Что такое реляционная база данных?

Система управления реляционными базами данных (реляционная СУБД) – это инструменты и сервисы программного слоя для управления реляционными таблицами. В действительности термины реляционная СУБД и реляционная база данных взаимозаменяемы. Реляционная база данных предусматривает согласованный интерфейс для приложений, пользователей и реляционной базы данных. Организации используют реляционную СУБД в целях управления большими объемами критически важной для бизнеса информации из различных отделов.

Несколько пользователей могут параллельно использовать одну базу данных разными способами, например выполнять операции, связанные с базами данных и агрегировать ключевые точки данных, исключая избыточность данных. Системы управления реляционными базами данных также предоставляют администратору базы данных расширенные возможности управления пользовательскими данными.

С момента изобретения компьютеров управление данными на машинах и их хранение непрерывно исследуются. До появления реляционных баз данных организации использовали иерархические базы данных. Наиболее ранняя модель, подобная папкам на компьютере, позволяла организовывать большие объемы данных, но без возможности выявить взаимосвязи между ними. Кроме того, иерархические базы данных отличались сложной структурой, предназначались исключительно для определенных приложений и требовали экспертных технических знаний.

Решением стала модель реляционного типа, благодаря которой физическое хранилище данных удалось отделить от управления базами данных и их использования. Пользователи современных реляционных баз данных могут хранить и извлекать данные без необходимости управлять физическим хранилищем данных. Кроме того, появилась возможность управления логическими структурами путем программирования.

Основное преимущество реляционной модели данных заключается в возможности извлекать из данных значимую информацию, например подсчитывать, сортировать и группировать данные в таблице, а также выполнять математические операции и создавать сложные отчеты. Реляционные базы данных остаются наиболее популярной моделью хранения данных и сегодня. Дополнительные преимущества приведены ниже.

Целостными называют данные, которые являются полными, точными и единообразными. Для поддержания целостности данных в реляционных базах данных используются такие инструменты, как первичный ключ, внешний ключ, ограничения Not NULL, Unique, Default.

Указанные ограничения целостности позволяют применять практические правила к данным в таблицах, а также гарантировать их точность и надежность. Большинство реляционных баз данных также поддерживает интеграцию пользовательского кода, который выполняется в ответ на определенные операции в точке данных, связанной с базой данных. Кроме того, пользовательский код можно интегрировать в сохраненные процедуры. В этом случае выполнение запускает вызов клиентом или приложением.

Большинство систем управления реляционными базами данных оснащены сложными средствами управления доступом. Разрешения на доступ к данными предоставляют администраторы, выбирая определенные данные для конкретных пользователей. Права на чтение, изменение и удаление данных можно назначать даже для отдельных ячеек. Такое детальное управление доступом гарантирует высокий уровень безопасности реляционных баз данных.

Большинство реляционных баз данных предусматривают функции импорта и экспорта, что ускоряет процесс резервного копирования. Современные реляционные базы данных в облаке обеспечивают непрерывное зеркальное отображение, которое позволяет восстанавливать утерянные данные за считанные секунды.

Некоторые технологии реляционных баз данных имеют открытый исходный код и могут использоваться бесплатно. Базы данных с открытым исходным кодом активно используют сообщества, которые непрерывно совершенствуют и адаптируют функции. Реляционные базы данных оснащены инструментами и программным обеспечением для разработчиков и специалистов по обработке данных, которые были разработаны в соответствии с потребностями и целями пользователей.

Реляционные базы данных формируют среду, из которой приложения получают доступ к данным и собирают их различными способами, не реорганизуя таблицы данных в коде приложения. Ниже описаны ключевые функции реляционной базы данных.

Реляционная база данных состоит из таблиц реальных объектов или концепций, часто называемых сущностями. В каждом столбце таблицы хранится определенный тип данных, так называемый атрибут, а в каждой ячейке – фактическое значение атрибута. Все строки и столбцы представляют собой набор связанных значений, относящихся к одному объекту или сущности.

Каждой строке таблицы можно присвоить уникальный идентификатор, так называемый первичный ключ. Ссылаясь на первичный ключ другой существующей таблицы, внешний ключ создает логическое соединение. Иными словами, строки нескольких таблиц объединяются посредством пары первичного и внешнего ключа. Например, каждая строка таблицы «Заказы» может содержать внешний ключ с идентификатором клиента, который определяет строку в таблице «Клиент», которая, в свою очередь, содержит полную информацию о клиенте.

