Bạn đang tìm hiểu về hệ quản trị cơ sở dữ liệu? Bạn đang có những thắc mắc về các thành phần của hệ quản trị cơ sở dữ liệu? Chức năng của chúng là gì? Tất cả những điều mà bạn thắc mắc sẽ được chúng tôi giải đáp ngay trong nội dung bài viết sau đây của Asiasoft nhé.
1. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu là gì?
Cơ sở dữ liệu là một tập hợp có thứ tự các thông tin hoặc dữ liệu có cấu trúc, thường được lưu trữ ở dạng điện tử trong hệ thống máy tính. Thường được kiểm soát bởi hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS). Trong thực tế, dữ liệu, DBMS và các ứng dụng liên quan được gọi chung là hệ thống cơ sở dữ liệu, thường được gọi đơn giản là cơ sở dữ liệu.
Để nâng cao hiệu quả xử lý dữ liệu và truy vấn, các cơ sở dữ liệu phổ biến nhất hiện nay thường lưu trữ dữ liệu trong một chuỗi bảng dưới dạng hàng và cột, cho phép người dùng dễ dàng truy cập, quản lý, sửa đổi, cập nhật, kiểm soát và sắp xếp dữ liệu. Ngoài ra, hầu hết các cơ sở dữ liệu đều sử dụng ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc (SQL) để ghi và truy vấn dữ liệu.
2. Các thành phần của hệ quản trị cơ sở dữ liệu
Theo chức năng, hệ quản trị cơ sở dữ liệu có thể được chia thành 6 phần:
- Ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu (Data Definition):
Phần này cung cấp các công cụ và chức năng để định nghĩa cấu trúc của cơ sở dữ liệu. Nó bao gồm việc sử dụng ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu (DDL) để tạo, chỉnh sửa và xóa các đối tượng cơ sở dữ liệu như bảng, chỉ mục, và ràng buộc. Các hoạt động dữ liệu khác nhau của cơ sở dữ liệu (chẳng hạn như tìm kiếm, sửa đổi, chèn và xóa,…) cũng như quản lý và bảo trì cơ sở dữ liệu đều dựa trên lược đồ cơ sở dữ liệu.
- Biên dịch chương trình ứng dụng (Application Program Compilation):
Biên dịch chương trình ứng dụng chứa các câu lệnh truy cập cơ sở dữ liệu thành một chương trình đích có thể chạy với sự hỗ trợ của DBMS. Điều này bao gồm việc chuyển đổi lệnh truy vấn và yêu cầu từ ứng dụng sang một định dạng mà DBMS có thể hiểu.
- Truy vấn tương tác (Interactive Query):
Cung cấp ngôn ngữ truy vấn tương tác dễ sử dụng, chẳng hạn như SQL. Các DBMS chịu trách nhiệm thực thi các lệnh truy vấn và hiển thị kết quả truy vấn trên màn hình.
- Tổ chức và truy cập dữ liệu (Data Organization and Access):
Cung cấp các phương thức tổ chức và truy cập vật lý cho dữ liệu trên các thiết bị lưu trữ ngoại vi. Bao gồm quản lý cách dữ liệu được lưu trữ và truy xuất hiệu quả.
- Quản lý vận hành giao dịch (Transaction Management):
Cung cấp nhật ký vận hành và quản lý giao dịch, giám sát bảo mật hoạt động giao dịch và kiểm tra tính toàn vẹn dữ liệu, kiểm soát đồng thời giao dịch và phục hồi hệ thống và các chức năng khác.
- Bảo trì cơ sở dữ liệu (Database Maintenance):
Cung cấp hỗ trợ phần mềm cho quản trị viên cơ sở dữ liệu, bao gồm các công cụ bảo trì như kiểm soát bảo mật dữ liệu, đảm bảo tính toàn vẹn, sao lưu cơ sở dữ liệu, tổ chức lại cơ sở dữ liệu và giám sát hiệu suất.
Các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu dựa trên các mô hình quan hệ ngày càng trở nên phức tạp và được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau như phần mềm thương mại. Ứng dụng của nó trong môi trường phân tán nhiều người dùng của từng cấu trúc máy chủ gia đình giúp mở rộng hơn nữa ứng dụng của hệ thống cơ sở dữ liệu. Với sự tiến bộ của các mô hình dữ liệu mới và công nghệ triển khai quản lý dữ liệu, có thể kỳ vọng rằng hiệu suất của phần mềm DBMS sẽ được cập nhật và cải thiện cũng như các lĩnh vực ứng dụng sẽ được mở rộng hơn nữa.
3. Phân cấp hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu
Theo các đối tượng xử lý khác nhau, cấu trúc phân cấp của hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu từ cao đến thấp là lớp ứng dụng, lớp xử lý ngôn ngữ, lớp truy cập dữ liệu, lớp lưu trữ dữ liệu và hệ điều hành.
