سیستم مدیریت پایگاه داده روشی برای مدیریت مجموعهای از دادههای مرتبط با یکدیگر است که به بازیابی، درج و حذف کارآمد آنها کمک میکند. در این سیستمها، دادهها را در قالب جداول، نماها، اسکیماها، گزارشها و غیره سازماندهی میکنیم. بهعنوان مثال، یک سیستم مدیریت پایگاه داده دانشگاهی مسئول بازیابی، درج و حذف دادههای مربوطبه دانشجویان، اساتید، کارکنان مدیریت و غیره است. با این مقدمه، بهسراغ جواب «DBMS چیست» میرویم. پس از بررسی این پاسخ، انواع سیستم های مدیریت پایگاه داده، مزایا و معایب این سیستمها و نحوه مدیریت داده ها در DBMS خواهیم رفت.
DBMS چیست؟
سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) نرمافزاری برای مدیریت و سازماندهی دادهها، به شیوهای ساختاریافته است. این نرمافزار به کاربران اجازه میدهد تا یک پایگاه داده (دیتابیس چیست؟) را ایجاد کرده و آن را تغییر دهند. همچنین امکان نوشتن کوئری، تنظیم کنترلهای امنیتی و دسترسی کاربران به پایگاه داده در این سیستمها فراهم است.
DBMS محیطی را برای ذخیره و بازیابی دادهها به شیوهای راحت و کارآمد فراهم میکند. بدون حضور این سیستمها، کارمان با صرف زمان بسیار زیاد و غیرمنطقی انجام خواهد شد.
انواع سیستم های مدیریت پایگاه داده
در این بخش به انواع سیستم های مدیریت پایگاه داده اشاره میکنیم و چند مثال از هرکدام را خواهیم آورد.
سیستم های مدیریت پایگاه داده رابطهای
Relational Database Management Systems (RDBMS) رایجترین نوع DBMS هستند. این نرمافزارها دادهها را در قالب جداول مرتبط به یکدیگر ذخیره کرده و برای تغییر، اصلاح و دسترسی به دادهها، از زبان پرسوجو ساختاریافته (SQL) استفاده میکنند.
کاربردها:
- سازمانها از RDBMS برای ذخیره مقادیر زیادی از دادههای ساختاریافته مانند اطلاعات مشتری یا موجودی محصول استفاده میکنند.
- این نوع DBMS بهدلیل سادگی در استفاده و انعطافپذیری مطلوب، بیشترین استفاده را دارد.
- RDBMSها برای مدیریت دادههایی که بهخوبی سازماندهی شدهاند و در یک اسکیما (Schema) از پیش تعریفشده قرار میگیرند، ایدهآل هستند. این سیستمها برای سناریوهای زیر، عملکرد عالی دارند:
- سوابق موجودی
- لیست فاکتورها
- ورودیهای ویزیت بیماران
نمونهها:
- MySQL
- پایگاه داده اوراکل
- Microsoft SQL Server
بیشتر بخوانید: mysql چیست؟ کاربرد مای اس کیو ال و مزایای آن
سیستم مدیریت پایگاه داده NoSQL
DBMS محبوب دیگری که توسط بسیاری از شرکتها استفاده میشود، سیستم مدیریت پایگاه داده NoSQL است. NoSQL مخفف “Not Only SQL” است که نشان میدهد از مدل سنتی پایگاه داده رابطهای پیروی نمیکند.
اگر می خواهید در مورد پایگاه داده NOSQL بیشتر بدانید مقاله NOSQL چیست؟ را از وبلاگ ایران سرور بخوانید:
پایگاه داده nosql (غیررابطهای) مخفف Not Only SQL یا Not SQL است. احتمالا برای شما هم جالب است اگر بدانید که بعضی کسبوکارها در سال ۱۹۶۰ برای ذخیره اطلاعات خود از پایگاههای داده غیررابطهای استفاده میکردند.
