Манифест систем объектно-ориентированных баз данных
1. Введение
В период с 1989 по 1995 гг. авторские группы,
включающие известных специалистов в области баз данных, подготовили и
опубликовали три документа [1-3], которые отражали точки зрения авторов
относительно перспектив развития технологии баз данных. С легкой руки авторов
хронологически первого документа эти документы получили название манифестов,
что, в общем-то, отражало их суть: в каждом из документов провозглашался набор
идей и требований, на которых, по мнению авторов, должны были базироваться
системы баз данных следующего поколения.
Интересно отметить различия между коллективами авторов
каждого из манифестов. “Манифест систем объектно-ориентированных баз данных”
[1] (далее в этой статье для краткости мы будем называть его Первым манифестом)
написан академическими исследователями; почти все они являются профессорами
различных университетов. Конечно, это нашло свое отражение в стиле Первого
манифеста – очень мягком и умеренно рекомендательном (хотя по своему духу
предложения этого манифеста были весьма радикальными).
Авторы документа “Системы баз данных третьего
поколения: Манифест” (Второго манифеста) являлись представителями индустрии
(вернее, индустриально-ориентированных исследований). Второй манифест написан в
более жестком стиле и во многом направлен на защиту инвестиций крупных
компаний-производителей программного обеспечения SQL-ориентированных СУБД.
Конечно, Второй манифест во многом представлял собой реакцию индустрии на
революционные предложения Первого манифеста. Эти предложения подвергались
критике, но если говорить очень грубо, критика заключалась в том, что, по
мнению авторов Второго манифеста, можно добиться аналогичных результатов, не
производя революцию в области технологии баз данных, а эволюционно развивая
технологию SQL-ориентированных СУБД.
“Третий манифест” (так и будем называть его далее)
являлся одновременно наиболее консервативным и наиболее радикальным.
Консервативность Третьего манифеста заключается в том, что его авторы всеми
силами утверждают необходимость и достаточность использования в системах базах
данных следующего поколения классической реляционной модели данных.
Радикальность состоит в том, что (a) авторы полностью отрицают подходы,
предлагаемые в первых двух манифестах, расценивая их как необоснованные, плохо
проработанные, избыточные и даже вредные (за исключением одной общей идеи о
потребности обеспечения развитой системы типов); (b) фактически, авторы
полностью отбрасывают технологию, созданную индустрией баз данных за последние
25 лет, и предлагают вернуться к истокам реляционной модели данных, т.е. к
начальным статьям Э. Кодда [4].
После издания манифестов прошло в среднем около 10
лет. Как кажется автору этой статьи, пришло время оглядеться и оценить, каким
образом реально повлияли эти документы на развитие технологии баз данных.
Сбылись ли ожидания авторов хотя бы одного из манифестов? Не пора ли
придумывать новый манифест, или же время манифестов прошло? В данной статье не
делаются попытки заглянуть в будущее (как показывает история, эта задача
является неблагодарной и безнадежной). Ограничимся взглядом на недавнее прошлое
и настоящее.
В следующих далее трех основных разделах статьи поочередно
обсуждаются основные идеи манифестов, и рассматривается их влияние на развитие
соответствующих направлений области баз данных. Все приводимые характеристики
отражают исключительно личное (и во многом субъективное) мнение автора.
Объектно-ориентированные СУБД
В последнем подразделе этого раздела мы обсудим
специфические черты наиболее известных и распространенных в мире ООСУБД. Трудно
гарантировать, что это обсуждение полностью соответствует текущему положению
дел, поскольку ситуация изменяется очень быстро, и то, что пишется сегодня и
полностью отвечает истинному положению дел, может оказаться не совсем (или
совсем не) верным завтра. Но, тем не менее, мы считаем, что такой подраздел
должен присутствовать в разделе про Первый манифест, чтобы показать читателям
реальное (или близкое к реальному) состояние дел в соответствующей области
информационной технологии.
Немного истории
В начале 80-х гг. осознание полезности
объектно-ориентированного подхода применительно к логической организации баз
данных привело к тому, что многие исследователи приступили к созданию ООСУБД. В
ранних проектах ООСУБД участвовали группы из университетов и исследовательских
институтов, ведущих компьютерных компаний и небольших начинающих компаний.
