Язык SQL

В разработанной Коддом реляционной модели были определены как требования к организации таблиц, содержащих данные, так и язык, позволяющий работать с ними. Впоследствии этот язык получил название SQL (Structured Query Language - структурированный язык запросов). SQL был впервые реализован фирмой IBM в начале 70-х годов двадцатого века под названием Structures English Query Language (SEQUEL). Он был ориентирован на управление прототипом реляционной базы данных IBM-System R. В дальнейшем SQL стал стандартом de facto языка работы с реляционными базами данных. Этот его статус был впервые зафиксирован в 1986 году Американским национальным институтом стандартов (ANSI). Другими достаточно известными стандартами SQL стали стандарты ANSI SQL-92 ISO SQL-92, X/Open. В составе SQL могут быть выделены следующие группы инструкций:

- язык описания данных - DDL (Data Definition Language);

- язык манипулирования данными - DML (Data Manipulation Language);

- язык управления транзакциями.

Инструкции DDL предназначены для создания, изменения и удаления объектов базы данных. Их описание приведено в табл. 9.1.

Таблица 9.1. Инструкции языка определения данных (DDL)

Например, нам необходимо создать таблицу, содержащую данные по каталогу фирм, каждая фирма в котором характеризуется кодом, наименованием, MCCTOJV расположения штаб-квартиры, размером уставного фонда. Данной операции со ответствует SQL-выражение

CREATE TABLE Фирмы

(КодФирмы TEXT (5),

НазвФирмы TEXT (30),

АдресФирмы TEXT (40),

УстФонд DOUBLE);

Отметим, что допустимые имена полей создаваемой таблицы и типы содержащихся в них данных могут варьироваться для различных версий и диалектов SQL Если нам понадобится изменить структуру таблицы Фирмы - допустим, добавит! к ней еще одну колонку с фамилией директора, то сделать это можно с помощью SQL-инструкции:

ALTER TABLE Фирмы ADD COLUMN Директор TEXT.(30);

а выражение, дающее Команду на уничтожение таблицы, будет выглядеть так:

DROP TABLE Фирмы;

Инструкции DML (табл. 9.2) позволяют выбирать данные из таблиц, а также добавлять, удалять и изменять их.

Таблица 9.2. Инструкции языка манипулирования данными

SELECT - команда на выборку записей из базы данных - является наиболее часто используемой SQL-инструкцией. Сфера данных, которыми она манипулирует, определяется с помощью специальных предложений. Перечень основных предложений языка SQL приведен в табл. 7.3.

Таблица 9.3. Основные предложения языка SQL

Примером простейшего применения инструкции SELECT может служить команда на выборку всех данных из таблицы Фирмы:

SELECT * FROM Фирмы;

Однако, вообще говоря, данная инструкция представляет собой весьма мощный инструмент манипуляции с содержимым баз данных. Так, выражение

SELECT Int([УстФонд]/500)*500 AS Диапазон,

Count(КодФирмы) AS ЧислоФирм

FROM Фирмы

GROUP BY Int([УстФонд]/500)*500;

задает команду на вывод данных о распределении значений уставных фондов фирм по интервалам длиной 500 денежных единиц (д. е.), то есть сколько фирм имеют уставный фонд менее 500 д. е., от 500 до 1000 д. е. и т. д. Третьей составной частью SQL является язык управления транзакциями. Транзакция - это логически завершенная единица работы, содержащая одну или более элементарных операций обработки данных. Все действия, составляющие транзакцию, должны либо выполниться полностью, либо полностью не выполниться. Инструкции языка управления транзакциями приведены в табл. 9.4.

Таблица 9.4. Инструкции языка управления транзакциями

В большинстве СУБД элементарные команды, составляющие тело транзакции, выполняются над некоторой буферной копией данных, и только если их удается успешно довести до конца, происходит окончательное обновление основной базы. Транзакция начинается от точки сохранения, задаваемой инструкцией SAVEPOINT, и может быть завершена по команде COMMIT или прервана по команде ROLLBACK (откат). Также в современных системах управления данными предусмотрены средства автоматического отката транзакций при возникновении системных сбоев. Таким образом, механизм управления транзакциями является важнейшим инструментом поддержания целостности данных.

9.5. Программные системы управления базами данных

Кратко остановимся на конкретных программных продуктах, относящихся к классу СУБД. На самом общем уровне все СУБД можно разделить:

- на профессиональные, или промышленные;

- персональные (настольные).

Профессиональные (промышленные) СУБД представляют собой программную основу для разработки автоматизированных систем управления крупными экономическими объектами. На их базе создаются комплексы управления и обработки информации крупных предприятий, банков или даже целых отраслей. Первостепенными условиями, которым должны удовлетворять профессиональные СУБД, являются:

- возможность организации совместной параллельной работы большого количества пользователей;

- масштабируемость, то есть возможность роста системы пропорционально расширению управляемого объекта;

- переносимость на различные аппаратные и программные платформы;

- устойчивость по отношению к сбоям различного рода, в том числе наличие многоуровневой системы резервирования хранимой информации;

- обеспечение безопасности хранимых данных и развитой структурированной системы доступа к ним.

