Журнальная и служебная информация

В разных СУБД изменения БД журнализируются на разных уровнях. Иногда запись о журнале соответствует некоторой логической операции изменения БД. Например, операция удаления строки у таблицы, иногда минимальные внутренние операции, модификации страницы внешней памяти.

В некоторой системе одновременно используются оба подхода, во всех случаях придерживаются стратегии упреждающей записи в журналах (Write Ahead Log). Эта стратегия заключается в том, что запись об изменении любого объекта в БД должна попасть во внешнюю память основной БД. Если СУБД корректно соблюдает этот протокол, то с помощью журнала можно решить все проблемы восстановления БД после любого сбоя. Самая простая ситуация восстановления - индивидуальный откат транзакции. Для этого не требуется общесистемный журнал БД, достаточно для каждой транзакции поддерживать локальный журнал модификации БД. При мягком сбое во внешней памяти в основной части БД могут находиться объекты, модифицированные транзакциями, не заканчивающимися к моменту сбоя, и могут отсутствовать объекты модифицированных транзакциями, которые к моменту сбоя успешно завершились. Это обусловлено использованием буферов оперативной памяти, содержимое которых при мягком сбое пропадает. При соблюдении протокола Write Ahead Log во внешней памяти журнала должны гарантированно находиться записи, относящиеся к операциям модификации обоих видов объектов. Целью процесса восстановления после мягкого сбоя является состояние внешней памяти основной части БД, которое возникло бы при фиксации во внешней памяти изменений всех завершившихся транзакций и которое не содержало бы никаких следов незаконченных транзакций. Для того чтобы этого добиться, сначала производят откат незавершенных транзакций, потом повторно воспроизводят те операции завершившихся транзакций, результаты которых не отображены во внешней памяти. Для восстановления БД после жесткого сбоя используют журнал и архивную копию БД.

Архивная копия БД – это полная копия баз данных к моменту начала заполнения журнала. Восстановление БД состоит в том, что, исходя из архивной копии, по журналу воспроизводится работа всех транзакций, которые закончились к моменту сбоя. Можно также воспроизвести работу незавершенных транзакций и продолжить их работу после завершения восстановления, однако в реальных системах этого обычно не делается.

 

Тема 5. Язык реляционных баз данных SQL

 

История развития SQL. Функции и основные возможности SQL. ANSI SQL; T-SQL; PL/SQL; Jet SQL.

 

Структурированный язык запросов SQL был разработан в 1970 г. корпорацией IBM как язык управления реляционных баз данных. До него и после него были попытки создания альтернативных языков, но стандартом стал именно SQL. Практически все производители систем управления БД используют в своих продуктах, ту или иную модификацию SQL.

С 1970 г. было разработано много версий этого языка, часто несовместимых друг с другом. В результате в 1992г. американским национальным институтом стандартов был разработан стандарт SQL-92, описывающий поведение серверов БД и регламентирующий основные правила работы. Целью разработки этого стандарта было уменьшение несовместимости различных версий SQL. Однако, несмотря на усилия и попытки добиться единого стандарта, каждый из производителей использует и развивает свою модификацию SQL. Microsoft SQL сервер реализован вариантом transact SQL, поддерживающий большинство способностей SQL-92 и ряд дополнений, увеличивающий гибкость и мощность языка.

SQL (англ. structured query language — «язык структурированных запросов») — формальный непроцедурный язык программирования, применяемый для создания, модификации и управления данными в произвольной реляционной базе данных, управляемой соответствующей системой управления базами данных (СУБД). SQL основывается на исчислении кортежей.

SQL является прежде всего информационно-логическим языком, предназначенным для описания, изменения и извлечения данных, хранимых в реляционных базах данных. SQL можно назвать языком программирования, при этом он не является тьюринг-полным, но вместе с тем стандарт языка спецификацией SQL/PSM предусматривает возможность его процедурных расширений.