3.1. Lớp ứng dụng (Application Layer)
Lớp ứng dụng là lớp cao nhất trong hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu. Đây là nơi chứa các ứng dụng và chương trình mà người dùng sử dụng để tương tác với cơ sở dữ liệu. Lớp này cung cấp giao diện người dùng để nhập và hiển thị dữ liệu. Các ứng dụng ở lớp này tạo các truy vấn và yêu cầu dữ liệu từ DBMS và hiển thị kết quả cho người dùng. Đây cũng là nơi người dùng thực hiện các hoạt động như tìm kiếm, thêm, sửa đổi, và xóa dữ liệu.
3.2. Lớp xử lý ngôn ngữ (Language Processing Layer)
Lớp xử lý ngôn ngữ là trung gian giữa lớp ứng dụng và lớp truy cập dữ liệu. Nó chịu trách nhiệm biên dịch các truy vấn và yêu cầu từ ứng dụng thành định dạng mà DBMS có thể hiểu. Tại đây, truy vấn ngôn ngữ như SQL được biên dịch thành cách thức mà DBMS có thể hiểu và thực hiện.
3.3. Lớp truy cập dữ liệu (Data Access Layer)
Lớp truy cập dữ liệu quản lý truy cập và tương tác với dữ liệu cơ sở dữ liệu. Nó xử lý các yêu cầu truy vấn và truy cập dữ liệu từ DBMS. Lớp này cung cấp giao diện truy cập cơ sở dữ liệu cho lớp xử lý ngôn ngữ ở phía trên và giao tiếp với lớp lưu trữ dữ liệu ở phía dưới.
3.4. Lớp lưu trữ dữ liệu (Data Storage Layer)
Lớp lưu trữ dữ liệu là nơi dữ liệu được lưu trữ trên đĩa hoặc bộ nhớ. Nó quản lý cách dữ liệu được lưu trữ, chỉ mục hóa, và truy xuất từ lưu trữ vật lý. Lớp này bao gồm hệ quản lý cơ sở dữ liệu vật lý, nơi dữ liệu được tổ chức trong các bảng và chỉ mục.
3.5. Hệ điều hành (Operating System)
Lớp thấp nhất trong hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu là hệ điều hành. Hệ điều hành quản lý các tài nguyên máy tính, bao gồm quản lý tập tin và bộ nhớ, cung cấp giao tiếp với các thiết bị lưu trữ và xử lý các yêu cầu từ lớp lưu trữ dữ liệu. Hệ điều hành đảm bảo rằng các tệp dữ liệu được đọc và ghi một cách đáng tin cậy.
4. Chức năng và đặc điểm của hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu
Sự phát triển của công nghệ quản lý dữ liệu đã trải qua các giai đoạn: quản lý thủ công (trước giữa những năm 1950), hệ thống tập tin (cuối những năm 1950 đến giữa những năm 1960), cơ sở dữ liệu (cuối những năm 1960 đến cuối những năm 1970), và giai đoạn công nghệ cơ sở dữ liệu nâng cao (bắt đầu từ đầu những năm 1980).
Cơ sở dữ liệu là tập hợp dữ liệu có tổ chức, có thể chia sẻ và được lưu trữ trong máy tính trong thời gian dài.
- Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS):
Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS) là phần mềm chịu trách nhiệm xác định, thiết lập, vận hành, quản lý và bảo trì cơ sở dữ liệu. Mục đích của nó là đảm bảo an ninh và độ tin cậy của dữ liệu, đồng thời cải thiện tính tiện dụng của các ứng dụng cơ sở dữ liệu. DBMS chuyển đổi thao tác của người dùng thành thao tác trên tệp lưu trữ hệ thống, thực hiện chuyển đổi giữa ba cấp độ của cơ sở dữ liệu một cách hiệu quả. Các chức năng chính bao gồm định nghĩa, thiết lập, vận hành, kiểm soát, bảo trì, phục hồi lỗi và truyền dữ liệu.
- Hệ thống cơ sở dữ liệu (DBS):
Hệ thống cơ sở dữ liệu (DBS) là một hệ thống bao gồm phần mềm, phần cứng và tài nguyên dữ liệu, tổ chức và lưu trữ động nhiều dữ liệu liên quan để nhiều người dùng có thể truy cập. Một hệ thống cơ sở dữ liệu điển hình bao gồm bốn phần: cơ sở dữ liệu, phần cứng, phần mềm (ứng dụng) và quản trị viên cơ sở dữ liệu (DBA). Theo cấu trúc hệ thống máy tính, DBS được chia thành bốn loại: tập trung, máy khách/máy chủ, song song và phân tán.
So với hệ thống tệp, công nghệ cơ sở dữ liệu có các đặc điểm sau:
- Mô hình dữ liệu phức tạp thể hiện cấu trúc dữ liệu, giảm dư thừa, dễ mở rộng và chia sẻ.
