Bài giảng Hệ quản trị cơ sở dữ liệu - Chương 1: Tổng quan về hệ quản trị cơ sở dữ liệu

LOGO

HỆ QUẢN TRỊ CƠ SỞ DỮ LIỆU

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ

HQT CSDL

GVLT: Nguyễn Trường Sơn

Nội dung

§ꢀ Yêu cầu về dữ liệu trong CSDL

§ꢀ Khái niệm HQT CSDL

§ꢀ Kiến trúc của một HQT CSDL

§ꢀ Phân loại HQT CSDL

Yêu cầu về dữ liệu trong CSDL

§ꢀ Dữ liệu trong CSDL phải được thể hiện ở các mức độ trừu

tượng khác nhau (3 mức độ):

–ꢀ Mức ngoài (External level)

•ꢀ Mô tả một phần của CSDL mà một đối tượng / một nhóm người dùng

được quyền tiếp cận

–ꢀ Mức luận lý (Logic level)

•ꢀ Mô tả những thông tin gì được lưu trữ trong CSDL và những mối quan

hệ giữa những thông tin đó

–ꢀ Mức vật lý (Physical level)

•ꢀ Dữ liệu được lưu trữ như thế nào trên thiết bị lưu trữ.

à Làm tăng tính độc lập (data independence) của cách thức

lưu trữ dữ liệu, thiết kế dữ liệu và chương trình sử dụng dữ

liệu.

Yêu cầu về dữ liệu trong CSDL

§ꢀ Các mức độ trừu tượng của dữ liệu:

External

Schema 1

Schema 2

Schema 3

Logical Schema

Physical

Schema

DISK

Yêu cầu về dữ liệu trong CSDL

§ꢀ Dữ liệu trong CSDL cần có các đặc trưng:

–ꢀ Ít hoặc không trùng lắp dữ liệu

–ꢀ Chia sẽ cho nhiều người dùng mà không gây ra xung đột

–ꢀ An ninh, bảo mật

–ꢀ Khôi phục khi có sự cố

–ꢀ Độc lập dữ liệu

•ꢀ Độc lập luận lý: Khả năng thay đổi lược đồ mức luận lý mà không lảm

ảnh hưởng đến lược đồ ngoài cũng như chương trình ứng dụng.

•ꢀ Độc lập vật lý: Khả năng thay đổi tổ chức vật lý của CSDL mà không làm

ảnh hưởng đến lược đồ luận lý.

§ꢀ Vì vậy cần có một hệ thống quản lý hiệu quả dữ liệu trong

CSDL.

Lợi ích của tính độc lập dữ liệu

External

Schema 1

§ꢀ Độc lập luận lý:

–ꢀ Cho phép thêm bớt thuộc tính, bảng, các

mối quan hệ mà không cần phải viết lại

chương trình, ...

Logical Schema

§ꢀ Độc lập vật lý:

–ꢀ Cho phép thay đổi thiết bị lưu trữ, cách

thức lưu trữ, các cấu trúc dữ liệu, các tổ

chức tập tin khác nhau, các kiểu tổ chức

chỉ mục khác nhau, ...

Physical

Schema

DISK

Khái niệm HQT CSDL

§ꢀ Là một hệ thống phần mềm cung cấp các công cụ để xây

dựng, khai thác và quản lý cơ sở dữ liệu.

–ꢀ Xây dựng (Sử dụng ngôn ngữ DDL): Định nghĩa cấu trúc CSDL, lưu

trữ dữ liệu

–ꢀ Khai thác (Sử dụng ngôn ngữ DML): Truy vấn dữ liệu, Cập nhật dữ

liệu

–ꢀ Quản lý:

•ꢀ Quản lý an toàn và bảo mật

•ꢀ Điều khiển truy xuất đồng thời.

•ꢀ Khôi phục khi có sự cố.

