مروری بر سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS)

زمان مطالعه: 11 دقیقه

مروری بر سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS)

داده ها، شاهرگ حیات در عصر اطلاعات هستند که با سرعت زیادی به رشد خود ادامه می‌دهند. ازاین‌رو، مدیریت مؤثر این داده ها برای سازمان‌های فعال در تمامی بخش‌ها، امری بسیار مهم است. از طرف دیگر، پیچیده بودن ساختارهای داده جدید و نیازهای ایجاد شده برای بازیابی آنها، توسعه سیستم‌های مدیریت پایگاه داده قدرتمند (DBMS) را ضروری کرده است.

این مقاله درکی اساسی از DBMS، اجزای اصلی و مزایایی که برای مدیریت داده‌های مدرن به همراه دارد را ارائه می‌دهد. مفهوم مدل‌های داده را بررسی کرده و به نقش یک DBMS در حصول اطمینان از یکپارچگی داده ها، امنیت و دستکاری کارآمد اشاره خواهیم کرد. با ما همراه باشید.

DBMS چیست؟

سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) یک نرم‌افزار سیستمی برای ایجاد و مدیریت پایگاه‌های داده است. یک DBMS امکان ایجاد، محافظت، خواندن، به‌روزرسانی و حذف داده ها را در پایگاه داده برای کاربران نهایی فراهم می‌کند. رایج‌ترین نوع پلتفرم مدیریت داده، DBMS است که اساساً به عنوان رابط میان پایگاه‌های داده و کاربران یا برنامه‌های کاربردی عمل می‌کند و تضمین می‌کند که داده‌ها به طور مداوم سازمان‌دهی شده و به‌راحتی قابل‌دسترسی هستند.

DBMS داده ها را مدیریت می‌کند و به ایجاد هم‌زمانی، امنیت، یکپارچگی و رویه‌های مدیریت داده ها کمک می‌کند. DBMS از بسیاری از وظایف معمول مدیریت پایگاه داده، از جمله مدیریت تغییر، نظارت بر عملکرد و تنظیم، امنیت، و پشتیبان‌گیری و بازیابی پشتیبانی می‌کند. اکثر سیستم‌های مدیریت پایگاه داده همچنین مسئول بازگشت خودکار، راه‌اندازی مجدد و همچنین ثبت و ممیزی فعالیت‌های قابل‌انجام در پایگاه‌های داده و برنامه‌هایی هستند که به آنها دسترسی دارند.

DBMS می‌تواند استقلال منطقی و فیزیکی داده‌ها را برای محافظت از کاربران و برنامه‌های کاربردی ارائه دهد. به‌این‌ترتیب، زمانی که برنامه‌ها از رابط برنامه‌نویسی برنامه (API) برای اتصال به پایگاه داده‌ای که DBMS ارائه می‌دهد استفاده می‌کنند، توسعه‌دهندگان مجبور نخواهند بود به دلیل ایجاد تغییرات در پایگاه داده، برنامه‌ها را تغییر دهند.

اجزای سیستم مدیریت پایگاه داده چیست؟

DBMS بخشی از یک نرم‌افزار سیستمی است که از چند مؤلفه یکپارچه تشکیل شده و یک محیط سازگار و مدیریت شده را برای ایجاد، دسترسی و اصلاح داده ها در پایگاه داده ارائه می‌دهد. این مؤلفه‌ها شامل موارد زیر است:

اجزای سیستم مدیریت پایگاه داده

اجزای سیستم مدیریت پایگاه داده

انواع سیستم مدیریت پایگاه داده و مثال‌های DBMS

محبوب‌ترین مدل‌های سیستم‌های مدیریت پایگاه داده شامل RDBMS، NoSQL DBMS، NewSQL DBMS، DBMS درون حافظه، DBMS ستونی، DBMS چند مدل و DBMS ابری است که در ادامه به تشریح آنها پرداخته می‌شود.

RDBMS

RDBMS که با عنوان SQL DBMS نیز شناخته می‌شود، برای کاربردهای مختلف سازگار است. RDBMS داده‌ها را به‌صورت ردیف‌هایی در جداول، با طرح‌واره ثابت و روابطی که با مقادیر مشخص در ستون‌های کلیدی تعریف شده‌اند، ارائه می‌کند. محصولات RDBMS Tier-1 می‌توانند بسیار گران باشند، اما گزینه‌های با کیفیت بالا ومتن‌باز مانند PostgreSQL وجود دارند که می‌تواند مقرون‌به‌صرفه باشد. نمونه‌های دیگر از RDBMSهای محبوب عبارت‌اند از Oracle، MySQL، Microsoft SQL Server و IBM Db2.

