Software & Systems

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ БАЗ ДАННЫХ

Программное обеспечение для баз данных — система управления базами данных (СУБД) — используется как инструмент и как составная часть информационных систем. Создание прикладных программ поддерживается СУБД посредством специальных языков, программ обработки текстов и генераторами масок дисплеев и списков, а также вспомогательными тестовыми средствами, что повышает эффективность работы программиста в десятки раз. При эксплуатации информационной системы СУБД является ее составной частью. Она принимает на себя управление данными, относящимися к этой системе. Данные могут храниться в одной или нескольких базах данных (БД). Прикладные программы могут обрабатываться только СУБД, поэтому она необходима для обеспечения доступа к данным.

Объем БД современных информационных систем превышает несколько сотен Мбайтов, а доступ к ним имеет большое количество прикладных программ. На разработку таких информационных систем требуются значительные затраты. Кроме того, для их эксплуатации необходимо постоянно вести и актуализировать не только данные, но и программное обеспечение, включая ОС, СУБД и систему коммуникации данных.

Общими критериями для программного обеспечения являются адекватность требованиям, качество, надежность, эффективность и удобство и простота использования; кроме того, для СУБД добавляется требование долговременного сопровождения системы разработчиком или поставщиком, которое часто является решающим при их создании. Программное обеспечение для баз данных разрабатывается постепенно (поставляется в версиях), при этом каждая новая версия обычно совместима с предыдущей.

Проектный институт НП РОБО-ТРОН-ПРОЕКТ Дрезден имеет большой опыт разработки программного обеспечения для БД. Примером может служить система управления базами данных DBS/R — результат последовательных и успешных разработок. Система успешно применяется как в народном хозяйстве ГДР, так и за рубежом. DBS/R позволяет управлять и анализировать большие наборы данных. Особое значение в системе придается надежности, защите от ошибок, а также высокой эффективности обработки данных.

РАЗРАБОТКА DBS/R

Описание системы

Модель данных

В основу модели данных DBS/R положена концепция файлов. Внутренние данные накапливаются в отдельных массивах и предоставляются пользователю в наглядной и удобной форме в виде таблицы, разделенной на строки (записи) и столбцы (поля). Каждая запись имеет однозначный идентификатор.

Доступ к записям осуществляется через индексные массивы, которые могут создаваться как для идентификатора, так и для других полей массива. DBS/R предоставляет для структурирования метод адресных ссылок, позволяющий описывать, накапливать и анализировать все структуры данных согласно CODASYL 1978 года.

Управление системой

 При работе с системой DBS/R используются три языка. Пользователь управляет СУБД с помощью ком4ндного языка. Каждое действие DBS/R, например запуск центрального буфера или массива и вызов компилятора ЯМД или прикладной программы, начинается специальной командой, которая выполняется в режиме интерпретатора.

Данные БД описываются на свободно форматируемом языке описания данных (ЯОД). Это может осуществляться в диалоговом режиме, причем на ЯОД описываются и входные данные. Контроль и преобразование содержания полей освобождает пользователя от необходимости создавать для ввода данных собственные программы.

Построение, управление и анализ БД выполняются с помощью языка манипулирования данными (ЯМД). Из операторов ЯМД могут создаваться целые программы, при этом достигается до 90% экономии средств при программировании и отладке по сравнению с обычным языком программирования. Универсальность и простота применения ЯМД позволяют считать его языком четвертого поколения.

Операторы ЯМД могут быть включены и в другие языки программирования (ассемблер, ПЛ/1 и КОБОЛ).

Обеспечение целостности данных и защита от несанкционированного доступа

DBS/R проверяет соответствие массивов данных их описаниям, а также соответствие между массивами БД и относящимися к ним индексными массивами. СУБД проверяет возможность обработки программ. DBS/R протоколирует все изменения, производимые с данными, и состояние до и после их актуализации. Протокол используется для защиты БД от трех основных ошибок:

 - ошибки в прикладной программе;

 - аварийное окончание работы операционной системы;

 - отказ внешних накопителей;

 При первом типе ошибок функция восстановления DBS/R возвращает в безошибочное состояние БД посредством протокола «состояние до». Протокол находится во временном массиве журнала.

