Что такое СУБД? Определение, классификация и особенности использования

База данных (БД) — это структурированный набор данных: от списка покупок до огромных объемов информации в социальной сети. Данные можно хранить, добавлять, удалять и редактировать. Чтобы делать все это, нужна система управления базой данных (СУБД).

Что такое СУБД

СУБД — связующее звено между базой данных и пользователем или приложением. По сути, все операции с БД осуществляются именно через СУБД. С помощью этих систем можно создавать, удалять и изменять БД, создавать пользователей, управлять их правами, шифровать и восстанавливать данные и так далее.

Для чего нужны СУБД

Системы управления базами данных применяют в разных областях. Например, в Data Science они нужны для хранения и анализа больших объемов структурированных и неструктурированных данных, извлечения информации и получения практических результатов. СУБД часто используют для выполнения сложных аналитических запросов, агрегации данных и построения моделей машинного обучения.

В DevOps СУБД используют для управления и обслуживания баз данных в процессе разработки и развертывания приложений. Они помогают автоматизировать работу с данными, резервное копирование, восстановление и масштабирование. Разработчики используют различные СУБД для создания структуры БД, определения отношений между данными, выполнения запросов и обработки данных внутри приложения.

Из чего состоит СУБД

Система управления базами данных — сложное ПО, состоящее из множества интегрированных компонентов, которые необходимы для выполнения практически всех задач по управлению БД. В некоторых системах (в таких как MySQL, PostgreSQL, Oracle Database и т. д.) можно расширить базовую функциональность за счет интеграции со сторонними инструментами и сервисами — напрямую или с помощью плагинов. В этом разделе мы рассмотрим общие компоненты, которые входят в состав любой системы управления.

Механизм хранения данных

Это основной компонент СУБД, который взаимодействует с файловой системой на уровне ОС. Все SQL-запросы, которые работают с данными, проходят через механизм хранения.

Язык запросов

Обработчик запросов

Обработчик интерпретирует запросы пользователей, преобразует их  в команды, которые понимают базы данных. Он анализирует запрос, определяя, какие операции нужно выполнить, и взаимодействует с  другими компонентами СУБД, чтобы получить и передать пользователю требуемые данные. Кроме того, обработчик запросов отвечает за управление транзакциями в СУБД, обеспечивая согласованность и целостность данных.

Каталог метаданных

В каталоге метаданных хранится информация о структуре таблиц и связях между ними, типах данных, ограничениях целостности, доступных индексах и других атрибутах. Он также содержит сведения о правах доступа и ролях пользователей, а также о настройках базы данных.

Менеджер блокировок

Этот компонент нужен для того, что несколько пользователей не могли одновременно изменять одни и те же данные. Когда они пытаются сделать это, включается блокировка. Так обеспеспечивает согласованность данных внутри БД.

Менеджер логов

Этот компонент отвечает за управление логами, которые содержат сведения обо всех изменениях, внесенных в базу данных. Он записывает информацию об операциях и управляет логами, включая их создание, хранение и удаление.

Утилиты для работы с данными

Большинство СУБД поставляется с дополнительными встроенными утилитами. Они обеспечивают проверку целостности данных, резервное копирование, восстановление и т. д.

Виды СУБД

СУБД можно классифицировать по разным параметрам. Например, если говорить о хранении баз данных, то системы управления делятся на локальные (все элементы системы находятся на одном сервере) и распределенные (элементы системы находятся на нескольких серверах).

Если говорить о хранении и обработке данных, системы бывают клиент-серверными, файл-серверными и встраиваемыми.

• В клиент-серверной модели СУБД и база данных находятся на одной машине, к которой может обратиться любой клиент. 
• Файл-серверные СУБД предусматривают размещение базы данных на одном сервере, а СУБД — на устройствах, с которых к ней отправляют запросы. 
• Встраиваемые СУБД представляют собой отдельный модуль, который встраивается в приложение для управления его базой данных.

Также системы управления можно классифицировать по структуре и организации данных. Они бывают:

• реляционными — используют таблицы для хранения данных,
• ключ-значение — каждой единице данных присваивается идентификатор из двух частей: ключ и значение,
• документными — данные хранятся в виде документов с текстом,
• графовыми — данные и их связи представляются как вершины и ребра графа,
• колоночными — данные организованы и хранятся по столбцам.

