Oracle Database — что это и как работает

В мире современных технологий базы данных играют ключевую роль в обеспечении эффективного хранения, управления и доступа к информации. Среди множества коммерческих и open-source решений, одной из самых известных и влиятельных является Oracle Database, или просто Oracle DB.

В этой статье мы рассмотрим, почему Oracle DB заслужила свою популярность, какие возможности она предоставляет, и для каких задач она наиболее подходит. Углубимся в мир этой мощной системы управления базами данных и узнаем, почему она стала надежным партнером для крупных корпораций и организаций по всему миру.

Общие сведения

Кратко говоря, СУБД (системы управления базами данных) необходимы для эффективного хранения и управления данными, которые используются в интернете, такими как тексты, фотографии, мемы, посты, переписки и многое другое. Базы данных помогают разработчикам легко организовывать и хранить эту информацию на серверах. Однако сама по себе БД представляет собой просто текстовый файл, и для эффективного управления данными нужна система управления базами данных (СУБД).

Можно представить себе аналогию с посещением библиотеки. Если просто кричать в стеллажи, чтобы найти нужную книгу, ничего не произойдет. Однако если обратиться к библиотекарю, он сможет быстро найти нужную книгу в каталоге и предоставить ее.

Точно так же система управления базами данных (СУБД) действует как библиотекарь для данных:

• Вносит изменения в существующие данные.
• Ищет данные по запросу пользователя.
• Создает резервные копии и восстанавливает данные после сбоев.
• Обеспечивает безопасность БД от взломов и копирования.
• Добавляет новые данные в базу.
• Сортирует данные с учётом их структуры и использует фильтры для поиска нужной информации.

Таким образом, СУБД играют важную роль в эффективной работе с данными в интернете и других сферах.

Oracle DB — это исторически значимая система управления базами данных (СУБД), которая была создана в 1970-х годах Ларри Эллисоном и Бобом Майнером, оба из которых имели опыт работы в Центральной разведывательной службе США (ЦРУ). Эта СУБД считается культовой, потому что она была первой успешной коммерческой СУБД, работающей по реляционной модели.

Реляционная модель означает, что данные в базе упорядочены в виде таблиц. Ранее данные хранились хаотично во множестве файлов без централизованной системы, и связи между данными отсутствовали. Однако Oracle DB внедрила реляционную модель, где таблицы связаны между собой с использованием ключей. Это позволило автоматически обновлять данные во всех связанных таблицах, если что-то менялось в одной из них.

Примером реляционной базы данных может быть университетская ведомость с оценками, где данные о студентах и предметах связаны ссылками на их идентификаторы. Это упрощает обновление данных, например, при переводе студента в другую группу.

Временами данные стали более сложными, и стандартные таблицы стали недостаточными. В ответ на это Oracle добавила в свою СУБД возможность использовать объектную модель, что позволяет хранить данные в виде объектов с разными свойствами, которые могут взаимодействовать друг с другом.

По сути, Oracle DB можно назвать объектно-реляционной СУБД, так как она объединяет возможности обоих подходов: реляционных таблиц для простых приложений, таких как сайты и блоги, и объектной структуры для сложных систем, например, для ERP-систем.

Виды

Oracle Database предоставляется в четырех различных вариантах, каждый из которых имеет свои особенности и функциональные возможности:

• Standard Edition
• Lite Edition
• Enterprise Edition
• Personal Edition

Эти версии отличаются по функциональности и предназначению, что позволяет выбрать наилучшую опцию в зависимости от конкретных потребностей и бюджета организации.

Standard Edition

Oracle Standard Edition — это версия Oracle Database, которая, несмотря на свои ограниченные функциональные возможности, пользуется большой популярностью. Она часто выбирается, когда требуется создать систему для небольшого числа клиентов или для рабочей группы внутри компании.

Также она может быть полезной в крупных корпорациях, если необходимо управлять базой данных в одном удаленном филиале. При этом Oracle Standard Edition обладает относительно низкой стоимостью, что делает её доступной и пригодной для удовлетворения потребностей различных организаций.