- Độc lập cao giữa dữ liệu và chương trình, bao gồm độc lập vật lý và logic.
- Cung cấp giao diện người dùng thuận tiện.
- Cung cấp bốn khía cạnh kiểm soát dữ liệu: kiểm soát đồng thời, phục hồi, toàn vẹn và bảo mật. Dữ liệu được tổ chức và kiểm soát tập trung theo một mô hình nhất định.
- Tăng tính linh hoạt của hệ thống.
Tóm lại, công nghệ quản lý dữ liệu đã phát triển từ quản lý thủ công đến sử dụng các hệ thống cơ sở dữ liệu hiện đại, cải thiện quản lý và sử dụng dữ liệu trong nhiều ứng dụng và môi trường khác nhau.
5. Nguyên tắc lựa chọn hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu
Các khía cạnh sau đây cần được xem xét khi lựa chọn một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu:
- Sự đơn giản của việc xây dựng cơ sở dữ liệu
Cần phân tích xem hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu có yêu cầu về mô hình hay không, tức là liệu nó có phải phân tích thế giới thực theo mô hình dữ liệu do hệ thống chỉ định và thiết lập mô hình tương ứng hay không, các tuyên bố quản lý cơ sở dữ liệu có tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế hay không. với các tiêu chuẩn quốc tế sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo trì, phát triển và cấy ghép hệ thống. Có công cụ phát triển nào dễ sử dụng cho người dùng không?
- Sự dễ dàng của việc phát triển chương trình
Sử dụng công cụ CASE và ngôn ngữ thế hệ thứ tư giúp làm cho quá trình phát triển phần mềm trở nên hiệu quả, dễ quản lý, và thích nghi với nhu cầu ngày càng phức tạp của ngành công nghiệp phần mềm.
- Phân tích hiệu suất của hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu
Bao gồm đánh giá hiệu suất (thời gian phản hồi, thông lượng dữ liệu trên mỗi đơn vị thời gian), giám sát hiệu suất (sử dụng bộ nhớ trong và ngoài, tốc độ đầu vào/đầu ra của hệ thống, thực thi câu lệnh SQL, kiểm soát bộ dữ liệu), quản lý hiệu suất (cài đặt và điều chỉnh tham số).
- Hỗ trợ các ứng dụng phân tán
Bao gồm tính minh bạch của dữ liệu và tính minh bạch của mạng. Tính minh bạch của dữ liệu có nghĩa là người dùng không cần chỉ ra dữ liệu nằm trên nút nào trong mạng trong ứng dụng. Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu có thể tự động tìm kiếm trên mạng và trích xuất dữ liệu cần thiết, tính minh bạch của mạng có nghĩa là người dùng không cần chỉ ra giao thức được sử dụng bởi mạng trong ứng dụng. Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu tự động chuyển đổi các gói dữ liệu thành dữ liệu giao thức tương ứng.
- Khả năng xử lý song song
Hỗ trợ các hệ thống chế độ nhiều CPU (SMP, CLUSTER, MPP), hình thức phân phối tải cũng như phạm vi và mức độ chi tiết xử lý song song. Điều này giúp cải thiện hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống.
- Tính di động và khả năng mở rộng
Tính di động đề cập đến khả năng mở rộng theo chiều dọc và khả năng mở rộng theo chiều ngang.
- Mở rộng theo chiều dọc: Yêu cầu nền tảng mới có thể hỗ trợ các nền tảng phiên bản thấp hơn và cơ chế máy khách/máy chủ cơ sở dữ liệu hỗ trợ chế độ quản lý tập trung, do đó đảm bảo hệ thống và đầu tư trước đó của người dùng.
- Mở rộng theo chiều ngang: Yêu cầu đáp ứng mở rộng phần cứng và hỗ trợ chuyển đổi từ chế độ CPU đơn sang chế độ đa CPU hoặc có thể liên quan đến việc sử dụng cụm máy tính (CLUSTER) hoặc các hệ thống MPP có nhiều CPU làm việc cùng nhau. Nhằm đáp ứng nhu cầu tăng cường hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống.
- Ràng buộc về tính toàn vẹn dữ liệu
Tính toàn vẹn dữ liệu đề cập đến tính chính xác và bảo vệ tính nhất quán của dữ liệu, bao gồm tính toàn vẹn của thực thể, tính toàn vẹn tham chiếu và các quy tắc giao dịch phức tạp.
- Chức năng kiểm soát đồng thời
Đối với các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu phân tán, chức năng điều khiển đồng thời là rất cần thiết. Do đối mặt với môi trường phân tán đa tác vụ nên có thể có nhiều điểm người dùng đọc hoặc ghi cùng một dữ liệu, để đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu cần được hoàn thiện bởi chức năng kiểm soát đồng thời của cơ sở dữ liệu hệ thống quản lý.
