Что такое СУБД: назначение, основные функции и возможности системы управления базами данных

В современном мире приходится обрабатывать большие объемы информации. Их хранят на внешних накопителях или в памяти компьютера в виде файлов — баз данных. Но ни извлечь нужную информацию, ни удалить ее или изменить не удастся без специального программного обеспечения — СУБД. 

Об основных характеристиках, назначении подобных решений пойдет речь в этой статье. На чтение потребуется не более 15 минут.

Что такое СУБД: базовые понятия

Система управления базами данных СУБД — это ПО, предназначенное для работы с базами данных. С его помощью формируют, актуализируют, корректируют записи.

Под базой данных понимают записи, структурированные определенным образом. Их хранят в файлах заданного формата. Еще один важный элемент, без которого не получится работать с БД и СУБД, — язык запросов. Самым популярным считается SQL. Его используют для построения запросов и работы с нужными записями. 

Ключевые функции СУБД для эффективной работы с данными

Среди функций систем управления БД можно выделить следующие:

• администрирование с добавлением, изменением, удалением записей, определением форматов;
• предотвращение несанкционированного доступа, запрет на совершение определенных действий;
• сортировка записей по критериям пользователя, запись на носители;
• создание резервных копий, возврат при необходимости к данным более ранних уровней;
• формирование отчетов в разрезе запросов пользователя, предоставление аналитики, построение прогнозов;
• поиск ошибок в «больших данных» при обучении машинных моделей.

Также администратор или разработчик может отслеживать действия абонентов, проверять корректность транзакций, проводить масштабирование при добавлении пользователей или рабочих станций.

Основные объекты СУБД: от таблиц до триггеров

В составе СУБД можно выделить ряд элементов:

1. Таблицы. В них по строкам или столбцам сохраняют информацию в соответствии с заданной структурой: параметрами строк и столбцов, установленными ограничениями, идентификаторами, характером внешних связей (один к одному, один ко многим, многие ко многим). 
2. Формы. Это объекты для наглядного представления информации и организации работы с ней, выбора формата отображения на экране.
3. Запросы. С их помощью пользователь обозначает, какие данные необходимо извлечь, какие операции проводить: обновление, удаление, добавление, вычисление средних, максимальных, минимальных значений. Для формирования запросов используют и специальные языки программирования, и интерфейс СУБД.
4. Отчеты. Могут быть пользовательскими или системными. Формируются на базе данных из одной или нескольких таблиц, любого количества запросов. Может быть встроенный конструктор отчетов с сохранением в формате PDF, Excel и Word.
5. Триггеры. Эти встроенные процедуры характерны для реляционных БД. Активируются не по требованию пользователя, а при выполнении определенных действий с записями. Характерные триггеры — проверка целостности информации, отмена операций с ошибками.

Взаимодействие объектов СУБД: как работает система

Все начинается с момента формирования запроса. Пользователь обозначает, какие операции предстоит выполнить. Запрос может затрагивать один или несколько источников (БД). 

Процессор или компилятор принимает его и переформирует в набор команд. При необходимости обработка ведется в квазипараллельном режиме с разделением возможностей ядра, блоков памяти, иных ресурсов.

Далее система обращается к таблицам или иным источникам информации. В строках реляционных БД хранятся сущности или записи. Столбцы — для хранения атрибутов. Для взаимодействия с таблицами используются ключи. Это может быть характеристика товара, наименование подразделения на предприятии и т. д. Таблица может быть и системной — с метаданными о структуре собственно БД и СУБД. У рядовых пользователей нет доступа к такой информации. 

Все действия выполняются в рамках транзакций под контролем системного менеджера. Важно отметить, что каждая транзакция выполняется автономно. Только после фиксации результатов операций их смогут использовать другие пользователи и операции.

Результат выполнения запроса передается пользователю в формате отчета, обработки, иной операции. 

Виды современных СУБД

Существует несколько классификаций систем управления базами данных. 

По структуре и организации данных

На первом этапе разработчики предлагали пользователям реляционные системы. Этот вариант предполагает, что для размещения информации используют комплексы таблиц. Записи хранятся в строках. Столбцы — для атрибутов (идентификаторов доступа). Ключи позволяют выбирать данные по запросу из одной или нескольких таблиц. 

Применительно к реляционным БД необходимо выделить определенный недостаток: работать можно только со структурированными данными. Но есть и иные варианты СУБД, например:

• Документные. Работать можно с текстами, изображениями любого типа. Востребованный формат — JSON. Особенность в том, что по запросу пользователю предоставляется весь документ. К этому типу относят MongoDB, Couchbase.
• Графовые. Каждый объект становится узлом сети. Ребра — это связи между ними. При поступлении запроса система проверяет информацию из узлов, «обходя» граф по заданной траектории. В качестве примера можно привести Neo4j, Amazon Neptune.
• Колоночные. Похожи на реляционные с той разницей, что данные записывают в столбцы. К преимуществам можно отнести тот момент, что есть возможность сжимать однотипные данные и минимизировать количество операций ввода-вывода при небольшом количестве обрабатываемых столбцов. Колоночные СУБД — Vertica, Clickhouse, Amazon Redshift. 