В начале 1970-х годов в одной из исследовательских лабораторий компании IBM была разработана экспериментальная реляционная СУБД IBM System R, для которой затем был создан специальный язык SEQUEL, позволявший относительно просто управлять данными в этой СУБД. Аббревиатура SEQUEL расшифровывалась как Structured English QUEry Language — «структурированный английский язык запросов». Позже по юридическим соображениям[2] язык SEQUEL был переименован в SQL.

Целью разработки было создание простого непроцедурного языка, которым мог воспользоваться любой пользователь, даже не имеющий навыков программирования. Собственно разработкой языка запросов занимались Дональд Чэмбэрлин (Donald D. Chamberlin) и Рэй Бойс (Ray Boyce). Пэт Селинджер (Pat Selinger) занималась разработкой стоимостного оптимизатора (cost-based optimizer), Рэймонд Лори (Raymond Lorie) занимался компилятором запросов.

Стоит отметить, что SEQUEL был не единственным языком подобного назначения. В Калифорнийском Университете Беркли была разработана некоммерческая СУБД Ingres (являвшаяся, между прочим, дальним прародителем популярной сейчас некоммерческой СУБД PostgreSQL), которая являлась реляционной СУБД, но использовала свой собственный язык QUEL, который, однако, не выдержал конкуренции по количеству поддерживающих его СУБД по сравнению с языком SQL.

Первыми СУБД, поддерживающими новый язык, стали в 1979 году Oracle V2 для машин VAX от компании Relational Software Inc. (впоследствии ставшей компанией Oracle) и System/38 от IBM, основанная на System/R.

Стандартизация[править | править вики-текст]Поскольку к началу 1980-х годов существовало несколько вариантов СУБД от разных производителей, причём каждый из них обладал собственной реализацией языка запросов, было принято решение разработать стандарт языка, который будет гарантировать переносимость ПО с одной СУБД на другую (при условии, что они будут поддерживать этот стандарт).

В 1983 году Международная организация по стандартизации (ISO) и Американский национальный институт стандартов (ANSI) приступили к разработке стандарта языка SQL. По прошествии множества консультаций и отклонения нескольких предварительных вариантов, в 1986 году ANSI представил свою первую версию стандарта, описанного в документе ANSI X3.135-1986 под названием «Database Language SQL» (Язык баз данных SQL). Неофициально этот стандарт SQL-86 получил название SQL1. Год спустя, была завершена работа над версией стандарта ISO 9075-1987 под тем же названием. Разработка этого стандарта велась под патронажем Технического Комитета TC97 (англ. Technical Committee TC97), областью деятельности которого являлись процессы вычисления и обработки информации (англ. Computing and Information Processing). Именно его подразделение, именуемое как Подкомитет SC21 (англ. Subcommittee SC21), курировало разработку стандарта, что стало залогом идентичности стандартов ISO и ANSI для SQL1 (SQL-86).

Стандарт SQL1 разделялся на два уровня. Первый уровень представлял собой подмножество второго уровня, описывавшего весь документ в целом. То есть, такая структура предусматривала, что не все спецификации стандарта SQL1 будут относиться к Уровню 1. Тем самым, поставщик, заявлявший о поддержке данного стандарта, должен был заявлять об уровне, которому соответствует его реализация языка SQL. Это значительно облегчило принятие и поддержку стандарта, поскольку производители могли реализовывать его поддержку в два этапа.

Со временем к стандарту накопилось несколько замечаний и пожеланий, особенно с точки зрения обеспечения целостности и корректности данных, в результате чего в 1989 году данный стандарт был расширен, получив название SQL89. В частности, в него была добавлена концепция первичного и внешнего ключей. ISO-версия документа получила название ISO 9075:1989 «Database Language SQL with Integrity Enhancements» (Язык баз данных SQL с добавлением контроля целостности). параллельно была закончена и ANSI-версия.