Университетские исследовательские группы внесли
огромный вклад в развитие технологии баз данных, и не только в области
реляционных систем. Многие университетские исследователи с энтузиазмом приняли
объектно-ориентированный подход, особенно в применении к области
человеко-машинных взаимодействий. К наиболее успешным проектам, в которых
производились исследования с целью объединения объектно-ориентированного
подхода с технологией баз данных, можно отнести следующие:
Encore в Брауновском университете (Broun University );
Cactis в Колорадском университете (University of Colorado at Boulder);
Thor в Массачусетском технологическом институте (MIT
);
Exodus в Висконсинском университете (University of
Wisconsin );
Pisa в университетах Глазго и Св. Эндрю (Universities of
Glasgo and St. Andrew).
Среди исследовательских институтов, в которых
существовали мощные группы, ориентированные на исследования в области
объектно-ориентированных баз данных, входили OGI (Oregon Graduate Institute ),
MCC (Microelectronics and Computer Technology Corporation ) и французский
исследовательский центр INRIA . На базе исследований OGI была создана ООСУБД
Gemstone ; исследования, проводившиеся в MCC , привели к созданию ООСУБД Itasca
и UniSQL ; в результате исследовательского проекта Altair , выполнявшегося в
INRIA , появилась ООСУБД O 2.
Среди наиболее значительных прототипов ООСУБД,
созданных в результате исследований, которые проводились в ведущих компьютерных
компаниях, можно выделить систему IRIS компании Hewlett -Packard и систему
Trellis компании DEC . Идеи и методы, заложенные в этих проектах, были
впоследствии использованы в большинстве коммерческих ООСУБД. Тем не менее,
руководители крупных компаний решили не производить коммерческие ООСУБД
самостоятельно, а предоставить эту возможность начинающим компаниям.
Первыми компаниями, выпустившими на рынок ООСУБД в
виде законченных продуктов, были следующие компании:
Grapael сООСУБД G-Base (1986 г);
Servio-Logic сООСУБД Gemstone (1987 г.);
Symbolics сООСУБД Statice (1988 г.);
Ontologic Ltd. сООСУБД Vbase (1988 г.).
Ко всем ранним реализациям ООСУБД применительны
следующие замечания.
Системы были почти неприменимы для
практического использования, поскольку они очень медленно работали,
поддерживали только однопользовательский режим работы и были крайне ненадежны.
В них не поддерживались распределенные данные, безопасность и возможность
восстановления после сбоев. Почти во всех системах отсутствовали развитые
механизмы формулировки запросов. При построении пользовательских интерфейсов не
использовались даже уже имевшиеся результаты, полученные группами из области
человеко-машинных взаимодействий.
Разработчики практически всех систем
полностью игнорировали язык C ++, поскольку считалось, что применение этого
языка в контексте ООСУБД вызывает серьезные проблемы. В системах G -Base и
Statice использовался Lisp ; Gemstone опиралась на Smalltalk ; для Vbase были
разработаны собственные языки определения данных (TDL ) и манипулирования
данными (COP ). В исследовательских группах также предпочитали не опираться на
C ++, а разрабатывать новые языки, в большей степени соответствующие
направлению исследований. Среди отрицательных последствий игнорирования C ++
было то, что пользователей заставляли изучать новый язык; они вынуждались
одновременно использовать два языка; отсутствие поддержки C ++ ограничивало
рынок ООСУБД.
Новые компании Objectivity , Object Design и Versant ,
образованные в конце 80-х, ориентировались на создание ООСУБД, которые
опирались бы на C ++. Компания Ontologic отказалась от развития Vbase и
переключилась на разработку системы ONTOS , основанной на C ++. В Европе были
образованы компании O 2Technology и BKS Software . Задачей первой компании было
создание коммерческой ООСУБД O2 49 на основе результатов проекта Altair . BKS
начала разработку системы POET . В 90-е годы для реализации коммерческих
проектов, основанных на результатах MCC , были образованы компании UniSQL 50 и
Itasca .
К концу 90-х существовало около десяти компаний,
производящих коммерческие продукты, позиционируемые на рынке как ООСУБД. Каждый
продукт обладал индивидуальными особенностями, частично определяемыми жизненным
опытом разработчиков, но большей частью проистекающими из требований клиентов
компании. Далее в этом подразделе мы кратко охарактеризуем наиболее известные
коммерческие ООСУБД, а в заключение подраздела опишем современное состояние дел
в области ООСУБД (которое, по мнению автора, является совсем не блестящим).