Промышленные СУБД к настоящему моменту имеют уже достаточно богатую историю развития. В частности, можно отметить, что в конце 70-х - начале 80-х годов в автоматизированных системах, построенных на базе больших вычислительных машин, активно использовалась СУБД Adabas. В настоящее время характерными представителями профессиональных СУБД являются такие программные продукты, как Oracle, DB2, Sybase, Informix, Ingres, Progress.

Основоположниками СУБД Oracle стала группа американских разработчиков (Ларри Эллисбн, Роберт Майнер и Эдвард Оутс), которые более двадцати лет тому назад создали фирму Relational Software Inc. и поставили перед собой задачу создать систему, на практике реализующую идеи, изложенные в работах Э. Ф. Кодда И К. Дж. Дейта. Результатом их деятельности стала реализация переносимой реляционной системы управления базами данных с базовым языком обработки SQL. В 1979 г. заказчикам была представлена версия Oracle для мини-компьютеров PDP-11 фирмы Digital Equipment Corporation сразу для нескольких операционных систем: RSX- 11, IAS, RSTS и UNIX. Чуть позже Oracle был перенесен на компьютеры VAX под управлением VAX VMS. Значительная часть кода была написана на ассемблере, и поэтому процесс переноса системы на новую платформу требовал значительных усилий. Основным отличием Oracle очередной, третьей версии было то, что она была полностью написана на языке С. Такое решение обеспечивало переносимость системы на многие новые платформы, в частности, на различные клоны UNIX. Второй важной особенностью новой (1983 г.) версии была поддержка концепции транзакции. Примерно в это же время фирма получила новое имя - Oracle Corporation - и заняла лидирующее место на рынке производителей СУБД. Четвертая версия Oracle характеризовалась расширением перечня поддерживаемых платформ и операционных систем. Oracle был перенесен как на большие ЭВМ фирмы IBM (мэйнфреймы), так и на персональные компьютеры, работающие под управлением MS DOS. Именно в четвертой версии был сделан важный шаг в развитии технологии поддержки целостности баз данных. Для многопользовательских систем было предложено оригинальное решение Oracle поддержки " непротиворечивости чтения". В пятой версии была впервые реализована СУБД с архитектурой " клиент- сервер". Последующие версии СУБД Oracle были ориентированы на построение крупномасштабных систем обработки транзакций, изменение методов реализации систем ввода/вывода, буферизации, подсистем управления параллельным доступом, резервирования и восстановления. Также была реализована поддержка симметричных мультипроцессорных архитектур.

Проект и экспериментальный вариант СУБД Ingres были разработаны в университете Беркли под руководством одного из наиболее известных в мире ученых и специалистов в области баз данных Майкла Стоунбрейкера. С самого начала СУБД Ingres разрабатывалась как мобильная система, функционирующая в среде ОС UNIX. Первая версия Ingres была рассчитана на 16-разрядные компьютеры и работала главным образом на машинах серии PDP. Это была первая СУБД, распространяемая бесплатно для использования в университетах. Впоследствии группа Стоунбрейкера перенесла Ingres в среду ОС UNIX BSD, которая также была разработана в университете Беркли. Семейство СУБД Ingres из университета Беркли принято называть университетской Ingres. В начале 80-х была образована компания RTI (Relational Technology Inc.), которая разработала и стала продвигать коммерческую версию СУБД Ingres. В настоящее время коммерческая Ingres поддерживается, развивается и продается компанией Computer Associates. Сейчас это одна из наиболее развитых коммерческих реляционных СУБД. В то же время, по поводу университетской Ingres имеется много высококачественных публикаций. Более того, университетскую Ingres можно опробовать на практике и даже посмотреть ее исходные тексты.

Перечисленные выше (для СУБД Oracle) тенденции носят универсальный характер и определяют пути развития других программных продуктов, что вполне объясняется жесткой конкурентной ситуацией, сложившейся на данном рынке.

Персональные системы управления данными - это программное обеспечение, ориентированное на решение задач локального пользователя или компактной группы пользователей и предназначенное для использования на микроЭВМ (персональном компьютере). Это объясняет и их второе название - настольные. Определяющими характеристиками настольных систем являются:

- относительная простота эксплуатации, позволяющая создавать на их основе работоспособные приложения как " продвинутым" пользователям, так и тем, чья квалификация невысока;

- относительно ограниченные требования к аппаратным ресурсам.

