Путеводитель по базам данных

От автора....14

Часть I. Классификация баз данных....20

Глава 1. Модели данных....22

Реляционные БД....22

Исторический экскурс....22

Реляционная алгебра....24

Ограничения целостности....28

Вспомогательные структуры данных....30

Диаграммы «сущность—связь»....31

Нормальные формы....34

Хранилища «ключ—значение»....39

Java caching API....39

Документоориентированные БД....40

Форматы хранения документов....44

Хранилища семейств колонок....51

БД временны́х рядов....53

Другие модели данных....54

Объектные БД....54

Графовые БД....56

Сравнение моделей данных....58

Литература....60

Глава 2. Другие методы классификации баз данных....62

Аналитические и транзакционные БД....62

Монолитные и распределённые БД....64

БД на диске и в памяти....67

Карта баз данных....69

Литература....72

Часть II. Доступ к данным....74

Глава 3. Структуры хранения данных....76

Общая информация о дисковых структурах....76

Изменяемые и неизменяемые структуры....76

Эффективность операций....78

Изменяемые структуры....80

Неупорядоченная таблица....80

Сжатие данных....84

B-дерево....86

Другие страничные структуры....91

Буферный кеш....94

Неизменяемые структуры....97

LSM-дерево....97

Фильтр Блума....101

Механизмы хранения на основе LSM-деревьев....103

Прочие неизменяемые структуры....104

Колоночное хранение....105

Концепция и история....105

Оптимизация доступа....108

Обновление данных....112

Локализация данных....116

Секционирование....116

Шардирование....123

СУБД в памяти....133

IMDG и IMDB....133

Обеспечение надёжного хранения....135

Примеры СУБД в памяти....137

Литература....146

Глава 4. Обработка данных....150

Поиск данных....150

Поиск данных в структурах на основе LSM-дерева....150

Поиск в неупорядоченной таблице....151

Индексирование....154

Поиск в B-дереве....158

Самый быстрый способ поиска....162

Операции реляционной алгебры....163

Соединение вложенными циклами (nested loops)....165

Соединение слиянием (merge join)....166

Соединение хешированием (hash join)....167

Самый быстрый способ соединения....169

Оптимизация запросов....171

План выполнения запроса....172

Эвристическая оптимизация....175

Оптимизация, основанная на стоимости....176

Кеширование запросов и планов....185

Оптимизация параметризованных запросов....187

Ручное управление планами....191

Реализация бизнес-логики....193

Клиентские модули....193

ORM....198

Хранимый код....201

Литература....207

Часть III. Архитектура СУБД....210

Глава 5. Гарантии корректности данных....212

Транзакции....212

Атомарность....213

Согласованность....214

Изоляция....215

Долговечность (надёжность)....221

Журналирование....222

Назначение журнала....222

Работа с журналом....223

Устройство журнала....227

Структуры без журналирования....229

Общий алгоритм выполнения транзакции....232

Блокировки....233

Классификация блокировок....233

Управление блокировками....240

Конкурентные транзакции без блокировок....244

Версионирование данных....245

Обработка данных без версионирования....245

Версионирование в страничных хранилищах....246

Версионирование в хранилищах на основе LSM-деревьев....251

Версионирование в СУБД в памяти....253

Литература....254

Глава 6. Устройство СУБД....258

Экземпляр....258

Структура экземпляра....258

Общая память экземпляра....259

Пользовательские процессы....264

Служебные процессы....267

База данных....268

Связь базы данных и экземпляра....268

Состав базы данных....269

Литература....272

Часть IV. Распределённые базы данных....274

Глава 7. Компромиссы распределённых баз данных....276

CAP-теорема....276

Формулировка CAP-теоремы....277

Критика CAP-теоремы....279

Системы CP и AP и классификация PACELC....280

Исторический экскурс: CA-системы....283

Oracle RAC....284

IBM PureData System for Transactions....286

HPE NonStop....288

SAP HANA....290

Согласованность в распределённых системах....292

Линеаризация изменений....292

Причинная согласованность....297

Топология кластера....300

Статическая топология....300

Протоколы сплетен....303

Литература....308

Глава 8. Изменение данных в распределённых системах....310