 После разрушения системы запуск временного массива журнала не зависит от объема данных в БД. В процесс восстановления включаются транзакции, активные в момент прерывания, и результаты уже законченных транзакций, имеющиеся в основной памяти.

Если требуется исправить ошибку на дисках, то сначала следует запомнить последнюю копию БД. Затем функция восстановления вносит в нее информацию «состояние после», зафиксированную в протоколе. Эта информация находится в постоянном массиве журнала (втором массиве журнала DBS/R).

 Служба определения доступа DBS/R защищает данные базы от неавторизованного просмотра и актуализации. Защищаются как массивы и поля, так и отдельные экземпляры записей, важнейшие функции и прикладные программы.

Режим коллективного пользования и режим работы одного пользователя

DBS/R поддерживает режим коллективного пользования, при этом одновременно несколько пользователей могут производить считывание и актуализацию внутренних массивов данных, параллельно с одной или несколькими системами коммуникации данных в пакетном режиме работы. Компоненты DBS/R поддерживают работу с СРВ, DSPF (ISPF), системой телекоммуникации ДАКС (CICS-VS). Кроме того, через нейтральный интерфейс телекоммуникации можно подключиться к коммуникационной системе пользователя.

Режим работы одного пользователя целесообразен при обработке неменяющихся прикладных программ. Он поддерживается так же, как и режим коллективного пользования. Прикладные программы могут обрабатываться в обоих режимах без изменений.

Дополнительные функции

DBS/R предоставляются дополнительные функции, которые полностью интегрированы в СУБД. Эти функции, управляемые операторами ЯМД, используются при обработке спецификаций. DBS/R позволяет накапливать без избыточности данные по спецификациям, а также создавать с помощью программ ЯМД спецификации (узлов, зубчатые, сводные, а также аналогичные списки применения).

Поддержка прикладного программирования DBS/R обладает функциями, позволяющими устанавливать связь между СУБД и DSPF, а также системой телекоммуникации ДАКС. Эти функции, управляемые с помощью операторов ЯМД, вызывают маски дисплея и обусловливают обмен данными между DBS/R и названными системами. Совместное использование DBS/R и DSPF значительно снижает затраты на запись и тестирование диалоговых программ.

Условия применения DBS/R применяется на ЕС ЭВМ Ряд 1, 2, 3 как в режиме работы одного пользователя, так и в режиме коллективного пользования. В качестве операционной системы должна использоваться ОС ЕС начиная с издания 6 с конфигурациями MVT, SVS и SVM под управлением пакетной системы ОС ЕС. Для улучшения временных характеристик предусматривается основная память емкостью 360 Кбайтов для режима работы одного пользователя и 600-^-750 Кбайтов для режима коллективного пользования.

DBS/R поставляется по желанию пользователя на немецком, английском и русском языках.

Разработка системы Разработка DBS/R началась в 1974 году. В настоящее время используется версия DBS/R 6-го издания. Анализ других СУБД, опыт применения DBS/R и научные публикации позволили изменить и расширить как саму систему, так и ее инструментальные средства. В DBS/R вплоть до 4-го издания имелся словарь данных (data dictionary), который состоял из базы данных, накапливающей описания данных и отношений между ними, а также комментарии к этим описаниям. Однако ввиду большой трудоемкости работы с ним он был заменен на компилятор ЯОД.

