Интегрированная база данных

Как функционирует база данных

В этом разделе мы рассмотрим различные компоненты базы данных AS/400. Я не ставил здесь перед собой задачу проинструктировать Вас, как использовать эту базу данных. Уже есть целый ряд хороших книг, посвященных внешним аспектам базы данных и использованию двух ее интерфейсов в программах^{7Моя любимая книга на эту тему — Paul Conte. Database Design and Programming for DB2/400. Duke Press .1997. Настоятельно рекомендую!}. А я лишь хочу предложить Вам обзор характеристик СУБД и основ ее функционирования.

Раздел состоит из двух частей. В первой содержится описание основных функций, которые должны присутствовать в каждой СУБД, и их реализации в AS/400. Во второй — обзор других характеристик базы данных, некоторые из которых имеют отношение к производительности, а другие обеспечивают поддержку использования AS/400 в качестве сервера базы данных. После этого мы поговорим о внутренней реализации некоторых фундаментальных функций базы данных.

Функции СУБД

Есть много способов реализации реляционной базы данных, но любая система управления ею должна предоставлять следующие семь функций:

1. определение и описание таблиц базы данных;
2. операции управления данными (вставка, выборка, обновление и удаление);
3. возможность определить, что представляют собой данные независимо от программы;
4. возможность создавать новые проекции данных для удовлетворения изменяющихся требований прикладных программ;
5. множественные проекции данных для разных прикладных программ;
6. защита данных;
7. целостность данных.

Теперь посмотрим, как эти функции реализованы в AS/400.

Описание данных и создание файлов

Для описания физических и логических файлов базы данных можно использовать "родной" язык СУБД AS/400 — DDS. Он содержит операторы, ключевые слова и параметры, позволяющие описывать как атрибуты самого файла, так и полей записей базы данных. DDS можно также применять для описания файлов устройств, используемых AS/400. Эти файлы устройств содержат информацию о формате и типах данных, используемых подключенными к системе физическими устройствами.

DDS позволяет определить несколько атрибутов полей записей базы данных. Среди них имя поля, его длина и род данных (текстовые или числовые). В зависимости от типа данных поля можно задать некоторые другие специфические атрибуты. Например, если поле содержит десятичные данные, можно задать общее число десятичных цифр и число цифр справа от запятой.

Операторы DDS помещаются в разделах исходных файлов, которые затем превращаются в файловые объекты с помощью команд OS/400 "CRTPF" ("Create Physical File") и "CRTLF" ("Create Logical File"). Для описания атрибутов файлов базы данных можно использовать и SQL. В отличие от DDS, представляющего собой только язык описания данных, один оператор SQL и описывает, и создает таблицы и проекции (view). В SQL определение файла неотделимо от команды создания. Например, оператор SQL "Create table" задает имя таблицы, имена столбцов (полей) и их атрибуты. Кроме того, при исполнении этого оператора создается и сама таблица.

Создание физических файлов и таблиц

Физические файлы или, в терминологии SQL, таблицы содержат собственно данные. Запись физического файла имеет фиксированный набор полей. Каждое поле может иметь (хотя и не часто) переменную длину. В терминологии SQL таблица содержит строки фиксированной длины со столбцами переменной длины^{8Чтобы избежать полной путаницы, я использую, где возможно, более привычную для пользователей AS/400 терминологию "родного" интерфейса, за исключением случаев, когда описывает ся реализация именно SQL.}.

Физический файл состоит из двух частей. В первой находятся атрибуты файла и описания полей. В набор атрибутов файла входят его имя, владелец, размер, число записей, ключевые поля и некоторые другие характеристики. Описания полей задают атрибуты для каждого поля записей.

Вторая часть физического файла содержит собственно данные. Она может состоять из одного или нескольких разделов, позволяющих подразделять файл. Все записи во всех разделах обязательно имеют один и тот же формат. Это удобный способ разделения записей: например, информацию текущего месяца можно поместить в один раздел, а информацию прошлого — в другой. Каждый раздел имеет уникальное имя, которое можно использовать для доступа к записям. Таблицы SQL могут состоять только из одного раздела, что соответствует самой сути реляционной модели: все данные хранятся в двумерных таблицах. Файлы же имеющие несколько разделов — трехмерные.

Для создания физического файла используется системная команда "CRTPF". Она создает физический файл по операторам из исходного файла. Вновь созданный физический файл не содержит записей данных, для их добавления необходимо использовать отдельную программу или утилиту.

Как было отмечено ранее, оператор определения данных SQL также создает таблицу. Оператор "Create table" можно выполнить с помощью Query Manager, Interactive SQL, или вставив его в программу на ЯВУ. Таблица, созданная этим оператором, является физическим файлом, идентичным созданному с помощью "родного" интерфейса.

Создание логических файлов и проекций

Логические файлы дают возможность доступа к данным в формате, отличном от использующегося для их хранения в одном или нескольких физических файлах. Логические файлы обеспечивают независимость данных и программ, которая будет обсуждаться в следующем разделе. Они не содержат записей данных, а лишь относительный номер записи (индекс) данных в физическом файле. Часто говорят, что логический файл задает путь доступа к данным.

Структура логического файла может быть как очень простой, так и очень сложной. Логические файлы и проекции можно подразделить на четыре категории. Перечислю их.

• Простые логические файлы и проекции, которые отображают данные из одного физического файла или таблицы на другое описание логических записей.
• Многоформатные логические файлы, обеспечивающие доступ к нескольким физическим файлам, каждый из которых имеет собственный формат записей. Данный тип логического файла может быть создан только с помощью "родного" интерфейса; с помощью SQL его создать нельзя.
• Логические файлы объединения (join), задающие одно определение логической записи, построенное из любой комбинации полей двух или более физических файлов, таблиц, логических файлов или проекций. При этом общее число физических файлов и таблиц не должно превышать 32.
• Проекции SQL (view), которые похожи на логические файлы объединения и дают те же результаты, но реализованы совершенно иначе. Файлы объединения хранят путь доступа для каждого объединения. Проекции же SQL определяют пути доступа во время исполнения, руководствуясь хранящимся внутри шаблоном определения запроса (Query Definition Template).