کاربردها:
- این نوع DBMS بهطور خاص برای مدیریت حجم زیادی از دادههای بدون ساختار یا نیمهساختاریافته استفاده میشود. معروفترین نمونه دادههای از این دست، دادههای موجود در رسانههای اجتماعی، حسگرهای اینترنت اشیا (IoT) و اسناد هستند.
- برخلاف پایگاه دادههای رابطهای، NoSQL DBMS از ساختار ثابت مبتنیبر جدول استفاده نمیکند. بههمیندلیل، در این سیستمها شاهد مقیاسپذیری و انعطافپذیری بالا هستیم.
- جمعآوری و تجزیهوتحلیل کلان داده در زمان واقعی برای دستگاههای IoT و دادههای مکانی در صنعت تجارت الکترونیک هم دیگر کاربردهای این DBMS هستند.
نمونهها:
- MongoDB
- Cassandra
- Couchbase
پایگاه دادههای NoSQL هم به چند دسته تقسیم میشوند:
- مبتنیبر سند: سیستمهای Document-Based دادهها را بهشکل اسناد (Document) ذخیره میکنند. بهعنوان مثال، JSON و BSON. این سیستمها بهترین انتخاب برای اپلیکیشنهای سندگرا هستند.
- کلید-مقدار: پایگاههای Key-Value، دادهها را در یک جفت کلید-مقدار ساده ذخیره میکند. بههمینعلت، بازیابی دادهها با سرعت بیشتر انجام شده و هزینههای سربار مربوطبه پایگاههای داده رابطهای کاهش مییابند.
- ستون-خانواده: انواع سیستم های مدیریت پایگاه داده Column-Family، میتوانند لیستی از مقادیر را ذخیره کنند. این مدل برای ذخیره مقادیر زیادی از دادهها که به زمانهای بازیابی سریعتری نیاز دارند، مناسب است.
- مبتنی بر گراف: پایگاه دادههای Graph-Based، برای برنامهنویسان فریلنسر، متخصصان باتجربه و دانشمندان داده طراحی شدهاند. آنها دادهها را بهشکل گره (Nodes) و حواشی (Edges) ذخیره میکنند که هرکدام یک شناسه منحصربهفرد دارند. این پایگاه دادهها برای روابط پیچیده داده با روابط چندبهچند ایدهآل هستند.
سیستم مدیریت پایگاه داده شیگرا
یک پایگاه داده شیگرا (Object-Oriented DBMS)، دادهها را در اشیایی ذخیره میکند که شبیه متدولوژیهای شیگرا با قابلیتهای دیتابیس هستند. این پایگاههای داده میتوانند ساختارهای پیچیده را ذخیره کنند.
کاربردها:
- برنامهنویسان و توسعهدهندگان بیشترین استفاده را از این DBMSها میبرند؛ چون میتوانند با خیال راحت روی اشیا دادهای تمرکز کنند، نه ساختار زیربنایی و پیچیده پایگاه داده.
- خصوصیات پایگاه دادههای NoSQL را دارند. بنابراین برای ذخیره دادههای ساختارنیافته یا نیمه ساختاریافته هم مناسب هستند.
- مدیریت چرخه عمر محصول در توسعه نرمافزار و پردازش بلادرنگ روابط داده در صنعت مخابرات هم دیگر کاربردهای این نوع سیستم مدیریت پایگاه داده هستند.
نمونهها:
- Versant
- Objectivity/DB
پایگاه داده سلسله مراتبی
Hierarchical DBMS اولین مدل سیستم مدیریت پایگاه داده بود که در دیتابیسهای اولیه استفاده شد. این نوع DBMS دادهها را در یک ساختار درختمانند سازماندهی میکند. بنابراین مدیریت دادهها با رابطه والد-فرزند (Parent-Child) را در این دیتابیسها میبینیم. دو شاخصه اصلی این سیستمها، با زمان پاسخ سریع و بازیابی کارآمد دادهها است.