•ꢀ …

§ꢀ Một số HQTCSDL: MS SQL Server, Oracle, DB2, …

Các lợi ích của HQT CSDL

§ꢀ Độc lập dữ liệu

§ꢀ Truy cập dữ liệu hiệu quả

§ꢀ Toàn vẹn dữ liệu

§ꢀ An ninh dữ liệu

§ꢀ Truy xuất đồng thời

§ꢀ Khôi phục sau sự cố

§ꢀ Giảm thời gian phát triển ứng

dụng

§ꢀ

Lịch sử phát triển của các HQT CSDL

Decade of RDBMS

1970s

1960s

1980s – 1990s

2000s

Mô hình

mạng

Mô hình

quan hệ

Mô hình

đối tượng

No SQL

Database

CODASYL

Mô hình

phân cấp

SEQUEL

QUEL

SQL

IMS

Ingres

dBASE

PostgreSQL

MongoDB, Oracle

NoSQL Database,

Apache

SABRE

system

Ingres Corp Sybase

MS SQL Server

Prototypes

for ODBMS

Cassandra , ...

System R

Non-Stop SQL

DB2

SQL/DS

Oracle

Allbase

Kiến trúc của một HQT CSDL

Sophiscatedusers, application

programmers, DB administrators

Unsophisticated users (customers, travel agents, etc.)

Application Front

Web forms

Ends

SQL Interface

command flows

SQL COMMANDS

DBMS

interactions

Plan Executor

Operator Evaluator

Parser

Optimizer

Query

Evaluation

Engine

Concurency

Control

Files and Access methods

Transaction

Manager

Recovery

Manager

Buffer Manager

Lock

Manager

Disk Space Manager

references

Index files

Data files

System Catalog

DATABASES

Kiến trúc của một HQT CSDL

§ꢀ Các thành phần chính:

Giao diện lập trình

Xử lý câu truy vấn

An ninh và bảo mật

Khôi phục sau sự cố

Người sử dụng

Xử lý truy xuất đồng

thời

Tổ chức quản lý lưu

trữ

Thành phần Giao diện lập trình

§ꢀ HQTCSDL cung cấp giao diện lập trình dễ sử dụng với một

ngôn ngữ lập trình CSDL:

–ꢀ Giao diện: tương tác dòng lệnh (command line), đồ họa (GUI)

–ꢀ Ngôn ngữ: SQL, T-SQL

–ꢀ VD: MS SQL Server cung cấp ngôn ngữ Transacion SQL (T-SQL)

§ꢀ Các loại ngôn ngữ sử dụng trong HQTCSDL:

–ꢀ Ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu (DDL – Data Definition Language):

Giúp người dùng ra lệnh cho HQTCSDL tạo ra các cấu trúc dữ liệu

của CSDL (Cách tổ chức dữ liệu và mối liên hệ giữa các đối tượng

dữ liệu).

–ꢀ Ngôn ngữ thao tác CSDL (DML – Data Manupulation Language) :

Giúp người dùng tích luỹ, hiệu chỉnh và khai thác dữ liệu

Thành phần An ninh và bảo mật

§ꢀ Bảo mật dữ liệu: HQTCSDL hỗ trợ các tính năng về chứng

thực, phân quyền giúp kiểm soát tốt những người dùng hợp

pháp của hệ thống..

§ꢀ An ninh dữ liệu: HQTCSDL hỗ trợ các phương pháp mã hóa

dữ liệu để ngăn chặn các tấn công của những đối tượng tin

tặc (đánh cắp thông tin trên đường truyền, đánh cắp nội dung

CSDL).

Thành phần Khôi phục sau sự cố

§ꢀ Mục tiêu: Đảm bảo sự tổn thất, sai sót về mặt dữ liệu là ít

nhất có thể.

§ꢀ Cách tiếp cận: Để đảm bảo tính bền vững của CSDL, mọi

thay đổi lên CSDL phải được ghi nhận lại trong nhật ký

(Log)

§ꢀ Các thành phần hỗ trợ quá trình khôi phục sau sự cố:

–ꢀ Bộ phận quản lý nhật ký (Log manager) : đảm bảo ghi nhận đầy đủ

và chính xác mọi thay đổi trên CSDL vào nhật ký.

