Предлагаемая монография принадлежит перу известного
Предлагаемая монография принадлежит перу известного специалиста в области баз данных, одного из пионеров технологии реляционных баз данных— К. Дейта.
Эта работа посвящена детальному обсуждению нового программного продукта, созданного крупнейшим в мире производителем средств вычислительной техники и программного обеспечения—американской фирмой International Business Machines Corporation (IBM), в которой автор сотрудничал в течение многих лет. Речь идет о реляционной СУБД DB2, поставляемой фирмой с 1983 года. Появление на рынке программного обеспечения такого крупного программного продукта — весьма значительное событие. В немалой степени это связано и с тем, что он относится к такой сложной и перспективной области, как реляционные базы данных.
Прежде чем предоставить читателю возможность начать знакомство с системой, целесообразно кратко охарактеризовать предысторию ее создания. Это поможет лучше осознать проблемы, связанные с разработкой систем такого класса, объективно оценить научно-технический уровень системы DB2, понять, почему именно фирма IBM смогла создать такой сложный программный продукт.
Подход, основанный на реляционной модели данных, занял важное место в развитии технологии баз данных. Нет необходимости подробно обсуждать здесь его достоинства, как, впрочем, и трудности, связанные с его реализацией и использованием — они достаточно хорошо известны. Системами реляционного типа оснащены сегодня многие серийно выпускаемые модели ЭВМ, от мощных вычислительных комплексов до персональных компьютеров. Реляционный инструментарий предполагается использовать в качестве основного средства управления базами данных и базами знаний в разрабатываемых проектах ЭВМ нового поколения.
Значительный вклад в разработку теории реляционных баз данных и создание СУБД этого класса внесла фирма IBM. Еще в конце 60-х годов в ряде ее научных центров начали активно проводить теоретические исследования и экспериментальные разработки новых нетрадиционных подходов к управлению данными, базирующихся на строгом математическом понятии отношения. Необходимо было при этом решить целый ряд задач — определить целесообразную архитектуру СУБД нового типа, разработать новую модель данных, адекватные ей методы доступа и технологию обработки запросов, создать языковые средства, ориентированные на теоретико-множественный характер структур данных и операций над ними, предложить пути реализации программных систем такого типа, обеспечивающие достаточно высокую их производительность, создать прототипы будущих коммерческих СУБД, обладающих указанными возможностями, и экспериментально оценить их характеристики на ЭВМ.
Разработки, связанные с системами нового типа, получившими название «реляционных», проводились и многими другими группами специалистов. Однако именно результаты, полученные в этой области сотрудниками IBM, оказали определяющее влияние на формирование новой ветви в технологии баз данных.
В этой связи следует назвать прежде всего новаторские работы Э. Кодда, посвященные реляционной модели данных и ее математическим основам: исследования в области реляционной алгебры и реляционного исчисления, разработка алгоритма редукции (интерпретации выражений реляционного исчисления в реляционной алгебре), создание одного из первых реляционных языков, формулировка концепции реляционной полноты языка, разработка основ теории нормализации отношений. До сих пор повсеместно цитируется известная статья Кодда, опубликованная еще в 1970 году в журнале Communications of the ACM. Не здесь ли был впервые введен термин «реляционная модель данных»? Позднее, в 1979 году, Кодд опубликовал фундаментальную работу, в которой систематизируются и обобщаются результаты исследований ряда авторов, направленных на повышение семантического уровня моделей данных. В работе Кодда предлагается ввести в базовую реляционную модель новые механизмы, обеспечивающие более развитые возможности для формулировки ограничений целостности, или, иначе говоря, для выражения семантики предметной области. Тем самым были преодолены значительные трудности, связанные с использованием реляционной модели данных. Расширенная таким образом модель была названа автором RM/T.
Исследования Кодда в области реляционных баз данных получили широкое признание. В 1981 г. он был удостоен весьма престижной Тьюринговской премии, присуждаемой Ассоциацией по вычислительной технике США (ACM) за выдающийся вклад в развитие информатики.