Основные понятия....310

Отказоустойчивый кластер с репликацией....312

Распределённый консенсус....315

Paxos....316

Multi-paxos....319

Raft....320

Zookeeper Atomic Broadcast....324

Другие алгоритмы распределённого консенсуса....325

Распределённые транзакции....327

Протокол двухфазной фиксации....327

Детерминированные транзакции (Calvin transactions)....329

Сага....334

Компенсация несогласованности....337

Нестрогий кворум и направленная передача....337

Восстановление данных и дерево Меркла....338

Версионирование объектов....339

Безопасные типы данных....343

Счётчик (counter)....344

Множество (set)....345

Архитектура распределённых платформ....346

Приложение как координатор транзакции....346

Буквальная реализация спецификации X/Open....347

Выделенный координатор транзакций....347

«Настоящее горизонтальное масштабирование»....349

Google Spanner....350

CockroachDB....351

FoundationDB....353

Независимые узлы — участники саги....355

Литература....356

Часть V. Восстановление при сбоях....360

Глава 9. Репликация....362

Блочная репликация....362

Физическая репликация....365

Логическая репликация....368

Репликация триггерами....371

Репликация с помощью журналов СУБД....372

Репликация с помощью CDC....372

Прикладная репликация....373

Так что же лучше?....374

Литература....376

Глава 10. Резервное копирование....378

Выгрузка данных....379

Холодное сохранение файлов БД....380

Горячее сохранение файлов БД....381

Восстановление на точку....384

Инкрементальное резервное копирование....385

Литература....389

Часть VI. Эксплуатация баз данных....390

Глава 11. Управление базой данных....392

Механизмы управления....392

Мониторинг и журналирование....392

Несколько слов о мониторинге....394

Мониторинг баз данных....396

Мониторинг доступности экземпляра....396

Мониторинг сервера....396

Мониторинг состояния экземпляра....398

Настройка производительности....399

Использование динамических представлений....399

Другие методы настройки производительности....400

Литература....403

Глава 12. Оборудование....404

Серверы....404

Мейнфреймы....404

Мини-ЭВМ....405

Открытые системы....406

Семейство x86....408

Что дальше?....411

Системы хранения данных....412

Дисковый массив или локальные диски?....412

Протоколы сетевого доступа к дискам....414

Hi-end или mid-range?....415

Отказоустойчивость дисковых массивов....416

Литература....419

Глава 13. Коммерческие вопросы эксплуатации....420

Надёжность и производительность....420

Тестирование производительности баз данных....420

Влияние оборудования на производительность БД....423

Обеспечение надёжности баз данных....425

Классификация информационных систем....429

Базы данных в облаке....435

Монолитные транзакционные платформы....436

Распределённые платформы....438

Процедура выбора платформы....440

Формирование списка....440

Оценка стоимости....442

Оценка возможностей....443

Результат....445

Литература....446

Часть VII. Безопасность баз данных....448

Глава 14. Разграничение доступа....450

Ролевая модель доступа....450

Субъекты и объекты....450

Полномочия....453

Ограничение доступа на уровне строк....455

Фильтры строк....455

Доступ на основе меток (label security)....457

Модель доступа для транзакционных приложений....459

Литература....461

Глава 15. Защита от внутренних угроз....462

Принятие решения о защите....462

Классификация данных....462

Принципы защиты данных....464

Модель угроз....465

Средства защиты данных....466

Шифрование....466

Настройка совмещения ролей....469

Аудит....470

Маскирование данных....473

Литература....475

Послесловие....476

Предметно-именной указатель....482

Книга рассказывает об архитектурных принципах, на которых базируются все современные системы управления базами данных, а также об алгоритмах и структурах данных, которые в них используются. Особое внимание уделено сравнению реализаций одних и тех же подходов в близких по функциональности платформах. Кроме того, предлагается оригинальная классификация СУБД, рассматриваются вопросы эксплуатации и обеспечения безопасности.

Для широкого круга ИТ-специалистов и студентов профильных вузов.