Оъекгно-СУБД
Оглавление
1. 20 лет эволюции программного обеспечения.
2. Реляционные базы данных.
3. Объектно-реляционные методы.
4. Объектно-ориентированные базы данных.
4.1 Why ODBMS?
4.2 Спорные моменты технологии.
4.3 Стандарты объектных баз данных.
4.4 Поставщики ООСУБД.
5. Заключение.
6. Глоссарий
1.
2. 20 лет эволюциипрограммного обеспечения.
Рисунок 1
Управление информацией всегда было основной сферой применения компьютеров и,
надо думать, будет играть еще большую роль в будущем.Системы управления базами
данных[1] (СУБД, DBMS – Database Management System) на протяжении всего пути
развития компьютерной техники совершенствовались, поддерживая все более сложные
уровни абстрактныхданных, заданных пользователем, и обеспечивая взаимодействие
компонентов, распределенных в глобальных сетях и постепенно интегрирующихся
стелекоммуникационными системами. Позволив себе рассуждения в стиле Билла
Гейтса, предположим, что результатом будет становление систем
управленияинформацией одной из частей повседневной жизни каждого.
История развития компьютерной техники – это история непрерывного движения от
языка и уровня коммуникации машины к уровнюпользователя. Если первые машины
требовали от пользователя оформления того, что ему нужно (то есть написания
программ), в машинных кодах, то языкипрограммирования четвертого уровня (4GLs)
позволяли конечным пользователям, не являющимсяпрофессиональными программистами,
получать доступ к информации без детального описания каждого шага, но только с
встроенными предопределенными типами данных– например, таблицами.
Последним шагом в этом направлении стала объектно-ориентированная
технология,радикально изменившая сферу разработки программного обеспечения уже в
1990-х годах (Рисунок1). Объектно-ориентированный подход позволяет упаковывать
данные и код для их обработки вместе. Таким образом практически снимается
ограничение натипы данных, позволяя работать на любом уровне абстракции.
Эволюция систем управления информацией шла параллельно этому прогрессу, начиная
с низкоуровневых программ, которые, например, напрямуюпроизводили операции
чтения и записи со всей памятью без ограничения доступа, лентой, цилиндрами и
дорожками диска и более высокоуровневыми средствами –файловыми системами,
которые оперировали с такими понятиями, как массивы, записи и индексы для
повышения производительности. Базы данных в свою очередьначинали с модели
записей и индексов (ISAM и др.), приобретая со временем способность
восстановленияпосле сбоев, проверки целостности данных и возможности работы
нескольких пользователей одновременно. Эти ранние модели данных(CODASYL)
относились скорее к уровнюмашинной ориентации. В дальнейшем реляционные базы
данных, пришедшие на смену в 1980‑х годах, приобрели механизм запросов,
позволяющий пользователю указать требуемое, предоставив СУБД самой оптимальным
образом найти результат,используя динамическую индексацию.
Обьектно-ориентированные СУБД (ООСУБД) стали разрабатываться с середины 80‑х
годов восновном для поддержки приложений САПР. Сложные структуры данных систем
автоматизированного проектирования оказалось очень удобно оформлять в
видеобъектов, а технические чертежи проще хранить в базе данных, чем в файлах.
Это позволяет обойтись без декомпозиции графических структур на элементы и
записи их в файлы послезавершения работы с чертежом, выполнения обратной
операции при внесении любого изменения. Если типичные реляционные базы данных
имеют связи глубиной в двауровня, то иерархическая информация чертежей САПР
обычно включает порядка десяти уровней, что требует достаточно сложных операций
для “сборки”результата. Объектные базы данных хорошо соответствовали подобным
задачам, и эволюция многих СУБД началась именно с рынка САПР.
Между тем рынок САПР был быстро насыщен, и в начале 90‑х годов производители
ООСУБД обратили внимание на другие области применения, ужепрочно занятые
реляционными СУБД. Для этого потребовалось оснастить ООСУБД функциями
оперативной обработки транзакций (OLTP), утилитами администратора баз данных
(database administrator – DBA), средствами резервногокопирования/восстановления
и т. д. Работы в данном направлении продолжаются и сегодня, но уже можно
сказать, что переход к коммерческим приложениям идетдостаточно успешно.
3. Реляционные базы данных.
В реляционных базах данных (Relational Database System, RDBS) все данные
отображаются в двумерных таблицах. База данных, таким образом, это ни что
иное,как набор таблиц. RDBS и ориентированные на записи системы организованы на
основе стандарта B-Tree илиметоде доступа, основанном на индексации – Indexed
Sequential Access Method (ISAM) и являются стандартными
системами,использующимися в большинстве современных программных продуктов. Для
обеспечения комбинирования таблиц для определения связей между данными,
которыепрактически полностью отсутствуют в большинстве программных реализаций
B-Tree и ISAM, используется языки, подобные SQL (IBM), Quel (Ingres) и RDO
(Digital Equipment), причем стандартом отрасли внастоящее время стал язык SQL,
поддерживаемый всеми производителями реляционных СУБД.