GemStone
Как отмечалось выше, ООСУБД GemStone была одной из
первых коммерчески доступных ООСУБД. Система была разработана компанией Servio
-Logic совместно с OGI . В исходном варианте системы разработчики GemStone
опирались на язык Smalltalk . Хотя в первых выпусках системы ее основной язык
назывался Opal , сразу было видно, что в действительности этого всего лишь Smalltalk
с поддержкой стабильного хранения объектов, и вскоре название языка было
заменено на GemStone Smalltalk . Впоследствии в GemStone была обеспечена
поддержка языков C и C ++, но во все времена базовым языком оставался Smalltalk
, а все остальные интерфейсы строились поверх базового. И серверная, и
клиентская части системы могут работать под управлением всех основных ветвей ОС
UNIX и всех развитых вариантов Windows . В настоящее время продукт
поддерживается, развивается и распространяется компанией GemStone Systems Inc.
Система основана на трехзвенной архитектуре
клиент-сервер, в которой прикладная обработка данных производится на среднем
уровне между процессом взаимодействия с пользователем и процессом,
поддерживающим хранилище данных. Важность этого подхода состоит в том, что,
если в приложении используется много данных, то код приложения целесообразно
расположить на стороне хранилища данных, а если в приложении производится много
изменений над небольшим объемом данных, то имеет смысл разместить код приложения
на стороне пользователя. Тем самым, архитектура позволяет уменьшить объем
сетевого трафика без перегрузки сервера, что повышает скорость обработки
данных.
Для управления мультидоступом используется механизм
транзакций. Механизм основан на так называемом оптимистическом подходе, при
котором каждая сессия работает с собственной локальной копией хранилища
объектов, и слияние произведенных в сессиях изменений хранилища происходит при
завершении транзакции. Если при завершении транзакции обнаруживается, что
произведенные в ней изменения конфликтуют с изменениями других ранее
зафиксированных транзакций, то фиксация транзакции не производится, транзакция
не завершается, и решение проблемы возлагается на пользователя. Автоматическая
блокировка объектов не производится, но пользователь может явно запросить
блокировку, что повышает шансы на успешную фиксацию транзакции.
Для обеспечения безопасности данных поддерживается
механизм авторизации доступа на уровне владельца объекта и его группы
пользователей, так что может быть ограничен доступ к некоторым объектам или
некоторым методам объектов. К каждому объекту приписывается авторизационный
объект, содержащий данные о том, какие пользователи и в каком режиме (чтения
или изменения) имеют доступ к объекту.
Для восстановления базы данных после сбоев аппаратуры
используются механизмы репликации, резервного копирования и журнализации. Любой
авторизованный пользователь может запросить выполнения полного или частичного
копирования. Восстановление базы данных после сбоя системы или дисковых
устройств начинается с использования последней по времени резервной копии.
После этого при помощи данных, сохраненных в журнальных файлах, хранилище
объектов приводится к состоянию, соответствующему последней до момента сбоя
зафиксированной транзакции. Авторизованные пользователи могут также запросить
поддержку реплицирования областей хранилища данных.
В системе поддерживается целостность по ссылкам между
всеми объектами, поскольку все ссылки основываются на использовании объектных
идентификаторов, и объекты, для которых существуют ссылки от других объектов,
не могут быть удалены. Для повышения скорости доступа к часто используемым
коллекциям обеспечивается средство построения индексов.
Объекты делаются стабильными (т.е. сохраняются в базе
данных) путем использования своего рода стабильного корня, называемого
коннектором. Все объекты, прямо или косвенно достижимые по объектным ссылкам от
коннектора, являются стабильными. В GemStone каждого класса, в котором
существует хотя бы один стабильный объект, поддерживается эквивалентная
серверная версия класса. Другими словами, один вариант класса служит классом в
контексте программирования, а другой – в контексте базы данных. Такие пары
поддерживаются автоматически: если создается класс в смысле Smalltalk , и
некоторый объект этого класса становится стабильным, то автоматически создается
серверный класс этого объекта (класс в смысле GemStone ). Создание коннектора
приводит к появлению экземпляра класса GemStone , эквивалентного классу
объекта, который должен быть сделан стабильным. Аналогично, любой объект,
достижимый от коннектора, автоматически становится стабильным.