Lite Edition

Lite Edition — это урезанная и облегченная версия Oracle Database, предназначенная специально для работы на мобильных устройствах и ноутбуках. Она оптимизирована для работы в ограниченных ресурсах и обеспечивает удобную синхронизацию данных с использованием популярных интерфейсов.

Lite Edition подходит для разработки приложений, и для этой цели используются стандартные средства.

Enterprise Edition

Enterprise Edition — это версия Oracle Database, которая предоставляет пользователям максимальный функциональный набор возможностей. Она позволяет организовывать и управлять структурой практически любого объекта, и ограничения функциональности зависят в основном от мощности клиентского оборудования. Enterprise Edition включает в себя лучшие разработки в области хранения и управления данными.

Эта версия обладает максимальной гибкостью в масштабировании, что позволяет серверу работать непрерывно, не утрачивая эффективности, даже при обработке больших объемов данных. Кроме того, она предоставляет широкий спектр функций для защиты данных и быстрого их восстановления, обеспечивая надежность и безопасность информации.

Пользователи могут быть уверены, что данные будут надежно сохранены и не подвергнуты потере при использовании Enterprise Edition.

Personal Edition

Oracle Personal Edition — это версия Oracle Database, которая идеально подходит для индивидуального использования и обучения. Она обладает достаточным функционалом для разработки программ и их последующего использования на системах Windows всех версий, включая 95/98.

Эта версия может быть полезной, особенно если у вас есть ограничения или особенности операционной системы, которые могут влиять на запуск некоторых программного обеспечения.

Причина популярности

Популярность Oracle DB объясняется несколькими ключевыми факторами. Во-первых, Oracle была одной из первых компаний, которая разработала стратегию сделать реляционные БД доступными и массовыми, при этом не требуя мощного оборудования. В отличие от некоторых других решений, таких как IBM, Oracle DB могла работать на относительно недорогих и бюджетных компьютерах, включая маломощные машины типа PDP-11.

Кроме того, Oracle DB предоставила поддержку клиент-серверной архитектуры, что сделало ее привлекательной для бизнеса. Эта архитектура позволила компаниям создавать крупные распределенные системы, которые работают на доступном оборудовании и обмениваются данными с высокой скоростью.

С течением времени Oracle DB стала неофициальным стандартом в секторах, где важна стабильность при высоких нагрузках, таких как государственный сектор, финансы, страхование и другие. Многие крупные мировые компании, включая Apple, Walmart и Samsung, а также российские организации, такие как Сбербанк, МТС, Центральный банк России и Ростелеком, используют Oracle для управления своими данными.

Принцип работы

Принцип работы Oracle Database основан на клиент-серверной модели, которая работает следующим образом:

Существует сервер, на котором хранятся данные, и специальная система для управления этими данными.

Есть клиент, который может запросить данные с сервера или записать новую информацию. В контексте интернета, клиентом может быть, например, обычный веб-браузер, который преобразует действия пользователей на сайте в запросы к серверу.

Основное преимущество клиент-серверной модели заключается в том, что вся обработка данных происходит на сервере. Это означает, что пользователь не обязан хранить копию БД на своем компьютере. Вместо этого, пользователь может загрузить специальное клиентское приложение и отправлять запросы к серверу в любое время, чтобы получать или изменять данные.

На сервере существуют не только сами данные, которые физически хранятся на диске, но также процессы, которые управляют этими данными. Совокупность всех этих процессов в СУБД Oracle DB называется экземпляром. Экземпляр — это своего рода программная оболочка для файлов, которая существует только в оперативной памяти сервера. Если сервер выключить, экземпляр удалится, но файлы с данными сохранятся.

Пример работы клиент-серверной логики с использованием Oracle DB на примере популярного онлайн-маркетплейса:

1. Пользователь добавляет товар в корзину и нажимает кнопку «Купить».
2. Браузер пользователя отправляет запрос на сервер.
3. На сервере действует специальный драйвер Oracle Net Services, который распознает запрос от браузера и создает отдельный процесс для обработки этого запроса.
4. Серверный процесс обращается к экземпляру базы данных и говорит: «У нас есть задача от клиента, давай начнем работать над ней».
5. Экземпляр БД запускает процесс записи данных в базу данных, что означает добавление записи о покупке в базу данных.
6. Когда запись завершена, сервер отправляет ответ обратно по сети, и пользователь видит сообщение «Спасибо за покупку!».