Оригинальная версия SQL – это интерпретируемый язык, предназначенный для
выполненияопераций над базами данных. Язык SQL был создан в начале 70‑х как
интерфейс для взаимодействия с базами данных, основанными на новой для того
времениреляционной теории. Реальные приложения обычно написаны на других языках,
генерирующих код на языке SQLи передающих их в СУБД в виде текста в формате
ASCII. Нужно отметить также, что практически все реальные реляционные (и не
только реляционные) системы помимореализации стандарта ANSI SQL, известного
сейчас в последней редакции под именем SQL2 (или SQL-92), включают в себя
дополнительныерасширения, например, поддержка архитектуры клиент-сервер или
средства разработки приложений.
Строки таблицы составлены из полей, заранее известных базе данных. В большинстве
систем нельзя добавлять новые типы данных. Каждая строкав таблице соответствует
одной записи. Положение данной строки может изменяться вместе с удалением или
вставкой новых строк.
Чтобы однозначно определить элемент, ему должны быть сопоставлены поле или набор
полей, гарантирующих уникальность элемента внутритаблицы. Такое поле или поля
называются первичным ключом (primary key) таблицы и часто являются числами. Если
одна таблицасодержит первичным ключ другой, это позволяет организовать связь
между элементами разных таблиц. Это поле называетсявнешним ключом (foreign key).
Так как все поля одной таблицы должны содержать постоянное число полей заранее
определенных типов, приходится создавать дополнительныетаблицы, учитывающие
индивидуальные особенности элементов, при помощи внешних ключей. Такой подход
сильно усложняет создание сколько нибудь сложныхвзаимосвязей в базе данных.
Желающим убедится, что это действительно так и не пожалевшим на это
определенный отрезоквремени, компания POET Software любезно предоставляет
возможность ознакомиться с примером в своей “белой книге” “POET Technical
Reference”. База данных рядового предприятия общепита (клиенты – Джордж Буш и
Эдди Мэрфи) состоит изчетырех таблиц.
Еще один крупный недостаток реляционных баз данных – это высокая трудоемкость
манипулирования информацией и изменения связей.
4. Объектно-реляционные методы.
Несмотря на рассмотренные в п. 3 недостатки реляционных баз данных, они обладают
рядом достоинств:
разделение таблиц разными программами;
развернутый “код возврата” при ошибках;
высокая скорость обработки запросов (команда SELECTязыка SQL; результатом
выборки является таблица, которая содержит поля, удовлетворяющие заданному
критерию);
Рисунок 2 Возможные подходы к объединению объектных и реляционных БД.
сама концепция объектных баз данных довольно сложна итребует от программистов
серьезного и длительного обучения;
относительно высокая скорость при работе с большимиобъемами данных.
Кроме того, во всем мире значительные средства уже инвестированы в реляционные
СУБД. Многие организации не уверены, что затраты, связанные с переходом на
объектные базы данных, окупятся.
Поэтому многие пользователи заинтересованы в комбинированном подходе, который бы
им позволил воспользоваться достоинствами объектных базданных, не отказываясь
полностью от своих реляционных БД. Такие решения действительно существуют. Если
переход от реляционной базы к объектнойобходится слишком дорого, то применение
последней в качестве расширения и дополнения реляционных СУБД часто является
более экономичной альтернативой.Компромиссные решения позволяют соблюсти баланс
между объектами и реляционными таблицами (Рисунок2).
Объектно-реляционные адаптеры. Этот метод предполагает использование так
называемогообъектно-реляционного адаптера, который автоматически выделяет
программные объекты и сохраняет их в реляционных базах данных.
Объектно-ориентированныеприложение работает как рядовой пользователь СУБД.
Несмотря на некоторое снижение производительности, такой вариант позволяет
программистам целикомсконцентрироваться на объектно-ориентированной разработке.
Кроме того, все имеющиеся на предприятии приложения по-прежнему могут обращаться
к данным,хранящимся в реляционной форме.
Некоторые объектные СУБД, например GemStone компании GemStone Systems, могут
сами выполнятьроль мощного объектно-реляционного адаптера, позволяя
объектно-ориентированным приложениям обращаться к реляционным БД.
Объектно-реляционные адаптеры, такие как Odapter компании Hewlett-Packard для
СУБД Oracle, можно с успехом использовать вомногих областях, например в качестве
связующего ПО, объединяющего объектно-ориентированные приложения с реляционными
СУБД.
Объектно-реляционные шлюзы. При использовании такого метода пользователь
взаимодействует с БДпри помощи языка ООСУБД, а шлюз заменяет все
объектно-ориентированные элементы этого языка на их реляционные компоненты. За
это опять приходитьсярасплачиваться производительностью. Например, шлюз должен
преобразовать объекты в набор связей, сгенерировать оригинальные идентификаторы
(original identifier – OID) объектов и передать этов реляционную БД. Затем шлюз
должен каждый раз, когда используется интерфейс реляционной СУБД,
преобразовывать OID, найденный в базе, в соответствующий объект, сохраненный
вРСУБД.
Производительность в рассмотренных двух подходах зависит от способа доступа к
реляционной базе данных. Каждая РСУБД состоит из двухуровней: уровня управления
данными (data manager layer) и уровня управления носителем (storage manager
layer). Первый из нихобрабатывает операторы на языке SQL, а второй отображает
данные в базу. Шлюз или адаптер могут взаимодействовать какс уровнем данных (то
есть обращаться к РСУБД при помощи SQL), так и с уровнем носителя
(вызовамипроцедур низкого уровня). Производительность в первом случае намного
ниже (например, система OpenODBфирмы Hewlett-Packard, которая может выполнять
роль шлюза, поддерживает только на высоком уровне).
