Иерархические структуры данных и производительность

Программы доступа к Webmoney

Объектно-ориентированные субд

Появление объектно-ориентированных СУБД вызвано потребностями программистов на ОО-языках, которым были необходимы средства для хранения объектов, не помещавшихся в оперативной памяти компьютера. Также важна была задача сохранения состояния объектов между повторными запусками прикладной программы. Поэтому, большинство ООСУБД представляют собой библиотеку, процедуры управления данными которой включаются в прикладную программу. Примеры реализации ООСУБД как выделеного сервера базы данных крайне редки.

Сразу же необходимо заметить, что общепринятого определения «объектно-ориентированной модели данных» не существует. Сейчас можно говорить лишь о неком «объектном» подходе к логическому представлению данных и о различных объектно-ориентированных способах его реализации.

Структура

Структура объектной модели описываются с помощью трех ключевых понятий:

инкапсуляция — каждый объект обладает некоторым внутренним состоянием (хранит внутри себя запись данных), а также набором методов — процедур, с помощью которых (и только таким образом) можно получить доступ к данным, определяющим внутреннее состояние объекта, или изменить их. Таким образом, объекты можно рассматривать как самостоятельные сущности, отделенные от внешнего мира;

наследование — подразумевает возможность создавать из классов объектов новые классы объекты, которые наследуют структуру и методы своих предков, добавляя к ним черты, отражающие их собственную индивидуальность. Наследование может быть простым (один предок) и множественным (несколько предков);

полиморфизм — различные объекты могут по разному реагировать на одинаковые внешние события в зависимости от того, как реализованы их методы.

Целостность данных

Для поддержания целостности объектно-ориентированный подход предлагает использовать следующие средства:

автоматическое поддержание отношений наследования возможность объявить некоторые поля данных и методы объекта как «скрытые», не видимые для других объектов; такие поля и методы используются только методами самого объекта создание процедур контроля целостности внутри объекта

Средства манипулирования данными

К сожалению, в объектно-ориентированном программировании отсутствуют общие средства манипулирования данными, такие как реляционная алгебра или реляционное счисление. Работа с данными ведется с помощью одного из объектно-ориентированных языков программирования общего назначения, обычно это SmallTalk, C++ или Java.

В объектно-ориентированных базах данных, в отличие от реляционных, хранятся не записи, а объекты. ОО-подход представляет более совершенные средства для отображения реального мира, чем реляционная модель, естественное представление данных. В реляционной модели все отношения принадлежат одному уровню, именно это осложняет преобразование иерархических связей модели «сущность-связь» в реляционную модель. ОО-модель можно рассматривать послойно, на разных уровнях абстракции. Имеется возможность определения новых типов данных и операций с ними.

В то же время, ОО-модели присущ и ряд недостатков:

осутствуют мощные непроцедурные средства извлечения объектов из базы. Все запросы приходится писать на процедурных языках, проблема их оптимизации возлагается на программиста;

вместо чисто декларативных ограничений целостности (типа явного объявления первичных и внешних ключей реляционных таблиц с помощью ключевых слов PRIMARY KEY и REFERENCES) или полудекларативных триггеров для обеспечения внутренней целостности приходится писать процедурный код.

Очевидно, что оба эти недостатка связаны с отсутствием развитых средств манипулирования данными. Эта задача решается двумя способами — расширение ОО-языков в сторону управления данными (стандарт ODMG), либо добавление объектных свойств в реляционные СУБД (SQL-3, а также так называемые объектно-реляционных СУБД).

Как работают базы данных.

По сути, база данных – это набор файлов, в которых хранится информация. СУБД – система управления базами данных, управляет данными, берет на себя все низкоуровневые операции по работе с файлами, благодаря чему программист при работе с базой данных может оперировать лишь логическими конструкциями при помощи 
языка программирования, не прибегая к низкоуровневым операциям.

