یک سامانه سیستم پایگاه داده از چه مولفه‌هایی ساخته شده است؟

برنامه کاربردی پایگاه داده

برنامه کاربردی پایگاه داده، نرم‌افزاری خاص منظوره است که توسط کاربران یا شرکت‌های نرم افزاری شخص ثالث طراحی و اجرا می‌شود.

مولفه کلاینت

در نقطه مقابل، مولفه‌های کلاینت قرار دارند که در گروه نرم‌افزارهای همه منظوره پایگاه داده قرار می‌گیرند که توسط شرکت پایگاه داده طراحی و اجرا می‌شود. با استفاده از مولفه‌های کلاینت، کاربران می‌توانند به داده‌های ذخیره شده در یک کامپیوتر محلی یا کامپیوترهای راه دور دسترسی پیدا کنند.

سرور پایگاه داده

وظیفه سرور پایگاه داده مدیریت داده‌های ذخیره شده در یک پایگاه داده است. هر کلاینت با ارسال درخواستی به تعامل با سرور پایگاه داده می‌پردازد. سرور هر محاوره را پردازش می‌کند و نتیجه را برای کلاینت ارسال می‌کند.

پایگاه داده

 به‌طور کلی، یک پایگاه داده را می‌توان از دو منظر کاربری و سیستمی مورد بررسی قرار داد. از منظر کاربری، پایگاه داده مجموعه‌ای متشکل از داده‌ها است که به شکل منطقی با یکدیگر در ارتباط هستند. از منظر سیستمی  یک پایگاه داده اشاره به بایت‌هایی دارد که روی دیسک ذخیره‌سازی می‌شوند. اگرچه این دو نمای یک پایگاه داده کاملاً متفاوت هستند، اما وجوه اشتراکی نیز دارند. سیستم پایگاه داده نه تنها باید رابط‌هایی فراهم کند تا کاربران را قادر به ایجاد پایگاه داده و بازیابی یا اصلاح داده‌ها کند، بلکه باید مولفه‌های سیستمی را برای مدیریت داده‌های ذخیره شده فراهم کنند. از این رو، یک سیستم پایگاه داده باید ویژگی‌های زیر را فراهم کند:

انواع مختلف رابط‌های کاربری

 استقلال فیزیکی داده‌ها

استقلال منطقی داده‌ها

بهینه‌سازی پرس‌وجوها

یکپارچگی داده‌ها

کنترل همزمان

پشتیبان‌گیری و بازیابی

امنیت پایگاه داده

توصیف هر یک از این مولفه‌ها به شرح زیر است:

رابط‌های مختلف کاربری

اکثر پایگاه‌های داده به گونه‌ای طراحی می‌شوند که قابل استفاده توسط کاربرانی با سطح مختلف دانش باشند. به همین دلیل، یک سیستم پایگاه داده باید طیف گسترده‌ای از قابلیت‌های کاربردی و گاها مجزا از یکدیگر را برای رابط‌های کاربری ارائه دهد. رابط کاربری می‌تواند گرافیکی یا متنی باشد. رابط‌های کاربری گرافیکی (GUI) ورودی کاربر را از طریق صفحه کلید یا ماوس پذیرفته و خروجی گرافیکی را روی مانیتور ارائه می‌کنند. رابط کاربری متنی که اغلب توسط سیستم‌های پایگاه داده استفاده می‌شود یک رابط خط فرمان است، مکانی که کاربر ورودی را با تایپ یک دستور با صفحه کلید وارد کرده و سیستم خروجی را به شکل متنی روی صفحه‌نمایش نشان می‌دهد.

استقلال فیزیکی داده‌ها

استقلال فیزیکی داده‌ها به این معنا است که برنامه‌های کاربردی پایگاه داده به ساختار فیزیکی داده‌های ذخیره شده در یک پایگاه داده بستگی ندارند. این ویژگی مهم شما را قادر می‌سازد بدون نیاز به ایجاد تغییر در برنامه‌های کاربردی پایگاه داده، داده‌های ذخیره شده را تغییر دهید. به عنوان مثال، اگر داده‌های ذخیره شده قبلاً با استفاده از یک معیار خاص مرتب‌سازی شده‌اند و این مرتب‌سازی با استفاده از معیار دیگری تغییر یافته، اصلاح داده‌های فیزیکی نباید بر عملکرد برنامه‌های موجود پایگاه داده یا طرح پایگاه داده موجود تاثیرگذار باشد.

استقلال منطقی داده‌ها

در فرآیند پردازش فایل (با استفاده از زبا‌ن‌های برنامه‌نویسی سنتی)، تعریف یک فایل در برنامه‌های کاربردی انجام می‌شود، بنابراین هرگونه تغییر در ساختار آن فایل معمولاً به اصلاح همه برنامه‌هایی که از آن استفاده می‌کنند نیاز دارد. سیستم‌های پایگاه داده استقلال منطقی داده‌ها را فراهم می‌کنند - به عبارت دیگر، ایجاد تغییرات در ساختار منطقی پایگاه داده بدون نیاز به ایجاد تغییر در برنامه‌های کاربردی پایگاه داده امکان‌پذیر است. به عنوان مثال‌، اگر ساختار فیزیکی به‌نام PERSON در سیستم پایگاه داده وجود داشته باشد و بخواهید صفتی به PERSON اضافه کنید باید فقط ساختار منطقی پایگاه داده را اصلاح کنید و نیازی به ویرایش برنامه‌های موجود نیست. (البته برنامه برای آن‌که بتواند از ستون جدید اضافه شده استفاده کند باید اصلاح شود.)