Гибридные СУБД. Еще одним решением может стать создание гибридных
объектно-реляционных СУБД,которые могут хранить и традиционные табличные данные,
и объекты. Многие аналитики считают, что будущее за такими гибридными БД.
Ведущие поставщикиреляционных СУБД начинают (или планируют) добавлять к своим
продуктам объектно-ориентированные средства. В частности, Sybase и Informix
собираются в следующих версияхСУБД ввести поддержку объектов. Подобные
разработки намерены вести и независимые фирмы. Например, компания Shores
готовится оснастить объектно-ориентированными средствамиСУБД Oracle8, выпуск
которой намечен на конец 1996 г.
С другой стороны, производители объектных СУБД, такие как компания Object
Design,сознают, что объектно-ориентированные базы данных в обозримом будущем не
заменят реляционные СУБД. Это вынуждает их создавать шлюзы для
поддержкиреляционных и иерархических баз данных иди различного рода интерфейсы,
характерным примером которых является объектно-реляционный интерфейс Ontos
Integration Server фирмы Ontos, применяемый всочетании с ее ООБД Ontos/DB.
5. Объектно-ориентированные базы данных.
5.1Why ODBMS?
“Белыми книгами” с названием, вынесенным в заголовок, с избытком снабдит любая
компания, занимающаяся объектными базами данных. Кое-чтоо преимуществах и
недостатках объектно-ориентированных СУБД уже упоминалось выше, подведем в таком
случае итог.
Объектно-ориентированные базы данных применяются с конца 1980-х для обеспечения
управления базами данных приложениями, построенными всоответствии с концепцией
объектно-ориентированного программирования. Объектная технология расширяет
традиционную методику разработки приложений новыммоделированием данных и
методами программирования. Для повторного использования кода и улучшения
сохранности целостности данных в объектном программированииданные и код для их
обработки организованы в объекты. Таким образом, практически полностью снимаются
ограничения на типы данных.
Если данные состоят из коротких, простых полей фиксированной длины (имя, адрес,
баланс банковского счета), то лучшим решением будетприменение реляционной базы
данных. Если, однако, данные содержат вложенную структуру, динамически
изменяемый размер, определяемые пользователемпроизвольные структуры
(мультимедиа, например), представление их в табличной форме будет, как минимум,
непростым. В то же время в ООСУБД каждая определеннаяпользователем структура –
это объект, непосредственно управляемый базой данных.
В РСУБД связи управляются пользователем, создающим внешние ключи. Затем для
обнаружения связей динамически во время выполнения системапросматривает две (или
больше) таблицы, сравнивая внешние ключи до достижения соответствия. Этот
процесс, называемый объединением (join), является слабой сторонойреляционной
технологии. Более двух или трех уровней объединений – сигнал, чтобы искать
лучшее решение. В ООСУБД пользователь просто объявляет связь, и
СУБДавтоматически генерирует методы управления, динамически создавая, удаляя и
пересекая связи. Ссылки при этом прямые, нет необходимости в просмотре
исравнении или даже поиске индекса, который может сильно сказаться на
производительности. Таким образом, применение объектной модели
предпочтительнеедля баз данных с большим количеством сложных связей:
перекрестных ссылок, ссылок, связывающих несколько объектов с несколькими
(many-to-many relationships)двунаправленными ссылками.
В отличие от реляционных, ООСУБД полностью поддерживают объектно-ориентированные
языки программирования. Разработчики, применяющие С++или Smalltalk, имеют дело с
одним набором правил (позволяющих использовать такие преимуществаобъектной
технологии, как наследование, инкапсуляция и полиморфизм). Разработчик не должен
прибегать к трансляцииобъектной модели в реляционную и обратно. Прикладные
программы обращаются и функционируют с объектами, сохраненными в базе данных,
которая используетстандартную объектно-ориентированную семантику языка и
операции. Напротив, реляционная база данных требует, чтобы разработчик
транслировал объектнуюмодель к поддерживаемой модели данных и включил
подпрограммы, чтобы обеспечить это отображение во время выполнения. Следствием
являются дополнительные усилияпри разработке и уменьшение эффективности.
И, наконец, ООСУБД подходят (опять же без трансляций между объектной и
реляционной моделями) для организации распределенных вычислений.Традиционные
базы данных (в том числе и реляционные и некоторые объектные) построены вокруг
центрального сервера, выполняющего все операции над базой. Посуществу, эта
модель мало отличается от мэйнфреймовой организации 60‑х годов с центральной ЭВМ
– мэйнфреймом (mainframe), выполняющей все вычисления, и пассивных
терминалов.Такая архитектура имеет ряд недостатков, главным из которых является
вопрос масштабируемости. В настоящее время рабочие станции (клиенты)
имеютвычислительную мощность порядка 30 ‑ 50 % мощности сервера базы данных, то
есть большая часть вычислительных ресурсов распределена среди клиентов.Поэтому
все больше приложений, и в первую очередь базы данных и средства принятия
решений, работают в распределенных средах, в которых объекты(объектные
программные компоненты) распределены по многим рабочим станциям и серверам и где
любой пользователь может получить доступ к любому объекту.Благодаря стандартам
межкомпонентного взаимодействия (об этом позже) все эти фрагменты кода
комбинируются друг с другом независимо от аппаратного,программного обеспечения,
операционных систем, сетей, компиляторов, языков программирования, различных
средств организации запросов и формирования отчетови динамически изменяются при
манипулировании объектами без потери работоспособности.