В GemStone поддерживается динамическая сборка мусора
(garbage collection ). Процесс-“мусорщик” автоматически освобождает память,
занимаемую объектами, на которые отсутствуют ссылки.
В среде GemStone можно использовать различные
реализации Smaltalk , а также языки C и C ++. Классы и объекты можно создавать
с использованием любого из этих языков, и объекты, созданные на одном языке
можно использовать в приложениях, написанных на любом другом языке. Реализация
языка C представляет собой набор функций и набор компонентов, преобразующих
объекты GemStone в указатели и литералы C и наоборот. Реализация C ++ включает
препроцессор в чистый С и библиотеку классов.
Подключения к реляционным системам (например, Oracle
или IBM DB 2) производятся через шлюзы. Для синхронизации состояния локальной
(управляемой GemStone ) и внешних копий данных обеспечивается автоматическая
модификация данных. В зависимости среды и требований к уровню
синхронизованности эти обновления выполняются немедленно или же в пакетном
режиме.
GemStone можно также использовать для управления
данными, соответствующими стандартам OLE и CORBA . Для работы с данными в
реляционном стиле поддерживаются стандарты SQL и ODBC .
ITASCA
Распределенная ООСУБД ITASCA основана на результатах
проекта Orion , выполнявшегося в MCC . Разработка серии из трех прототипов
завершилась выпуском системы, основанной на архитектуре “много клиентов-много
серверов”. Система была доведена до уровня коммерческого продукта начинающей
техасской компанией, которая в 1995 г. была приобретена компанией IBEX Corp .
В распределенной архитектуре ITASCA частные и
совместно используемые базы данных разнесены по узлам локальной UNIX
-ориентированной сети. Каждой значение данных хранится в одном узле, но
централизованное управление отсутствует; все серверы автономны. На каждом
сервере поддерживаются кэш страниц и кэш объектов, и каждый сервер множество
клиентов с обеспечением мультидоступа на основе блокировок. На клиентах
поддерживается только кэш объектов.
Для управления мультидоступом в ITASCA используется
двухфазный протокол синхронизационных блокировок с сериализацией транзакций и
обнаружением тупиков. Также поддерживаются долгие транзакции на основе
перемещения объекта из совместно используемой базы данных в частную базу данных
(check -out ). Для обеспечения совместной работы допускается участие нескольких
пользователей в одной долгой транзакции.
Для всей распределенной базы данных поддерживается
единая схема с использование подсхем для частных фрагментов базы данных. Модель
данных включает следующие аспекты:
множественное наследование;
представление классов в виде объектов;
наличие свойств и операций классов;
наличие свойств и операций классов;
поддержка ограничений целостности;
возможность перегрузки операций.
В любое время могут добавляться новые данные, классы,
свойства и операции. Для обеспечения контроля над распространением таких
операций как удаление объекта имеется возможность определения составных
объектов. Для поддержки мультимедийных приложений имеется возможность
использования линейных массивных объектов, которые предназначены прежде всего
для хранения последовательных данных, таких как текст или аудиоданные. В
пространственных массивных объектах имеются два измерения, и они подходят,
например, для хранения изображений.
Восстановление базы данных после сбоев производится на
основе журнала, предназначенного для аннулирования результата выполненных
операций (undo log ). Это позволяет в процессе восстановления устранить эффект
всех транзакций, не завершившихся к моменту сбоя. Фиксация транзакции
заключается в том, что на сервере все объекты, измененные данной транзакцией,
перемещаются из буфера объектов в буфер страниц.
Поддерживается механизм индексирования, основанный на
использовании техники B +-деревьев. Можно создавать индексы для одного класса и
одного свойства или для нескольких свойств нескольких классов.
Имеется возможность создания классов, поддерживающих
оповещение. Имеются две формы оповещения – пассивная и активная. Пассивное
оповещение состоит в том, что сохраняется информация о модификации или удалении
экземпляров класса. Приложение может обратиться классу с запросом данных о
таких событиях. Активное оповещение приводит к вызову некоторой операции при
выполнении операций модификации, удаления, создания версии, перемещения объекта
из общей базы данных в частную базу данных (check -out ) или наоборот (check
-in ). По умолчанию выполнение операции оповещения приводит к отправке
электронной почты привилегированному пользователю (администратору системы), но
допускается замена поведения этой операции.