Все эти шаги, начиная с получения запроса на сервере и заканчивая отправкой ответа пользователю, управляются и контролируются Oracle Database.

Структура

Oracle Database имеет структуру, состоящую из двух основных компонентов: базы данных и ее экземпляра. Вот как они различаются:

База данных

Это место, где хранятся физические данные, такие как изображения, текст, транзакции и многое другое. Она включает в себя следующие элементы:

• Файлы данных. Содержат фактические данные, которые хранятся в базе.
• Управляющий файл. Содержит важную информацию о БД, такую как её имя, время создания, расположение других файлов и другие метаданные.
• Журналы активности. Записывают все операции, происходящие с базой данных, такие как добавление, чтение, удаление и т. д.
• Резервные копии. Используются для восстановления данных в случае аварийных ситуаций.

Экземпляр

Это совокупность процессов, работающих в оперативной памяти сервера. Экземпляр управляет всеми операциями, связанными с базой данных.

Он включает в себя следующие процессы:

• Процесс очистки кэша в буфере обмена.
• Процесс архивации данных в базе.
• Процесс создания резервных копий.
• Процесс диагностики данных.
• Процесс обработки запросов, поступающих от клиентов.
• Процесс записи в журнал активности.
• Процесс восстановления данных из резервных копий.
• Процесс записи данных в базу данных.

Разница между БД и экземпляром заключается в том, что база данных — это физическое хранилище данных, в то время как экземпляр — это набор процессов, которые управляют этими данными и обеспечивают их доступность и целостность. Это разделение позволяет Oracle Database обеспечивать высокую надежность и производительность при обработке запросов и управлении данными.

Модули и компоненты

Oracle Database предоставляет множество дополнительных модулей и компонентов, которые расширяют его функциональность. Давайте рассмотрим некоторые из них:

• Oracle InterMedia. Этот модуль обеспечивает поддержку различных типов данных и позволяет выполнять поиск информации в больших объемах текстовых файлов различных форматов.
• Oracle Enterprise Manager. Этот компонент предназначен для администрирования баз данных. Он имеет удобный графический интерфейс и позволяет администраторам выполнять различные действия с базами данных, включая создание, изменение и удаление объектов внутри них.
• Oracle Advanced Replication Option. С помощью этого модуля можно реплицировать данные с использованием различных методов, включая синхронную, асинхронную и каскадную репликацию.
• Oracle Workflow. Этот инструмент позволяет автоматизировать бизнес-процессы компании и создавать процедуры управления рабочими потоками данных. Он предоставляет широкие возможности для автоматизации операций с данными различных типов и формализации сложных бизнес-процессов.
• Oracle Advanced Queuing (AQ). Этот компонент позволяет хранить и обрабатывать очереди сообщений и включен в базовую поставку сервера Oracle Database без дополнительной лицензии. Он обеспечивает инфраструктуру для обработки сообщений и может заменить сторонние продукты, такие как IBM MQ Series.
• JServer Enterprise Edition. Виртуальная машина Java добавлена в сервер версии 8i.
• Oracle Objects for OLE. Этот компонент обеспечивает поддержку БД для приложений, созданных на языках C++, Microsoft Visual Basic и OLE 2.0, включая макроопределения Visual Basic и возможность получения данных из MS Excel.

Эти модули и компоненты расширяют возможности Oracle Database и позволяют адаптировать его для различных бизнес-потребностей и приложений.

Актуальная версия

Последней версией Oracle Database на данный момент является версия 21c, которая становится основой для развертывания различных БД Oracle, таких как Oracle Autonomous Database, Oracle Exadata Database Service, Oracle Exadata Database Cloud@Customer и Oracle Exadata Database Machine. В этом выпуске было внедрено более 200 новых функций, которые расширяют возможности баз данных.