Особенности реляционных и объектно-реляционных СУБД

Реляционные СУБД давно зарекомендовали себя и широко применяются в различных сферах. Однако с развитием объектно-ориентированного программирования возникла потребность в эффективном хранении и обработке сложных иерархических структур данных. Так появились объектно-реляционные СУБД, которые объединяют преимущества реляционных и объектно-ориентированных БД.

В реляционных СУБД данные организованы в таблицы. Для взаимодействия с БД они используют язык SQL и хорошо подходят для хранения структурированных данных и обработки запросов.

Объектно-реляционные системы сочетают в себе функциональность реляционных и объектно-ориентированных баз данных. Это дает возможность хранить и работать со сложными типами данных, такими как объекты, классы, наследование и методы.

Основная разница между этими типами систем заключаются в способах хранения и доступа к данным, поддержке их структур и сложности использования. Выбор между реляционными и объектно-реляционными СУБД зависит от потребностей системы и специфики проекта.

Особенности NoSQL-систем

NoSQL — это тип СУБД, предназначенный для обработки и хранения больших неструктурированных и полуструктурированных данных. Он не требует их строгой предварительной схемы. Это позволяет быстро адаптироваться к изменяющимся требованиям и упрощает добавление новых типов данных. Также NoSQL дает возможность распределить данные между несколькими узлами. А это, в свою очередь, обеспечивает отказоустойчивость, горизонтальное масштабирование и высокий уровень доступности.

Популярные СУБД

Рассмотрим некоторые из наиболее популярных систем управления базами данных. Они широко используются в различных отраслях и приложениях. Также перечислим некоторые функции СУБД.

PostgreSQL

PostgreSQL — это реляционная СУБД с открытым исходным кодом. Она предлагает широкий набор функций, включая поддержку сложных запросов, транзакций, хранимых процедур и многопоточности. PostgreSQL также поддерживает географические данные и полнотекстовый поиск.

MySQL

Это еще одна популярная реляционная СУБД. MySQL обладает высокой производительностью и простотой в использовании. Она поддерживает множество функций, включая транзакции, хранимые процедуры и репликацию данных.

Microsoft SQL Server

Это система управления реляционными БД. SQL Server предлагает широкий набор функций для управления данными, включая поддержку транзакций, хранимых процедур, аналитических запросов и интеграцию с другими продуктами Microsoft.

Redis

Это высокопроизводительная нереляционная СУБД для хранения данных в формате «ключ-значение». Она также применяется для для кэширования данных, сессий пользователей, очередей сообщений и приложений. Redis поддерживает различные структуры данных, включая строки, списки, множества, хэши и многие другие. Это делает его удобным инструментом для разработки современных веб-приложений.

TimescaleDB

Это расширение для PostgreSQL, предназначенное для работы с временными рядами данных. TimescaleDB обеспечивает оптимизированное хранение и запросы, что делает его идеальным выбором для приложений, связанных с мониторингом, аналитикой и интернетом вещей.

Kafka

SQLite

Это легковесная встроенная СУБД, которая не требует отдельного сервера. Она проста в использовании и хранит данных в одном файле. SQLite подходит для небольших проектов и приложений, где требуется простая и компактная база данных.

MongoDB

Это гибкая документоориентированная NoSQL СУБД. MongoDB позволяет хранить данные в формате JSON, что облегчает разработку приложений. СУБД обладает хорошей масштабируемостью и поддерживает горизонтальное распределение данных.

Oracle DB

Это коммерческая реляционная СУБД, разработанная Oracle Corporation. Она предлагает широкий набор функций для управления данными, включая поддержку транзакций, масштабируемость и высокую надежность. Oracle DB широко используется в предприятиях и крупных системах.

Каждая из этих СУБД имеет свои особенности и применяется в различных сценариях в зависимости от требований проекта и характеристик данных.

Облачные базы данных Selectel

Выбирать СУБД для работы с облачными базы данных следует, исходя из актуальных задач. В одном случае лучше подойдет PostgreSQL, в другом — MySQL, в третьем — Redis, TimescaleDB или Kafka.

Все облачные базы данных соответствуют российским и международным стандартам — закону 152-ФЗ (УЗ-1), приказу ФСТЭК № 21, PCI DSS, ISO 27001, 27017, 27018. Подробнее со всеми сертификатами можно ознакомиться на странице о безопасности.