کاربردها:
- تراکنشهای بانکی
- مدیریت موجودی فروشگاههای اینترنتی
- سیستمهای سوابق پزشکی و دادههای بیماران
نمونهها:
- IBM’s Information Management System (IMS)
- رجیستری ویندوز
DBMS شبکه
یکی دیگر از انواع سیستم های مدیریت پایگاه داده، پایگاه داده شبکه است. در یک Network DBMS، رکوردهای داده بهصورت گره در یک شبکه نمایش داده میشوند. هر گره میتواند چند پیوند به گرههای دیگر داشته باشد. این پیوندها روابط بین رکوردهای داده را نشان میدهند.
کاربردها:
- این مدل به برنامهها اجازه میدهد تا بین سطوح مختلف رکوردها حرکت کرده و با روابط پیچیده داده، بهخوبی مدارا کنند.
- این سیستمها توانایی مدیریت روابط چندبهچند را دارند که آنها را به یکی از ایدهآلترین ذخیرهسازها برای شبکههای اجتماعی میکند.
- این نرمافزارها در خدمات بانکی اصلی مانند برداشت، افتتاح سپرده، انتقال و مدیریت کاربران گزینه مناسبی هستند.
- سیستمهای رزرو خطوط هوایی هم از دیگر پلتفرمها برپایه این دیتابیس هستند که برای ذخیره برنامههای پرواز، اطلاعات رزرو و تخصیص صندلیها از این نرمافزار استفاده میکنند.
- دولتهای فدرال و ایالتی میتوانند از این سیستمها برای مدیریت ساختارهای پیچیده داده، مانند دادههای سرشماری، سوابق املاک، مستغلات و سوابق مالیاتی استفاده کنند.
نمونهها:
- Integrated Data Store (IDS)
- Integrated Database Management System (IDMS)
سیستم مدیریت پایگاه داده ابری
Cloud DBMS روی هاست ابری مستقر است و امکان دسترسی کامل را از راه دور، به تمام کاربران میدهد. این پایگاه دادهها بهشکل رابطهای یا NoSQL هستند.
کاربردها:
- در فروشگاههای اینترنتی برای مدیریت کاتالوگ محصولات، پروفایلهای مشتریان و تاریخچه تراکنشهای آنها، بهترین گزینه سیستمهای مدیریت دیتابیس مبتنیبر ابر است؛
- امکان دسترسی سریع به دادهها و و مدیریت حجم بالای ترافیک، توسط این سیستمها بهراحتی ممکن است؛
- نگهداری و مدیریت حجم زیادی از دادههای ساختارنیافته، با کمک این ابزارها ممکن میشود؛ بهخصوص دادههای شبکههای اجتماعی؛
- بکآپگیری و بازیابی دادهها، بهروزرسانی سریع اطلاعات و مقیاسپذیری پویای این سیستمها، ازجمله موارد ضروری برای شبکههای اجتماعی است؛
- نگهداری دادهها در اپلیکیشن موبایل، ذخیره اطلاعات پروفایل کاربران و همگامسازی برنامهها، از دیگر کاربردهای این سیستمهای مدیریت داده هستند؛
- سازمانهای بزرگ، برای مدیریت و تحلیل دادههای عظیم خود و پایش در Big Data مجموعهشان، بیشترین سود را از این ابزارها میبرند.
نمونهها:
- Microsoft Azure
- Google Cloud
- AWS
پایگاه داده درون حافظهای
In-memory DBMS یک سیستم مدیریت پایگاه داده درون حافظه است که برای ذخیره، مدیریت و اصلاح دادهها، به حافظه اصلی – یعنی RAM – اتکا میکند. این دیتابیسها با کاهش تاخیر در خواندن از روی دیسک، عملکرد انواع هارد SSD یا HDD را بهحداکثر میرسانند.