Эти изменения позволяют аналитикам, разработчикам и другим специалистам работать более эффективно благодаря повышенной производительности системы.

Давайте рассмотрим основные нововведения.

Неизменяемые блокчейн-таблицы

Неизменяемые блокчейн-таблицы используют базовые преимущества технологии блокчейн, что обеспечивает безопасность для корпоративных приложений. Эти таблицы входят в состав Oracle Crypto-Secure Data Management и могут быть использованы только для вставки данных. Строки, связанные в единый блокчейн, защищены с помощью шифрования, что гарантирует их неизменность.

Попытки внесения изменений в данные обнаруживаются пользователями и блокируются средствами самой системы управления базами данных (СУБД). Это обеспечивает эффективную защиту информации от несанкционированных изменений, будь то злоумышленники или сотрудники компании без соответствующих прав.

Для доступа к базам данных, содержащим блокчейн-таблицы, используются стандартные SQL-запросы. Эти таблицы полностью совместимы с аналитическими инструментами Oracle и средствами выполнения транзакций. Это обеспечивает удобство использования и широкие возможности, превосходящие другие реализации блокчейна. Важно отметить, что все версии СУБД Oracle Database позволяют использовать эти таблицы бесплатно и без необходимости дополнительной лицензии.

Встроенная поддержка JSON

В Oracle Database давно поддерживается формат индексирования JSON, а также выполнение SQL-запросов к JSON-данным. Новая версия 21c вводит новый тип данных JSON, который повышает скорость сканирования данных в 10 раз и скорость обновления в 4 раза. Это улучшает производительность администрирования СУБД в целом, ускоряя работу почти в 2 раза по результатам теста YCSB benchmark, сравнивающего текущую реализацию с более старыми форматами MongoDB и AWS DocumentDB.

Эта версия также предоставляет возможность использовать данные JSON в сочетании с данными других типов и индексировать любые элементы JSON для ускорения OLTP-операций. Есть функции параллельной обработки данных в разных форматах и сложного объединения JSON-файлов и коллекций без необходимости писать дополнительный код на уровне приложения. Однако стоит отметить, что большая часть этого функционала была доступна и в более ранних версиях СУБД Oracle Database.

Технология AutoML

Технология AutoML включает возможность автоматического создания и сравнения моделей машинного обучения внутри базы данных. Это означает, что пользователи, даже не имеющие опыта в области машинного обучения, могут использовать эту функцию благодаря новому интерфейсу.

Кроме того, в последних версиях добавлены алгоритмы обнаружения аномалий, регрессионного анализа и глубокого обучения, которые доступны в библиотеке популярных алгоритмов машинного обучения внутри базы данных.

Встроенная поддержка JavaScript

В Oracle Database имеется встроенная поддержка языка JavaScript, а также других современных языков программирования. Разработка приложений на JavaScript и подобных языках может проводиться непосредственно внутри базы данных благодаря технологии Graal Multilingual Engine.

Эта функциональность позволяет выполнять обработку данных прямо внутри базы данных, избегая необходимости дополнительного сетевого взаимодействия, что может быть дорогостоящим. Типы данных JavaScript автоматически преобразуются в типы данных Oracle Database, и SQL-запросы также могут выполняться непосредственно из кода JavaScript.

Поддержка энергонезависимой памяти

В последних версиях Oracle Database внедрена поддержка энергонезависимой памяти (PMEM), что значительно улучшает производительность операций ввода-вывода.

Файлы данных и журналы транзакций теперь могут храниться в PMEM, позволяя SQL-запросам выполняться непосредственно с данными, находящимися в этой специальной файловой системе, и обеспечивая прямой доступ к данным без использования буферного кэша.

Кроме того, с внедрением новых алгоритмов базы данных предотвращается несогласованность данных в PMEM, обеспечивая их целостность и надежность.

На каком языке пишут запросы

В реляционных СУБД обычно используется язык SQL (Structured Query Language) для написания запросов. SQL позволяет выполнять разнообразные операции с данными в базе данных, такие как добавление, удаление, группировка и управление доступом пользователей.