5.2 Спорныемоменты технологии.
Все ООСУБД по определению поддерживают сохранение и разделение объектов. Но,
когда дело доходит до практической разработкиприложений на разных ООСУБД,
проявляется множество отличий в реализации поддержки трех характеристик:
Целостность;
Масштабируемость;
Отказоустойчивость.
Отметим, что ООБД не требуют многих из тех внутренних функций и механизмов,
которые столь привычны и необходимы в реляционных БД.Например, при небольшом
числе пользователей, длинных транзакциях и незначительной загрузке сервера
объектные СУБД не нуждаются в поддержке сложных механизмоврезервного
копирования/восстановления (исторически сложилось так, что первые ООБД
проектировались для поддержки небольших рабочих групп – порядка десятичеловек –
и не были приспособлены для обслуживания сотен пользователей). Тем не менее
технология БД определенно созрела для крупных проектов.
Дляиллюстрации первой категории рассмотрим механизм кэширования объектов.
Большинство объектных СУБД помещают код приложения непосредственно в то
жеадресное пространство, где работает сама СУБД. Благодаря этому достигается
повышение производительности часто в 10‑100раз по сравнению с раздельными
адресными пространствами. Но при такой модели объект с ошибкой может повредить
объекты и разрушить базу данных.
Существуют два подхода к организации реакции СУБД для предотвращения потери
данных.Большинство систем передают приложению указатели на объекты, и рано или
поздно такие указатели обязательно становятся неверными. Так, они всегда
неправильныпосле перехода объекта к другому пользователю (например, после
перемещения на другой сервер). Если программист, разрабатывающий приложение,
пунктуален, тоошибки не возникает. Если же приложение попытается применить
указатель в неподходящий для этого момент, то в лучшем случае произойдет крах
системы, вхудшем – будет утеряна информация в середине другого объекта и
нарушится целостность базы данных.
Есть метод, лучший, чем использование прямых указателей (Рисунок 3). СУБД
добавляетдополнительный указатель и при необходимости, если объект перемещается,
система может автоматически разрешить ситуацию (перезагрузить, если это
необходимо,объект) без возникновения конфликтной ситуации.
Существует еще одна причина для применения косвенной адресации: благодаря этому
можноотслеживать частоту вызовов объектов для организации эффективного механизма
свопинга.
Это необходимо для реализации уже второго необходимого свойства баз данных –
масштабируемости. Опять следует упомянуть организациюраспределенных компонентов.
Классическая схема клиент-сервер, где основная нагрузка приходится на клиента
(такая архитектура называется еще “толстыйклиент-тонкий сервер”), лучше
справляется с этой задачей, чем мэйнфреймовая структура, однако ее все равно
нельзя масштабировать до уровня предприятия.Благодаря многозвенной архитектуре
клиент-сервер (N-Tier architecture) происходит равномерноераспределение
вычислительной нагрузки между сервером и конечным пользователем. Нагрузка
распределяется по трем и более звеньям, обеспечивающим
дополнительнуювычислительную мощность. К чему же еще ведет такая практика?
“Архитектура клиент-сервер, еще совсем недавно считавшаяся сложной средой,
постепеннопревратилась в исключительно сложную среду. Почему? Благодаря
ускоренному переходу к использованию систем клиент-сервер нескольких звеньев”
(PCMagazine).Разработчикам приходится расплачиваться дополнительными
сложностями, большими затратами времени и множеством проблем, связанных с
интеграцией. Оставимочередное упоминание распределенных компонентов на этой не
лишенной оптимизма ноте.
Рисунок 3 Прямая и косвенная адресации.
Третье необходимое качество базы данных – это отказоустойчивость. Именно это
свойство отличает программныйпродукт от “прилады”. Существуют несколько способов
обеспечения отказоустойчивости:
резервное копирование и восстановление;
распределение компонентов;
независимость компонентов;
копирование.
Руководствуясь первым принципом, программист определяет потенциально опасные
участки кода и вставляетв программу некоторые действия, соответствующие началу
транзакции – сохранение информации, необходимой для восстановления после сбоя, и
окончанию транзакции –восстановление или, в случае невозможности, принятие
каких-то других мер, например, отправка сообщения администратору. В современных
СУБД этот механизмобеспечивает восстановление в случае возникновения практически
любой ошибки системы, приложения или компьютера, хотя, конечно, нельзя говорить
об идеальнойзащите от сбоев.
В мэйнфреймовой архитектуре единственным источником сбоев была центральная ЭВМ.
