezhetjük, a keletkező lyukat pedig mozgatással megszüntethetjük. Ha a legkisebb kulcsot töröltük a blokkban akkor az indexállományt is firssíteni kell.
Módosítás
A módosítás egyszerű, ha nem érint kulcsot. Ekkor meg kell keresni a szóban forgó rekordot, elvégezni a módosítást, majd az érintett adatblokkot visszaírni a háttértárra. Ha a módosítás kulcsmezőt is érint, akkor egy törlést követő beszúrás valósíthatja meg egy rekord módosítását.