Допускается создание временной, рабочей или
“выпускной” версии объекта. Для динамического или статического связывания
разных версий поддерживается иерархия происхождения версий. При использовании
динамического связывания версий иерархия автоматически модифицируется при
создании новых версий.
Безопасность данных обеспечивается на основе механизма
авторизации доступа, в котором конкретная привилегия (доступ по чтению, доступ
по записи или создание) предоставляется роли, за которой может стоять один
пользователь или группа пользователей. Привилегии могут быть подсоединены к
базам данных, классам, экстентам, объектам, операциям и свойствам. Имеется
авторизация по умолчанию, которая подразумевается для любой роли и может быть
дополнена явной авторизацией, положительной (с добавлением привилегий) или
отрицательной (с изъятием привилегии).
При использовании C ++ стабильность достигается путем
доступа к библиотеке классов, поддерживающих стабильность. В CLOS (Common Lisp
Object System ) обеспечивается метакласс стабильности. Стабильные объекты
должны быть экземплярами классов, являющихся экземплярами этого метакласса.
Кроме того, можно указать, что некоторые свойства стабильного класса являются
недолговечными.
В ITASCA поддерживаются C , C ++, Smalltalk , CLOS .
Акцент делается на возможности динамического изменения схемы без остановки
действия системы и без потребности в массовой повторной компиляции и
редактирования связей. Доступ к программам на каждом из языков производится
через функциональный API . В случае использования C ++ автоматически создается
файл заголовков, который сливается с исходными файлами программного кода при
генерации приложения.
Собственный механизм запросов ITASCA позволяет
запрашивать данные в частной базе данных, общей базе данных или сразу в обеих
базах данных. Для повышения производительности применяются оптимизация запросов
и методы распараллеливания.
ObjectStore
Компания Object Design была основана в 1988 г. с
экстренной целью разработать и вывести на рынок ООСУБД, которую стали называть
ObjectStore . В конце 90-х у Object Design установились тесные партнерские
отношения с IBM , что позволило привлечь к ObjectStore тысячи разработчиков
приложений. На основе технологии ObjectStore компанией был разработана одна из
первых коммерческих СУБД – Excelon , ориентированная на управление XML
-данными. С начала 2003 г. компания является подразделением компании Progress
Software
ООСУБД ObjectStore основана на архитектуре
клиент-сервер, в которой каждый сервер отвечает за регулирование доступа к
хранилищу объектов и управляет журнализацией обновлений, блокировками,
установкой контрольных точек, разрешением конфликтов по данным, резервированием
данных и восстановлением базы данных после сбоев. Каждый сервер поддерживает
множество клиентов. В клиентском процессе используется представление данных
более высокого уровня, и клиентская часть ObjectStore отвечает за управление
коллекциями, выполнение запросов и управление транзакциями.
Серверная часть спроектирована в расчете на
использование механизма отображения виртуальной памяти, которая
распространяется на всю сеть и может охватывать несколько серверов. Извлекаемые
из базы данных объекты могут объединяться в пакеты для передачи по сети, что
позволяет снизить объем сетевого трафика. Для сокращения времени доступа в
серверах используется техника кластеризации. На каждой клиентской части имеется
локальный кэш, в котором сохраняются используемые объекты. Когда объект
перемещается в адресное пространство клиента, ссылки на него перерабатываются
таким образом, что для каждого к объекту доступа достаточно одной команды
компьютера.
Управление мультидоступом основано на использовании
прозрачного для пользователя механизма блокировок, включающего возможность
блокирования по чтению и по записи. Поддерживаются разные уровни детализации
(гранулированности) блокировок от уровня страниц внешней памяти базы данных до
конфигураций (указываемых программистом групп объектов).
Надежность хранения данных обеспечивается за счет
поддержания журнала произведенных изменений. Подсистема управления транзакциями
отвечает за журнализацию всех произведенных изменений на основе протокола WAL
(Write Agead Log – упреждающей записи в журнал). Дополнительно поддерживается
архивный журнал, в котором авторизованный пользователь может произвести
архивное копирование базы данных.