–ꢀ Bộ phận quản lý khôi phục sự cố (Recovery Manager): dựa vào nhật

ký để phục hồi lại CSDL về trạng thái nhất quán trước đó (Trạng

thái thoả tất cả RBTV của CSDL)

Xử lý truy xuất đồng thời

§ꢀ Mục tiêu:

–ꢀ Đảm bảo các xử lý có thể được thực hiện đồng thời mà làm không làm

cho dữ liệu bị mất tính nhất quán (vi phạm các ràng buộc toàn vẹn)

§ꢀ Các thành phần con: Bộ phận quản lý giao tác (Transaction

Manager & Locking Manager)

§ꢀ Phương pháp:

–ꢀ Sử dụng khái niệm giao tác (transaction) để biểu diễn một đơn vị xử

--------

lý, một giao tác bao gồm các hành động mà được thực hiện tòn bộ hoặc

không có hành động nào được thực hiện.

--------

–ꢀ Bộ lập lịch (scheduler) có nhiệm vụ lập 1 lịchthực hiện từ n giao tác

không tách biệt về thời gian sao cho kết quả không vi phạm tính

nhất quán của CSDL.

T

–ꢀ Sử dụng cơ chế khóa (lock) để khóa các đơn vị dữ liệu nào đó khi cần

à ngăn 2 giao tác cùng thao tác lên 1 đơn vị dữ liệu ấy tại cùng 1

điểm à Hỗ trợ để lập lịch.

Điều khiển đồng thời (tt)

---

CLIENT 1

CLIENT 2

CLIENT 3

---------

---

SERVER

---

T1

T2

T3

Điều khiển đồng thời (tt)

§ꢀ Vấn đề deadlock

–ꢀ Do sử dụng cơ chế khóa nên các giao tác sẽ phải chờ khi cần truy

xuất 1 đơn vị dữ liệu đang bị khóa.

–ꢀ Tình huống chờ vĩnh viễn mà vẫn không được truy xuất đơn vị dữ

liệu bị khóa gọi là Deadlock (khoá chết)

•ꢀ Các giao tác chờ đợi lẫn nhau để được cấp phát tài nguyên và không

giao tác nào có thể hoàn tất.

–ꢀ Thành phần quản lý giao tác sẽ phải can thiệp vào:

•ꢀ Hoặc hủy bỏ một trong các giao tác gây deadlock

•ꢀ Hoặc ngăn chặn từ trước để không bao giờ sảy ra deadlock

Xử lý truy vấn

§ꢀ Biểu diễn câu truy vấn ở dạng ngôn ngữ cấp cao (SQL) và

thực hiện câu truy vấn có hiệu quả.

§ꢀ Query compiler – biên dịch truy vấn

–ꢀ Xây dựng cấu trúc phân tích câu truy

Query parser

vấn dưới dạng cây

–ꢀ Kiểm tra ngữ nghĩa của câu truy vấn

Query

preprocessor

–ꢀ Chuyển đổi cấu trúc cây sang ngôn

ngữ đại số quan hệ

Query

–ꢀ Sắp xếp các phép toán nhằm mục đích

optimizer

tối ưu hóa câu truy vấn

Quản lý lưu trữ

§ꢀ Thành phần có nhiệm vụ điều khiển việc đọc/ghi dữ liệu

qua lại giữa bộ nhớ và thiết bị lưu trữ

§ꢀ Làm việc với các khái niệm:

–ꢀ Tập tin dữ liệu

–ꢀ Từ điển dữ liệu

•ꢀ Lưu trữ các metadata (Siêu dữ liệu) về cấu trúc của CSDL, đặc biệt là

lược đồ của CSDL

–ꢀ Chỉ mục

•ꢀ Giúp cho việc tìm kiếm Dữ liệu được nhanh chóng

Bài giảng Hệ quản trị cơ sở dữ liệu - Chương 1: Tổng quan về hệ quản trị cơ sở dữ liệu - Nguyễn Trường Sơn