Язык структурированных запросов SQL позволяет производить следующие операции:

• Выборку данных – извлечение из базы данных содержащейся в ней информации.
• Организацию данных – определение структуры базы данных и установления отношений между ее элементами.
• Обработку данных – добавление, изменение, удаление.
• Управление доступом – ограничение возможностей ряда пользователей на доступ к некоторым категориям данных, защита данных от несанкционированного доступа.
• Обеспечение целостности данных – защита базы данных от разрушения.
• Управление состоянием СУБД.

Достоинства системы управления базами данных MySQL:

• Скорость выполнения запросов.
•  СУБД MySQL разработана с использованием языков C/C++ и оттестирована более чем на 23 платформах.
• Открытый код доступен для просмотра и модернизации всем желающим.
• Высокое качество и устойчивость работы.
• Поддержка API для различных языков программирования
• Наличие встроенного сервера. СУБД MySQL может быть использован как с внешним сервером, поддерживающим соединение с локальной машиной и с удаленным хостом, так и в качестве встроенного сервера.
• Широкий выбор типов таблиц позволяет реализовать оптимальную для решаемой задачи производительность и функциональность.
• Локализация выполнена корректна. 
• Совместимость с другими базами данных и полностью удовлетворяет стандарту SQL.

Отношения и функции

Данная система управления базой данных может предоставлять одну или несколько моделей. Оптимальная структура зависит от естественной организации данных приложения и требований приложения, которые включают скорость транзакций (скорость), надежность, ремонтопригодность, масштабируемость и стоимость. Большинство систем управления базами данных построено на одной конкретной модели данных, хотя продукты могут предлагать поддержку более чем одной модели.

Различные физические модели данных могут реализовать любую заданную логическую модель. Большинство программ баз данных предлагают пользователю некоторый уровень контроля при настройке физической реализации, поскольку сделанный выбор оказывает значительное влияние на производительность.

Модель — это не просто способ структурирования данных: она также определяет набор операций, которые могут выполняться с данными. Например, реляционная модель определяет такие операции, как выбор ( проект ) и соединение . Хотя эти операции могут быть неявными в конкретном языке запросов , они обеспечивают основу, на которой построен язык запросов.

Пример табличной базы данных

Рассмотрим базу данных «Компьютер» (рис.3), которая представляет собой перечень объектов (компьютеры), каждый из которых имеет свое имя (название). В качестве характеристик (свойств) будут выступать тип процессора и объем оперативной памяти.

Столбцы этой таблицы представляют поля, каждое из которых имеет свое имя (название соответствующего свойства) и тип данных, которые отражают значения этого свойства. Тип полей Название и Тип процессора — текстовый, а тип поля Оперативная память — числовой. При этом каждое поле имеет определенный набор свойств (размер, формат и др.). Так, для поля Оперативная память задается формат данных «целое число».

Определение 3

Полем базы данных является столбец таблицы, который включает в себя значения определенного свойства.

Строки таблицы представляют записи об объекте, которые разбиты столбцами таблицы на поля. Запись базы данных представляет собой строку таблицы, содержащую набор значений различных свойств объекта.

Замечание 3

Каждая таблица должна иметь хотя бы 1 ключевое поле, содержимое которого является уникальным для любой записи в данной таблице. Значениями ключевого поля однозначно определяются записи в таблице.

Ниже описаны подходы к индексированию иерархических данных:Indexing Strategies for Hierarchical Data

Есть два подхода к индексированию иерархических данных:There are two strategies for indexing hierarchical data:

• В глубинуDepth-first

  В индексе преимущественно в глубину строки поддерева хранятся рядом друг с другом.A depth-first index stores the rows in a subtree near each other. Например, записи всех сотрудников, в цепи подчиненности которых есть данный руководитель, хранятся рядом с записью руководителя.For example, all employees that report through a manager are stored near their managers’ record.

