Корпоративные сети

Возникновение направления объектно-ориентированных баз данных (ООБД) определялось прежде всего потребностями практики: необходимостью разработки сложных информационных прикладных систем, для которых технология предшествующих систем баз данных не была вполне удовлетворительной. Как мы видели, определенными недостатками обладали и классические реляционные системы, и системы, основанные на ненормализованной реляционной модели, и базы данных сложных объектов.

Конечно, ООБД возникли не на пустом месте. Соответствующий базис обеспечивался как предыдущими работами в области баз данных, так и давно развивающимися направлениями языков программирования с абстрактными типами данных и объектно-ориентированных языков программирования.

Что касается связи с предыдущими работами в области баз данных, то наиболее сильное влияние на работы в области ООБД оказали проработки реляционных СУБД и следующего хронологически за ними семейства БД, в которых поддерживалось управление сложными объектами. Эти работы обеспечили структурную основу организации OOБД.

Среди языков и систем программирования наибольшее первичное влияние на ООБД оказал Smalltalk. Этот язык сам по себе не являлся полностью пионерским, хотя в нем была введена новая терминология, являющаяся теперь наиболее распространенной в объектно-ориентированном программировании. На самом деле, Smalltalk основан на ряде ранее выдвинутых концепций.

В наиболее общей и классической постановке объектно-ориентированный подход базируется на следующих концепциях:

1. объекта и идентификатора объекта;
2. атрибутов и методов;
3. классов;
4. иерархии и наследования классов.

Любая сущность реального мира в объектно-ориентированных языках и системах моделируется в виде объекта. Любой объект при своем создании получает генерируемый системой уникальный идентификатор, который связан с объектом во все время его существования и не меняется при изменении состояния объекта.

Каждый объект имеет состояние и поведение. Состояние объекта - набор значений его атрибутов. Поведение объекта - набор методов (программный код), оперирующих над состоянием объекта. Значение атрибута объекта - это тоже некоторый объект или множество объектов. Состояние и поведение объекта инкапсулированы в объекте; взаимодействие объектов производится на основе передачи сообщений и выполнении соответствующих методов.

Множество объектов с одним и тем же набором атрибутов и методов образует класс объектов. Объект должен принадлежать только одному классу (если не учитывать возможности наследования). Допускается наличие примитивных предопределенных классов, объекты-экземпляры которых не имеют атрибутов: целые, строки и т.д. Класс, объекты которого могут служить значениями атрибута объектов другого класса, называется доменом этого атрибута.

Допускается порождение нового класса на основе уже существующего класса - наследование. В этом случае новый класс, называемый подклассом существующего класса (суперкласса) наследует все атрибуты и методы суперкласса. В подклассе, кроме того, могут быть определены дополнительные атрибуты и методы. Различаются случаи простого и множественного наследования. В первом случае подкласс может определяться только на основе одного суперкласса, во втором случае суперклассов может быть несколько. Если в языке или системе поддерживается единичное наследование классов, набор классов образует древовидную иерархию. При поддержании множественного наследования классы связаны в ориентированный граф с корнем, называемый решеткой классов. Объект подкласса считается принадлежащим любому суперклассу этого класса.

Одной из более поздних идей объектно-ориентированного подхода является идея возможного переопределения атрибутов и методов суперкласса в подклассе (перегрузки методов). Эта возможность увеличивает гибкость, но порождает дополнительную проблему: при компиляции объектно-ориентированной программы могут быть неизвестны структура и программный код методов объекта, хотя его класс (в общем случае - суперкласс) известен. Для разрешения этой проблемы применяется, так называемый, метод позднего связывания, означающий, по сути дела, интерпретационный режим выполнения программы с распознаванием деталей реализации объекта во время выполнения посылки сообщения к нему. Введение некоторых ограничений на способ определения подклассов позволяет добиться эффективной реализации без потребностей в интерпретации.

