32
Основным компонентом Microsoft SQL Server является SQL Server
Database Engine, который контролирует хранение, обработку и
безопасность данных. Он включает реляционный движок, который
обрабатывает команды и запросы, а также механизм хранения, который
управляет файлами базы данных, таблицами, страницами, индексами,
буферами данных и транзакциями. Хранимые процедуры, триггеры,
представления и другие объекты базы данных также создаются и
выполняются механизмом Database Engine [33].
Управляет базой данных операционная система SQL Server или
SQLOS; он обрабатывает функции нижнего уровня, такие как управление
памятью и вводом-выводом, планирование работы и блокирование данных
во избежание возникновения конфликтов. Уровень сетевого интерфейса
находится над механизмом Database Engine, который использует протокол
табличного потока данных Microsoft для облегчения взаимодействия
запросов и ответов с серверами баз данных. На уровне пользователя
администраторы баз данных SQL Server и разработчики пишут инструкции
T-SQL для создания и изменения структур баз данных, управления
данными, обеспечения безопасности и резервного копирования баз
данных, среди других задач.
Архитектуру MS SQL Server можно разделить на следующие
составляющие:
Общая архитектура
Архитектура памяти
Архитектура файловой системы данных
Архитектура файла журнала
К общей архитектуре относят следующие компоненты:
Клиент - если запрос инициирован.
SQL-запрос, который является языком высокого уровня.
33
Логические единицы - ключевые слова, выражения и
операторы и т. д.
Протоколы.
Общая память
Именованные каналы (для соединений, подключенных к
локальной сети).
TCP/IP (для соединений, подключенных к WAN).
VIA-Virtual Interface Adapter
Сервер - где установлены службы SQL и базы данных.
Реляционный движок - здесь выполняются запросы БД. Он
содержит парсер запросов, оптимизатор запросов и исполнитель запросов.
Парсер команд (Command Parser) и компилятор (Translator).
Проверяют синтаксис запроса и преобразуют запрос в машинный язык.
Storage Engine - отвечает за хранение и извлечение данных в
системе хранения
Операционная система SQL – это промежуточное звено между
главной машиной (ОС Windows) и SQL Server. Все действия, выполняемые
с помощью ядра базы данных, выполняются ОС SQL. SQL OS
предоставляет различные службы операционной системы, такие как
управление памятью с пулом буферов, буфером журнала и обнаружением
блокировки с использованием блокировки и блокировки.
Checkpoint Process - контрольная точка - это внутренний
процесс, который записывает все измененные страницы из буфера на
физический диск. Контрольная точка помогает сократить время
восстановления для SQL Server в случае неожиданного отключения или
сбоя системы [34].
Ниже приведены некоторые из основных особенностей архитектуры
памяти.
34
Одной из основных целей проектирования всего программного
обеспечения базы данных является минимизация дискового ввода-вывода,
поскольку чтение и запись дисков относятся к числу наиболее
ресурсоемких операций.
Память в Windows может быть ассоциирована с виртуальным
адресным пространством, разделяемым режимом ядра (режим ОС) и
пользовательским режимом (приложение, подобное SQL Server).
Управление буфером является ключевым компонентом в достижении
высокой эффективности ввода-вывода. Компонент управления буфером
состоит из двух механизмов: диспетчера буфера для доступа и обновления
страниц базы данных и пула буферов для сокращения ввода-вывода
файлов базы данных.
Пул буферов разделен на несколько разделов. Наиболее важными из
них являются буферный кэш (также называемый кэшем данных) и кэш
процедур. Буферный кэш хранит страницы данных в памяти, так что часто
используемые данные могут быть извлечены из кэша. Альтернативой
будет чтение данных с диска. Чтение страниц данных из кэша
оптимизирует производительность, сводя к минимуму количество
необходимых операций ввода-вывода, которые по своей природе
медленнее, чем извлечение данных из памяти [35].
Хранилище процедур содержит процедуры и планы выполнения
запросов, чтобы свести к минимуму количество раз, когда планы запросов
должны быть сгенерированы. Более подробную информацию о размере и
активности в кэше процедур, можно узнать, используя инструкцию DBCC
PROCCACHE.
Другие части буферного пула включают в себя:
Структуры данных уровня системы - содержат данные уровня
экземпляра SQL Server о базах данных и блокировках.
35
Кэш журнала - зарезервирован для чтения и записи страниц
журнала транзакций.
Контекст соединения. Каждое подключение к экземпляру
занимает небольшую область памяти для записи текущего состояния
соединения. Эта информация включает хранимую процедуру и
пользовательские параметры функции, позиции курсора и многое другое.