Имеется средство поддержки версий, которое
обеспечивает возможность коллективной работы с базами данных на основе
механизмов check -in /check -out . На этом подходе основывается поддержка
долгих транзакций. Для каждой конфигурации объектов можно создать историю
версий, независимую от типов объектов.
В ObjectStore стабильность хранения объектов
поддерживается за счет наличия именованных корневых стабильных объектов класса
база данных. База данных создается с помощью вызова метода new этого класса.
Имеются методы для открытия и закрытия базы данных. Кроме того, в классе содержатся
методы для создания стабильных корневых объектов, обычно являющихся
коллекциями, в которых размещаются стабильные объекты.
Поддерживаются языки C , C ++ и Smaltalk . Свойство
стабильности обеспечивается за счет включения в библиотеку классов специальных
системных классов. Имеются классы, поддерживающие коллекции – списки,
множества, мультимножества и массивы. Методы этих классов поддерживают выборку
объектов из коллекций, вставку и удаление объектов.
Поддерживаются шлюзовые объекты, поддерживающие доступ
к реляционным данным, а также инструментальные средства для отображения
реляционной схемы в эквивалентное объектно-ориентированное представление. Таким
образом, с реляционными базами данных можно работать в интерфейсе ODBC на
основе SQL или в собственном интерфейсе ObjectStore .
Objectivity /DB
Компания Objectivity была образована в 1988 г. В 1990
г. была выпущена первая версия системы, которая представляла собой
распределенную СУБД, основанную на использовании объектной технологии,
высокопропускных локальных сетей и симметричных мультипроцессоров. Система
работает на всех основных UNIX -платформах и в среде Windows .
Система основана на клиент-серверной архитектуре, в
которой единицей обмена между сервером и клиентом является страница базы
данных. Тем самым многие системные функции, включая кэширование, поиск объектов
и преобразование их форматов, выполняются на стороне клиента. Объектные
идентификаторы представляются в 64-разрядном формате, что обеспечивает
потенциальную возможность работы со сверхбольшими базами данных.
Поддерживается четырехуровневая структура хранения
данных. Объекты содержатся в контейнерах, каждый из которых представляет собой
часть локальной базы данных. Локальные же базы данных могут комбинироваться в
федеративную (распределенную) базу данных. Надежность хранения данных
поддерживается механизмом репликации.
Обеспечивается возможность изменения классов и
автоматического образования новых версий существующих объектов. Поддерживается
механизм управления иерархиями версий объектов.
Допускаются как короткие, так и долгие транзакции.
Управление короткими транзакциями основано на синхронизационных блокировках и
распознавании тупиков. Долгие транзакции и коллективная работа с базами данных
основаны на многоверсионности объектов и механизме check -in /check -out .
В системе поддерживаются языки C ++ и Smalltalk , но
способы использования языков сильно различаются. Это относится и к механизмам
стабильности, и к средствам определения данных. В среде C ++ стабильными
являются объекты всех классов, являющихся наследниками специального системного
класса. В среде Smalltalk стабильными являются все объекты, достижимые от
именованных корневых объектов-словарей. Соответственно, в Smalltalk для
удаления объектов используется механизм сборки мусора, а в C ++ – явные
операции.
Естественно, базы данных, управляемые Objectivity /DB
, основаны на одной объектной модели. Эта модель достаточно близка к модели
ODMG и, в частности, включает возможность определения двунаправленных связей.
Поддерживается возможность управления составными объектами с распространением
на подобъекты операции удаления. Однако способы определения данных в средах C
++ и Smalltalk различаются.
В C ++ включено специальное расширение языка,
предназначенное для определения данных. Соответствующие конструкции
обрабатываются специальным препроцессором, который генерирует код C ++,
содержащий соответствующие обращения к СУБД. В среде Smalltalk схема базы
данных определяется как набор классов Smalltalk . Другими словами, при
использовании Smalltalk приложения, работающие с базами данных Objectivity /DB
, организуются более прозрачным образом, чем в случае C ++.
Имеется поддержка языка SQL /89 и, частично, SQL /92.
Реляционный доступ к базам данных, управляемых Objectivity /DB , возможен через
интерактивный SQL -ориентированный интерфейс, через имеющийся драйвер ODBC и
через API .