Подобно физическому, логический файл состоит из двух частей. Первая — точно такая же, как и у физического файла. Она содержит атрибуты файла и описания полей. Вторая часть содержит относительные номера записей данных физического файла. Программе, использующей логический файл, видимы только те данные физического файла, которые соответствуют описанию полей логического файла.

Для создания логического файла используется системная команда "CRTLF". Она использует операторы DDS в исходном файле для создания логического файла. Операторы DDS в исходном файле задают имена одного или нескольких физических файлов, служащих основой для логического. Созданный логический файл содержит относительные номера записей данных из одного или нескольких физических файлов.

Оператор SQL "Create view" задает таблицу, представляемую проекцией, вместе с описанием столбцов проекции. Результат создания проекции — логический файл, идентичный создаваемому при использовании "родного" интерфейса.

Логические файлы выполняют три операции: форматирование, включая проекцию, объединение и создание производных полей (field derivation); выборку записей; упорядочение. Логический файл, созданный с помощью DDS, может осуществлять все три операции. Файл, созданный с помощью SQL, может выполнять либо форматирование (проекция SQL), либо упорядочение (индекс SQL), но не обе сразу. На SQL нельзя создать проекций, выделяющих подмножество записей физического файла. Проекция SQL может быть создана с помощью DDS, но DDS обычно не используется для создания файлов, имеющих только возможности проекций SQL.

Словарь данных и каталоги

Описания компонентов всех физических и логических файлов содержатся на каждой AS/400 в одном месте. В терминах "родного" интерфейса это место называется словарем данных. Словарь данных — это специальный объект OS/400, который обслуживается менеджером базы данных и к которому могут обращаться пользователи для поиска информации о структуре и местах использования файлов. Менеджер базы данных автоматически обновляет информацию в словаре данных всякий раз при создании нового объекта СУБД.

Словарь данных позволяет разработчикам приложений и пользователям получить представление о структуре базы данных на любой системе. "Каковы форматы записей?", "Каковы атрибуты данных?", "Где в системе используется некое имя?", — с помощью словаря данных можно найти ответы на эти и другие вопросы.

В интерфейсе SQL словарь данных называется общесистемным каталогом. SQL также позволяет разработчикам создавать другие каталоги. Каждая коллекция (collection) SQL (библиотека в "нормальной" терминологии) может (хоть и необяза тельно) иметь собственный каталог.

Независимость данных и программ

Использование комбинации физических и логических файлов в AS/400 позволяет достичь независимости программ от используемых ими данных. Отделение описания данных от программ достигается тем, что прикладные программы рассматривают данные в формате, отличном от того в каком они хранятся физически. Концепция отделения программ и данных — одна из основ технологической независимости архитектуры System/38 и AS/400.

Рассмотрим структуру физического файла, содержащего помимо самих данных их описание, часто называемое внешним описанием файла. Как System/38, так и AS/ 400 имеют внешне описанные данные, которые не надо помещать в программу. Это означает, что программа не определяет, как данные должны физически храниться. Кроме того, одна прикладная программа может работать с файлами, содержащими данные в разных форматах.

Формат логического файла, так же как и формат физического — внешний, так что с помощью логических файлов можно переопределить формат записи программы. На рисунке 6.1 показан очень простой пример, иллюстрирующий некоторые функции логических файлов: использование программой логического файла для получения иного представления данных физического файла.

Рис. 6.1. Независимость данных и программ

Обратите внимание на выделенные поля. Каждая запись физического файла содержит шесть полей; в то же время программа, посредством логического файла, "видит" только четыре из них. Возможность исключения полей из логического файла позволяет реализовывать защиту на уровне полей. Пользователи имеют доступ только к тем полям, которые им позволено видеть. Это лишь один прием защиты в AS/400 Более подробно тема защиты рассматривается в "Защита от несанкционированного доступа" .

Другая функция, отображенная на рисунке — возможность переупорядочения полей записи. Порядок следования в логической записи полей общего дохода (gross) и федерального подоходного налога (FIT) изменен на обратный. Другими словами, программа независима от порядка следования полей.

Кроме того, рисунок 6.1 иллюстрирует переопределение полей записи. В физическом файле поле общего дохода представляет собой упакованное десятичное число, содержащее 7 цифр, две из которых расположены справа от запятой. Однако программа написана так, что поле общего дохода должно иметь зонный десятичный формат с 8 цифрами, две из которых расположены справа от запятой. Логический файл обеспечивает нужное программе представление, а также осуществляет преобразование между упакованным и зонным десятичным форматами.

Использование множественных логических файлов, построенных над одним и темже физическим файлом, предоставляет альтернативные пути доступа к данным и обеспечивает разделение данных между программами. На рисунке 6.2 показан еще один логический файл для другой программы, который был добавлен к первому примеру. Теперь каждая программа имеет свое представление записей, хранящихся в физическом файле, и доступ только к тем полям, к которым он разрешен. Поля, присутствующие в обоих логических файлах, позволяют программам совместно использовать данные.

Рис. 6.2. Совместное использование данных

Очень важно подчеркнуть, что обе программы работают с теми же самыми физическими данными, — копирования данных нет. Обновление данных, выполненное одной программой, становится немедленно "видимо" другой. Эта возможность работы программ с текущими значениями данных, а не с копиями, используется в System/38 и AS/400 на протяжении уже почти 20 лет.