По хранению и обработке данных

По этому признаку выделяют:

• Клиент-серверные. СУБД и база данных находятся на одном сервере, к которому пользователи обращаются с запросами с разных устройств. Сервер — единственный контроллер доступа к информации.
• Файл-серверные. База данных хранится на центральном сервере, а СУБД — на устройствах пользователей. Чтобы получить доступ к данным, у пользователя должна быть установлена и настроена СУБД.
• Встраиваемые. Вариант для мобильных приложений и встраиваемых программ. Локальные СУБД встраиваются в приложения в виде библиотек для управления данными и работают на устройствах пользователей. СУБД здесь — не отдельное ПО, а модуль масштабной системы.

По способу хранения и обработки запросов

С учетом способа хранения выделяют СУБД:

• In-memory. Нужные данные загружаются в оперативную память. Быстродействие зависит от ее объема.
• Дисковые. Информация записана в постоянной памяти ПК. Ее загружают в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) по мере необходимости.
• Распределенные. Для хранения данных используют, например, все станции локальной сети.
• Гибридные. В этом случае основная часть информация записана на жестком диске, необходимая — в оперативной памяти.

Области применения и возможности современных СУБД

Первые системы управления БД появились более 50 лет назад. Изначально их использовали только для хранения данных и организации доступа к ним. 

За последние десятилетия функционал существенно расширился. Пользователям доступны следующие основные функции СУБД:

• создание резервных копий и откат к любой из них в экстренной ситуации или по мере необходимости;
• формирование запросов удобным способом, в том числе через интерфейсы сторонних приложений;
• хранение данных в разных форматах: объектом обработки может быть не только конкретное число или строка, но и многостраничный документ, аудиозапись, графическое изображение.

Сфера применения функциональных СУБД не ограничена. Их используют для хранения информации в БД интернет-магазинов, учетных и ERP-систем, для управления взаимоотношениями с клиентами, аналитики информации о продажах.

В корпоративном сегменте типичные сценарии — базы данных для операционных систем: транзакции, заказы, переводы, банкинг, телеком, биллинг, геоданные и локации; хранилище для платформенных решений: объединение логики и данных, профили пользователей и предпочтения, корзины покупок, сессии пользователей. Отдельное направление — агрегация данных для real-time аналитики: счётчики, метрики, телеметрия, агрегация и обработка событий, аналитика геоповедения.

«К 2026 году отечественные on-premise СУБД окончательно перешли от пилотных проектов к полноценной эксплуатации в критически важных системах. Наиболее типичный сценарий — использование в системах с непрерывной работой, где простои недопустимы: банковские платформы, биллинговые системы телеком-операторов, государственные информационные ресурсы»

Алексей Викулин, руководитель по развитию бизнеса компании Postgres Professional

Значительную долю среди корпоративных внедрений занимают промышленные предприятия, где СУБД используются для управления производственными процессами и анализа данных. Параллельно растёт практика применения в высоконагруженных цифровых сервисах — от электронной коммерции до клиентских платформ. Ключевой тренд заключается в том, что СУБД перестаёт быть отдельным компонентом и становится ядром единой платформы данных, вокруг которой выстраивается вся цифровая архитектура организации.

Примеры и преимущества современных СУБД

Приведем несколько примеров конкретных СУБД:

• PostgreSQL. Относится к клиент-серверным и реляционным. Подходит для обработки «больших данных». Для составления запросов можно использовать языки SQL, PL/Perl, PL/Python и PL/Java. 
• MySQL. Работает с реляционными БД по клиент-серверному принципу. Сфера применения ограничивается относительно небольшими объемами данных. Достоинства: удобный пользовательский интерфейс и отсутствие ограничений по типу таблиц. MySQL выбирают интернет-магазины с ограничением по единицам хранения в пределах 50 млн.
• Microsoft SQL Server. Базовая версия доступна бесплатно. Расширенная рассчитана на масштабный бизнес с запросами от сотен и тысяч пользователей. В автоматическом режиме можно изменить формат данных, загружать их в память, сохранять. Формат объектов значения не имеет. Есть совместимость с Excel.
• MongoDB. Предназначена для работы с документами JSON-формата и их коллекциями на базе NoSQL. Программное обеспечение распространяется бесплатно. Код — открытый, систему можно дорабатывать и масштабировать под потребности бизнеса. Предусмотрена возможность распределения данных между десятками серверов и рабочих станций.

Кратко о преимуществах современных СУБД:

Высокая производительность: оптимизация запросов, индексирование и кэширование обеспечивают быстрый доступ к данным даже при больших объемах информации.

Масштабируемость: возможность вертикального и горизонтального масштабирования — система растет вместе с потребностями бизнеса.

Целостность и согласованность данных: механизмы ограничений предотвращают дублирование и ошибки, поддерживают корректные связи.

Безопасность: многоуровневая аутентификация и авторизация, шифрование данных, аудит действий пользователей и ведение журналов, соответствие отраслевым стандартам (GDPR, PCI DSS и др.).

Отказоустойчивость и надежность: автоматическое резервное копирование, механизмы восстановления после сбоев, репликация данных и кластеризация для минимизации простоев.

Многопользовательский доступ: поддержка одновременной работы множества пользователей с контролем параллелизма.

Экономическая эффективность: решения с открытым кодом, облачные модели оплаты, снижение затрат на администрирование за счет автоматизации.

Современные СУБД сочетают высокую производительность, масштабируемость и надежность. Широкие возможности СУБД делают их важнейшим инструментом для хранения, обработки и анализа информации в условиях растущих объемов данных и сложности задач в разных сферах деятельности.