SQL легко читается и напоминает человеческий язык. Эта простота и натуральность сделали SQL широко распространенным языком для работы с данными в интернете и базах данных.

Oracle расширила возможности SQL, представив свой диалект под названием PL/SQL (Procedural Language/SQL). PL/SQL позволяет объединять множество запросов в одном блоке кода и создавать сложную логику для их выполнения.

Преимущества

Сила Oracle DB заключается в ее способности обеспечивать высокую скорость и масштабируемость. В мире информационных технологий, для улучшения производительности сайта и управления большой нагрузкой, часто используется добавление дополнительного серверного оборудования, что называется масштабированием. Однако важно, чтобы эти серверы работали в гармонии, обеспечивая высокую скорость и бесперебойную работу без вмешательства пользователей.

Oracle DB предоставляет инструменты, которые позволяют экземплярам базы данных, размещенным на разных серверах, взаимодействовать с единой базой данных. Если один из серверов перестает функционировать, другой сервер автоматически перехватывает работу с того же момента, обеспечивая непрерывную доступность данных для пользователей.

Этот процесс происходит незаметно для пользователей и позволяет улучшить скорость работы сайта, обеспечить надежность в случае сбоев и снизить затраты на обслуживание, так как можно легко отключать сервера для обслуживания без прерывания работы всей системы.

Эти функции в Oracle DB включают:

1. Oracle Streams — это утилита, отвечающая за обмен данными между разными базами данных, обеспечивая их синхронное взаимодействие.
2. Oracle RAC (Real Application Clusters) — это технология кластеризации, позволяющая создавать кластер из нескольких серверов, которые работают с одной и той же базой данных.
3. Oracle Data Guard — это механизм для обеспечения высокой доступности данных, где главный сервер реплицирует данные на вспомогательные серверы для создания резервных копий.

Недостатки

На самом деле, недостатков у этой технологии не так уж много, однако основная из них может оттолкнуть от нее, в особенности это касается небольших проектов, стартапов и начинающих разработчиков.

С ростом популярности Oracle DB возникли и некоторые проблемы. Постепенно с увеличением числа клиентов и объемов данных стоимость поддержки и лицензирования этой системы значительно выросла.

Например, для сервера с 16-ядерным процессором стоимость лицензии может достигать 1,6 миллиона рублей в год, что делает Oracle DB очень дорогой системой. Создание и поддержка полноценного дата-центра на основе Oracle DB также требует значительных финансовых затрат.

Для каких проектов подойдет

Установка Oracle Database подходит для широкого спектра проектов, особенно на высоконагруженных системах с множеством пользователей, где требуется высокая производительность и надежность в обработке данных.

Однако стоит учитывать, что обслуживание Oracle DB может быть дорогим, что делает ее более доступной для крупных корпораций с соответствующими бюджетами.

Несмотря на высокую функциональность Oracle DB, такие функции могут быть не всегда необходимы малым и средним компаниям. В таких случаях можно рассмотреть альтернативные решения среди бесплатных и opensource баз данных, которые также предоставляют хорошие возможности и могут быть более доступными с точки зрения бюджета.

Заключение

Oracle Database — это мощная и надежная система управления базами данных, которая заслуженно стала одним из лидеров в мире корпоративных СУБД. Эта популярность Oracle DB обусловлена множеством преимуществ, включая высокую производительность, надежность, масштабируемость и широкий спектр функциональных возможностей. Она стала надежным партнером для крупных корпораций, организаций и государственных учреждений, обеспечивая эффективное управление и защиту данных.

Однако стоит отметить, что с ростом популярности Oracle DB, она стала дорогостоящим решением, что может отпугнуть небольшие компании. Важно подходить к выбору базы данных с учетом специфики проекта и бюджетных ограничений.

Несмотря на это, Oracle Database продолжает оставаться востребованным решением благодаря своей уникальной функциональности и надежности, и продолжает поддерживать множество крупных и влиятельных органи