NoSQL

NoSQL DBMS برای ساختارهای ضعیف‌تر داده که ممکن است در طول زمان تکامل پیدا کنند، مناسب است. در حالت کلی چهار نوع سیستم پایگاه داده NoSQL وجود دارد: پایگاه داده اسناد، پایگاه داده گراف، ذخیره‌سازی Key-Value و ذخیره‌سازی wide-column. هر کدام از این موارد، از مدل‌های داده متفاوتی استفاده می‌کنند که منجر به ایجاد تفاوت‌های قابل‌توجهی میان هر نوع NoSQL می‌شود.

  • پایگاه‌های داده اسناد، داده‌های نیمه‌ساختاریافته و توضیحات آن داده‌ها را در قالب سند و نشانه‌گذاری جاوا اسکریپت (JSON) ذخیره می‌کنند. این پایگاه‌های داده برای داده‌های انعطاف‌پذیر مانند موارد رایج در مدیریت محتوا و برنامه‌های کاربردی تلفن همراه مفید هستند. پایگاه‌داده‌های اسناد محبوب شامل MongoDB و Couchbase است.
  • پایگاه‌های داده گراف، به‌جای جداول یا اسناد، داده ها را در قالب گره‌ها و روابط سازماندهی می‌کنند. ازآنجاکه این پایگاه داده ارتباط میان گره‌ها را ذخیره می‌کند، نمایش داده‌ها در قالب نمودار انجام می‌گیرد. مدل داده‌های گراف به یک طرح‌واره دقیق متکی نیست و می‌تواند در طول زمان تکامل پیدا کند. پایگاه‌های داده گراف برای برنامه‌هایی که روابط را ترسیم می‌کنند، مانند پلتفرم‌های رسانه‌های اجتماعی، سیستم‌های رزرو یا مدیریت ارتباط با مشتری مفید هستند. نمونه‌هایی از پایگاه‌داده‌های گراف محبوب عبارت‌اند از Neo4j و GraphDB.
  • ذخیره‌سازی Key-Value، بر اساس یک مدل داده ساده است که یک کلید منحصربه‌فرد را با یک مقدار مرتبط جفت می‌کند. بنابراین از این مدل می‌توان برای توسعه برنامه‌های بسیار مقیاس‌پذیر و کارآمد مانند برنامه‌هایی برای مدیریت جلسه و ذخیره‌سازی در برنامه‌های وب یا مدیریت جزئیات سبد خرید برای خریداران آنلاین استفاده کرد. نمونه‌هایی از پایگاه‌های داده Key-Value محبوب عبارت‌اند از Redis و Memcached.
  • ذخیره‌سازی wide-column از جداول، ستون‌ها و ردیف‌های رایج در سیستم‌های پایگاه داده رابطه‌ای استفاده می‌کنند، اما نام ستون‌ها و قالب‌بندی می‌تواند از ردیفی به ردیف دیگر در یک جدول واحد، متفاوت باشد. هر ستون نیز به طور جداگانه روی دیسک ذخیره می‌شود. برخلاف ذخیره‌سازی سنتی ردیف گرا، یک ذخیره‌سازی ستونی گسترده هنگام جستجوی داده‌ها توسط ستون‌ها، مانند موتورهای توصیه‌گر، کاتالوگ، تشخیص تقلب و ثبت رویداد، به شکل بهینه عمل می‌کند. Cassandra و HBase نمونه‌هایی از ذخیره‌سازی wide-column هستند.

NewSQL

سیستم‌های رابطه‌ای مدرن که از SQL استفاده می‌کنند، سیستم‌های پایگاه‌داده NewSQL یا همان عملکرد مقیاس‌پذیر سیستم‌های NoSQL را ارائه می‌دهند. اما سیستم‌های NewSQL پشتیبانی ACID (اتمی، سازگاری، جداسازی و دوام) را برای سازگاری داده‌ها فراهم می‌کنند. یک NewSQL DBMS به عنوان یک سیستم پایگاه داده رابطه‌ای SQL ، با معماری توزیع‌شده و مقاوم در برابر خطا طراحی شده است. از دیگر ویژگی‌های پیشنهادهای سیستم NewSQL می‌توان به قابلیت ذخیره‌سازی درون حافظه و خدمات پایگاه داده خوشه‌ای با قابلیت استقرار در فضای ابری اشاره کرد. امروزه برخی از سازمان‌ها از برچسب NewSQL خودداری کرده و فناوری‌های خود را به عنوان پایگاه‌های داده SQL توزیع شده توصیف می‌کنند. CockroachDB، Google Cloud Spanner، NuoDB، Volt Active Data و YugabyteDB نمونه‌هایی از سیستم‌های پایگاه داده در این دسته هستند.