Заслуживает внимания другой весьма интересный комплекс исследований, выполненный М. Сенко и руководимой им группой. Был предложен и конструктивно, вплоть до языковых спецификаций, проработан оригинальный подход к построению СУБД, в котором используется частный случай реляционной модели данных—модель бинарных отношений. Основная цель этого подхода, получившего название Data Independent Access Method (DIAM),—развитие концепций многоуровневой архитектуры СУБД, обеспечивающих высокую степень независимости данных. В публикациях группы Сенко, а впоследствии в большой серии принадлежащих ему лично статей и Докладов детально специфицированы все уровни архитектуры СУБД, реализующей предлагаемый подход. В частности, рассмотрены специальные методы доступа, организация среды хранения и способы представления хранимых данных, сформулированы ключевые идеи модели бинарных отношений и предложен синтаксис пользовательского языка FORAL (для версии DIAM II). Идеи СУБД с многоуровневой архитектурой были высказаны в этих работах за несколько лет до публикации известного отчета ANSI/SPARC (1975 г.), на который обычно ссылаются по этому поводу. В рамках DIAM специально изучались также возможности использования дисплея со световым пером для оперирования графическим представлением схемы базы данных. Эту работу можно рассматривать как одну из ранних попыток создания инструментария автоматизированного проектирования баз данных. К сожалению, подход DIAM не был практически реализован в какой-либо коммерческой системе. Весьма вероятно, что причиной этому явилась скоропостижная кончина М. Сенко.
Особое внимание в исследованиях IBM уделялось разработке языковых средств реляционных систем баз данных. Важное место при этом отводилось изучению психологических аспектов применения таких языков, с тем чтобы минимизировать потенциальную возможность пользовательских ошибок.
Наиболее заметными в этом направлении являются работы Д. Чемберлина, Р. Бойса и их соавторов по созданию реляционного языка, упоминаемого в литературе как SEQUEL или SQL (в процессе эволюции языка было создано несколько его версий). Благодаря большой популярности и тщательности отработки SEQUEL приобрел статус стандарта де-факто. Его описание можно найти в каждой более или менее серьезной монографии или учебном пособии по реляционным базам данных. И не случайно Комитет по разработке стандартов в области баз данных Американского национального института стандартов принял SEQUEL в качестве отправной точки в своей деятельности по созданию стандарта реляционного языка.
Наряду с SEQUEL следует указать здесь и другое направление работ IBM в области реляционных языков, связанное с именем М. Злуфа. Цель заключалась в создании более «дружественного» по сравнению с SEQUEL реляционного интерфейса, которым можно было бы воспользоваться, не обладая специальной профессиональной подготовкой в области баз данных. Исследования Злуфа увенчались созданием получившего широкую известность языка Query-By-Example (QBE). В отличие от SEQUEL, близкого по стилю к языкам программирования, QBE является «графически-ориентированным» языком и предназначен специально для интерактивной работы. Пользователь оперирует на экране дисплея формами таблиц, составляющих базу данных, и продуцируемых из них таблиц. Для спецификации запроса задаются образцы заполнения строк этих таблиц, ограничения, которым удовлетворяют их элементы, и требуемые операции над строками таблиц. В более сложных случаях применяются также другие средства языка. Интерфейс QBE поддерживается в ряде программных продуктов. Об одном из них идет речь в этой книге.
Нужно сказать, наконец, о разработках, направленных на создание собственно программного инструментария для реляционных баз данных, в основу которых были положены рассмотренные теоретические исследования. Понимая все трудности, связанные с созданием эффективной реляционной СУБД на существующем оборудовании, фирма не спешила с созданием коммерческого продукта, предназначенного для массового применения. Чтобы не дискредитировать идею с самого начала, нужна была известная осторожность.
Первым «пробным шаром» фирмы в этой области, вызвавшим большой интерес, явилась экспериментальная реляционная СУБД System R, в которой реализован язык SEQUEL. Работы над системой проводились в 1975—1979 гг. и дали возможность определить рациональные пути реализации систем подобного типа.
Развитие System R осуществлялось в двух направлениях. Одно из них — создание системы управления распределенными базами данных. Результатом этих работ стала система R*, которой посвящены многочисленные публикации. Другое направление — создание на основе System R коммерческой реляционной СУБД. Эта задача была решена к 1981 г., когда фирма начала поставку своего первого коммерческого реляционного продукта — системы SQL/DS. Спустя два года был сделан еще один шаг в этом направлении — IBM начала поставлять новую систему DB2, которой и посвящена предлагаемая монография К. Дейта.
Можно без преувеличения сказать, что система DB2 интегрирует весь арсенал современных достижений в технологии реляционных баз данных. Как видно из сказанного, ее разработке предшествовала многолетняя подготовительная работа — проведение разносторонних научных исследований, создание экспериментальных реализации и прототипов будущих программных продуктов, изучение их характеристик.