Сразу после завершения работы над стандартом SQL1 в 1987 году была начата работа над новой версией стандарта, который должен был заменить стандарт SQL89, получив название SQL2, поскольку дата принятия документа на тот момент была неизвестна. Таким образом, фактически SQL89 и SQL2 разрабатывались параллельно. Новая версия стандарта была принята в 1992 году, заменив стандарт SQL89. Новый стандарт, озаглавленный как SQL92, представлял собой по сути расширение стандарта SQL1, включив в себя множество дополнений имевшихся в предыдущих версиях инструкций.

Как и SQL1, SQL92 также был разделён на несколько уровней, однако, во-впервых, число уровней было увеличено с двух до трёх, а во-вторых они получили названия вместо порядковых цифр: начальный (англ. entry), средний (англ. intermediate), полный (англ. full). Уровень «полный», как и Уровень 2 в SQL1, подразумевал весь стандарт целиком. Уровень «начальный» представлял собой подмножество уровня «средний», в свою очередь, представлявшего собой подмножество уровня «полный». Уровень «начальный» был сравним с Уровнем 2 стандарта SQL1, но спецификации этого уровня были несколько расширены. Таким образом, цепочка включений уровней стандартов выглядела примерно следующим образом: SQL1 Уровень 1 → SQL1 Уровень 2 → SQL92 «Начальный» → SQL92 «Средний» → SQL92 «Полный».

После принятия стандарта SQL92 к нему были добавлены ещё несколько документов, расширявших функциональность языка. Так, в 1995 году был принят стандарт SQL/CLI (Call Level Interface, интерфейс уровня вызовов), впоследствии переименованный в CLI95. На следующий год был принят стандарт SQL/PSM (Persistent Stored Modules, постоянно хранимые модули), получивший название PSM-96.[3]

Следующим стандартом стал SQL:1999 (SQL3). В настоящее время действует стандарт, принятый в 2003 году (SQL:2003) с небольшими модификациями, внесёнными позже (SQL:2008).

Идентификаторы

Все объекты MS SQL сервер имеют свои собственные имена, с помощью которых можно ссылаться на них.

Имена объектов называются идентификаторами. Любой объект БД должен быть уникально идентифицирован. Transact SQL налагает ряд ограничений наименований объектов:

1) Первый символ имени объекта должен быть одним из символов латинского или национального алфавита, либо символом подчеркивания. Т.е. не допускается использование в качестве первого символа имени объекта цифр и некоторых других знаков (*,!,?…). Для обозначения объектов сервер разрешает использование символов @, # для именования временных таблиц и хранимых процедур. Временные объекты существуют только в течении сеанса или транзакции, а за тем уничтожаются. Для обозначения глобальных временных объектов, к которым могут обращаться все пользователи Transact SQL позволяет использовать символы @@, ##. Некоторые функции и переменные начинаются с символа @@.

2) Основная часть идентификатора может включать любые символы, десятичные цифры, подчеркивание, решетки и т. д.

3) При выборе имени следует убедиться, что оно не является зарезервированным словом, и что не существует объект с таким именем. Transact SQL не различает регистров, в которых набраны символы и поэтому считает одинаковыми имена объектов в разных регистрах.

4) Запрещено использование внутри имени пробелов, круглых скобок и спец. символов.

5) Длина имени объекта не должна превышать 128 символов. Исключения составляют имена временных таблиц, длина имени которых не должна превышать 116 символов. Для обхода некоторых ограничений можно заключать имена объектов в двойные кавычки или квадратные скобки. В этом случае разрешается использование в имени объекта пробелов, спец. символов и символов зарезервированных слов.

Идентификаторы, заключающиеся в двойные кавычки или квадратные скобки, называются ограниченными идентификаторами.

 

Выражения в SQL. Типы операндов: константы, переменные, выражения, отношения, подзапросы. Операторы SQL: унарные операторы, арифметические операторы, оператор присваивания, строковые операторы, операторы сравнения, логические операторы.

 

Выражения SQL сервер представляют собой комбинацию идентификаторов, функций, логических и арифметических операций, констант и других объектов.

Выражение может быть использовано в качестве аргумента в командах, хранимым процедурах или запросах. Выражение состоит из операндов и операторов.