При переходе к распределенной многозвенной организацииошибки могут вызывать не
только компьютеры, включенные в сеть, но и коммуникационные каналы. В
многозвенной архитектуре при сбое одного из звеньевбез специальных мер
результаты работы других окажутся бесполезными. Поэтому при разработке
распределенных систем обеспечивается принципиально более высокийуровень
обеспечения отказоустойчивости. Назовем обязательные для современных
распределенных СУБД свойства:
прозрачный доступ ко всем объектам независимо от ихместоположения, благодаря
чему пользователю доступны все сервисы СУБД и может производиться
перераспределение компонентов без нежелательных последствий.
так называемый “трехфазный монитор транзакций” (third-party transaction
monitor), благодаря которомутранзакция выполняется не в два, а в три этапа –
сначала посылается запрос о готовности к транзакции.
Что произойдет, если один из компонентов выйдет из строя? Система, созданная в
соответствии только с вышеизложенными доводами,приостановит работу всех
пользователей и прервет все транзакции. Поэтому важно такое свойство СУБД, как
независимость компонентов.
При сетевом сбое сеть разделяется на части, компоненты каждой из которых не
могут сообщаться с компонентами другой части. Для того,чтобы сохранить
возможность работы внутри каждой такой части, необходимо дублирование критически
важной информации внутри каждого сегмента. Современныесистемы позволяют
администратору базы данных динамически определять сегменты сети, варьируя таким
образом уровень надежности всей системы в целом.
И, наконец, о копировании (replication) данных. Простейшим способом является
добавление к каждому (основному) серверу резервного. После каждойоперации
основной сервер передает измененные данные резервному, который автоматически
включается в случае выхода из строя основного. Естественно, такаясхема не лишена
недостатков. Во-первых, это приводит к значительным накладным расходам при
дублировании данных, что не только сказывается напроизводительности, но и само
по себе является потенциальным источником сбоев. Во-вторых, в случае сбоя,
повлекшего за собой разрыв соединения между двумясерверами, каждый из них должен
будет работать в своем сегменте сети в качестве основного сервера, причем
изменения, сделанные на серверах за время работы втаком режиме, будет невозможно
синхронизовать даже после восстановления работоспособности сети.
Более совершенным является подход, когда создается необходимое (подбираемое в
соответствии с требуемым уровнем надежности) числокопий в сегменте. Таким
образом увеличивается доступность копий и даже (при распределении нагрузки между
серверами) повышается скорость чтения. Проблеманевозможности обновления данных
несколькими серверами одновременно в случае их взаимной недоступности решается
за счет разрешения проведения модификацийтолько в одном из сегментов, например
имеющем наибольшее число пользователей. При хорошо настроенной схеме кэширования
затраты на накладные расходы придублировании модифицированных данных близки к
нулю.
5.3 Стандартыобъектных баз данных.
Для обеспечения переносимости приложений (приложение может работать на разных
СУБД) и совместимости с СУБД (может взаимодействовать сразными СУБД),
естественно, необходима выработка стандартов. Сразу заметим, что установление
стандартов лишает производителя в некоторой степени свободы впринятии решений и
увеличивает стоимость продукта за счет лицензионных отчислений и больше не будем
обсуждать целесообразность (прямо скажем,очевидную) стандартизации.
В области объектных СУБД в настоящее время выработаны стандарты для:
объектной модели;
языка описания объектов;
языка организации запросов (Object Query Language – OQL);
“связующего” языка (C++ и, конечно же, Smalltalk);
администрирования;
обмена (импорт/экспорт);
интерфейсов инструментария и др.
Хотя у Microsoft и свое мнение на этот счет, организацией, выработавшей наиболее
используемые насегодня и устоявшиеся стандарты, является консорциум поставщиков
ООСУБД ODMG (ООСУБД), которого поддерживаютпрактически все действующие лица
отрасли. В сотрудничестве с OMG, ANSI, ISO и другимиорганизациями был создан
стандарт ODMG-93. Этот стандарт включает в себя средства для
построениязаконченного приложения, которое будет работать (после перекомпиляции)
в любой совместимой с этой спецификацией ООСУБД. В книгу ODMG-93 входят
следующие разделы:
Язык определения объектов (Object Definition Language – ODL);
Язык объектных запросов (Object Query Language – OQL);
Рисунок 4 Схема использования ODL для построения приложения.
Связывание с C++;
Связывание со Smalltalk.
ODL. В качестве языка определения объектов (ODL) ODMG был выбран существующий
язык IDL(Interface Definition Language – язык описания интерфейсов), который был
дополнен такими необходимыми дляобъектных БД свойствами, как определение
коллекций, двунаправленных связей типа “многие-ко-многим”, ключей и др. В
сочетании со средствами языка IDL определения атрибутов и операций, это
позволяет определять практически любые объекты. Все дополнения реализованы в
видедоопределения методов, что обеспечивает совместимость со стандартами OMG,
например стандартом CORBA.
Рисунок 4 показывает работоспособную схему для построения приложения на
стандартных языках программирования, в процессе которой
автоматическигенерируются метаданные, заголовочные файлы и методы. Приведем
также пример на языке ODL из “белой книги” компании Objectivity,
которыйиллюстрирует связи типа “один-ко-многим”, объявленные между
преподавателем и студентами:
interface professor : employee {
attribute string name;
unique attribute lang unsigned ssn;
relationship dept works_in inverse faculty; relationship set
teaches inverse taught_by; . . . operations . . .