При создании системы DB2 особое внимание уделялось проблеме повышения ее производительности. В частности, DB2 реализована с этой целью по принципу компиляции запросов, тогда как в большинстве других существующих систем осуществляется их интерпретация. Связанное с этим решением определенное отступление в отношении независимости данных компенсируется в некоторой степени за счет принятия специальных мер. Тщательно продумана организация среды хранения данных, предусмотрен ряд механизмов, служащих для оптимизации обработки запросов, на самом современном уровне решены вопросы управления параллельным исполнением транзакций.
В качестве пользовательского языка в системе реализована новая версия все того же SEQUEL (называемого здесь SQL). На его основе строится как интерфейс включающего языка для прикладных программ («встроенный SQL»), так и интерактивный интерфейс для пользователя. Особый интерес представляет «динамический SQL»—интерфейс, позволяющий обрабатывать системными средствами запросы (SQL-тексты), задаваемые в прикладной программе как значения переменных типа литерной строки. Это позволяет легко создавать на основе DB2 различные интерактивные прикладные системы, причем отображение пользовательского языка в SQL осуществляется прикладной программой с помощью «динамического SQL».
Для системы DB2 предусмотрены различные варианты операционной обстановки, и пользователь может выбрать для себя наиболее подходящий. Совместно с системой могут использоваться такие полезные программные продукты, как QMF и DXT. QMF — это генератор отчетов, функционирующий по отношению к DB2 как периферийный компонент. Он позволяет специфицировать запросы не только на языке SQL, но и на QBE. В свою очередь, DXT дает возможность обрабатывать с помощью DB2 данные, хранимые в базах данных системы IMS или в наборах данных VSAM.
Совместимость системы DB2 и DXT имеет важное значение для расширения сферы ее потенциального применения. Благодаря этому новой системе открываются двери в те области, которые уже «обжиты» другой СУБД, созданной фирмой IBM,— системой IMS. За два десятилетия, прошедшие с момента начала ее поставки, система IMS получила массовое распространение — сфера ее действия стала весьма широкой. Поэтому забота о совместимости DB2 и DXT не лишена оснований.
На этом можно завершить обзор разработок фирмы IBM в области реляционных баз данных, поскольку читатель уже получил достаточно полное представление о предыстории создания системы DB2, и пора сказать несколько слов о самой книге.
Она представляет собой профессионально написанное руководство по системе DB2. В ней содержатся необходимые сведения об операционной обстановке системы, ее организации и архитектуре, принципах функционирования, порядке взаимодействия с программными продуктами QMF и DXT. Центральное место отводится детальному обсуждению функций языка SQL и особенностей его использования для всех предусмотренных пользовательских интерфейсов. В заключительной главе сжато характеризуются общие возможности системы DB2, рассматривается проблема производительности реляционных систем вообще и применительно к DB2, намечаются перспективы развития функциональных возможностей этой системы.
Читателю будет полезен и материал приложений. Здесь приведены строгие определения основных понятий реляционной модели данных, излагается точка зрения на вопрос о том, какая система имеет право называться «реляционной», рассматриваются важные методологические аспекты логического проектирования баз данных. Приводятся также требования системы DB2 и сопутствующих ей программных продуктов к операционной обстановке и оборудованию ЭВМ. Для справочных целей включена сводка синтаксических спецификаций предложений манипулирования данными языка SQL.
Новая работа К. Дейта не только будет интересна специалистам по программному обеспечению информационных систем, но и с успехом может быть использована как учебное пособие по реляционным СУБД. Для этого в книге при всей ее лаконичности имеется все необходимое — от концепций реляционной модели данных и методологии проектирования реляционных баз данных до систематического рассмотрения архитектуры, пользовательских интерфейсов и технологии функционирования самой современной СУБД такого класса, от теоретического материала до технических спецификаций и проверенных на ЭВМ многочисленных практических упражнений и ответов к ним. Книга хорошо скомпонована, написана четким и ясным языком. Умело подобран иллюстративный материал.
В заключение коротко об авторе. С начала 70-х годов К. Дейт занимается реляционными базами данных и стал одним из ведущих специалистов в этой области. В течение многих лет он тесно сотрудничал с Э. Коддом, которому в знак признательности он посвящает эту книгу. К. Дейт — один из руководителей и непосредственный участник разработки системы DB2. Знание системы «изнутри» помогло объективно показать не только ее достоинства, но и слабые места.
Можно не сомневаться в том, что советский читатель получил полезную и нужную книгу.
М. Когаловский