Structured Query Language (SQL) – это основной интерфейс связи с реляционными базами данных. В 1986 г. Американский национальный институт стандартов (ANSI) признал язык SQL стандартом. Стандарт ANSI SQL поддерживают все широко используемые движки реляционных баз данных. Язык SQL можно использовать для обновления, удаления или хранения данных, извлечения подмножеств данных и управления всеми аспектами реляционной базы данных.

Кроме того, язык SQL можно довольно легко освоить, поскольку его операторы используют общепринятые ключевые слова на английском языке, и интегрировать с различными языками программирования. Таким образом, пользователи могут внедрять SQL-запросы на языке программирования Java для создания высокопроизводительных приложений обработки данных с основными системами баз данных SQL, такими как Oracle или MS SQL Server.

Транзакция реляционной базы данных – это один или несколько операторов SQL, выполненных в виде последовательности операций, представляющих собой единую логическую задачу. Транзакции представляют собой предложение типа «все или ничего», то есть вся транзакция подлежит выполнению как единая операция. Если системе управления реляционными базами данных не удается выполнить какую-либо часть транзакции, ни один из отдельных компонентов не будет обработан. Согласно терминологии реляционной модели транзакция завершается либо действием COMMIT, либо ROLLBACK. Система управления базами данных обрабатывает каждую транзакцию согласованно и безопасно, независимо и изолированно от других транзакций.

В целях сохранения целостности данных все транзакции в реляционных базах данных должны соответствовать требованиям ACID, то есть быть атомарными, согласованными, изолированными и устойчивыми.

Атомарность
Атомарность гарантирует целостное выполнение транзакции. Если выполнить какую-либо часть транзакции не удается, все изменения транзакции, будут отменены.

Согласованность
Согласованность – это условие, при котором данные, записываемые в реляционную базу данных во время транзакции, должны соответствовать всем правилам и ограничениям, включая ограничения целостности, каскады и триггеры.

Изоляция
Изоляция гарантирует независимое выполнение транзакции. Если несколько пользователей одновременно пытаются изменить данные в реляционной базе данных, механизмы управления параллелизмом блокируют перезапись изменений, вносимых такими пользователями.

Устойчивость
Устойчивость гарантирует постоянство всех внесенных в реляционную базу данных изменений на момент выполнения транзакции.

Существует множество различных типов баз данных, предназначенных для оптимизации гибкости и масштабируемости определенных моделей данных. К этим типам баз данных относятся:

• Реляционные базы данных: данные хранятся в формате таблиц со строками, содержащими отдельные записи, и столбцами, содержащими атрибуты или точки данных, связанные с записями.
• База данных «ключ-значение»: данные хранятся в формате словаря, где каждый элемент имеет ключ и значение.
• База данных документов: данные хранятся в документах в формате JSON, XML или в другом формате, предназначенном для хранения частично структурированных данных.
• Графовая база данных: данные хранятся в формате графа знаний, содержащего узлы, края для определения взаимосвязи между этими узлами и свойства, в которых хранятся отдельные точки данных.

Реляционные базы данных отличаются от нереляционных, так называемых NoSQL, структурой содержащихся в них данных. В реляционной базе данных данные организованы в таблицы, индексы и представления. В таблицах можно легко создавать, читать, изменять и удалять соответствующие данные с помощью языка запросов, например SQL. Все строки имеют одинаковую структуру, как в электронной таблице.

В нереляционной базе данных вместо таблиц используются пары «ключ-значение», формат JSON, графы и другие структуры данных. Многие нереляционные базы данных также называют базами данных NoSQL, поскольку данные хранятся и запрашиваются без использования языка SQL.

Нереляционные базы данных, так называемые NoSQL, созданы специально для нереляционных моделей данных и содержат гибкие схемы для разработки современных приложений. Такие базы данных широко распространены в связи с простотой разработки, функциональностью и производительностью, независимо от масштаба. Некоторые отличия включают:

В реляционных базах данных структурированные данные хранятся в строках и столбцах на базе правил. В базах данных NoSQL хранятся отдельные элементы данных в отдельных файлах.

В реляционных базах данных данные хранятся в таблицах согласно строгим правилам о вариациях данных и связях между таблицами. Нереляционные базы данных характеризуются большей гибкостью, поскольку содержат неструктурированные данные. Такие базы данных можно использовать для хранения файлов, видео и другого неструктурированного контента.