{
interface section : class {
. . . taught_by: professor . . . ;
. . .
}
OQL. За основу языка OQL была взята команда SELECT языка SQL2 (или SQL-92) и
добавлены возможностьнаправлять запрос к объекту или коллекции объектов и
возможность вызывать методы в рамках одного запроса. Данные, полученные в
результате запроса, могутбыть скалярными (включая кортежи), объектами или
коллекциями объектов. Некоторые примеры наязыке OQL (тот же источник):
• Select x from x in faculty where x.salary >
x.dept.chair.salary
•sort s in (select struct (name: x.name, s:x.ssn) from
x in faculty where for all y in
x.advisees:y.age
• Chair.salary
• Students except TAs
•list (1,2) + list (count (jse.advisees), 1+2)
• exists x in faculty [1:n]: x.spouse.age
C++. Спецификация ODMG-93 позволяет программистам легко использовать объекты в
то время как ООСУБД прозрачнымобразом управляет ими. При определении стандарта
члены ODMG руководствовались следующими принципами:
Использование стандартных компиляторов обеспечивается тем, что все расширения
реализуютсясредствами языка – библиотеками классов и перегрузкой операторов.
Определение временных экземпляров (Transient Instance) и экземпляров,
создаваемых на длительный срок (Transient Instance) припомощи оператора new().
При перегрузке оператора new() оба типа экземпляров могут создаваться от
одного класса, который может существовать продолжительноевремя.
Обеспечение устойчивости через стандартный механизм наследования; пользователь
можетопределять экземпляры временные и рассчитанные на продолжительное
использование средствами оригинальной версии языка.
Использование специального механизма указателей (Smart Pointers). Связи между
объектами объявляются при помощи шаблона Ref и перегрузки оператора ->; это
позволяет использовать специальные указатели(контролируемые системой; см.,
например, идентичность в словарике (стр. 21) и упоминание косвеннойадресации
(стр. 10) как обычные.
class Professor: Employee {
long ssn;
char* name;
int age;
Refdept inverse faculty;
Set teachesinverse taught_by;
. . .
void grant_tenure()
void assign_course(section)
}
. . .
Refprof;
. . .
prof = new(db, Professor);
prof->name="Smith";
prof->age+prof->age+1;
На этом, пожалуй, чувство благодарности компании Objectivity в значительной мере
ослабеет, так как примеров на языке Smalltalk найти не удалось.
Smalltalk. ODMG-93 поддерживает ту же объектную модель для Smalltalk, что и для
С++, IDL и запросы на языке OQL; это позволяет разделятьодин и тот же объект
пользователям С++ и Smalltalk. Спецификация поддерживает типы (возможны
бестиповые поля) и синтаксис оригинальной версии Smalltalk.
Рисунок 5 ООСУБД, построенная на основе стандартов ODMG во взаимодействии
с CORBA.
Взаимодействие с другими стандартами. Многие стандарты совместимы с объектными
базами данных, например STEP, CFI,TINA-C, ISO ODP, ANSI X3H7, OpenGIS и др.
Сейчас они могут напрямую взаимодействовать с любой стандартной ООСУБД, хотя в
некоторые из них и быливнесены изменения для обеспечения совместимости. Два
других стандарта заслуживают более детального описания – OMGи SQL.
Стандарты OMG. Первым результатом деятельности OMG стало утверждение (OMG не
создает стандартов, апринимает одну из существующих реализаций) Архитектуры
Брокера Объектных Запросов (Common Object Request Broker Architecture – CORBA)
–средства диспетчеризации запросов между объектами и пользователями; в
дальнейшем были добавлены некоторые сервисы. Интерфейс ODMG сейчас
полностьюадаптирован к спецификации Persistence Object Service консорциума OMG,
что позволяет пользователям систем, основанных на архитектуреCORBA, пользоваться
преимуществами от ООСУБД, которые могут содержать объекты, отвечающие стандарту
OMG и используемые так же, как и любые другие (“мелкие”)объекты спецификации OMG
(Рисунок 5). Объекты OMG в свою очередь доступны через интерфейс ODMG.
Язык SQL. Из-за распространенности SQL был заложен в основу OQL,который был
дополнен средствами поддержки объектной модели. В настоящее время
разрабатывается версия языка SQL,известная под названием SQL3, в которой будут
реализована поддержка объектов и SQL будет приведен в соответствие современным
понятиям о полноценном языкепрограммирования. В отличие от ODMG, в SQL не
планируется привязка к ODL, а также C++ и Smalltalk, которыеважны для
пользователей ООСУБД. Несмотря на это, возможности SQL3 в организации запросов
совпадают с возможностями OQL. Когда SQL3 будет готов (разработки ведутся сейчас
на раннейстадии обсуждения основных вопросов относительно объектной модели),
ODMG, вероятно, дополнит его, как это уже сделано для С++ и Smalltalk.
5.4Поставщики ООСУБД.
Рисунок 6 Современный рынок СУБД.