بهینه‌سازی پرس‌و‌جو

اکثر سیستم‌های پایگاه داده دارای زیرمجموعه‌ای به‌نام بهینه‌ساز هستند که انواع مختلفی از استراتژی‌های اجرای احتمالی را برای پرس‌و‌جوهای مرتبط با تعامل با داده‌ها شامل می‌شود و سپس کارآمدترین‌ها روش را انتخاب می‌کند. استراتژی انتخاب شده، برنامه اجرای پرس‌وجو نامیده می‌شود. بهینه‌ساز تصمیمات خود را با استفاده از ملاحظاتی از قبیل بزرگ بودن جداول درگیر در پرس‌وجو، چه شاخص‌هایی وجود دارد و نوع عملگر منطقی (AND ، OR یا NOT) در دستور WHERE اتخاذ می‌کند.

یکپارچگی داده

یکی از وظایف سیستم پایگاه داده شناسایی داده‌های منطقی ناسازگار و رد ذخیره آن‌ها در یک پایگاه داده است. (یک مثال روشن در این زمینه تاریخ 30 فوریه یا ساعت 5:77:00 بعد از ظهر دو نمونه از داده‌های متناقض هستند.) علاوه بر این، بیشتر مشکلات دنیای واقعی که توسط سیستم‌های پایگاه داده پیاده‌سازی می‌شوند دارای قید‌های یکپارچگی هستند تا همه چیز به درستی پیاده‌سازی شود. (یک نمونه از قیدهای یکپارچگی ممکن است شماره سازمانی یک کارمند است که باید یک عدد پنج رقمی باشد.) وظیفه یکپارچگی داده‌ها می‌تواند توسط کار در برنامه برنامه کاربردی پایگاه داده یا سامانه مدیریت پایگاه داده (DBMS) انجام شود. در بیشتر موارد این وظیفه باید توسط DBMS انجام شود.

کنترل همزمانی

سیستم پایگاه داده یک سیستم نرم‌افزاری چند کاربره است، به این معنی که بسیاری از برنامه‌های کاربردی می‌توانند همزمان به یک پایگاه داده دسترسی پیدا کنند. بنابراین، هر سیستم پایگاه داده باید نوعی مکانیسم کنترلی داشته باشد تا اطمینان حاصل کند که چندین برنامه که سعی در به‌روزرسانی داده‌های مشابه دارند، این کار را به روشی کنترل شده انجام می‌دهند. موارد زیر مثالی از مشکلی است که اگر یک سیستم پایگاه داده شامل چنین مکانیزم‌های کنترلی نباشد، ممکن است بوجود آید:

1. صاحبان حساب بانکی 4711 در بانک X مانده حساب 2000 دلار دارند.

2. دو مالک مشترک این حساب بانکی خانم A و آقای B به دو عابر بانک مختلف مراجعه می‌کنند و هر کدام به‌طور همزمان 1000 دلار برداشت می‌کنند.

3. پس از انجام این تراکنش، مقدار پول در حساب بانکی 4711 باید 0 دلار باشد و نه 1000 دلار. همه سیستم‌های پایگاه داده سازوکارهای لازم را برای رسیدگی به مواردی مانند سناریو فوق دارند.

پشتیبان‌گیری و بازیابی

یک سیستم پایگاه داده باید دارای یک زیر سیستم باشد که مسئول بازیابی خطاهای سخت‌افزاری یا نرم‌افزاری را بر عهده داشته باشد. به عنوان مثال، اگر خرابی هنگام بروزرسانی 100 ردیف جدول از سوی برنامه پایگاه داده رخ دهد، زیر سیستم بازیابی باید تمام به‌روزرسانی‌های اجرا شده را به حالت قبلی بازگرداند.  این‌کار به دلیل حصول اطمینان از سازگاری داده‌های مربوطه پس از وقوع خطا انجام می‌شود.

امنیت پایگاه داده

از مهم‌ترین مفاهیم امنیتی مرتبط با پایگاه داده احراز هویت و مجوزها است. احراز هویت فرآیند تأیید اعتبار اطلاعات کاربر است تا از استفاده غیرمجاز از سیستم توسط کاربران غیر مجاز ممانعت به عمل آید. احراز هویت معمولاً با الزام کاربر به وارد کردن نام (کاربر) و رمز عبور انجام می‌شود. این اطلاعات توسط سیستم ارزیابی می‌شود تا مشخص شود آیا کاربر اجازه دسترسی به سیستم را دارد یا خیر. با استفاده از رمزنگاری می‌توان این روند را بهبود بخشید.

مجوزدهی به فرآیندی اشاره دارد که پس از تأیید هویت کاربر انجام می‌شود. در طی این فرآیند، سیستم تعیین می‌کند که کاربر خاص قادر به استفاده از چه منابعی است. به عبارت دیگر، دسترسی به اطلاعات خاص تنها برای افراد مهمی مثل مدیران اصلی امکان‌پذیر است و سایر کاربران اجازه دسترسی به اطلاعات حساس را نداشته باشند.