- Khả năng chịu lỗi
Xử lý dữ liệu có khả năng chịu lỗi trong các trường hợp bất thường. Tiêu chí đánh giá: khả năng chịu lỗi phần cứng, khả năng chịu lỗi phần mềm có hoặc không có chức năng xử lý ảnh đĩa, khả năng chịu lỗi có hoặc không có bất thường về phương pháp phần mềm.
- Kiểm soát an ninh
Bao gồm mức độ bảo mật và bảo mật (quản lý tài khoản, quyền của người dùng, kiểm soát bảo mật mạng, hạn chế dữ liệu)
- Khả năng khắc phục trước những sự cố bất thường
Khi mất điện đột ngột, lỗi phần cứng, lỗi phần mềm, virut hoặc hoạt động sai nghiêm trọng, hệ thống phải cung cấp các chức năng khôi phục cơ sở dữ liệu, chẳng hạn như kết xuất thường xuyên, khôi phục bản sao lưu, khôi phục,… để hệ thống có khả năng khôi phục cơ sở dữ liệu về trạng thái bị hư hỏng, về trạng thái trước đó.
6. Ưu & nhược điểm của hệ quản trị dữ liệu DBMS
6.1. Ưu điểm của DBMS
- DBMS cung cấp nhiều kỹ thuật khác nhau để lưu trữ và truy xuất dữ liệu
- DBMS có thể hoạt động như một bộ xử lý hiệu quả, cân bằng nhu cầu của nhiều ứng dụng sử dụng cùng một dữ liệu
- Quy trình quản lý dữ liệu thống nhất
- Các lập trình viên ứng dụng không bao giờ đụng đến việc biểu diễn và lưu trữ dữ liệu.
- DBMS sử dụng nhiều tính năng mạnh mẽ để lưu trữ và truy xuất dữ liệu một cách hiệu quả.
- Cung cấp tính toàn vẹn và bảo mật dữ liệu
- DBMS ngụ ý các ràng buộc toàn vẹn để có được mức độ bảo vệ cao chống lại việc truy cập dữ liệu bị cấm.
- DBMS lập lịch truy cập đồng thời vào dữ liệu theo cách mà chỉ một người dùng có thể truy cập vào cùng một bản sao dữ liệu tại một thời điểm
- Giảm thời gian phát triển ứng dụng
6.2. Nhược điểm của DBMS
DBMS có thể mang lại nhiều ưu điểm nhưng cũng có một số hạn chế nhất định-
- Chi phí phần cứng và phần mềm của DBMS khá cao, điều này làm tăng ngân sách của tổ chức.
- Hầu hết các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu thường phức tạp nên người dùng cần được đào tạo để sử dụng DBMS.
- Ở một số tổ chức, tất cả dữ liệu được tích hợp vào một cơ sở dữ liệu duy nhất, cơ sở dữ liệu này có thể bị xâm phạm do mất điện hoặc hư hỏng phương tiện lưu trữ.
- Nhiều người dùng sử dụng cùng một chương trình cùng lúc đôi khi có thể dẫn đến mất dữ liệu.
- DBMS không thể thực hiện các phép tính phức tạp
7. Ứng dụng của hệ quản trị cơ sở dữ liệu vào thực tế
Trong các ứng dụng thực tế, việc hiểu các thành phần của DBMS và vai trò của chúng là rất quan trọng để cải thiện hiệu suất và tính bảo mật của cơ sở dữ liệu:
- Chọn các thiết bị và cấu hình phần cứng phù hợp dựa trên nhu cầu thực tế để đảm bảo hiệu suất phần cứng phù hợp với kích thước cơ sở dữ liệu.
- Thường xuyên duy trì và tối ưu hóa cơ sở dữ liệu, bao gồm cập nhật số liệu thống kê, sắp xếp lại dữ liệu,… để cải thiện hiệu suất truy vấn.
- Sử dụng các truy vấn được tham số hóa và các câu lệnh được chuẩn bị sẵn để ngăn chặn các cuộc tấn công tiêm nhiễm SQL và cải thiện tính bảo mật của cơ sở dữ liệu.
- Phân bổ quyền người dùng hợp lý theo nhu cầu doanh nghiệp để tránh các rủi ro về bảo mật do quyền quá lớn hoặc quá nhỏ.
Bằng cách hiểu sâu sắc về các thành phần của DBMS và vai trò của chúng trong các ứng dụng thực tế, chúng ta có thể sử dụng công nghệ này tốt hơn để hỗ trợ cuộc sống và công việc của mình.
Trên đây là một vài tìm hiểu của Asiasoft về sơ sở dữ liệu có thắc mắc hay cần thêm thông tin gì các bạn liên hệ Asia ngay nhé!