Список современных коммерческих объектно-ориентированных систем включает в себя
следующие продукты:
Objectivity/DB компании Objectivity, Inc. (последняя версия – 2.1) идеально,
позаявлениям фирмы, подходит для приложений, которые работают в распределенных
средах, требуют гибкой модификации данных, организации сложных связей, а
такженуждаются в высокой производительности и работы с большими объемами
данных. Вероятно, все компании, производящие ООСУБД, ставят своей целью
сложить такоевпечатление относительно собственных разработок у читателей
распространяемых ими документов (хотя некоторые и делают это в более
деликатной форме). Болеесодержательно, Objectivity обеспечила интеграцию
инструментария СУБД и разработки приложений с такимисредствами
программирования, как SoftBench и C++ SoftBench. Благодаря интегрированному
графическому интерфейсу разработки схемы БД и инструментамотладки и анализа
упрощается задание модели базы данных и, соответственно, разработки приложений
для Objectivity/DB.
СУБД GemStone корпорации GemStone Systems, Inc. известнав последней редакции
под номером 5.0. GemStone традиционно сосредоточена на рынке Smalltalk (хотя
не так давно и была выпущена версия для С++) и имеетзаказчиков, способных
продемонстрировать на производстве крупномасштабные, целевые применения ее
продуктов. К сожалению, списком этих заказчиков объеминформации, которую
компания хочет донести до интересующихся (WWW), ограничивается.
ONTOS Corp., разработчик СУБД ONTOS (кто быподумал), по традиции занимается
развитием сервера объектно-ориентированной СУБД, но в последнее время придает
особое значение своим Службам ИнтеграцииОбъектов (Object Integration
Services).
Построенная на основе реляционной СУБД AllBase, система OpenODB фирмы
Hewlett-Packard также, как и Objectivity/DB,интегрирована с системой SoftBench
и существует в версии для С++. Благодаря глубокой интеграции, SoftBench
распознает файлы приложений OpenODB для установки оптимальнойконфигурации,
может создавать базы данных формата OpenODB из своей интегрированной среды,
обеспечивает оперативную помощь из среды разработки и т. д.
Object Design Inc. со своей СУБД ObjectStore занимаетлидирующее положение в
отрасли, осуществляя около 33% поставок на рынке объектно-ориентированных СУБД
и последняя модернизация системы (клиент языкаSQL и шлюз к реляционной СУБД)
должны только укрепить положение фирмы. Object Design поддерживает версиисвоей
СУБД как для С++, так и для Smalltalk.
Versant Object Technology, Inc. (СУБД Versant) проводит двойнуюстратегию,
предлагая средство обеспечения объектно-ориентированной СУБД высокого класса
для телекоммуникаций и инструментальные средства Smalltalk дляболее общих
случаев разработки приложений. Используя разработанный фирмой интерфейс
VERSANT Smalltalk Language Interface, СУБД совместима как с
версиейязыкаSmalltalk компании ParcPlace-Digitalk, так и с Visual Age for
Smalltalk корпорации IBM.
СУБД UniSQL компании UniSQL Inc. – хорошоустоявшаяся система, позволяющая
пользователям осуществлять запросы и модификацию базы при помощи
разработанного компанией языка SQL/X (подобные языки, носящие условное
название Object SQL, разработаны и некоторымидругими поставщиками). Вся БД
UniSQL может состоять одновременно из связей в локальных РСУБД иклассов в
локальных объектных базах UniSQL. Благодаря механизму каталогов, СУБД передает
запросы имодификации данных в локальные базы данных и, обработав (перевод в
другой формат, группирование, сортировка и т. д.) полученный от них
результат,возвращает его пользователю.
Кроме того ООСУБД предлагают: Object Database, Inc. (Object Database),
ItascaSystems Inc. (Itasca) O2 Technology (O2) и некоторые другие компании.
6. Заключение.
В 1996 г. наметился заметный сдвиг в области освоения объектных СУБД. Уже
существуют примеры практического их использования крупнымибиржами, банками,
страховыми компаниями, а также в сфере производства и телекоммуникаций, где
базам данных, содержащим гигабайты информации, приходитсяобслуживать сотни
пользователей. Они оказались хорошей альтернативой в тех случаях, когда
применение реляционных БД вынуждало строить сложную схему счрезмерно большим
числом межтабличных связей.
Благодаря значительному прогрессу в развитии объектной технологии, за последние
пять лет производителям удалось довести свои ООСУБД дотакого уровня, что они
стали вполне отвечать реальным требованиям рынка.
Несмотря на то, что технология объектных СУБД созрела для крупных проектов, для
действительно массового ее распространения необходимспециальный инструментарий.
В настоящий момент ощущается настоятельная потребность в интеграции ООСУБД с
существующими инструментальными средствами. Разработчикиуже сегодня могли бы
продуктивно использовать версии Visual Basic, Power Builder, Forte или Delphi,
поддерживающие ООСУБД.Большинство продуктов для создания приложений в той или
иной мере являются объектно-ориентированными, но работают по-прежнему с
реляционными БД.Специалисты считают, что партнерство производителей ООСУБД и
средств программирования способно привести к появлению столь
необходимогоинструментария.
Эксперты уже неоднократно объявляли наступающий год “годом объектных баз
данных”, однако сейчас все говорит о том, что 1997 г.действительно имеет шансы
наконец им стать. Основными стимулами растущего интереса к ООСУБД аналитики
считают расширение применениямультителиа-приложений и новых средств, улучшающих
их стыкуемость с существующими базами данных.