Видимо, наиболее важным новым качеством ООБД, которое позволяет достичь объектно-ориентированный подход, является поведенческий аспект объектов. В прикладных информационных системах, основывавшихся на БД с традиционной организацией (вплоть до тех, которые базировались на семантических моделях данных), существовал принципиальный разрыв между структурной и поведенческой частями. Структурная часть системы поддерживалась всем аппаратом БД, ее можно было моделировать, верифицировать и т.д., а поведенческая часть создавалась изолированно. В частности, отсутствовали формальный аппарат и системная поддержка совместного моделирования и гарантирования согласованности этих структурной (статической) и поведенческой (динамической) частей. В среде ООБД проектирование, разработка и сопровождение прикладной системы становится процессом, в котором интегрируются структурный и поведенческий аспекты. Конечно, для этого нужны специальные языки, позволяющие определять объекты и создавать на их основе прикладную систему.

С точки зрения разработчиков информационных систем подход OOБД кажется очень заманчивым. Более того, на рынке программных продуктов управления базами данных сегодня существует около двух десятков коммерческих систем, которые более или менее успешно продаются (примерами таких систем являются O2 компании O2 Technology (www.o2tech.com), ObjectStore компании ObjectDesignInc., (www.odi.com), Objectivity/DB компании Objectivity, Inc., Versant компании VersantObjectTechnology (www.versant.com), ONTOSDB компании ONTOS, Inc., (www.ontos.com) и т.д.). Во всех этих системах поддерживается возможность распределенного хранения баз данных; имеется возможность написания приложений и/или методов объектов на одном или нескольких языках объектно-ориентированного программирования (как правило, в минимальный набор языков входят Си++ и Java); обеспечиваются удобные средства доступа к базам данных в среде Internet и т.д. Тем не менее, объектно-ориентированные системы оказались не в состоянии конкурировать с реляционными системами, поставляемыми ведущей шестеркой поставщиков программных средств управления базами данных.

Прежде чем перейти к краткому обзору современных продуктов ведущих компаний, попробуем понять, почему же большинство заказчиков предпочитает использовать именно эти продукты, а не объектно-ориентированные СУБД. Мы можем привести несколько соображений, некоторые из которых являются в большей степени эмоциональными, а другие - чисто техническими. Во-первых, компьютерное сообщество уже пережило техническую революцию при переходе от дореляционных СУБД к реляционным. Как и любая революция, эта техническая революция была пережита непросто. Хотя и очень простые, идеи реляционного подхода воспринимались широкими массами пользователей и разработчиков информационных систем на протяжении нескольких лет. Переход к новым технологиям вызвал необходимость в реинжиниринге, а иногда и полной переделке существующих и используемых практически информационных систем. В результате, конечно, были получены более качественные продукты, но одновременно с этим обострилась известная проблема "унаследованных" ("legacy") систем, которые являются морально устаревшими, плохо сопровождаемыми, но необходимыми для успешного функционирования предприятия. Переход к объектно-ориентированной технологии баз данных означал бы новую революцию. Потребовалась бы качественная, основанная на иных понятиях переделка прикладного программного обеспечения. Естественно, это отпугнуло пользователей и разработчиков от объектно-ориентированных баз данных.

Во-вторых, любая развитая система управления базами данных является предельно сложным программным продуктом, для эффективной реализации которого требуется привлечение правильным образом разработанного или выбранного из числа готовых набора методов, алгоритмов, протоколов и структур данных. Кроме того, для достижения должного уровня эффективности СУБД должна пройти длительный процесс отладки, обкатки и настройки. Ведущие производители реляционных СУБД в той или иной степени успешно решили эти проблемы за счет больших денежных и временных затрат. Конечно, сегодня невозможно говорить о какой-либо объектно-ориентированной СУБД, которая была бы настолько же хорошо отлажена и настроена, которая могла настолько же эффективно обрабатывать большие объемы данных, как продукты ведущей шестерки.