IMDBMS

یک سیستم مدیریت پایگاه داده درون حافظه برای ذخیره، مدیریت و دستکاری داده ها است که عمدتاً به حافظه اصلی متکی است. این سیستم با کاهش تأخیر مرتبط با خواندن از روی دیسک، می‌تواند زمان پاسخ‌دهی سریع‌تر و عملکرد بهتری را ارائه دهد، اما ممکن است منابع بیشتری را نیز مصرف کند. بنابراین، یک پایگاه داده در حافظه برای برنامه‌هایی که نیاز به عملکرد بالا و دسترسی سریع به داده‌ها دارند، مانند ذخیره‌گاه‌های داده‌ای که HTAP بلادرنگ (فرایند تراکنش و تحلیل ترکیبی) را پشتیبانی می‌کنند، ایده‌آل است. هر نوع DBMS (رابطه‌ای، NoSQL و غیره) نیز می‌تواند از پردازش درون حافظه پشتیبانی کند. SAP HANA و Redis نمونه‌هایی از سیستم‌های پایگاه داده درون حافظه هستند.

دیتابیس NoSQL

یک سیستم مدیریت پایگاه داده درون حافظه برای ذخیره، مدیریت و دستکاری داده ها است که عمدتاً به حافظه اصلی متکی است

CDBMS

یک سیستم مدیریت پایگاه داده است که داده ها را در جداول متمرکز بر ستون‌ها (به‌جای ردیف‌ها) ذخیره می‌کند. به‌این‌ترتیب، زمانی که تنها به زیرمجموعه‌ای از ستون‌ها نیاز است، دسترسی به داده ها کارآمدتر می‌شود. این سیستم برای انبارهای داده‌ای که اقلام داده مشابه زیادی دارند، مناسب است. سیستم‌های محبوب پایگاه داده ستونی شامل Snowflake و Amazon Redshift هستند.

DBMS چندمدلی

این سیستم از بیش از یک مدل پایگاه داده پشتیبانی می‌کند. کاربران می‌توانند بدون نیاز به تغییر به DBMS دیگر، مناسب‌ترین مدل را برای نیازهای خود انتخاب کنند. به‌عنوان‌مثال، IBM Db2 یک DBMS رابطه‌ای است، اما یک سیستم ستونی را نیز ارائه می‌دهد. بسیاری از سیستم‌های پایگاه داده محبوب، از جمله Oracle، PostgreSQL و MongoDB، جزو DBMS چندمدلی نیز حساب می‌شوند. محصولات دیگر، مانند Azure Cosmos DB و MarkLogic، نیز به طور خاص، به عنوان پایگاه‌داده‌های چندمدلی توسعه داده شده‌اند.

DBMS ابری

DBMS ساخته شده و قابل‌دسترسی از طریق ابر، ممکن است هر نوع DBMS (رابطه‌ای، NoSQL، و غیره) باشد که توسط فروشنده پایگاه داده مستقر و مدیریت می‌شود. سرویس‌های ابری محبوبی که پیاده‌سازی پایگاه داده ابری را امکان‌پذیر می‌کنند، عبارت‌اند از: Microsoft Azure، Google Cloud و AWS.

مزایای DBMS برای کسب‌وکارها

یکی از بزرگ‌ترین مزایای استفاده از DBMS این است که به کاربران و برنامه‌نویسان برنامه اجازه می‌دهد با مدیریت یکپارچه داده ها، به اطلاعات مشابه دسترسی داشته و از آنها استفاده کنند. درواقع DBMS با ذخیره داده‌ها در یک پایگاه مرکزی، این امکان را فراهم می‌کند تا چندین کاربر بتوانند به طور هم‌زمان و به شیوه‌ای کنترل شده، به آنها دسترسی داشته باشند.

