Что такое проектирование баз данных

Введение

Настоящий курс лекций построен таким образом, чтобы материал этой лекции изучался дважды: первый раз с целью установочного характера, чтобы была понятна логика следующих лекций; второй раз - после последней лекции с целью ответа на вопросы и задачи теста.

Что такое проектирование базы данных

Значительная часть проектов в области информационных технологий (далее ИТ-проектов) направлена на разработку и создание информационных систем, в рамках которых осуществляется обработка данных различной сложности. Целью таких проектов является разработка и создание информационной системы с базами данных. Практически во всех таких проектах решается задача проектирования баз данных определенного типа. Решение задачи проектирования повышает вероятность того, что разрабатываемая информационная система (далее - система) будет удовлетворять заданным функциональным и информационным требованиям с учетом заданных ограничений.

Примеры функциональных требований: выдача отчетов по продажам по регионам; выдача отчетов по продажам по кварталам; автоматический расчет скидок на товары при увеличении объема закупаемой партии и т.п.

Примеры ограничений: максимальное время, отпущенное на проект; количество денежных средств, которое можно на него потратить. Следует также учитывать технологические средства, доступные при реализации проекта, например требование реализации базы данных в архитектуре "файл-сервер".

В эксплуатации база данных и ее окружение должны удовлетворять набору требований по ряду укрупненных (интегрированных) параметров, таких как:

• функциональность и адаптируемость;
• производительность обработки транзакций;
• пропускная способность;
• время реакции;
• безопасность.

Это далеко не полный перечень параметров, по которым выставляются требования к базам данных, однако он содержит параметры, требования по которым выставляются наиболее часто.

Такие параметры иногда находятся в противоречии друг к другу. Так, высокие требования по функциональности на данном конкретном оборудовании могут вступать в конфликт с высокими требованиями по производительности. Например, отчеты могут генерироваться в течение нескольких часов и снизить в это время реакции пользователей, работающих с системой в диалоговом режиме.

Параметры, выражающие требования к базе данных, могут ранжироваться посредством присвоения приоритетов. Присвоение высшего приоритета требованию создать структуру данных для достижения системой максимально возможной производительности может привести к тому, что при проектировании базы данных требование обеспечить удобство работы определенной категории пользователей будет рассматриваться через призму производительности. Например, в системе бронирования авиабилетов в транснациональной авиакомпании время отклика на запрос не должно превышать 15-30 секунд. Поэтому, если это требование не будет удовлетворяться, то потребуется "разгрузить" приложение оператора.

Таким образом, процесс проектирования базы данных заключается в достижении компромиссов между функциональными, информационными, аппаратными, архитектурными и технологическими требованиями к базе данных и строится на информированном принятии решений по структуре базы данных.

Введем определение проектирования баз данных.

Определение 1. Проектирование базы данных - это поиск способов удовлетворения функциональных требований средствами имеющейся компьютерной технологии с учетом заданных ограничений.

Как правило, ИТ-проекты по созданию базы данных включают в себя следующие этапы: определение стратегии построения системы, анализ требований к базе данных, проектирование базы данных, реализация базы, тестирование и внедрение базы данных. Этап проектирования базы данных считается одним из самых сложных "размытых" этапов создания базы данных, который не имеет явно выраженного начала и окончания. По сравнению с анализом требований к базе данных или разработкой приложений, проектирование базы данных, по мнению многих ведущих специалистов, является плохо структурированной задачей. Если все этапы создания базы данных перекрываются друг с другом в своей последовательности, то этап проектирования перекрывается со всеми остальными этапами. Проектирование начинается с момента принятия стратегических решений и продолжается на этапах реализации и тестирования.

Процесс проектирования базы данных охватывает несколько основных сфер.

• Проектирование объектов базы данных (таблицы, представления, индексы, триггеры, хранимые процедуры, функции, пакеты) для представления данных предметной области в базе данных.
• Проектирование интерфейса взаимодействия с базой данных (формы, отчеты и т.д.), т.е. проектирование приложений, которые будут сопровождать данные в базе данных и реализовывать вопросно-ответные отношения на этих данных.
• Проектирование баз данных под конкретную вычислительную среду или информационную технологию (архитектура "клиент-сервер", параллельные архитектуры, распределенная вычислительная среда).
• Проектирование баз данных под назначение системы (интеллектуальный анализ данных, OLAP, OLTP и т.д.).

Отметим, что приложения работы с базой данных проектируются одновременно с физической схемой базы данных, а не отдельно! Зачастую вычислительная среда задается в качестве входных условий проектирования, но иногда проектирование следует проводить с учетом возможного перехода в будущем на другую аппаратную платформу или технологию.

Внимание! Базы данных всегда проектируются под конкретное назначение системы.

Техника проектирования баз данных может измениться в целом и в деталях в зависимости от назначения системы. Например, следует различать проектирование систем складирования данных и проектирование так называемых OLTP -систем, ориентируемых на оперативную обработку транзакций. В данном учебном курсе рассматривается проектирование баз данных в основном для OLTP -систем. Именно на таких системах исторически сложилась техника проектирования баз данных.

Известно, что база данных:

• имеет свою внутреннюю архитектуру;
• имеет свое собственное лингвистическое содержание;
• действует в рамках некоторой внешней среды;
• имеет свои средства взаимодействия с внешней средой;
• функционирует на конкретной программно-аппаратной платформе;
• поддерживается в рамках определенных организационно-технологических мероприятий.

Таким образом, база данных является сложным многокомпонентным объектом, объединяющим аппаратное обеспечение, программное обеспечение, информацию в виде данных и персонал. Основной задачей проектировщика базы данных является обоснованный выбор такой ее структуры, которая обеспечит согласованное взаимодействие всех ее компонентов согласно заданным функциональным требованиям в рамках заданных ограничений.

В данном курсе мы не рассматриваем вопросы анализа предметной области. Эта задача предшествует проектированию базы данных, и решают ее аналитики. Однако проектировщик баз данных должен знать результаты выполнения этой задачи и уметь правильно интерпретировать их в ходе проектирования. Результаты анализа предметной области базы данных, а именно модели данных предметной области на семантическом уровне, являются исходными данными для решения задач проектирования базы данных. Поэтому проектировщик должен знать концепции, лежащие в основе моделирования данных предметной области, и конструкции, образующие совокупность этих моделей.