В-третьих, одним из основных преимуществ реляционного подхода по отношению к дореляционным системам является наличие ненавигационного интерфейса доступа к базам данных. Отсутствие явной навигации в базе данных позволяет освободить прикладную программу от технических деталей ассемблерного уровня (можно проводить аналогию между явным переходом по ссылке в структуре внешних данных и безусловным переходом в языках уровня ассемблера), а также дает возможность более эффективного по сравнению с ручным выполнения операций доступа к данным (когда способ выполнения непроцедурно заданного оператора выбирается в компиляторе соответствующего языка, то используется гораздо больший объем знаний, чем тот, которым располагает отдельно взятый человек). Отрицательным свойством ненавигационного, основанного на манипуляциях с таблицами способа доступа к базам данных является так называемая потеря соответствия (impedancemismatch) языков программирования и языков баз данных. Классические, наиболее используемые на практике языки программирования ориентированы на работу с атомарными значениями встроенных типов данных. Даже если в языке содержатся средства определения массивных типов данных (структур, массивов, множеств, списков и т.д.), то перед выполнением любой обрабатывающей операции необходимо выбрать атомарный элемент соответствующего массивного типа. Языки реляционных баз данных ориентированы на работу с таблицами: операндами любой операции являются таблицы, и в результате выполнения операции формируется новая таблица. Фактически, языки программирования и языки реляционных баз данных ортогональны:

Рис. 8.1. Ортогональность языков программирования и языков баз данных

То, что предлагается в языке SQL относительно возможности встраивания его конструкций в традиционный язык программирования - это попытка сгладить эту ортогональность. (Имеются в виду средства встраиваемого SQL для развертывания операций обработки результата запроса к базе данных в последовательность или цикл обработки ее строк.)

Рис. 8.2. Сглаживание ортогональности средствами языка SQL

Одной из задач, которую ставили перед собой разработчики подхода ООБД, состояла в том, чтобы добиться отсутствия потери соответствия между языками объектно-ориентированного программирования и языками объектно-ориентированных баз данных. Идеалом представлялось то, чтобы один и тот же язык использовался и для программирования приложений (и написания методов объектов), и для обеспечения доступа к базе данных. Поскольку природа объектно-ориентированных языков не изменилась по сравнению с их предшественниками, средства доступа к базе данных естественно стали снова навигационными. Конечно, это другой уровень навигации с использованием логических ссылок, но навигация есть навигация - за одно обращение к базе данных можно получить возможность работы с одним объектом. Естественно, и это отпугнуло разработчиков и пользователей.

Заметим, что в последнее время ситуация изменилась. В результате деятельности международного консорциума ObjectDatabaseManagementGroup (ODMG) был выработан стандарт языка запросов (OQL - ObjectQueryLanguage) к ООБД (в июле 1997 г. опубликована его вторая версия). Этот язык ненавигационный и синтаксически близок к языку SQL. Но для текущего поколения объектно-ориентированных СУБД язык OQL появился слишком поздно, и с этим связана вторая причина неудачи объектно-ориентированных СУБД на рынке.

До возникновения стандартов ODMG существовало столько же разных представлений о природе ООБД, сколько разных соответствующих продуктов. Если реляционные системы с самого начала основывались на одной и достаточно точной модели, то для ООБД такой общей модели не было вообще. Все попытки создать такую модель требовали привлечения весьма трудного математического аппарата, обычно непонятного даже профессиональным математикам. Группа ODMG, включающая всех основных поставщиков объектно-ориентированных СУБД, смогла предложить общую объектную модель баз данных, но и эта модель появилась слишком поздно, а кроме того, она слишком неточна и является результатом многочисленных компромиссов. Естественно, необоснованные теоретически объектно-ориентированные СУБД не могли вызвать слишком большого доверия.

Повторим, что ситуация меняется. Если раньше между ODMG и сообществом реляционных баз данных (в частности, комитетом по стандартизации языка SQL) существовали принципиальные разногласия, то сегодня обе стороны стремятся к сближению позиций. Тем не менее, на сегодняшний день рынок объектно-ориентированных систем по крайней мере на порядок уже рынка реляционных систем и, возможно, еще более сузится в связи с возникновением нового сектора коммерческих объектно-реляционных систем, поставку которых начинают ведущие компании.