مدیریت داده ها در DBMS مزایای زیر را به همراه دارد:

  • استقلال داده ها
  • امنیت داده ها
  • مدیریت قفل داده‌ها برای ایجاد دسترسی هم‌زمان
  • کنترل کارآمد داده‌ها برای رفع نیازهای برنامه‌های مختلف به استفاده از داده‌های یکسان
  • بازیابی سریع خرابی‌ها و خطاها
  • یکپارچگی داده قدرتمند
  • ثبت و حسابرسی فعالیت‌ها
  • دسترسی ساده با استفاده از یک API استاندارد
  • ایجاد رویه‌های استاندارد مدیریت برای ذخیره‌سازی و کار با داده ها

یک سیستم مدیریت پایگاه داده همچنین می‌تواند نماهای زیادی از یک پایگاه داده واحد ارائه دهد. یک View مشخص می‌کند که کاربر چه داده‌هایی را مشاهده می‌کند.  درواقع DBMS سطحی از انتزاع را میان طرح مفهومی که ساختار منطقی پایگاه داده را تعریف می‌کند و طرح فیزیکی که فایل‌ها، فهرست‌ها و سایر مکانیسم‌های فیزیکی مورداستفاده پایگاه داده را توصیف می‌کند، ارائه می‌دهد. یک DBMS به کاربران امکان می‌دهد تا در زمان تغییر نیازمندی‌های کسب‌وکار، سیستم‌ها را با سادگی بیشتری اصلاح کنند. یک DBA می‌تواند دسته‌های جدید داده‌ها را، بدون ایجاد اختلال در سیستم موجود، به پایگاه داده اضافه کند؛ در نتیجه برنامه‌ها از ساختار و نحوه ذخیره داده‌ها جدا می‌کند.

بااین‌حال، یک DBMS برای ارائه این مزایا، باید کارهای بیشتری انجام دهد و در نتیجه کسب‌وکار را متحمل هزینه‌های اضافی می‌کند. DBMS نسبت به یک سیستم ذخیره‌سازی فایل ساده، از حافظه و CPU بیشتری استفاده می‌کند و انواع مختلف DBMS به انواع و سطوح مختلف سیستمی نیاز دارند.

معایب DBMSها

اگرچه سیستم‌های مدیریت پایگاه داده روش مدیریت داده‌های کسب‌وکارهای کوچک و بزرگ را متحول کرده است، اما منحنی یادگیری برای پیاده‌سازی و مدیریت DBMS سازمانی می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. این موضوع به‌ویژه در مواردی که DBMS باید با سیستم‌های برنامه‌ریزی منابع سازمانی (ERP) یا پلتفرم‌های مدیریت ارتباط با مشتری (CRM) یکپارچه شود، بیشتر خود را نشان می‌دهد.

درواقع سیستم مدیریت پایگاه داده در کنار مزایای زیادی که به همراه دارد، با چالش‌هایی نیز همراه است که در ادامه به مهم‌ترین آنها اشاره شده است:

  • پیچیدگی: راه‌اندازی و نگهداری DBMS می‌تواند پیچیده باشد و به دانش و مهارت‌های تخصصی نیاز دارد،
  • ایجاد سربار: استفاده از DBMS می‌تواند به عملکرد یک برنامه، سربار اضافه کند؛ به‌ویژه  در مواردی که به سطوح بالایی از هم‌زمانی نیاز است،
  • مقیاس‌پذیری: استفاده از DBMS می‌تواند مقیاس‌پذیری یک برنامه را محدود کند، زیرا برای اطمینان از سازگاری داده‌ها، نیاز به استفاده از قفل و سایر مکانیسم‌های همگام‌سازی دارد،
  • هزینه: هزینه خرید، نگهداری و ارتقای یک DBMS می‌تواند بالا باشد؛ به‌ویژه برای سیستم‌های بزرگ یا پیچیده،
  • استفاده محدود: استفاده از DBMS مناسب همه کسب‌وکارها نیست. برخی از سیستم‌ها به قابلیت اطمینان، ثبات یا امنیت بالایی نیاز ندارند و ممکن است توسط انواع دیگر ذخیره‌سازی داده ها بهتر ارائه شوند.

RDBMS چیست؟

RDBMS رایج‌ترین نوع DBMS است که برای تعامل با پایگاه‌داده‌هایی استفاده می‌شوند که حاوی داده‌های ساختاریافته، در قالب جدول با روابط از پیش تعریف شده، هستند. علاوه بر این، RDBMSها از زبان پرس‌وجوی ساخت‌یافته (SQL) برای تعامل با پایگاه داده استفاده می‌کنند. Microsoft SQL، MySQL و Oracle Database برخی از DBMSهای محبوب هستند که در این دسته قرار می‌گیرند.

سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای (RDBMS) نوعی سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) است اما همه DBMS ها، RDBMS نیستند. در جدول زیر مقایسه RDBMS و DBMS نشان داده شده است.