Versant
С 1988 г. компания Versant предлагает решения,
основанные на хорошо масштабируемой объектно-ориентированной архитектуре и
принадлежащем компании алгоритме кэширования. ООСУБД Versant является одной из
немногих объектно-ориентированных систем, допускающих масштабирование уровня
любого предприятия. Решения на базе Vers ant применяются в телекоммуникациях,
обороне, на транспорте и т.д. Система работает как на основных UNIX-платформах,
так и в среде Windows.
Архитектура Versant в большей степени ориентирована на
логическое управления данными, т.е. объектами, а не на физическое представление
данных в виде, например, страниц. Управление размещением объекта осуществляется
системой способом, полностью прозрачным для пользователей. Для поддержки
локальных хранилищ объектов используется кэширование.
Система обладает свойством отказоустойчивости. Для
этого допускается синхронная репликация базы данных на двух серверах, которые
могут находиться в одной локальной сети или разнесены в разные точки глобальной
сети. В одной базе данных Versant может храниться около трехсот триллионов
объектов, размер каждого из которых неограничен. Для архивации данных может
использоваться третичная внешняя память с автоматическим оповещением оператора
в случае потребности извлечения объектов из архива.
Поддерживаются кластеры совместно используемых
объектов, причем встроенные объекты хранятся внутри своих объектов-предков, что
способствует уменьшению уровня фрагментации памяти. Кластеризация применяется и
при внешнем кэшировании. Кроме того, в системе Versant поддерживается
возможность использования персональных баз данных, установленных на мобильных
компьютерах. Они могут быть отсоединены от сервера центральной базы данных,
использоваться автономно и зафиксировать свои изменения в центральной базе
данных после восстановления соединения.
Управление транзакциями основывается, главным образом,
на синхронизационных блокировках на уровне объектов, хотя возможны блокировки
классов и версий объектов. Имеется целый ряд разновидностей блокировок:
короткие блокировки для коротких транзакций, стабильные блокировки для долгих
транзакций и т.д. Допускается даже возможность расширения модели блокировки
правилами, желательными для пользователей. Система избегает тупиковых
синхронизационных ситуаций, не удовлетворяя запросы на блокировку, которые
могут привести к тупику.
Фиксация распределенных транзакций основывается на
двухфазном протоколе фиксации. Поддерживаются частичная фиксация кэшей,
механизмы контрольных точек и точек сохранения. Обеспечивается и возможность
образования вложенных транзакций. При реализации долгих транзакций используется
механизм check -in /check -out с установкой стабильной блокировки на требуемые
объекты, предотвращающей доступ к этим объектам со стороны других транзакций до
завершения данной долгой транзакции.
Имеется возможность регистрации на сервере событий,
которые интересуют приложения. При регистрации серверу сообщается вид события и
операция, которую следует выполнять при возникновении события. К событиям,
которые разрешается регистрировать, относятся обновление и удаление классов,
создание, обновление и удаление объектов.
Для повышения надежности хранения баз данных
поддерживаются два вида журналов – логический и физический. При необходимости
восстановления базы данных по архивной копии все зафиксированные к моменту сбоя
транзакции повторно воспроизводятся по логическому журналу.
Обеспечивается ссылочная целостность базы данных и
прозрачность месторасположения объектов в распределенной среде. Объекты могут
мигрировать по узлам сети, что способствует балансировке нагрузки, и оставаться
полностью доступными для приложений. Допускается динамическая модификация
классов, приводящая к автоматической модификации всех существующих в базе
данных объектов этих классов. При этом система все время остается в рабочем
состоянии, и приложения продолжают выполняться. Поддерживается развитый
механизм версий. По известной версии объекта можно получить доступ к его
предкам, потомкам и братьям.
Для представления связей между объектами базы данных
используется единый стабильный указательный тип. В системе поддерживаются
скрытые от пользователей преобразования указателей базы данных в обычные
указатели C ++ и наоборот. Поэтому объекты создаются и ликвидируются с помощью
стандартных конструкторов и деструкторов классов.