Операнды SQL сервер делится на следующие типы:

1) Константы - постоянные величины, значения которых не могут быть изменены.

2) Функции – именованные программы, выполняющие обработку данных и в некотором случае возвращающие определенный результат. Функции реализуют наиболее часто выполняемые алгоритмы, что избавляет пользователей от многократного написания одного кода.

3) Имя колонки - в качестве операнда может выступать колонка таблицы. Это часто используется при обработке данных таблицы, удовлетворяющих определенному критерию. Пользователь указывает в выражении имя интересующей колонки, а сервер автоматически подставляет туда соответствующее значение. При последовательном просмотре таблицы имя колонки будет изменяться.

4) Переменная - именованная область памяти определенного объема, в которой хранятся данные. Фактически любая переменная- это последовательность из одного или несколько байт. То, как сервер будет обрабатывать последовательность, представленную значением переменной зависит от типа данных, ассоциированной с этой переменной.

5) Подзапрос - в качестве выражения можно указать подзапрос, который подготавливает соответствующий набор данных. По принципу работы это эквивалентно указанию колонки таблицы только в случае подзапроса. Данные не дано явно закачивать в таблицу. Сервер сам создает временную таблицу с необходимой структурой, копируя в нее выбранные данные, и подключает полученный набор данных в качестве выражения. Выполняемые действия задаются с помощью операторов, которые делятся на типы:

– простейшие (унарные) операторы работают только с одним операндом. Простейшие операторы могут быть использованы с любыми величинами числового типа, как с числовыми, так и с дробными.

– оператор присваивания используется для присваивания переменной определенного значения, полученного в результате вычисления выражения. В SQL-сервер единственным оператором присваивания является знак равенства (=), который также используется в операторе сравнения.

DECLARE @@ variable int

SET @@ variable=10

– арифметические операции - это бинарные операции, выполняемые с операндами, имеющими числовой тип данных. К ним относят *, /, +, -, %. Арифметические операторы возвращают значения того же типа, что и входные.

– строковые - единственные операции, которые можно непосредственно производить над операндами символьного типа - конкатенация (сложение). Для обозначения конкотенации строк используется знак «+».

– Сравнение.

Операторы сравнения могут дать информацию о сравнительной величине операндов. Допускается использование следующих логических операндов: равно «=», больше «>», меньше «<», меньше пли равно «<=», больше или равно «>=>>, не равно «!=>> или «<>>>, не менее чем «!<», не более чем «!>». Результатом выполнения логического операнда будет значение «истина» (TRUE), если условие выполняется, или «ложь» (FALSE) в противном случае. Если сравнение невозможно (например, в случае несовпадения типов), то возвращается неопределенное значение NULL.

– Логические операторы.

Операторы этого типа возвращают значения TRUE или FALSE и могут быть использованы в различных конструкциях, включая запросы. Логические операторы могут быть представлены в виде нескольких опера­торов сравнения и являются своего рода надстройкой над ними.

В Transact SQL есть следующие операторы:

ALL -выполняет сравнение для набора данных. Если условие выполнено для всего набора данных, возвращается значение TRUE.

AND - оперирует с двумя булевыми выражениями. Только если оба выражения истинны (TRUE), возвратится значение TRUE.

ANY -выполняет сравнение для набора данных. Если условие выполнено, хотя бы для одного элемента из набора данных, возвращается значение TRUE.

BETWEEN - проверяет, лежит ли значение в указанном диапазоне.

EXIST – возвращает TRUE, если подзапрос возвращает хотя бы одну строку. Та­ким образом, этот оператор проверяет существование данных.

IN -возвращает TRUE, если значение входит в указанный список.

LIKE - проверяет значение на «похожесть» по указанному шаблону.

NOT - инвертирует значение булева типа, то есть заменяет TRUE на FALSE и наоборот.

OR -возвращает TRUE, если хотя бы один из двух операндов равен TRUE.

SOME - выполняет сравнение для набора данных. Если условие выполнено для одного элемента из набора данных, возвращается значение TRUE. Аналог ANY.