Реляционные базы данных соответствуют строгим требованиям ACID. Стандартные нереляционные базы данных имеют более гибкую модель – BASE (базовая доступность, неустойчивое состояние, согласованность в конечном счете), что гарантирует доступность, но не высокий уровень согласованности. Состояние базы данных со временем может меняться и в итоге становится постоянным. Современные нереляционные базы данных также соответствуют требованиям ACID, характеризуются высоким уровнем согласованности и доступности и т. д.

Способы использования реляционных баз данных зависят от типа и объема хранимых данных, а также от уровня производительности, необходимого для доступа к ним. Именно поэтому разработано множество движков реляционных баз данных – от Amazon Aurora, Oracle и Microsoft SQL Server до MySQL и PostgreSQL, – каждый из которых имеет преимущества и недостатки.

При выборе реляционной базы данных стоит учитывать необходимость в поиске поставщика управляемых облачных сервисов, которые буду поддерживать базу данных. Служба реляционных баз данных Amazon (Amazon RDS) – это полностью управляемый сервис баз данных, который обеспечивает выделение ресурсов, исправление, резервное копирование и другие важные задачи для самых популярных реляционных баз данных. Таким образом, пользователи могут выбрать движок базы данных в соответствии со способом использования, не беспокоясь о требованиях к его обслуживанию.

Служба реляционных баз данных Amazon (Amazon RDS) – это набор управляемых сервисов, который упрощает настройку, использование и масштабирование реляционной базы данных в облаке. Облачные базы данных имеют множество преимуществ, среди которых производительность, масштабируемость и экономичность. Ниже приведены примеры движков реляционных баз данных, доступных в Amazon RDS.

Amazon Aurora
Amazon Aurora – это движок реляционных баз данных, совместимый с MySQL и PostgreSQL. Такой движок отличается высокой скоростью и доступностью высокопроизводительных коммерческих баз данных, а также обеспечивает простоту в использовании и экономичность баз данных с открытым исходным кодом. Движок Amazon Aurora обеспечивает в 5 раз большую пропускную способность MySQL и в 3 раза большую пропускную способность PostgreSQL, тогда как его стоимость равна одной десятой стоимости коммерческих баз данных.

Oracle
С помощью Amazon RDS для Oracle можно за считанные минуты выполнить экономичное развертывание различных версий баз данных Oracle с настраиваемой мощностью аппаратных ресурсов. Поддерживается использование уже приобретенных лицензий Oracle с почасовой оплатой. RDS управляет трудоемкими задачами, связанными с администрированием базы данных, включая выделение ресурсов, создание резервных копий, исправления, мониторинг и масштабирование аппаратных ресурсов, что позволяет пользователям сосредоточиться на разработке приложений.

Microsoft SQL Server
Amazon RDS для SQL Server упрощает настройку, эксплуатацию и масштабирование SQL Server в облаке. Поддерживается развертывание различных версий SQL Server, включая Express, Web, Standard и Enterprise. Поскольку Amazon RDS для SQL Server обеспечивает прямой доступ к встроенным возможностям SQL Server, существующие приложения и инструменты продолжат работу без изменений.

MySQL
MySQL – это система управления реляционными базами данных с открытым исходным кодом, применимая ко многим веб-приложениям. Amazon RDS для MySQL предлагает возможности движка MySQL. Иными словами, код, приложения и инструменты, применяемые к существующими базами данных, можно использовать с сервисом Amazon RDS без изменений.

PostgreSQL
PostgreSQL – это объектно-реляционная система управления базами данных с отрытым исходным кодом, ориентированная на соответствие стандартам и возможность расширения. Amazon RDS для PostgreSQL управляет трудоемкими недифференцированными задачами, связанными с администрированием баз данных, включая установку программного обеспечения PostgreSQL, управление хранилищем и обновление. Развертывание и начало работы занимает всего несколько минут.

MariaDB
MariaDB – это совместимый с MySQL движок баз данных, который представляет собой ветку MySQL. Он был создан оригинальными разработчиками MySQL. Amazon RDS для MariaDB упрощает настройку, эксплуатацию и масштабирование развертываний MariaDB в облаке. С помощью Amazon RDS можно всего за несколько минут выполнить экономичное развертывание масштабируемых баз данных MariaDB с возможностью настройки объема аппаратных ресурсов.

Начните работу с выбранной реляционной базой данных на AWS, создав бесплатный аккаунт уже сегодня!