RDBMSDBMS
تنها برای مدیریت پایگاه‌داده‌های رابطه‌ای مناسب استبرای مدیریت انواع مدل‌های پایگاه داده، می‌توان از مدل‌های مختلف آن استفاده کرد
همیشه داده ها را در جداول دارای ردیف و ستون ذخیره می‌کندبسته به نوع DBMS مورداستفاده، داده ها را می‌توان در ساختارهای متنوعی ذخیره کرد
به طور خودکار، یکپارچگی داده ها را از طریق محدودیت‌هایی مانند کلید اصلی، کلید منحصربه‌فرد و کلید خارجی اعمال می‌کندشیوه یکپارچگی داده ها ممکن است در انواع مختلف DBMS متفاوت باشد
همیشه از SQL استفاده می‌کندانواع مختلف DBMS می‌توانند از زبان‌ها یا تکنیک‌های مختلفی برای دستکاری داده ها استفاده کنند

مقایسه DBMS و RDBMS

DBMS با پایگاه داده چه تفاوتی دارد؟

دو اصطلاح «پایگاه داده» و «سیستم مدیریت پایگاه داده» اغلب به‌جای یکدیگر استفاده می‌شوند. این موضوع اغلب به این دلیل است که اکثر کاربران از DBMS و نقش متمایز آن در مدیریت داده ها آگاه نیستند و تنها پایگاه داده را مشاهده می‌کنند. حتی گاهی اوقات DBMS مستقیماً در کد برنامه تعبیه شده است و بنابراین کمتر به عنوان یک سیستم جداگانه دیده می‌شود.

برای ایجاد تمایز بین این دو اصطلاح و استفاده صحیح از آنها، درک نقش‌ها و عملکردهای مربوط به هرکدام می‌تواند مؤثر باشد. در کل می‌توان گفت:

  • پایگاه داده مجموعه‌ای ساختاریافته از داده ها است
  • سیستم مدیریت پایگاه داده نرم‌افزاری است که توسعه‌دهندگان، کاربران نهایی و برنامه‌های کاربردی از آن برای تعامل با پایگاه داده استفاده می‌کنند.
تفاوت پایگاه داده و DBMS

تفاوت پایگاه داده و DBMS

آینده DBMSها

همان‌طور که در این مقاله به آن اشاره شد، DBMSها مهم هستند، زیرا مکانیسم‌های کارآمد و قابل‌اعتمادی را برای سازماندهی، مدیریت و استفاده از حجم وسیعی از داده ها ارائه می‌کنند و درعین‌حال، از یکپارچگی داده ها و سایر مزایای مدیریت داده ها نیز اطمینان می‌یابند.

DBMSهای امروزی از فناوری‌های پیشرفته مانند هوش مصنوعی، یادگیری ماشین (ML) و بلاکچین برای مقابله با چالش‌های کلان داده و کمک به سازمان‌ها برای سازگاری با مقررات و استانداردهای مدیریت داده ها استفاده می‌کنند.

  • DBMSهای مجهز به قابلیت‌های هوش مصنوعی و ML می‌توانند وظایفی مانند بهینه‌سازی پرس‌وجو، نمایه‌سازی داده ها و تشخیص ناهنجاری در داده‌ها را خودکار کنند. سیستم‌های مدیریت پایگاه داده هوشمند می‌توانند از الگوهای داده یاد بگیرند، با بارهای کاری در حال تغییر سازگار شوند و عملکرد را به طور مستقل بهینه کنند.
  • پایگاه‌های داده فعال‌شده با بلاکچین می‌توانند امکان ذخیره‌سازی داده‌های غیرقابل‌تغییر و شفاف را فراهم و تراکنش‌های ایمن را فعال کنند. این نوع از DBMS ها، نیاز به مقامات مرکزی را از بین می‌برد و درعین‌حال، یکپارچگی داده ها را افزایش می‌دهد. این موضوع آنها را برای حوزه‌های مالی، زنجیره تأمین و صنایع نیازمند مراقبت‌های بهداشتی ایده‌آل می‌کند؛ در حوزه‌ای که خطرات و تأثیرات دستکاری داده ها در آن قابل‌توجه است.
  • DBMS با قابلیت‌های پردازش جریان داخلی برای مواردی مانند تجزیه‌وتحلیل بلادرنگ، تشخیص تقلب و ارائه تجربیات شخصی به مشتری، حیاتی می‌شوند. با ظهور اینترنت اشیا و منابع داده در جریان، DBMSها باید پردازش داده‌های بلادرنگ را حتی کارآمدتر انجام دهند.

منابع

  • ibm.com
  • techopedia.com
  • techtarget.com
  • bmc.com
  • geeksforgeeks.org
  • appdynamics.com