Стековое пространство - Windows выделяет пространство стека
для каждого потока, запущенного SQL Server [36].
Архитектура файла данных имеет следующие компоненты:
Группы файлов. Файлы базы данных можно сгруппировать в
группы файлов для целей распределения и администрирования. Ни один
файл не может быть членом более чем одной группы файлов. Файлы
журналов никогда не входят в группу файлов. Лог-пространство
управляется отдельно от пространства данных. Существует два типа групп
файлов в SQL Server: Primary и User-defined.
Файлы. Базы данных имеют три типа файлов: первичный файл
данных, файл вторичных данных и файл журнала. Первичный файл
данных является отправной точкой базы данных и указывает на другие
файлы в базе данных. Каждая база данных имеет один первичный файл
данных. Мы можем предоставить любое расширение для основного файла
данных, но рекомендуемое расширение - .mdf. Вторичный файл данных -
это файл, отличный от основного файла данных в этой базе данных.
Некоторые базы данных могут иметь несколько вторичных файлов
данных. В некоторых базах данных может отсутствовать один
дополнительный файл данных. Рекомендуемым расширением для файла
вторичных данных является .ndf. Файлы журнала содержат всю
информацию журнала, используемую для восстановления базы данных.
База данных должна иметь как минимум один файл журнала.
Рекомендуемым расширением для файла журнала является ldf.
36
Расположение всех файлов в базе данных записывается как в основной
базе данных, так и в основной файл базы данных. В большинстве случаев
механизм базы данных использует расположение файла из основной базы
данных. Файлы имеют два имени - логическое и физическое. Логическое
имя используется для ссылки на файл во всех операторах T-SQL.
Физическое имя является именем OS_file_name, оно должно
соответствовать правилам ОС. Файлы данных и журнала могут быть
расположены в файловых системах FAT или NTFS, но не могут работать
со сжатыми файловыми системами [37]. В одной базе данных может быть
до 32 767 файлов.
Extents. Это базовая единица, в которой пространство
выделяется для таблиц и индексов. Объем - 8 непрерывных страниц или 64
КБ. SQL Server имеет два типа экстентов - Uniform и Mixed. Равномерные
экстенты состоят из одного объекта. Смешанные экстенты разделяются на
количество до восьми объектов.
Страницы. Это фундаментальная единица хранения данных в
MS SQL Server. Размер страницы - 8 КБ. Начало каждой страницы - это 96-
байтовый заголовок, используемый для хранения системной информации,
такой как тип страницы, количество свободного места на странице и
идентификатор объекта, владеющего страницей. В SQL Server имеется 9
типов страниц данных.
Данные. Строки данных со всеми данными, кроме текстовых,
текстовых и графических данных.
Индекс - записи индекса
Журнал транзакций SQL Server работает логически, как если
бы журнал транзакций представлял собой строку записей журнала. Каждая
запись журнала идентифицируется по порядковому номеру журнала. Она
содержит идентификатор транзакции, к которой принадлежит.
37
SQL Server Database Engine делит каждый физический файл журнала
на внутренние файлы виртуальных журналов. Файлы виртуального
журнала не имеют фиксированного размера, и нет фиксированного
количества файлов виртуальных журналов для физического файла
журнала.
Механизм Database Engine динамически выбирает размер
виртуальных файлов журнала, когда он создает или расширяет файлы
журналов. Движок базы данных пытается поддерживать небольшое
количество виртуальных файлов. Размер или количество виртуальных
файлов журнала не может быть настроено или установлено
администраторами. Если файлы журналов увеличиваются до большого
размера из-за большого количества небольших приращений, у них будет
много виртуальных файлов журнала. Это может замедлить запуск базы
данных, а также резервное копирование и восстановление.
На стороне управления данными Microsoft SQL Server включает
службы интеграции SQL Server, службы качества данных SQL Server и
основные службы данных SQL Server. Также в комплекте с СУБД
находятся два набора инструментов для администраторов баз данных и
разработчиков: инструменты данных SQL Server для использования в
разработке баз данных и SQL Server Management Studio для использования
при развертывании, мониторинге и управлении базами данных.
Microsoft предлагает SQL Server в четырех основных версиях,
которые предоставляют разные уровни услуг. Две из них доступны
бесплатно: полнофункциональная версия для разработчиков для
использования в разработке и тестировании базы данных, а также версия
Express, которая может использоваться для запуска небольших баз данных
объемом до 10 ГБ. Для больших приложений Microsoft продает
корпоративную версию, которая включает в себя все функции SQL Server,
а также стандартную версию с частичным набором функций и
38
ограничениями на количество ядер процессора и размеров памяти, которые
пользователи могут настраивать на своих серверах баз данных.