کاربردها:
- برنامههایی که نیاز به عملکرد بالا، دسترسی سریع به دادهها و پردازش بلادرنگ دارند، مانند پردازشهای بانکی و اپلیکیشنهای HTAP، بیشترین بهره را از این دیتابیس میبرند.
- بازیها و سرورهای کلود گیمینگ هم از این پایگاه داده برای مدیریت Session بازیکن و اطلاعات وضعیت بازی سود میبرند.
- ازآنجاییکه دستگاههای ادغامشده (Embedded Devices) نیاز به پردازش داده با سرعت بالا و بدون سربار دارند، از In-memory Database نهایت استفاده رامیبرند. دستگاههایی مانند چیپهای شبکه و لوازم هوشمند در IoT.
نمونهها:
- Redis (redis چیست؟)
- SAP HANA
مزایا و معایب سیستم مدیریت پایگاه داده
استفاده از سیستم مدیریت پایگاه داده میتواند مزایا و معایب متعددی را برای یک سازمان بههمراه داشته باشد. بههمینخاطر ما در ادامه، به برخی از مهمترین آنها اشاره کردهایم.
مزایای سیستم مدیریت پایگاه داده
- بهبود یکپارچگی دادهها با ذخیره تمام دادهها در یک فضا با امکان اعتبارسنجی کاربران و اجرای قوانین برای میزان دسترسی آنها
- امنیت بیشتر دادهها و کنترل قویتر روی دسترسی به اعمالی مانند اصلاح، ایجاد یا حذف دادهها
- دارای قابلیت پشتیبانگیری و بازیابی دادهها در صورت خراب شدن یا گم شدن آنها
- مقیاسپذیری و پشتیبانی از حجم بیشتر دادهها و تعداد کاربران، در صورت رشد کسبوکار
معایب سیستم مدیریت پایگاه داده
- پیچیدگی در راهاندازی و نگهداری و الزام تسلط افراد به سطح خاصی از مهارت و دانش
- تحمیل سربار عملکرد به برنامه یا انواع سرور
- هزینههای بالای خرید، نگهداری و ارتقا؛ بهخصوص برای سازمانها یا سیستمهای بزرگ و پیچیده
- کاربرد محدود هر پایگاه داده
بیشتر بخوانید: سرور چیست؟ همه چیز درباره قلب تپنده اینترنت
مدیریت داده ها در DBMS چگونه انجام میشود؟
مدیریت داده ها در DBMS از چند فرآیند و جز کلیدی تشکیل میشود تا به اهداف نهایی، یعنی ذخیره، بازیابی و اصلاح کارآمد دادهها برسیم. در این بخش، ما این جزئیات را با روند سلسلهمراتبی توضیح خواهیم داد.
۱. طراحی و ساخت پایگاه داده
مرحله اول مدیریت داده ها در DBMS، ساخت اسکیما پایگاه داده است که ساختار دیتابیس را مشخص میکند. این ساختار شامل جداول، ستونها، روابط، انواع دادهها و محدودیتها است.
۲. ذخیره کردن دادهها
دادهها در یک قالب ساختاریافته، نیمه ساختاریافته یا بدون ساختار در پایگاه داده مناسب ذخیره میشوند. سپس موتور ذخیرهسازی DBMS، این دادهها را روی دیسک یا RAM مستقر کرده و از تکنیکهای مختلف مانند ذخیرهسازی ردیفگرا، ستونگرا، گراف یا جفتها برای دسترسی سریع استفاده میکند.
۳. بازیابی و اصلاح دادهها
کاربران با استفاده از زبانهای پرسوجو مانند SQL (زبان پرسوجو ساختاریافته) یا سینتکسهای JSON با DBMS تعامل برقرار میکنند.