Изменения и расширения были произведены и в ЯМ Д. По рекомендациям пользователей модифицированы отдельные функции. Анализ представленных на мировом рынке СУБД позволил ввести новые функции, с помощью которых были расширены возможности программирования на ЯМД. Было установлено, что простые функции, любым образом комбинируемые между собой, при эксплуатации системы имеют значительные преимущества по сравнению со сложными функциями, поэтому многие функции ЯМД были разделены на несколько независимых подфункций. Качество СУБД проверяется при обработке большого количества данных. Это утверждение приобретает решающее значение, когда приходится управлять и анализировать большие наборы данных на относительно медленных и чувствительных к ошибкам ЭВМ. Усовершенствование DBS/R позволило сделать ее в эксплуатации более эффективной и менее чувствительной к неполадкам ЭВМ. Принятыми в этом направлении шагами явились:

—  замена управления основной памятью и модулем ОС ЕС на собственные подпрограммы управления;

—  замена ISAM-организации индексных массивов на В*-организацию;

—  использование работающего по LRU-принципу центрального управления буфером;

—  оптимизация функций, выполняемых в основной памяти;

—  усовершенствование способов обеспечения целостности и восстановления данных, гарантирующих практически при любых условиях целостность данных.

Эти меры привели к значительному сокращению времени обработки и тем самым повысили надежность СУБД. Так, центральное управление буфером и замена ISAM-организации на В*-организацию привели в среднем к экономии 30% времени обработки прикладных программ.

Однако такая экономия является недостаточной для реорганизации большого массива данных, в котором используются адресные ссылки из других массивов. Например, нужно реорганизовать массив с изменением величины его блоков. Для таких критических по времени выполнения функций должны быть разработаны специальные способы. Поэтому в основе функции реорганизации заложен метод физически последовательной обработки, подразделяющий весь процесс реорганизации на отдельные шаги, последовательность которых контролируется DBS/R. При преждевременном окончании шага он легко может быть повторен, чем и обеспечивается реорганизация очень больших массивов.

Необходимость включения в программное обеспечение баз данных функции слежения позволяет протоколировать результаты работы системы. Этот протокол может быть использован как для настройки СУБД, так и для локализации ошибок. Запуск функции слежения DBS/R, определение ее объема и ее завершение выполняются командами. Эта функция может использоваться в соответствии со спецификой прикладной программы.

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ DBS/R

DBS/R является универсальным программным обеспечением для БД, которое широко применяется в области САМ (45%), в материально-техническом снабжении, для учета основных средств (25%), расчета заработной платы (10%) и системах обеспечения руководства информацией (10%), а также в таких отраслях, как энергохозяйство, торговля, на транспорте, в геологии и т. д. Средняя величина базы данных DBS/R 60-^90 Мбайтов. Самый большой из существующих массивов имеет объем 150 Мбайтов. Однако следует иметь в виду, что имеющиеся базы данных обычно увеличиваются очень медленно. Их величина всегда должна приниматься во внимание, так как база данных одновременно является наибольшей единицей обеспечения целостности данных. Восстановление базы данных полностью прерывает ее использование. DBS/R может параллельно обрабатывать несколько БД при одной активной СУБД, что позволяет разработчикам создавать вторую и последующие БД, так как невозможна одновременная работа с БД и ее восстановление. Если первые издания DBS/R почти полностью эксплуатировались в пакетном режиме, то сегодня в большинстве случаев используется диалоговый режим. Однако ни один разработчик не отказывается и от пакетного режима работы.

В DBS/R имеются специальные средства и документирование для различных категорий пользователей:

—   администраторов БД;

—   прикладных программистов;

—   пользователей-непрофессионалов в области программирования.

Хотя ЯМД DBS/R является языком четвертого поколения, опыт показывает, что он довольно труден для пользователя-непрофессионала, который, как правило, не в состоянии сформулировать свою проблему на этом языке. Работа такого пользователя с системой возможна только в диалоговом режиме с учетом настройки на конкретную проблему. Если его постановка вопроса лежит за пределами возможностей такого диалога, пользователь должен обратиться за помощью к программисту. Для применения DBS/R необходимы один или два администратора БД. Прикладные программисты участвуют в построении информационной системы (ЯМД-программирова-ние).

