Основы баз данных

• База данных – это организованный набор структурированных данных, обычно хранящихся в электронном виде в компьютерной системе.

• Базы данных поддерживают хранение и обработку больших объемов информации.

• Управление базами данных осуществляется с помощью систем управления базами данных (СУБД).

Основные понятия

• Данные – это факты, которые могут быть записаны и сохранены.
• Информация – это обработанные данные, имеющие значение.
• База данных – это организованный набор взаимосвязанных данных.
• СУБД – это программное обеспечение для управления базой данных.
• Модель данных – это абстрактное представление структуры базы данных.
• Схема базы данных – это описание структуры базы данных на определенном языке.

Типы баз данных

• Реляционные базы данных:
  • Хранят данные в виде таблиц со строками и столбцами.
  • Используют SQL (Structured Query Language) для управления данными.
  • Примеры: MySQL, PostgreSQL, Oracle, Microsoft SQL Server.
• NoSQL базы данных:
  • Различные модели данных, отличные от реляционной модели.
  • Подходят для больших объемов неструктурированных или полуструктурированных данных.
  • Примеры: MongoDB, Cassandra, Redis, Couchbase.
• Объектно-ориентированные базы данных:
  • Данные представляются в виде объектов, как в объектно-ориентированном программировании.
  • Примеры: ObjectDB, GemStone/S.
• Графовые базы данных:
  • Хранят данные в виде графов с узлами и ребрами.
  • Подходят для отношений между данными.
  • Примеры: Neo4j, JanusGraph.
• Базы данных временных рядов:
  • Оптимизированы для хранения и анализа данных временных рядов.
  • Примеры: InfluxDB, TimescaleDB.

Реляционные базы данных

• Таблица:
  • Набор данных, организованных в строки и столбцы.
  • Строка (запись) представляет один экземпляр объекта.
  • Столбец (поле) представляет атрибут объекта.
• Ключ:
  • Первичный ключ: уникально идентифицирует каждую строку в таблице.
  • Вторичный ключ: ссылается на первичный ключ в другой таблице, устанавливая связь между таблицами.
• Нормализация:
  • Процесс организации данных в базе данных для уменьшения избыточности и повышения целостности.
  • Включает разделение больших таблиц на меньшие и определение связей между ними.
• SQL:
  • Язык для управления реляционными базами данных.
  • Основные команды: SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE.

NoSQL базы данных

• Ключ-значение:
  • Данные хранятся в виде пар «ключ-значение».
  • Высокая скорость чтения и записи.
  • Примеры: Redis, Memcached.
• Документоориентированные:
  • Данные хранятся в виде документов (например, JSON или XML).
  • Гибкая структура данных.
  • Примеры: MongoDB, Couchbase.
• Столбцовые:
  • Данные хранятся по столбцам, а не по строкам.
  • Подходят для аналитических запросов.
  • Примеры: Cassandra, HBase.
• Графовые:
  • Данные хранятся в виде графов с узлами и ребрами.
  • Подходят для обработки связей между данными.
  • Примеры: Neo4j, JanusGraph.

Операции с базами данных

• Создание базы данных:
  • Определение структуры базы данных и таблиц.
• Чтение данных:
  • Извлечение данных из базы данных с использованием запросов.
• Запись данных:
  • Добавление новых данных в базу данных.
• Обновление данных:
  • Изменение существующих данных в базе данных.
• Удаление данных:
  • Удаление данных из базы данных.
• Индексирование:
  • Создание индексов для ускорения поиска данных.
• Резервное копирование и восстановление:
  • Создание резервных копий базы данных для защиты от потери данных.
  • Восстановление базы данных из резервной копии в случае сбоя.

Системы управления базами данных (СУБД)

• Функции СУБД:
  • Управление данными: хранение, извлечение, обновление и удаление данных.
  • Обеспечение целостности данных: проверка данных на соответствие заданным правилам.
  • Управление доступом: контроль доступа пользователей к данным.
  • Обеспечение безопасности: защита данных от несанкционированного доступа.
  • Резервное копирование и восстановление: создание резервных копий и восстановление данных в случае сбоя.
  • Поддержка транзакций: обеспечение атомарности, согласованности, изолированности и долговечности транзакций (ACID).
• Примеры СУБД:
  • MySQL: популярная СУБД с открытым исходным кодом.
  • PostgreSQL: мощная СУБД с открытым исходным кодом, поддерживающая множество функций.
  • Oracle Database: коммерческая СУБД, широко используемая в крупных организациях.
  • Microsoft SQL Server: коммерческая СУБД от Microsoft.
  • MongoDB: популярная NoSQL СУБД, документоориентированная.
  • Cassandra: NoSQL СУБД, столбцовая.
  • Redis: NoSQL СУБД, хранилище ключ-значение.
  • Neo4j: NoSQL СУБД, графовая.

Транзакции

• Транзакция – это логическая единица работы, которая выполняется как единое целое.
• Свойства ACID:
  • Атомарность (Atomicity): транзакция выполняется полностью или не выполняется вообще.
  • Согласованность (Consistency): транзакция переводит базу данных из одного согласованного состояния в другое.
  • Изолированность (Isolation): транзакции выполняются изолированно друг от друга.
  • Долговечность (Durability): результаты транзакции сохраняются навсегда.
• Управление транзакциями:
  • Начало транзакции: BEGIN TRANSACTION.
  • Фиксация транзакции: COMMIT.
  • Откат транзакции: ROLLBACK.

Безопасность базы данных

• Аутентификация: проверка личности пользователя.
• Авторизация: определение прав доступа пользователя к данным.
• Шифрование: защита данных от несанкционированного доступа путем преобразования в нечитаемый формат.
• Аудит: отслеживание действий пользователей в базе данных.
• Резервное копирование и восстановление: защита от потери данных.

Хранилища данных (Data Warehouses)

• Централизованное хранилище данных, собранных из различных источников.
• Используется для аналитики и отчетности.
• Структура данных обычно оптимизирована для запросов, а не для транзакций.

Большие данные (Big Data)

• Огромные объемы данных, которые трудно обрабатывать с помощью традиционных методов.
• Характеристики: объем (Volume), скорость (Velocity), разнообразие (Variety), достоверность (Veracity).
• Технологии: Hadoop, Spark.