Базисные средства манипулирования реляционными данными

Типовая организация СУБД

В современных СУБД логически можно выделить следующие основные компоненты:

– ядро СУБД;

– компилятор языка БД;

– подсистема поддержки времени выполнения;

– набор утилит.

Ядро СУБД отвечает за управление данными во внешней памяти, управление буферами оперативной памяти, управление транзакциями и журнализацию. Соответственно можно выделить такие компоненты ядра как менеджер данных, менеджер буферов, менеджер транзакций, менеджер журнала.

Функции всех компонентов ядра взаимосвязаны и для обеспечения корректной работы СУБД все эти компоненты должны взаимодействовать по тщательно продуманным и проверенным протоколам. Ядро СУБД обладает собственным интерфейсом, недоступным пользователям напрямую и используемым в программах, созданных средствами SQL, а также в утилитах БД. При использовании архитектуры клиент-сервер ядро является основным составляющим серверной части системы. Основной функцией компилятора языка БД является компиляция операторов языка БД в некоторую управляемую программу. Основной проблемой реляционной СУБД является то, что языки этих систем являются непроцедурными, поэтому компилятор должен решить, каким образом выполнить оператор языка, прежде чем воспроизвести программу. Результатом компиляции является выполняемая программа, представленная в некоторых системах в машинных кодах, но более часто в выполненном внутреннем машинонезависимом коде. В последнем случае реальное выполнение оператора производится с привлечением подсистемы поддержки времени выполнения, которая представляет собой интерпретатор внутреннего языка СУБД. В отдельные утилиты БД обычно выделяют такие процедуры, которые слишком накладно выполнять с использованием языка баз данных. Например, загрузка и выгрузка баз данных, сбор статистики, глобальная проверка целостности БД и т.д. Утилиты программируются с использованием интерфейса ядра СУБД, а в некоторых случаях с проникновением внутрь ядра.

Выделяют два базовых механизма манипулирования реляционными данными: реляционная алгебра и реляционное исчисление. Они обладают одним важным свойством: замкнуты относительно понятия «отношение». Это означает, что выражения «реляционная алгебра» и «формулы реляционного исчисления» определяются над отношениями баз данных и результатом вычислений также является отношение. В результате любое выражение или формула может интерпретироваться как отношение, что позволяет использовать их в других выражениях и формулах. Реляционная алгебра и реляционное исчисление обладают большой выразительной мощностью. Сложные запросы в базах данных могут быть выражены с помощью одного выражения реляционной алгебры или одной формулы реляционного исчисления. По этой причине эти механизмы включены в реляционную модель данных. Язык манипулирования реляционными данными называется реляционным, если любой запрос, представленный с помощью одного выражения реляционной алгебры или одной формулы реляционного исчисления, может быть выражен с помощью одного оператора этого языка. Механизмы реляционной алгебры и реляционного исчисления эквивалентны, то есть для любого допустимого выражения в реляционной алгебре можно построить эквивалентную, то есть производящую такой же результат, формулу реляционного исчисления и наоборот.

Присутствие в реляционной модели данных обоих механизмов обусловлено различным уровнем процедурности реляционной алгебры и реляционного исчисления. Выражения реляционной алгебры строятся на основе алгебраических операций, и подобно тому, как интерпретируются арифметические и логические выражения, выражения реляционной алгебры также имеют процедурную интерпретацию. Другими словами, запрос представленный на языке реляционной алгебры, может быть вычислен на основе элементарных алгебраических операций с учетом их старшинства и возможного наличия скобок. Для формулы реляционного исчисления однозначная интерпретация отсутствует. Формула только ставит условия, которым должны удовлетворять кортежи результирующего отношения, поэтому языки реляционного исчисления являются непроцедурными (декларативными).