Доля ЯМД-программирования в работе с DBS/R может быть различной, так как прикладные программисты предпочитают создавать программы на привычном им языке программирования, хотя проблема может быть решена гораздо быстрее средствами ЯМД-программирования. Однако с увеличением использования диалогового режима возрастает использование ЯМ Д. В качестве примера может служить система информации руководства одного из министерств ГДР. Так как требования поиска информации там постоянно меняются, продолжительность использования программы анализа данных составляет в среднем три месяца. После этого она должна быть изменена. Решение этой проблемы возможно только при применении ЯМД-программирования.

СУБД DBS/R является сложным программным средством. Администратору БД для освоения системы требуется в среднем шесть месяцев обучения и практического использования, а прикладному программисту — около месяца, поэтому рекомендуется пройти курсы обучения, проводимые разработчиками системы. Важное значение имеет и постоянный обмен опытом между разработчиками и пользователем, а также между пользователями DBS/R.

По DBS/R существуют специальные курсы обучения и усовершенствования, основанные на практических занятиях. Для администраторов БД дополнительно проводится семинар, участники которого обмениваются опытом использования системы. И. наконец, раз в год проходит симпозиум с привлечением широкого круга пользователей. Доклады, сделанные на этом симпозиуме, публикуются и являются дополнением к имеющейся документации. Их можно рассматривать как своего рода методическое пособие по DBS/R.

Большое значение для применения имеет сервисная служба DBS/R. Ее задачей является выяснение и устранение кажущихся и действительных отклонений в функциях, возникающих при эксплуатации СУБД, а также ответы на вопросы пользователей. Сообщения о функциональных отклонениях принимаются письменно и по телефону и сразу же принимаются меры для нахождения причин отклонений, что удается сделать в 50% случаев. Если быстрое устранение ошибки и ее причины невозможно, требуется соответствующая документация. В девяти из десяти случаев изучение этой документации приводит к распознаванию и устранению функциональных отклонений. В особо сложных случаях описания данных и части БД пользователя заносятся в ЭВМ сервисной службы и еще раз обрабатываются. Если этого сделать нельзя, поиск и устранение ошибки производятся на объекте. Среднюю продолжительность обработки функционального отклонения удается сократить благодаря этому до 3-^5 дней. Если разрабатывается новый проект или изменяется старый, сервисная служба находится в распоряжении пользователей DBS/R. Пользователи предоставляют свои проекты БД в сервисную службу и получают информацию о целесообразности использования. Сервисная служба оказывает действенную помощь также в случае отказов. Обычно отказы связаны с неквалифицированным вмешательством, — в этом случае самым главным является спасение как можно больших частей аварийной базы данных. Для этого необходимо очень тесное сотрудничество между пользователем и разработчиком, так как многое зависит от знания внутренней организации системы.

Программное обеспечение для БД разрабатывается и применяется в течение длительного времени. Выбор пользователем СУБД делается на многие годы, поэтому очень важно обеспечить его обслуживание на это время. С другой стороны, разработчик призван постоянно совершенствовать программное обеспечение для БД и открывать все новые области его применения. Оба аспекта влияют на содержание версий СУБД, при этом каждая последующая версия должна быть совместима с предшествующей.

Создатели DBS/R предоставляют пользователю специальные вспомогательные средства, позволяющие переводить БД из одной версии в другую.

При работе с системой изменения в ЯМД должны распространяться на две смены версий. При первой смене старый оператор ЯМД изымается из документации пользователя, однако еще обрабатывается компилятором ЯМД. Только в следующей версии оператор ЯМД и соответствующая функция могут быть удалены из системы управления базами данных.

СУБД является программным обеспечением, эксплуатация которого зависит как от его функциональных свойств и типа ЭВМ, так и от постоянного сопровождения, которое будет успешным лишь при устранении ошибок в допустимое время.

В настоящее время DBS/R успешно эксплуатируется более чем на 50 предприятиях ГДР, а также в Венгрии, Румынии, СССР, КНДР, Индии и других странах.