  В индексе преимущественно в глубину все узлы поддерева узла хранятся вместе.In a depth-first index, all nodes in the subtree of a node are co-located. Поэтому индекс преимущественно в глубину эффективен для обработки запросов по поддеревьям. Например, «найти все файлы в этой папке и ее подкаталогах».Depth-first indexes are therefore efficient for answering queries about subtrees, such as «Find all files in this folder and its subfolders».

• В ширинуBreadth-first

  Если используется индексирование в ширину, строки одного уровня иерархии хранятся вместе.A breadth-first stores the rows each level of the hierarchy together. Например, записи всех сотрудников, напрямую подчиненных одному и тому же руководителю, хранятся рядом друг с другом.For example, the records of employees who directly report to the same manager are stored near each other.

  В индексе преимущественно в ширину все прямые потомки узла хранятся в одном месте.In a breadth-first index all direct children of a node are co-located. Поэтому индекс преимущественно в ширину эффективен для запросов по прямым потомкам. Например: «найти всех прямых подчиненных этого начальника».Breadth-first indexes are therefore efficient for answering queries about immediate children, such as «Find all employees who report directly to this manager».

Выбор стратегии индексирования (в глубину, в ширину или обе) и ключа кластеризации зависит от того, какие из вышеуказанных типов запросов обрабатываются чаще и какие операции более важны (SELECT или DML).Whether to have depth-first, breadth-first, or both, and which to make the clustering key (if any), depends on the relative importance of the above types of queries, and the relative importance of SELECT vs. DML operations. Пример использования стратегий индексирования см. в разделе Tutorial: Using the hierarchyid Data Type.For a detailed example of indexing strategies, see Tutorial: Using the hierarchyid Data Type.

Создание индексовCreating Indexes

Для организации данных в ширину можно использовать метод GetLevel().The GetLevel() method can be used to create a breadth first ordering. В следующем примере создаются оба типа индекса: преимущественно в глубину и преимущественно в ширину.In the following example, both breadth-first and depth-first indexes are created:

Управляющая часть иерархической модели

В рамках иерархической модели выделяют языковые средства описания данных (ЯОД) и средства манипулирования данными (ЯМД). Каждая физическая база описывается набором операторов, обусловливающих как её логическую структуру, так и структуру хранения БД. При этом способ доступа устанавливает способ организации взаимосвязи физических записей.

Определены следующие способы доступа:

• иерархически последовательный;
• иерархически индексно-последовательный;
• иерархически прямой;
• иерархически индексно-прямой;
• индексный.

Помимо задания имени БД и способа доступа описания должны содержать определения типов сегментов, составляющих БД, в соответствии с иерархией, начиная с корневого сегмента. Каждая физическая БД содержит только один корневой сегмент, но в системе может быть несколько физических БД.

Среди операторов манипулирования данными можно выделить операторы поиска данных, операторы поиска данных с возможностью модификации, операторы модификации данных. Набор операций манипулирования данными в иерархической БД невелик, но вполне достаточен.

Логическое проектирование и оптимизация

OLTP – обработка транзакций в режиме реального времени. Способ организации БД, при котором система работает с небольшими по размерам транзакциями, но идущими большим потоком, и при этом клиенту требуется от системы минимальное время отклика. Примерами OLTP приложений могут быть системы складского учета, системы заказов билетов, банковские системы, выполняющие операции по переводу денег.
Особенности OLTP приложений:

• Транзакций очень много.
• Транзакции выполняются одновременно.
• При возникновении ошибки транзакция должна целиком откатиться и вернуть систему к состоянию, которое было до начала транзакции (не должно быть ситуации, когда деньги сняты со счета, но не поступили на другой счет).
• Все запросы к базе данных, которые должны выполняться в реальном времени, состоят из команд вставки, обновления, удаления.