۴. مدیریت مبادلات
مبادلات در انواع سیستم های مدیریت پایگاه داده، با نام “Transaction” شناخته میشوند. انواع DBMS از ویژگیهای ACID استفاده میکنند که سرواژههای عبارات زیر هستند:
- Atomicity: انجام همه یا هیچکدام از عملیات پایگاه داده
- Consistency: تغییر هر تراکنش ارائهشده توسط پایگاه داده و دادههای تحت تاثیر آن، فقط با روشهای مجاز
- Isolation: نحوه چگونگی مشاهده یکپارچگی تراکنش برای سایر کاربران و سیستمها
- Durability: جهت تضمین قابلیت اطمینان، ثبات ذخیرهسازی و بازیابی دادهها
با اتکا به ACID در DBMSها، تمام عملیات در یک تراکنش با موفقیت به سرانجام میرسد.
بیشتر بخوانید: json چیست؟ آشنایی با کدهای JSON و ساختار آنها
۵. کنترل همزمانی
در محیطهای چندکاربره، مکانیسمهای کنترل همزمانی (معروف به “Concurrency Control”) برای مدیریت دسترسی چند کاربر یا سیستم به دادهها استفاده میشود. این شیوه مدیریت داده ها در DBMS تضمین میکند که تراکنشها با یکدیگر تداخل نداشته باشند، ثبات دادهها و جلوگیری از تضاد بین آنها حفظ خواهد شد.
۶. پشتیبانگیری و بازیابی
پشتیبانگیری منظم یکی از اصلیترین ارکان در مدیریت دادههای انواع DBMS است. بسیاری از دیتابیسهای مدرن، ابزارهایی برای تهیه نسخه پشتیبان و بازیابی دادهها دارند. این ابزارها در صورت از دست رفتن دادهها بر اثر خرابی سختافزار یا سایر مشکلات، وارد صحنه شده و بازیابی را بهشکل خودکار انجام میدهند.
۷. امنیت و کنترل دسترسی
اقدامات امنیتی ازجمله احراز هویت کاربر، کنترل های مجوز، و رمزگذاری برای محافظت از دادههای حساس و جلوگیری از دسترسی غیرمجاز ضروری هستند. رویکرد امنیت و تامین حریم خصوصی کاربران، جزو وظایف اصلی مدیران هر دیتابیس است.
آنچه در سیستم مدیریت پایگاه داده خواندیم
سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) ابزارهای ضروری برای مشاغل کوچک، متوسط و بزرگ هستند؛ چون هزاران، میلیونها یا شاید میلیاردها داده آنها را ذخیره و مدیریت میکنند. انواع مختلفی از DBMS شامل پایگاه داده رابطهای، دیتابیسهای NoSQL و پایگاه داده ابری، بر خدمات و ویژگیهای خاصی تمرکز دارند. بنابراین استفاده از DBMS را راهی برای بهره بردن از چند مزیت مانند حفظ یکپارچگی دادهها، اجرای روشهای امنیتی قویتر و پیادهسازی مکانیسمهای کنترل دسترسی میدانیم.
نظر شما درباره این پایگاه دادهها چیست؟ اگر از دیتابیس خاصی استفاده میکنید، خوشحال میشویم که دلایل انتخاب آن و نامش را در بخش نظرات بنویسید تا ما و سایر مخاطبان این پست، نهایت استفاده را ببریم.
سوالات متداولی که شما میپرسید
- DBMS چیست؟
سیستم مدیریت پایگاه داده که امکان ذخیره، نگهداری و اصلاح دادهها را در بستری یکپارچه فراهم میکند.
- انواع سیستم مدیریت پایگاه داده کدامند؟
پایگاه داده رابطهای، دیتابیس شیگرا و پایگاه داده ابری در این دسته قرار میگیرند.
- مدیریت دادهها در DBMS چگونه است؟
طراحی و ساخت،ذخیره دادهها، بازیابی، مدیریت مبادلات و چند فرایند دیگر در این مسیر بهکار میروند.
منابع: