Základy databáz a databázových systémov PDF

Základy databáz a databázových systémov ======================================= Rozdiel medzi databázou (údaje) a databázovým systémom (správa údajov). ----------------------------------------------------------------------- - **Databáza** je zbierka štruktúrovaných údajov, ktoré sú organizov...

Základy databáz a databázových systémov ======================================= Rozdiel medzi databázou (údaje) a databázovým systémom (správa údajov). ----------------------------------------------------------------------- - **Databáza** je zbierka štruktúrovaných údajov, ktoré sú organizované a uložené tak, aby boli efektívne prístupné a spravované. - **Databázový systém** (DBS) zahŕňa databázu aj softvérové nástroje na jej správu, ako je napríklad systém riadenia databáz (DBMS). DBMS umožňuje vykonávať operácie ako vkladanie, aktualizáciu, mazanie a vyhľadávanie údajov. - Príklad: Databáza môže obsahovať údaje o zákazníkoch a ich objednávkach, zatiaľ čo DBS riadi prístup k týmto údajom a zabezpečuje ich integritu a bezpečnosť​. Relačný model: tabuľky, záznamy (riadky), atribúty (stĺpce). ------------------------------------------------------------ **Tabuľka (Table)**: Základná jednotka relačného modelu, v ktorej sú údaje organizované do riadkov a stĺpcov. **Záznam (Riadok, Tuple, Row)**: Každý riadok v tabuľke predstavuje jeden konkrétny objekt alebo entitu (napr. konkrétneho zákazníka v tabuľke zákazníkov). **Atribút (Stĺpec, Column):** Predstavuje jednotlivé vlastnosti alebo charakteristiky objektov uložených v tabuľke (napr. meno, adresa, telefónne číslo zákazníka). Vlastnosti relačného modelu: - Používa SQL na manipuláciu s údajmi. - Vzťahy medzi tabuľkami sú reprezentované pomocou cudzích kľúčov. - Zabezpečuje integritu údajov pomocou ACID vlastností (Atomicita, Konzistencia, Izolácia, Trvalosť)​. Hierarchický, relačný a sieťový model -- ich vlastnosti, základné rozdiely a použitie. -------------------------------------------------------------------------------------- Hierarchický model: - Štruktúra: Dátové objekty sú organizované v hierarchii podobnej stromu, kde každý záznam má jedného nadradeného rodiča a môže mať viacero potomkov. - Výhody: Rýchle vyhľadávanie v pevne štruktúrovaných dátach. - Nevýhody: Ťažká úprava štruktúry, zložitá navigácia medzi údajmi. - Použitie: Bankovníctvo, systém správy súborov (napr. XML, LDAP). Relačný model: - Štruktúra: Dáta sú organizované do tabuľkových štruktúr s jednoznačne definovanými vzťahmi medzi tabuľkami (cez cudzie kľúče). - Výhody: Flexibilita, jednoduchosť dotazovania pomocou SQL, podpora ACID vlastností. - Nevýhody: Nie vždy efektívny pri veľmi veľkých objemoch dát (big data). - Použitie: Väčšina moderných databáz (MySQL, PostgreSQL, Oracle, Microsoft SQL Server). Sieťový model: - Štruktúra: Dáta sú reprezentované ako uzly s viacerými možnými spojeniami, čím umožňuje flexibilnejšie vzťahy oproti hierarchickému modelu. - Výhody: Efektívnejšie spracovanie vzťahov medzi údajmi v porovnaní s hierarchickým modelom. - Nevýhody: Komplexnosť návrhu a správy. - Použitie: Telekomunikácie, letecké rezervačné systémy​. Jazyk SQL a práca s údajmi ========================== Hlavné SQL príkazy: ------------------- Manipulácia s dátami: INSERT, UPDATE, DELETE, SELECT. ----------------------------------------------------- Tieto príkazy patria do kategórie DML (Data Manipulation Language) a slúžia na manipuláciu s údajmi v databázach: Použitie SELECT s rôznymi klauzulami: - WHERE -- filtruje výsledky. - ORDER BY -- zoradí výsledky. - LIMIT -- obmedzuje počet riadkov vo výstupe Definovanie štruktúry: CREATE, ALTER, DROP, VIEW. ------------------------------------------------- Tieto príkazy patria do **DDL (Data Definition Language)** a slúžia na správu databázovej štruktúry:  **Výhody pohľadov (VIEW)**: - Skrývajú komplexnosť dotazov. - Umožňujú riadenie prístupu k dátam​. Filtrovanie dát pomocou WHERE, GROUP BY, HAVING. ------------------------------------------------ Tieto klauzuly sa používajú na spracovanie výsledkov dotazov: **Rozdiel medzi WHERE a HAVING**: - WHERE filtruje riadky **pred** agregáciou. - HAVING filtruje skupiny **po** agregácii​. Typy poddotazov a agregačné funkcie. ------------------------------------ Poddotazy (subqueries):  Agregačné funkcie - **COUNT(\*)** -- Počet riadkov. - **SUM(stlpec)** -- Súčet hodnôt. - **AVG(stlpec)** -- Priemerná hodnota. - **MAX(stlpec)** -- Najväčšia hodnota. - **MIN(stlpec)** -- Najmenšia hodnota. Príklad použitia agregačných funkcií: Transakcie a konzistentnosť dát =============================== Základné príkazy spojené s transakciami: write, read, commit, rollback. ----------------------------------------------------------------------- Transakcie sú logické jednotky práce s databázou, ktoré zabezpečujú **integritu a konzistenciu údajov**. **READ** -- čítanie údajov z databázy. ![]() **WRITE** -- zápis údajov do databázy (INSERT, UPDATE, DELETE). **COMMIT** -- ukladá všetky zmeny vykonané v transakcii. ![]() **ROLLBACK** -- vráti databázu do stavu pred začiatkom transakcie. Príklad transakcie:  Ak druhý UPDATE zlyhá, môžeme transakciu vrátiť späť cez ROLLBACK; Vlastnosti ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability) - čo znamenajú a prečo sú dôležité. --------------------------------------------------------------------------------------------------- ACID vlastnosti sú základné princípy, ktoré zaručujú správnosť transakcií v relačných databázach: - **A -- Atomicita (Atomicity)** - Transakcia je **nedeliteľná** -- buď prebehne celá, alebo sa neuskutoční nič. - **Príklad:** Ak sa v bankovej transakcii podarí odpočítať peniaze z účtu A, ale pripísanie na účet B zlyhá, systém musí transakciu vrátiť späť. - **C -- Konzistencia (Consistency)** - Databáza sa musí nachádzať v **konzistentnom stave** pred aj po transakcii. - **Príklad:** Ak databáza ukladá objednávky, musí byť zaručené, že produkt nemá záporný počet kusov na sklade. - **I -- Izolácia (Isolation)** - Súbežné transakcie by nemali ovplyvniť svoje výsledky. - **Príklad:** Ak si dvaja používatelia naraz rezervujú rovnakú letenku, databáza musí zabezpečiť, že iba jeden z nich ju dostane​. - **D -- Trvanlivosť (Durability)** - Po COMMIT sa zmeny **nesmú stratiť**, ani pri výpadku systému. - **Príklad:** Po potvrdení objednávky musí byť v databáze zapísaná, aj keby došlo k výpadku servera​. Konzistentný stav databázy a príklady nekonzistencie. ----------------------------------------------------- Konzistentný stav - Databáza je **v konzistentnom stave**, ak spĺňa všetky **integritné obmedzenia** a pravidlá. - **Príklad konzistencie:** - Ak máme tabuľku zamestnanci(id, meno, vek), tak hodnota vek nesmie byť záporná. Príklady nekonzistencie - **Strata aktualizácie (Lost Update)** - Dva procesy upravujú rovnaké údaje bez synchronizácie. - **Príklad:** Dvaja používatelia súčasne upravia rovnaký riadok -- posledný zápis prepíše predchádzajúci. - **Riešenie:** Použitie **zámkov (LOCKS)** alebo **izolačných úrovní** (READ COMMITTED). - **Nezáväzná závislosť (Uncommitted Dependency Problem)** - Transakcia číta údaje z inej transakcie, ktorá ešte nebola potvrdená (COMMIT). - **Príklad:** Používateľ vidí dočasnú cenu produktu, ktorá sa neskôr zmení. - **Riešenie:** Použitie **izolačných úrovní** (SERIALIZABLE). - **Nekonzistentná analýza (Inconsistent Analysis Problem)** - Ak jedna transakcia číta viaceré hodnoty, pričom iná ich medzičasom mení. - **Príklad:** Generovanie reportu o predajoch, kde niektoré transakcie nie sú dokončené. - **Riešenie:** Použitie **zámkov alebo SNAPSHOT ISOLATION**​. Organizácia údajov v databázach =============================== Interná, externá a konceptuálna organizácia údajov. --------------------------------------------------- Databázové systémy organizujú údaje na troch úrovniach: - **Konceptuálna úroveň** (Conceptual level) - Predstavuje **abstraktný model údajov** -- aké entity existujú a aké sú medzi nimi vzťahy. - Príklad: Model E-R diagramu, kde sú definované tabuľky, ich stĺpce a vzťahy. - **Externá úroveň** (External level) - Určuje, ako jednotliví používatelia alebo aplikácie vidia údaje. - Príklad: Rôzni používatelia môžu mať odlišné pohľady (VIEW) na rovnakú tabuľku. - **Interná úroveň** (Internal level) - Rieši **fyzické uloženie** dát v pamäťových štruktúrach (indexy, partície, optimalizácia výkonu). - Príklad: Organizácia údajov na disku v podobe B+-stromov alebo hashovania​. Typy integrity: dátová, relačná, doménová, referenčná -- ich definícia a použitie. ---------------------------------------------------------------------------------- **Integrita údajov** znamená, že údaje v databáze sú správne, úplné a konzistentné. Existujú rôzne typy integrity: 1. **Dátová integrita** (Data integrity) - Zabezpečuje, že údaje sú presné a spoľahlivé. - **Príklad:** Ak stĺpec vek obsahuje iba čísla väčšie ako 0, je zachovaná dátová integrita. 2. **Relačná integrita** (Relational integrity) - Garantuje, že vzťahy medzi tabuľkami sú zachované. - **Príklad:** V databáze zamestnancov nemôže existovať zamestnanec s id\_oddelenia, ktorý neexistuje v tabuľke oddelenia. 1. **Doménová integrita** (Domain integrity) - Určuje, že stĺpce obsahujú **len povolené hodnoty** (obmedzenia CHECK, ENUM, DEFAULT). - **Príklad:** V stĺpci pohlavie sú povolené iba hodnoty \'M\' alebo \'F\'. 2. **Referenčná integrita** (Referential integrity) - Zabezpečuje **korektnosť vzťahov medzi tabuľkami** cez cudzie kľúče (FOREIGN KEY). - **Príklad:** Ak je v tabuľke objednavky odkaz na id\_zakaznika, tento zákazník musí existovať v tabuľke zakaznici. - **Ak sa pokúsime zmazať zákazníka, ktorého objednávka existuje, databáza vyvolá chybu**​. Redundancia a bezstratová dekompozícia. ---------------------------------------  **Redundancia (Duplicitné údaje)** - Znamená **nadbytočné opakovanie informácií**, čo vedie k plytvaniu úložiskom a možným inkonzistenciám. - **Príklad:** Ak v tabuľke zamestnanci ukladáme aj názov oddelenia, pričom tento názov je už v tabuľke oddelenia, máme redundantné údaje.  **Bezstratová dekompozícia (Lossless decomposition)** - Rozklad tabuľky do viacerých menších tabuliek tak, že sa pri ich spájaní (JOIN) **nestratí žiadna informácia**. - **Príklad:** - Tabuľka Zamestnanci(id, meno, oddelenie, plat) je rozdelená na: 1. Zamestnanci(id, meno, id\_oddelenia, plat) 2. Oddelenia(id\_oddelenia, nazov\_oddelenia) - **Dôležité:** Pri nesprávnom rozdelení môže dôjsť k strate informácií alebo nutnosti použitia zložitého JOIN na ich obnovenie​. Kľúče, indexy a zálohovanie dát =============================== Primárny, cudzí a kandidátny kľúč -- ich význam a použitie.. ------------------------------------------------------------ **Primárny kľúč (PRIMARY KEY)** - Jedinečne identifikuje riadok v tabuľke. - Nemôže obsahovať hodnoty NULL a musí byť unikátny. - Použitie v databázach zabezpečuje jednoznačnú identifikáciu údajov. **Cudzí kľúč (FOREIGN KEY)** - Slúži na vytvorenie vzťahu medzi dvoma tabuľkami. - Zabezpečuje **referenčnú integritu**, teda že hodnota existuje v referenčnej tabuľke. **Kandidátny kľúč (Candidate Key)** - Každý potenciálny primárny kľúč v tabuľke. - Napríklad, ak má tabuľka **študentov** atribúty student\_id a email, oba môžu byť unikátne a teda kandidátne kľúče​. Čo je index, jeho typy (hustý, primárny) a ako zrýchľuje vyhľadávanie. ---------------------------------------------------------------------- **Index** je štruktúra, ktorá zrýchľuje vyhľadávanie v databáze. **Typy indexov:** - **Primárny index** -- automaticky vytvorený na primárnom kľúči. - **Sekundárny index** -- vytvorený na iných stĺpcoch pre rýchlejšie vyhľadávanie. - **Hustý index** -- obsahuje záznam pre každý riadok. - **Riedky index** -- obsahuje iba niektoré hodnoty. **Ako indexy zrýchľujú vyhľadávanie?** - Bez indexu: **Full Table Scan** -- databáza prechádza všetky riadky. - S indexom: Používa sa **B+-strom alebo hashovanie**, čím sa vyhľadávanie zrýchľuje​. Typy zálohovania: plné, inkrementálne, žurnálové. ------------------------------------------------- 1. **Plné zálohovanie (Full Backup)** - Kopíruje celú databázu. - **Výhoda:** Rýchla obnova. - **Nevýhoda:** Zaberá veľa miesta. 2. **Inkrementálne zálohovanie (Incremental Backup)** - Ukladá len zmenené dáta od posledného zálohovania. - **Výhoda:** Menej náročné na úložisko. - **Nevýhoda:** Obnova trvá dlhšie. 3. **Žurnálové zálohovanie (Transaction Log Backup)** - Ukladá iba transakcie (COMMIT), čím umožňuje obnoviť stav databázy do konkrétneho bodu. - **Použitie:** Kritické systémy ako bankovníctvo​. Ochrana dát pred stratou a zabezpečenie integrity. -------------------------------------------------- Ochrana dát pred stratou a zabezpečenie integrity - **Ochrana pred stratou dát:** - Pravidelné **zálohovanie**. - Použitie **RAID** na redundantné ukladanie dát. - Použitie **UPS** pri výpadkoch prúdu. - **Replikácia databáz** na rôzne servery​. - **Zabezpečenie integrity:** - **Referenčná integrita** (FOREIGN KEY). - **Doménové obmedzenia** (CHECK, ENUM). - **Zámky a izolačné úrovne transakcií** (SERIALIZABLE, READ COMMITTED)​. Architektúra a technológie databáz ================================== SRBD (Systém Riadenia Bázy Dát) -- čo to znamená a jeho funkcie. ---------------------------------------------------------------- **Systém Riadenia Bázy Dát (SRBD)**, známy aj ako **DBMS (Database Management System)**, je softvérový systém určený na správu databáz. **Hlavné funkcie SRBD:** 1. **Správa údajov** -- umožňuje ukladanie, načítanie a manipuláciu s údajmi. 2. **Riadenie prístupu** -- zabezpečuje autorizovaný prístup a ochranu údajov. 3. **Zabezpečenie konzistencie** -- udržiava integritu údajov pomocou **transakčných mechanizmov (ACID)**. 4. **Optimalizácia výkonu** -- využíva indexy a kešovanie na zrýchlenie dotazov. 5. **Podpora viacužívateľského prostredia** -- umožňuje paralelnú prácu viacerých používateľov​. SQL server a jeho princíp fungovania (Klient-Server architektúra). ------------------------------------------------------------------ **Klient-server architektúra** je základným princípom fungovania databázového systému, kde: - **Klient (Client)** -- aplikácia, ktorá posiela dotazy (SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE) do databázového servera. - **Server (Server)** -- databázový systém, ktorý vykonáva dotazy a spracováva odpovede. **Schéma fungovania:** 1. Klient pošle požiadavku na server (SELECT \* FROM zamestnanci;). 2. Server spracuje požiadavku, vykoná optimalizáciu dotazu. 3. Server odošle odpoveď späť klientovi. **Príklady SQL serverov:** - **Microsoft SQL Server** - **PostgreSQL** - **MySQL** - **Oracle Database** Výhody klient-server architektúry: - **Škálovateľnosť** -- umožňuje pripojenie viacerých klientov. - **Bezpečnosť** -- centrálna správa oprávnení a prístupu k údajom. - **Optimalizácia výkonu** -- server spracováva dotazy efektívnejšie ako klientský systém​. Distribuované databázy -- výhody a charakteristiky. --------------------------------------------------- **Distribuovaná databáza** je systém, kde sú údaje **rozdelené na viaceré fyzické servery**, ktoré môžu byť geograficky vzdialené. **Charakteristiky distribuovaných databáz:** - **Fragmentácia** -- dáta sú rozdelené na menšie časti, uložené na rôznych miestach. - **Replikácia** -- kópie dát sú uložené na viacerých serveroch pre vyššiu dostupnosť. - **Autonómia** -- každý uzol (server) môže fungovať nezávisle. **Výhody distribuovaných databáz:** - **Vyššia dostupnosť** -- ak zlyhá jeden uzol, dáta sú dostupné na inom uzle. - **Škálovateľnosť** -- možné pridávať nové servery podľa potreby. - **Geografické rozloženie** -- dáta môžu byť bližšie k používateľom, čím sa znižuje latencia. **Nevýhody:** - **Zložitejšia synchronizácia** -- dáta musia byť pravidelne aktualizované medzi uzlami. - **Vyššia latencia pri niektorých dotazoch** -- ak sa údaje nachádzajú na viacerých serveroch, načítanie môže byť pomalšie. **Príklady distribuovaných databáz:** - Google Spanner - Apache Cassandra - MongoDB Sharded Cluster - Amazon DynamoDB​. Bezpečnosť a perzistencia údajov ================================ Autorizácia a práva používateľov, klauzula WITH GRANT OPTION. ------------------------------------------------------------- - **Autorizácia** - Proces, ktorý **udeľuje alebo odníma práva** na prístup k určitým údajom alebo objektom v databáze. - Bežne sa používa kombinácia príkazov: - **GRANT** -- udeľuje prístupové práva. - **REVOKE** -- odníma prístupové práva. - **Klauzula WITH GRANT OPTION** - **Povoľuje používateľovi delegovať práva** na iných používateľov. - Príklad: Tento príkaz umožní používateľovi nielen čítať dáta, ale aj udeľovať práva iným používateľom​. Utajenie údajov pomocou šifrovania a prístupových práv. ------------------------------------------------------- - **Šifrovanie** - Slúži na ochranu údajov pred neoprávneným prístupom, a to ich prevodom do nečitateľného formátu, ktorý je možné dekódovať iba s prístupovým kľúčom. - **Typy šifrovania:** - **Symetrické šifrovanie** -- rovnaký kľúč na šifrovanie aj dešifrovanie. - **Asymetrické šifrovanie** -- verejný a súkromný kľúč. - **Prístupové práva a zobrazenia (VIEWS)** - Zabezpečenie prístupu cez zobrazenia umožňuje definovať, aké údaje môže konkrétny používateľ vidieť. - Príklad:  Používateľom sa zobrazia iba údaje z oddelenia IT​. Perzistencia a reverzibilita údajov. ------------------------------------ - **Perzistencia údajov** - Zabezpečuje, že údaje v databáze pretrvávajú aj po vypnutí systému. - Mechanizmy, ktoré zabezpečujú perzistenciu: - **Zálohovanie údajov** - **Žurnálové súbory** na obnovenie stavu databázy po výpadku. - **Perzistentné úložiská**, ako sú disky alebo SSD. - **Reverzibilita údajov** - Možnosť vrátiť databázu do predchádzajúceho konzistentného stavu. - Implementuje sa cez: - **Transakčné logy** (rollback). - **Mechanizmus Time Travel** (napr. v Snowflake), ktorý umožňuje vrátiť sa k údajom v určitom časovom bode​. Bezpečnostné mechanizmy a perzistencia sú kľúčové pre minimalizáciu rizík straty údajov alebo ich neoprávneného prístupu. Práca s dátovým skladom ======================= Rozdiel medzi dátovým skladom, dátovým trhom a operatívnymi dátami. ------------------------------------------------------------------- - **Dátový sklad (Data Warehouse)** - Centrálna úložisko údajov určené na **analýzu historických dát**. - Dáta sú **integrované** z viacerých zdrojov, často agregované a denormalizované pre jednoduchšie dotazovanie. - **Charakteristiky:** Subjektovo orientované, integrované, časovo variabilné, nevolatilné​. - **Dátový trh (Data Mart)** - - Podmnožina dátového skladu, ktorá sa zameriava na konkrétny obchodný proces alebo oddelenie. - **Použitie:** Jednoduchší prístup k údajom pre analytikov a vývojárov reportov​. - **Operatívne dáta (OLTP)** - - Dáta využívané v dennodenných transakčných systémoch (napr. systém objednávok). - Zameriavajú sa na aktuálne, detailné dáta a podporujú bežné obchodné operácie​. Architektúra dátového skladu (schéma hviezda, schéma vločka). ------------------------------------------------------------- Schéma hviezda (Star Schema) - **Opis:**\ Najčastejšie používaná architektúra v dátových skladoch, ktorá je známa svojou jednoduchou štruktúrou. Táto schéma pozostáva z centrálnej **faktovej tabuľky**, ktorá je priamo prepojená s **dimenzionálnymi tabuľkami**. Vytvára vizuálne štruktúru podobnú hviezde, od čoho získala svoj názov. - **Štruktúra:** - **Faktová tabuľka:** Obsahuje numerické údaje alebo merania, napríklad predaje, výnosy, počty transakcií. - **Dimenzionálne tabuľky:** Obsahujú popisné informácie, ako sú zákazníci, produkty alebo časy, s ktorými sa merania v faktovej tabuľke spájajú. - **Výhody:** - Jednoduchšie a rýchlejšie dotazovanie v porovnaní s normalizovanými modelmi. - Zjednodušenie podnikovej analytiky a tvorby reportov. - Lepší výkon dotazov, keďže sa minimalizuje potreba zložitých spojení (JOIN). - **Nevýhody:** - Nezabezpečuje priamo integritu údajov. - Nie je ideálna pre zložité M:N vzťahy (mnoho na mnoho). - Závislá od špecifických obchodných procesov​​. Schéma vločka (Snowflake Schema) - **Opis:**\ Schéma vločka je rozšírením schémy hviezda, pričom dimenzionálne tabuľky sú **normalizované** do viacerých menších tabuliek. Táto normalizácia znižuje redundanciu údajov, avšak za cenu vyššej zložitosti dotazov. - **Štruktúra:** - Faktová tabuľka v centre zostáva nezmenená, ale dimenzionálne tabuľky sú rozdelené na poddimenzionálne tabuľky, ktoré ďalej obsahujú špecifické údaje. - **Výhody:** - Zlepšuje kvalitu údajov vďaka normalizácii, keďže eliminuje redundanciu. - Efektívnejšie využitie úložiska. - Vhodná pre údaje s hlbokými hierarchiami (napríklad geografické údaje). - **Nevýhody:** - Vyžaduje zložitejšie dotazy s viacerými spojeniami, čo môže negatívne ovplyvniť výkon. - Nižšia intuitívnosť pre koncových používateľov, ktorí nemusia rozumieť zložitej štruktúre tabuliek. - Vyžaduje viac znalostí pri návrhu a údržbe​​. Ako sa používa OLAP (Online Analytical Processing) na analýzu veľkých objemov dát. ---------------------------------------------------------------------------------- - **OLAP** je technológia navrhnutá na rýchlu analýzu dát uložených v multidimenzionálnych štruktúrach. - Umožňuje vykonávať rôzne operácie, ako sú: - **Slice and Dice** -- výber konkrétnych dimenzií a filtrov. - **Drill-down a Roll-up** -- prechádzanie medzi rôznymi úrovňami podrobností. - **Pivoting** -- zmena usporiadania dimenzií na získanie rôznych pohľadov na dáta. - **Použitie OLAP-u:** - - Spracovanie veľkých objemov dát z dátových skladov (DWH) pre účely Business Intelligence (BI)​. NoSQL databázy ============== Typy NoSQL databáz - kľúč-hodnota (Redis), dokumentové (MongoDB), stĺpcové (Apache Cassandra), grafové (Neo4j). --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Kľúč-hodnota (Key-Value Stores) - Ako fungujú: - Dáta sú uložené ako dvojice kľúč-hodnota podobne ako hash tabuľka. - Kľúč je unikátny identifikátor, pomocou ktorého sa rýchlo vyhľadá hodnota (napr. objekt, reťazec, číslo). - Výhody: - Extrémne rýchle vyhľadávanie. - Jednoduchá implementácia a škálovanie. - Použitie: - Cache systémy (Redis), ukladanie relácií v aplikáciách (DynamoDB). - Príklad: - Redis: Používa sa na caching, fronty správ a ukladanie relácií. Dokumentové databázy (Document Stores) - **Ako fungujú:** - Dáta sú uložené vo forme dokumentov, pričom každý dokument predstavuje samostatnú jednotku. - Dokumenty môžu byť vo formáte JSON, BSON, alebo XML a môžu mať flexibilnú štruktúru. - Každý dokument obsahuje svoje vlastné dáta aj metadáta. - **Výhody:** - Flexibilita v ukladaní polostruktúrovaných dát. - Nie je potrebná pevná schéma (schéma-free databázy). - Umožňuje ukladať zložité objekty (napr. produkty s rôznymi vlastnosťami). - **Použitie:** - Ukladanie obsahu webových aplikácií, e-commerce dáta, blogy, katalógy produktov. - Dynamické aplikácie, kde sa štruktúra dát môže meniť (napr. sociálne siete). - **Príklad:** - **MongoDB:** Ukladá dáta vo formáte BSON (binárny JSON). Je vhodný na ukladanie flexibilných objektov, ako sú produkty alebo používateľské profily. Stĺpcové databázy (Column-Family Stores) - **Ako fungujú:** - Dáta sú uložené podľa stĺpcov namiesto riadkov, čo je efektívne pri analýze veľkých datasetov. - Každý riadok môže mať rôzny počet stĺpcov, čo poskytuje flexibilitu. - **Výhody:** - Vysoká škálovateľnosť a rýchle dotazy na veľké datasetové operácie. - Vhodné na spracovanie dát v reálnom čase. - **Použitie:** - Odporúčacie systémy, analytické spracovanie údajov, historické transakčné záznamy. - **Príklad:** - **Apache Cassandra:** Používa sa na spracovanie veľkých objemov dát, napríklad v telekomunikačných systémoch a analytických aplikáciách. Grafové databázy (Graph Databases) - **Ako fungujú:** - Dáta sú reprezentované pomocou **uzlov (nodes)** a **hrán (edges)**. - Uzly reprezentujú objekty (napr. ľudia, produkty) a hrany vzťahy medzi nimi (napr. priateľstvá, odkazy). - **Výhody:** - Efektívne ukladanie a spracovanie prepojených dát. - Schopnosť vykonávať zložité dotazy na vzťahy, napríklad hľadanie najkratšej cesty. - **Použitie:** - Sociálne siete, sledovanie vzťahov medzi entitami, odporúčacie systémy. - **Príklad:** - **Neo4j:** Používa sa na analýzu vzťahov, ako napríklad v sociálnych sieťach a odporúčacích systémoch (Netflix). CAP teorem - consistency, availability, partition tolerance -- čo znamenajú. ---------------------------------------------------------------------------- CAP teória hovorí, že **v distribuovanej databáze nie je možné súčasne dosiahnuť všetky tri vlastnosti -- konzistentnosť, dostupnosť a odolnosť voči oddeleniam.** Systém si môže zvoliť len **dve z troch vlastností**, čo znamená, že vývojári musia urobiť kompromis v závislosti od požiadaviek na systém. Konzistentnosť (Consistency) - Všetky nody distribuovaného systému majú **rovnaký aktuálny stav údajov**. - Ak je na jednom uzle zapísaná nová hodnota, všetky ostatné nody ju musia vidieť predtým, ako spracujú ďalšiu požiadavku na čítanie. - **Príklad:** Ak používateľ pridá nový záznam do systému, každý ďalší dotaz ho musí okamžite vidieť. - **Dôležitosť:** Zabezpečuje, že žiadny používateľ nikdy nedostane zastarané alebo nesprávne dáta. - **Kedy je uprednostnená:** V bankových systémoch alebo finančných aplikáciách, kde je konzistentnosť kritická. Dostupnosť (Availability) - Každý požiadavok na čítanie alebo zápis dostane odpoveď aj v prípade zlyhania niektorých uzlov. - **Neexistuje situácia, kedy by systém „čakal" na synchronizáciu** medzi uzlami. - **Príklad:** Ak dôjde k výpadku jedného servera, iné servery sú schopné spracovať požiadavky. - **Dôležitosť:** Minimalizácia výpadkov a zabezpečenie rýchlej odozvy systému, aj keď niektoré uzly nie sú dostupné. - **Kedy je uprednostnená:** V e-commerce aplikáciách, sociálnych sieťach alebo streamovacích službách, kde je plynulá dostupnosť kľúčová. Odolnosť voči oddeleniam (Partition Tolerance) - Systém dokáže fungovať aj v prípade, že dôjde k **poruche siete** a niektoré časti systému nemôžu medzi sebou komunikovať. - V praxi to znamená, že systém nespadne, aj keď sa časť uzlov stane dočasne nedostupnou. - **Príklad:** Ak je sieť medzi dvoma dátovými centrami prerušená, obe časti siete môžu pokračovať v lokálnom spracovaní požiadaviek. - **Dôležitosť:** Nevyhnutné v systémoch s veľkým počtom nodov a geograficky rozložených dátach. - **Kedy je uprednostnená:** V distribuovaných systémoch, ktoré potrebujú odolnosť voči chybám siete, ako napríklad Cassandra alebo DynamoDB​​.