OLAP системы характеризуются следующими признаками:

• Добавление в систему новых данных происходит относительно редко крупными блоками.
• Данные, добавленные в систему, обычно никогда не удаляются.
• Перед загрузкой данные проходят различные процедуры очистки, связанные с тем, что в одну систему могут поступать данные из многих источников, имеющих различные форматы представления для одних и тех же понятий, данные могут быть некорректны, ошибочны
• Запросы к системе являются нерегламентированными и, как правило, достаточно сложными. Очень часто новый запрос формулируется аналитиком для уточнения результата, полученного при выполнении предыдущего запроса.
• Скорость выполнения запросов важна, но не критична.

Ограничения типа данных hierarchyidLimitations of hierarchyid

Тип данных hierarchyid имеет следующие ограничения.The hierarchyid data type has the following limitations:

• Столбец типа hierarchyid не принимает древовидную структуру автоматически.A column of type hierarchyid does not automatically represent a tree. Приложение должно создать и назначить значения hierarchyid таким образом, чтобы они отражали требуемые связи между строками.It is up to the application to generate and assign hierarchyid values in such a way that the desired relationship between rows is reflected in the values. Некоторые приложения могут содержать столбец типа hierarchyid , указывающий местоположение в иерархии, определенной в другой таблице.Some applications might have a column of type hierarchyid that indicates the location in a hierarchy defined in another table.

• Параллельными процессами создания и присвоения значений hierarchyid управляет само приложение.It is up to the application to manage concurrency in generating and assigning hierarchyid values. Нет никакой гарантии, что значения hierarchyid уникальны, если приложение не использует ограничение уникального ключа или не обеспечивает уникальность своей логикой.There is no guarantee that hierarchyid values in a column are unique unless the application uses a unique key constraint or enforces uniqueness itself through its own logic.

• Иерархические связи, представленные значениями типа hierarchyid , не обеспечиваются и не проверяются, как связи по внешнему ключу.Hierarchical relationships represented by hierarchyid values are not enforced like a foreign key relationship. Можно, а иногда и удобно иметь иерархическую связь, в которой у A есть потомок B и когда A удаляется, у B остается связь с несуществующей записью.It is possible and sometimes appropriate to have a hierarchical relationship where A has a child B, and then A is deleted leaving B with a relationship to a nonexistent record. Если это неприемлемо, приложение должно запросить потомков, прежде чем удалять родителей.If this behavior is unacceptable, the application must query for descendants before deleting parents.

MyISAM

MyISAM – является родным типом таблиц для базы СУБД MySQL. База данных в MySQL организуется как каталог. Таблицы базы данных организуются как файлы данного каталога. Каждая MyISAM таблица хранится на диске в трех файлах, имена которых совпадают с названием таблицы, а расширение может принимать одно из следующих значений:

• Frm – содержит структуру таблицы, в файле данного типа хранится информация об именах и типах столбцов и индексов.
• Myd – файл, в котором содержатся данные таблицы.
• Myi – файл, котором содержатся индексы таблицы.

Особенности типа таблиц MyISAM:

• Данные хранятся в кросс-платформенном формате, это позволяет переносить базы данных с сервера непосредственным копированием файлов, минуя промежуточные форматы.
• Максимальное число индексов в таблице составляет 64. Каждый индекс может состоять максимум из 16 столбцов.
• Для каждого из текстовых столбцов может быть назначена своя кодировка.
• Допускается индексирования текстовых столбцов, в том числе и переменной длины.
• Поддерживается полнотекстовый поиск.
• Каждая таблица имеет специальный флаг, указывающий правильность закрытия таблиц. Если сервер останавливается аварийно, то при его повторном старте незакрытые флаги сигнализируют о возможных сбойных таблицах, сервер автоматически проверяет их и пытается восстановить.

Применение иерархической структуры данных

Иерархическая база данных — это хранилище, применимое для тех систем, которым изначально свойственна древовидная структура. Для них выбирать подобное моделирование — логично.

Пример иерархической базы данных с изначально систематизированными степенями — воинское подразделение, в котором, как известно, четко определены ранги. Также это могут быть сложные механизмы, состоящие из все более упрощающихся к низу иерархии частичек. Для моделирования таких систем и приведения их к виду рассматриваемой БД нет необходимости в декомпозиции. Тем не менее такая ситуация складывается не всегда.