Для программирования можно использовать языки C ++ и
Smalltalk , причем безо всяких расширений. Поддерживаются возможности,
специфичные для работы с базами данных. Например, имеется средство
автоматической генерации схемы базы данных прямо по файлам заголовков C ++. Это
позволяет обойтись без использования специализированных препроцессоров или
компиляторов. Специальные системные классы позволяют работать со всеми
разновидностями типов коллекций, специфицированными в стандарте ODMG . Любой
объект, созданный в среде C ++, доступен в среде Smalltalk и наоборот.
Запросы к базам данных Versant можно задавать с
помощью специального системного класса, позволяющего обходить объекты
коллекций. Поддерживается расширенный вариант SQL /89. Имеется драйвер ODBC .
Обеспечивается доступ из среды Versant к внешним реляционным базам данных.
Заключение к подразделу
Приведенный краткий обзор основных особенностей
наиболее популярных коммерческих ООСУБД показывает, прежде всего, очень большую
техническую разнородность этих систем. В общем смысле все системы соответствуют
базовой модели ODMG , но следует обратить внимание, что крайне редко в качестве
языка запросов поддерживается OQL , и ни в одной системе не поддерживается ODL
.
Ни одна из компаний, производящих ООСУБД, так и не
смогла набрать критическую массу, достаточную для того, чтобы стать лидером,
диктующим моду в данной области (как это произошло с IBM и Oracle в области SQL
-ориентированных СУБД). Крупные компьютерные компании так и не решились
приобрести какой-нибудь продукт ООСУБД, чтобы развивать его и продвигать на
рынке. Примером является поглощение одной из наиболее известных в мире ООСУБД
компании ObjectSystems не самой крупной компьютерной компанией Progress
Software . Компания Progress пошла на этот шаг не потому, что ей понадобилось
владеть ООСУБД ObjectStore , а только по той причине, что ранее на основе этой
СУБД в компании ObjectSystems был создан продукт eXcelon , предназначенный для
управления XML -данными.
Когда появился и стал широко распространяться язык
Java , казалось, что поддержка этого языка станет сильным козырем ООСУБД. В
1997 г. одна из крупнейших софтверных компаний Computer Associates выпустила на
рынок ООСУБД Jasmine , в которой активно поддерживался язык Java . Объявляя о
выпуске этого продукта, президент компании заявил, что по его оценкам в течение
пяти лет Jasmine войдет в тройку наиболее доходных продуктов Computer Associates
. Пять лет прошло, появилось сообщество пользователей Jasmine , но совсем не
такое большое, как рассчитывало руководство компании.
2.4 Заключение раздела
Конечно, трудно сравнивать технологию
объектно-ориентированных СУБД с технологией SQL -ориентированных систем51. SQL
вышел из реляционного подхода к управлению базами данных. Основной идеей
являлась максимальная простота логических структур данных, обеспечивающая
логическую независимость приложений от используемых ими баз данных. ООСУБД
вышли из объектно-ориентированных языков программирования. Основная идея
состояла в желании обеспечить хранение в базе данных произвольно сложных
структур данных, какие только допускает язык программирования. Эта
принципиальная разница в идейной основе подходов неизбежно привела к
принципиальному различию в технологиях.
В этом разделе мы сначала рассмотрели общие модельные
принципы организации ООСУБД, начав с Манифеста объектно-ориентированных баз
данных и перейдя затем к стандарту ODMG . Следует заметить, что в целом стандарт
ODMG оставляет противоречивые ощущения. С одной стороны, в документе содержится
много интересных идей и технических спецификаций. С другой стороны, некоторые
важные части стандарта кажутся недостаточно проработанными и плохо
отредактированными. Местами встречаются противоречия и прямые ошибки. Но это
единственный общепризнанный стандарт ООСУБД, и его полезно знать хотя бы в
общих чертах. В конце раздела мы кратко описали черты нескольких известных
коммерческих ООСУБД, чтобы показать, что в области ООСУБД отношение
производителей к стандартам более анархично, чем в области SQL -ориентированных
СУБД.
Список литературы
[24] К. Дейт.
“Введение в системы баз данных”. 2-е изд., М.: Наука.1980
[25] К. Дейт. “Введение в системы баз данных”. 6-е
изд., М.; СПб.: Вильямс.- 2000
[26] К. Дейт. “Введение в системы баз данных”. 7-е
изд., М.; СПб.: Вильямс.- 2001
Для подготовки данной работы были использованы
материалы с сайта http://ping.alfaspace.net