Исторически первой среди персональных СУБД, получивших массовое распространение, стала Dbase фирмы Ashton-Tate (впоследствии права на нее перешли к фирме Borland, а с 1999 г. данная программа поддерживается фирмой dBASE Inc.). В дальнейшем серия реляционных персональных СУБД пополнилась такими продуктами, как FoxBase/FoxPRO (Fox Software, в дальнейшем - Microsoft), Clipper (Nantucket, затем - Computer Associates), R: base (Microrim), Paradox (Borland, на настоящий момент правами владеет фирма Corel), Access (Microsoft), Approach (Lotus).

Завоевавшие широкую популярность в России системы Dbase, FoxPRO и Clipper работали с таблицами данных, размещавшихся в файлах, имевших расширение *.dbf (термин dbf-формат стал общепринятым). Впоследствии семейство этих баз данных получило интегрированное наименование Xbase.

Несмотря на неизбежные различия, обусловливавшиеся замыслами разработчиков, все перечисленные системы в ходе своей эволюции приобрели ряд общих конструктивных черт, среди которых, прежде всего, могут быть названы:

- наличие визуального интерфейса, автоматизирующего процесс создания средств манипуляции данными, - экранных форм, шаблонов отчетов, запросов и т. п.;

- наличие инструментов создания объектов базы данных в режиме диалога: Experts в Paradox, Wizards в Access, Assistants в Approach;

- наличие развитого инструментария создания программных расширений в рамках единой среды СУБД: язык разработки приложений PAL в Paradox, VBA (Visual Basic for Applications) в Access, Lotus Script в Approach;

- встроенная поддержка универсальных языков управления данными, например SQL или QBE (Query By Example).

Среди СУБД, которые, условно говоря, занимают промежуточное положение между настольными и промышленными системами, могут быть названы SQLWindows/ SQLBase фирмы Centura (до 1996 г. Gupta), InterBase (Borland), наконец, Microsoft SQL Server.

В завершении раздела необходимо отметить, что в последние годы наметилась устойчивая тенденция к стиранию четких граней между настольными и профессиональными системами. Последнее, в первую очередь, объясняется тем, что разработчики в стремлении максимально расширить потенциальный рынок для своих продуктов постоянно расширяют набор их функциональных характеристик.

9.6. Организация взаимодействия между системами управления данными

9.6.1. Проблема форматно независимого доступа к данным и технология ODBC

Процесс разработки и развития любой СУБД неизбежно приводит к необходимости решать проблему взаимодействия с данными, созданными и управляемый в рамках других программных систем, или, как еще говорят, к проблеме доступа к внешним источникам данных. Это, в свою очередь, определяет принципиальное требование, которому должны удовлетворять прикладные СУБД: ^программные процедуры обработки информации, создаваемые в рамках СУБД, должны быть максимально независимыми от формата хранимых данных.

Выполнение этого принципа позволяет:

- во-первых, с наименьшими затратами осуществлять переход от одной СУБД к другой, потребность в чем, допустим, возникает при масштабировании ранее созданного программного обеспечения для предприятий и фирм качественно иного размера;

- во-вторых, успешно решать задачи интеграции двух и более независимых программных систем.

Важнейшим инструментом форматно независимого доступа к данным из программ стала технология ODBC (Open Data Base Connectivity), созданная фирмой Microsoft. Ее принципиальная схема изображена на рис. 9.4.

Как следует из рис. 9.4, в рамках ODBC:

- программное приложение непосредственно взаимодействует с диспетчером драйверов, посылая ему ODBC-вызовы;

- диспетчер драйверов отвечает за динамическую загрузку нужного ODBC-драйвера, через который обращается к СУБД (серверу баз данных);

Рис. 9.4. Принципиальная схема технологии ODBC

- ODBC-драйвер выполняет все вызовы ODBC-функций, " переводит" их на язык источника данных;

- СУБД хранит и выводит данные в ответ на запросы со стороны ODBC-драйвера (или же возвращает код ошибки).

В настоящее время в состав подавляющего большинства систем управления данными входят соответствующие ODBC-драйверы.

Таким образом, при работе с базой данной через ODBC-драйвер она выступает как некоторый виртуальный источник данных, которым можно управлять с помощью SQL-подобных команд.

Рис. 9.5. Окно Администратора источников данных ODBC

Задание ODBC-источника данных (DSN - data source name) является действием, которое осуществляется средствами операционной системы, управляющей компьютером. В частности, в операционных средах Windows 95/Windows 98 для этого в Панели управления предусмотрен пункт Источники Данных ODBC (32 разр), из которого вызывается Администратор источников данных ODBC.

С его помощью могут быть заданы:

- пользовательский DSN - источник данных, доступный только текущему пользователю на текущем компьютере;

- файловый DSN - источник данных, которые могут применять совместно различные пользователи, у которых установлены одинаковые ODBC-драйверы;

- системный DSN - источник данных, доступный всем пользователям и службам текущего компьютера.

Окно Администратор источников данных ODBC показано на рис. 9.6.

Рис. 9.6 Администратор источников данных ODBC