Кроме того, существует тенденция, при которой направленный вниз по структуре запрос проще, чем аналогичный вверх.

Типы баз данных

В базах данных информация хранится, как было отмечено выше, в упорядоченном виде. В связи с этим существуют различные типы баз данных: иерархические, сетевые и табличные.
Иерархические базы данных графически представляются в виде дерева, состоящего из объектов различных уровней. На самом верхнем уровне находится один объект, на втором — объекты второго уровня и т. д.

Объекты связаны между собой, причем каждый из них может включать в себя объекты более низкого уровня. Примером иерархической базы данных является каталог папок в операционной системе Windows.

Замечание 1

Сетевую базу данных от иерархической отличает то, что в ней каждый элемент верхнего уровня может быть связан одновременно с любыми элементами следующего уровня.

Отметим, что связи между объектами в сетевых моделях не имеют никаких ограничений. Примером сетевой базы данных является Всемирная паутина глобальной сети Интернет. Миллионы документов связаны между собой при помощи гиперссылок в единую распределенную сетевую базу данных.

Табличная (реляционная) база данных представляет сбой перечень объектов одного типа, т.е. объектов с одинаковым набором свойств.

Как отследить iPhone друга через Find My Friends?

Приложение Find My Friends предоставляет пользователю возможность узнать, где находятся его друзья и близкие. Если на телефоне установлена операционная система iOS 9 или более поздняя версия, то программа должна быть установлена по умолчанию. На iOS 8 понадобится ручная установка приложения. Если войти в сервис iCloud на своем устройстве, то автоматически будет выполнен вход в приложение Find My Friends с таким же Apple ID.

Смартфон друга будет обнаружен, только если у него тоже установлена такая программа. Для добавления друга необходимо:

• запустить приложение Find Friends;
• нажать кнопку «Добавить»;
• выбрать необходимое имя из списка или ввести адрес электронной почты;
• нажать «Готово», после чего запрос будет отправлен.

Если друг согласен делиться своим местоположением на карте, он одобрит запрос. В дальнейшем его можно будет отслеживать онлайн через Find My Friends или веб-страницу iCloud.

При желании можно указать электронный адрес, который понадобится для отправки запросов. Если пользователь не хочет, чтобы его отслеживали, он может отключить запросы на дружбу в разделе «Приглашения».

InnoDB

Данный тип таблиц обеспечивает высокую производительность и устойчивое хранение данных в таблицах объемом вплоть до 1 Тбайт и нагрузкой на 
сервер до 800 вставок/обновлений в секунду.Особенности таблиц типа InnoDB:

• Таблицы не создаются в базах данных, и для каждой из таблиц не выделяется отдельный файл данных. Исключение – файл определения с расширением frm, который создается по умолчанию. Все таблицы хранятся в едином табличном пространстве, поэтому имена таблиц должны быть уникальными.
• Хранение данных в едином табличном пространстве позволяет снять ограничение на объем таблиц, так как файл с таблицами может быть разбит не несколько частей и распределен по нескольким дискам или даже хостам.
• Данный тип таблиц поддерживает автоматическое восстановление после сбоев.
• Обеспечивается поддержка транзакций.
• Единственный тип таблиц, поддерживающий внешние ключи и каскадное удаление.
• Выполняется блокировка на уровне отдельных записей.
• Расширенная поддержка кодировок.
• Рушатся при достижении объема в несколько гигабайт, однако заметно уступают в скорости и не поддерживают полнотекстовый поиск.

Как настроить роутер ASUS RT-N11P?

После всего этого можно смело открыть браузер и ввести адрес http://192.168.1.1, по которому находится вход в настройки роутера Асус. Здесь нужно отметить, что в зависимости от модификации, этот адрес может отличаться, например будет 192.168.0.1, 192.168.0.10 или 192.168.1.10. Чтобы этот момент уточнить, загляните в ту же самую этикетку, которая находится на нижней крышке маршрутизатора — там имеется вся необходимая информация для подключения.

После входа в панель управления мы попадаем в мастер быстрой настройки, что очень удобно для пошаговой установки подключения Асус к интернету, особенно для новичков. В первом окне просто жмем на «Перейти»

Далее нам предлагается сразу же сменить пароль на роутер, чтобы обеспечить безопасность входа в его настройки — задаем свой пароль.

Далее начнется процесс автоматического определения типа вашего подключения к интернету. Поскольку у меня в данный момент используется «Динамический IP», никаких дополнительных проверок и авторизаций проходить не нужно. Если же у вас другой тип, то его можно задать позже уже в полном меню настроек Асус.

На последнем шаге — установка имени для беспроводной сети и пароля для подключения (тут он называется «сетевой ключ»). В данной модели wifi работает только на частоте 2.4 ГГц. В некоторых других, у которых есть поддержка 5 ГГц, нужно было бы еще настроить и вторую сеть.

В заключительном окне отобразятся все только что заданные параметры нашей сети.

При этом наш wifi уже появился в списке беспроводных подключений

Для того, чтобы зайти обратно в маршрутизатор, теперь уже потребуется ввести логин и пароль, которые мы задали на первом шаге.

BDB (BerkeleyDB)

Таблицы типа BDB обслуживаются транзакционным обработчиком Berkeley DB, разработанным компанией Sleepycat. При создании таблиц данного типа формируются два файла: первый с расширением frm, в котором определяется структура базы данных, а второй с расширением db, в котором размещаются данные и индексы.

Особенности типа BDB:

• Для каждой таблицы ведется журнал. Это позволяет значительно повысить устойчивость базы и увеличить вероятность успешного восстановления после сбоя.
• Таблицы BDB хранятся в виде бинарных деревьев. Такое представление замедляет сканирование таблицы и увеличивает занимаемое место на жестком диске по сравнению с другими типами таблиц. С другой стороны, поиск отдельных значений в таких таблицах осуществляется быстрее.
• Каждая таблица BDB должна иметь первичный ключ, в случае его отсутствия создается скрытый первичный ключ, снабженный атрибутом AUTO_INCREMENT.
• Поддерживаются транзакции на уровне страниц.
• Подсчет числа строк в таблице при помощи встроенной функции count() осуществляется медленнее, чем для MyISAM, так как в отличие от последних, для BDB-таблиц не поддерживается подсчет количества строк в таблице, и MySQL вынужден каждый раз сканировать таблицу заново.
• Ключи не являются упакованными, и ключи занимают больше места.
• Если таблица займет все пространство на диске, то будет выведено сообщение об ошибке и выполнен откат транзакции. 
• Для обеспечения блокировок таблиц на уровне операционной системы в файл db в момент создания таблицы записывается путь к файлу. Это приводит к тому, что файлы нельзя перемещать из текущего каталога в другой каталог.
• При создании резервных копий таблиц необходимо использовать утилиту mysqldump или создать резервные копии всех db файлов и файлов журналов. Обработчик таблицы хранит незавершенные транзакции в файлах журналов, их наличие требуется при запуске сервера MySQL.

Сетевые базы данных

Существуют:

• реляционные;
• иерархические;
• сетевые базы данных.

Почему мы вновь вспомнили о классификации? Поскольку, в отличие от реляционной, сетевая БД имеет с иерархической схожие черты.

Время вспомнить виды связей в базах данных. Есть связи «один-к-одному», «один-ко-многим» и «многие-ко-многим». Нас интересует последняя. В сетевой БД она проявляется следующим образом: у одного узла-наследника может быть сразу несколько предков. Свойство иметь несколько потомков также сохраняется. Можно сказать, что иерархические базы данных, сетевые базы данных сами по себе уже пример такого наследования. Предком в данном случае является именно иерархическая БД, так как принцип построения структуры в сетевых БД остается прежним.