Плюсы и минусы SQL-ориентированных СУБД с открытыми кодами

СУБД этой категории активно используются в разных приложениях, в которых не требуются качества, присущие коммерческим системам высшего класса. Одной из наиболее важных заслуг этого направления является то, что оно дает возможность приобретения мастерства разработки и сопровождения СУБД молодежи, в том числе, и российским молодым специалистам. Открытость систем позволяет участвовать в их разработке практически всем желающим при наличии соответствующих наклонностей и способностей. Проблемами сводобно доступных SQL-ориентированных СУБД, которые необходимо решить для обеспечения их надежной жизнеспособности, являются отсутствие новых идей и подходов, вечная погоня за «большой тройкой», недостаточная надежность, производительность и масштабируемость. Все эти проблемы очень серьезны, и удастся ли их преодолеть в полном объеме хотя бы в одном из проектов, покажет будущее.

Объектно-ориентированные базы данных

К объектно-ориентированным (ОО) СУБД проявлялся повышенный интерес в 1990-е гг. В начале 21-го века казалось, что их время прошло. Однако к концу первого десятилетия появились признаки активизации этой области.

История ООСУБД

Область ООСУБД возникла на основе ранее существовавшей области языков программирования баз данных. В этой области было выполнено множество исследований, и был разработан ряд интересных экспериментальных систем, включающих Атлант [35], DBPL [36] и PS-algol [37]. В 1990-е гг. консорциум ODMG разработал несколько стандартов объектно-ориентированной модели данных, последним среди которых был опубликован стандарт ODMG 3.0 [38]. В конце 1980-х – начале 1990-х гг. было создано несколько интересных ООСУБД, к которым относятся GemStone, Objectivity, Versant, Object Store и т.д. [1]. Коротко обсудим основные архитектурные особенности этих систем.

ООСУБД GemStone

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, было видно, что в действительности это 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 интерфейса. 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. [39].

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. Архитектура поддерживается рядом системных взаимодействующих процессов, среди которых доминирующими являются процессы Stone и Gem. Процесс Stone координирует доступ к хранилищу объектов, состоящему из нескольких областей внешней памяти, которые могут представлять собой файлы или разделы дисков, а также могут быть разнесены по нескольким машинам. Процесс Stone синхронизирует другие процессы и обеспечивает согласованность данных при фиксации транзакций. Кроме того, процесс отвечает за распределение идентификаторов объектов, объектных страниц и объектных блокировок. 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 для 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.

ООСУБД Objectivity/DB

Компания Objectivity Ошибка! Закладка не определена.Ошибка! Закладка не определена. [40] 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 блок 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. 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.

ООСУБД Versant

С 1988 г. компания Versant [41] предлагает решения, основанные на хорошо масштабируемой объектно-ориентированной архитектуре и проприетарном алгоритме кэширования. ООСУБД Versant является одной из немногих объектно-ориентированных систем, допускающих масштабирование уровня любого предприятия. Решения на базе

Versant 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 ленточная 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 фиксировать свои изменения в центральной базе данных после восстановления соединения. 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.

ООСУБД ObjectStore

Компания Object Design была основана в 1988 г. с целью ускоренной разработки и вывода на рынок ООСУБД, которую стали называть ObjectStore. В конце 90-х у Object Design установились тесные партнерские отношения с IBM, что позволило привлечь к созданию 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 [42]. 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 доступа к объекту достаточно выполнить одну команду компьютера.

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.