8.1.1. Обзор современного состояния рынка серверов баз данных

Естественно, мы не можем в этом подразделе достаточно детально представить даже наиболее известных производителей серверных продуктов реляционных баз данных и собственно эти продукты. Это связано и с тем, что по поводу каждой компании можно сказать очень много, и с тем, что серверные продукты управления базами данных являются, по всей видимости наиболее сложными программными продуктами, присутствующими на рынке, и с тем, что компании-производители серверных продуктов очень не любят открывать технические детали реализации (это считается частью "know-how" компании). Мы постараемся охарактеризовать деятельность и продукты ведущей шестерки производителей (компаний Oracle (www.oracle.com), Informix (www.informix.com), Sybase (www.sybase.com), ComputerAssociates (www.cai.com), IBM (www.ibm.com) и Microsoft (www.microsoft.com)), касаясь только особенностей серверов баз данных и не затрагивая возможности громадного числа сопутствующих программных продуктов. Кроме того, мы не будем обсуждать продукты компаний "второго эшелона", хотя зачастую они обладают оригинальными и специфическими возможностями.

8.1.1.1. История и серверные продукты компании Oracle

Первая доступная заказчикам версия СУБД Oracle (OracleV.2) была выпущена компанией RelationalSoftwareInc. в 1979 г. Эта версия была ориентирована на использование в среде ОС RSX-11 для семейства миникомпьютеров PDP-11. Система была написана большей частью на языке ассемблера PDP-11, но включала также тексты на новом для того времени языке Си. СУБД могла функционировать не только в среде ОС RSX-11, но и в других операционных средах, поддерживаемых на PDP-11: IAS, RSTS и UNIX. Тогда же было принято решение о переносе Oracle в 32-разрядную операционную среду VAXVMS, что на долгие годы определило судьбу СУБД Oracle как ведущей системы управления базами данных на миникомпьютерах.

Наиболее сильное впечатление на пользователей Oracle производила возможность манипулирования базами данных на основе непроцедурного реляционного языка SQL, для которого в то время существовал только фирменный стандарт компании IBM. СУБД OracleV.2 обладала ограниченными возможностями; в частности, в системе отсутствовали средства управления транзакциями, что заставляло пользователей постоянно прибегать к использованию утомительной процедуры резервного копирования.

СУБД OracleV.3 была выпущена в свет в 1983 г. Она была полностью переписана на языке программирования Си, что в дальнейшем позволило решить проблему переноса системы на большое число аппаратно-программных платформ. Функции, доступные через SQL-интерфейс, были расширены. В обиход пользователей системы было введено понятие транзакции. В это же время компания RelationalSoftwareInc. была переименована в OracleCorp.

В 1985 г. на рынке появилась СУБД OracleV.5. В этой системе использовалась архитектура "клиент-сервер" и впервые появилась (ограниченная) возможность одновременного использования баз данных, расположенных в разных узлах сети.

Шестая версия системы представляла из себя инструмент построения корпоративных информационных приложений, выполняющихся в режиме OLTP. В системе были реализованы система блокировок на уровне записей (заметим, что хотя этот уровень блокировок кажется наиболее естественным, переход к его использованию происходил и происходит непросто; в частности, в очень развитых последних по времени продуктах компании Sybase до сих пор используются блокировки на уровне страниц), а также механизм непротиворечивых чтений из базы данных без потребности блокировок (это легко реализуемое оригинальное изобретение Oracle пока не воспроизведено в продуктах других компаний и, естественно, не стандартизовано). СУБД OracleV.6 была перенесена на ряд новых платформ, в том числе, OS/2 и Macintosh.

Важными нововведениями шестой версии было появление процедурного языка программирования PL/SQL, который можно было использовать как для определения процедур, хранимых на сервере баз данных, так и для разработки приложений в составе языка четвертого поколения SQL*Forms. Кроме того, в реализованном варианте языка SQL появились средства определения ссылочной целостности (referenceintegrity), одного из наиболее фундаментальных механизмов поддержания целостности в реляционных базах данных.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12