Microsoft SQL Server Management Studio (SSMS) - это
интегрированная среда для управления инфраструктурой SQL Server. Она
предоставляет пользовательский интерфейс и группу инструментов с
редакторами сценариев, которые взаимодействуют с SQL Server.
SSMS предоставляет инструменты для настройки, управления и
администрирования экземпляров Microsoft SQL Server, а также объединяет
ряд инструментов графического и визуального дизайна и редакторов
сценариев для упрощения работы с SQL Server. Комбинированные
функции SSMS поставляются с Enterprise Manager, Query Analyzer и
Analysis Manager, а также с функциями, включенными в предыдущие
версии SQL Server. Она поддерживает большинство административных
задач SQL Server и единую интегрированную среду для управления и
создания SQL Server Database Engine.
Возможности Microsoft SQL Server Management Studio включают
Object Explorer, который позволяет просматривать и управлять всеми
объектами в экземпляре SQL Server, Template Explorer, который строит и
управляет файлами текста, которые можно использовать повторно для
ускорения разработки запросов и скриптов, Solution Explorer, который
создает проекты, используемые для управления элементами
администрирования, такие как запросы и скрипты. Компоненты SSMS
позволяют настраивать сочетания клавиш и просматривают страницы
свойств, подключаться к экземплярам Database Engine и Analysis Services
использовать инструменты визуального проектирования и интерактивно
создавать и отлаживать запросы и скрипты [38].
В данной главе рассмотрены основные характеристики, история
развития и архитектура системы управления базами данных Microsoft SQL
Server. Отдельно описана среда Microsoft SQL Server Management Studio,
39
которая поставляется вместе с MS SQL Server и служит для разработки и
управления базами данных.
40
ГЛАВА 2 РЕАЛИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ
СИСТЕМЫ
2.1 Модель базы данных
Как видно из рисунка, база данных будет состоять из пяти
сущностей:
Employer (Сотрудники)
Post (Должности)
TimeSheet (Учет рабочего времени)
Order (Начисления)
Penalty (Штрафы)
Сущность «Сотрудники» описывает сотрудников организации
(Таблица 1). Атрибуты данной сущности однозначно описывают свойства
сотрудников.
Таблица 1 - Атрибуты сущности «Сотрудники»
Название
Тип данных
Обязательное
поле?
Первичный
ключ?
Описание
id_Emp
Integer
X
X
Идентификатор
сотрудника
emp_FirstName
Variable
characters (100)
X
Имя сотрудника
emp_LastName
Variable
characters (100)
X
Фамилия
сотрудника
emp_MidName
Variable
characters (100)
X
Отчество
сотрудника
emp_ID
Variable
characters (20)
X
Номер паспорта
emp_Account
Variable
characters (50)
X
Номер счета
emp_Birthday
Date
X
Дата рождения
Сущность «Должности» описывает должности в организации и
соответствующую им заработную плату (Таблица 2).
41
Таблица 2 - Атрибуты сущности «Должности»
Название
Тап данных
Обязательное
поле?
Первичный
ключ?
Описание
id_Post
Integer
X
X
Идентификатор
должности
p_Name
Variable characters
(100)
X
Название
должности
p_Salary
Money
X
Почасовой оклад
Сущность «Учет рабочего времени» предназначена для хранения
информации о проработанных часах каждого сотрудника (Таблица 3).
Таблица 3 - Атрибуты сущности «Учет рабочего времени»
Название
Тип данных
Обязательн
ое поле?
Первичный
ключ?
Описание
id_TimeSheet
Integer
X
X
Идентификатор табеля
рабочего времени
ts_Data
Date
X
Дата
ts_StartTime
Time
X
Время начала работы
ts_StopTime
Time
X
Время окончания
работы
ts_Duration
Decimal
Продолжительность
работы
Сущность «Начисления» описывает месячные начисления
заработной платы каждого сотрудника (Таблица 4).
Таблица 4 - Атрибуты сущности «Начисления»
Название
Тип данных
Обязательное
поле?
Первичный
ключ?
Описание
id_Order
Integer
X
X
Идентификатор
начисления
or_Year
Integer
X
Год начисления
or_Month
Short integer
X
Месяц начисления
or_Money
Money
Сумма
or_Duration
Decimal
Количество
отработанных часов