7. Глоссарий
4GL (4th Generation Language) – Язык программирования четвертого поколения
¨Языкпрограммирования, при создании которого используются языки программирования
третьего уровня (3GL) –процедурные языки типа C и Pascal. 4GL проще в
использовании, чем 3GL, им обычно отдают предпочтение при составлении программ
обслуживания баз данных и применяют всочетании с соответствующими средствами
разработки.
Blob (Binary Large Object) – Двоичный большой объект, блоб. ¨Длинныйлинейный
блок данных (например, цифровое изображение или видеоклип), который наиболее
подходит для хранения в ООСУБД.
CORBA (Common Object Request Broker Architecture) Архитектура брокера объектных
запросов ¨Стандартвзаимодействия распределенных компонентов, разработанный OMG.
DBMS (Database Management System) – Система управления базами данных, СУБД
N - звенная архитектура (N-Tier Model) ¨Архитектура клиент-серврер, в которой
применяются средства разбиения программили распределенные объекты для разделения
вычислительной нагрузки среди такого количества серверов приложений, которое
необходимо при имеющемся уровненагрузки. При многозвенной модели системы
количество возможных клиентских мест значительно больше, чем при использовании
двухзвенной модели. См также middleware.
ODBMS (Object Database Management System) – Объектно-ориентированная СУБД –
ООСУБД. ¨СУБД, хранящая данные и взаимосвязи между ее элементами непосредственно
в самой базеданных в виде объектов, содержащих, как правило, алгоритмы обработки
этих данных.
ODMG (Object Database Management Group) ¨Консорциум производителейобъектных баз
данных для выработки стандартов (ODMG-93, ODMG-95).
OMG (Open Management Group) ¨Консорциум поставщиков всфере объектной технологии
для выработки стандартов межкомпонентного взаимодействия. Объединяет практически
всех ведущих производителей (более чем500); членство Microsoft, видимо, лишь
условно.
OQL (Object Query Language) Язык объектных запросов ¨Разработанныйконсорциумом
ODMG язык описания запросов, за основу которого был принят SQL-92.
RDBMS (Relational Database Management System) – Реляционная СУБД – СУБД,
хранящая взаимосвязи междуэлементами в виде двумерных таблиц и использующая для
запросов язык SQL.
SQL (Structured Query Language) – Язык структурированных запросов
¨Интерпретируемыйязык, описывающий операции (создание, обработка и извлечение)
над реляционнымибазами данных.
Архитектура клиент-сервер (Client-server architecture) ¨Архитектура,
обеспечивающаяраспределение нагрузки между клиентом и сервером. Обычно эти
функции выполняют два разных компьютера, объединенных при помощи сети.
Атрибуты (Attributes) ¨Видимая за пределами объекта информация о состоянии
этого объекта.
“Белая книга” (White Paper) ¨Официальноеиздание.
Гибриды (Hybrids) ¨1. Средства связи между мирами объектных и реляционных баз
данных, включая базыданных, которые хранят информацию в реляционной форме, но
используют объектные буферные средства. См. также объектно-реляционныеметоды 2.
СУБД, которые могут хранить и табличные данные, и объекты. Этого определения я
старалсяпридерживаться.
Идентичность (Identity) ¨Возможность получения уникального адреса объекта
независимо от его местоположения и атрибутов.
Инкапсуляция (Encapsulation) ¨Объединениеданных и кода в один модуль – объект,
доступ к которому может осуществляться только через строго определенный
интерфейс.
Метаданные (Metadata) ¨Данные, являющиеся описанием других данных (например,
схема базы данных по отношению кее содержимому).
Наследование (Inheritance) ¨Механизм, благодаря которому определения класса
распространяется на классы, лежащие нижеего в иерархии обобщения классов. Это
позволяет многократно изменять определения, внося по мере необходимости
изменения, связанные соспециализацией.
Объектно-реляционные методы (Object-relational Approaches) ¨Подходы,
позволяющиевоспользоваться преимуществами объектных баз данных, не отказываясь
полностью от реляционных БД.
Отображение (Mapping) ¨Процесс установления связей между приложениями,
построенными вокругобъектно-ориентированных и реляционных баз данных.
Полиморфизм (Polymorphism) ¨Способностьобъектов различных классов и самих
классов удовлетворять одним и тем же протоколам или отдельным
сообщениям,выполняя при этом различные действия, предписываемые их собственными
методами.
Промежуточное обеспечение (Middleware) ¨ПО,служащее посредником между клиентом
и сервером, например, для предоставления общих интерфейсов. Следуя традиции, и я
тоже напишу, что промежуточное ПО – этослэш в термине “клиент/сервер”.
Протокол (Protocol) ¨Набор сообщений, на которые может ответить класс (протокол
класса) или его объекты(протокол объекта). Протокол определяется заданными
методами. Все объекты одного класса отвечают одному протоколу.
СУБД – Система Управления Базами Данных.¨Лежащая в основе базы данныхприкладная
программа, выполняющая операции над хранимой информацией.
Транзакция (Transaction) – обработка запроса ¨Выполнение элементарнойцелостной
операции над данными, в течение которой база данных находится в неустойчивом
состоянии.
ООСУБД (ODBMS)– Объектно-Ориентированная Система Управления Базами Данных.