1.1. Khái niệm CSDL và ứng dụng

0
1044

Trong nhiều năm gần đây, thuật ngữ Cơ sở dữ liệu – Database đã trở nên quen thuộc trong nhiều lĩnh vực. Các ứng dụng tin học vào quản lý ngày càng nhiều và đa dạng, hầu hết các lĩnh vực kinh tế, xã hội… đều đã ứng dụng các thành tựu mới của tin học vào phục vụ công tác chuyên môn của mình. Chính vì lẽ đó mà ngày càng nhiều người quan tâm đến thiết kế, xây dựng và ứng dụng cơ sở dữ liệu (CSDL).

Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu thế nào là cơ sở dữ liệu và các khái niệm liên quan đến nó. Trước hết, chúng ta sẽ tìm hiểu lý do tại sao cần phải quản lý dữ liệu bằng CSDL?

Tại sao phải có một cơ sở dữ liệu

Hệ thống các tệp tin cổ điển

Cho đến nay vẫn còn một số đơn vị kinh tế, hành chính sự nghiệp… sử dụng mô hình hệ thống các tệp tin cổ điển: chúng được tổ chức riêng rẽ, phục vụ cho một mục đích của một đơn vị hay một đơn vị con trực thuộc cụ thể.

Ưu điểm

Việc xây dựng hệ thống các tệp tin riêng tại từng đơn vị quản lý ít tốn thời gian bởi khối lượng thông tin cần quản lý và khai thác là nhỏ, không đòi hỏi đầu tư vật chất và chất xám nhiều, do đó triển khai ứng dụng nhanh.

Thông tin được khai thác chỉ phục vụ mục đích hẹp nên khả năng đáp ứng nhanh chóng, kịp thời.

Nhược điểm

Thông tin được tổ chức riêng rẽ ở nhiều nơi nên việc cập nhật dễ làm mất tính nhất quán dữ liệu.

Hệ thống thông tin được tổ chức thành các hệ thống file riêng lẻ nên thiếu sự chia sẻ thông tin giữa các nơi.

Qua phân tích trên, chúng ta nhận thấy việc tổ chức dữ liệu theo hệ thống tệp tin hoàn toàn không phù hợp với những hệ thống thông tin lớn. Việc xây dựng một hệ thống thông tin đảm bảo được tính nhất quán dữ liệu, đáp ứng được nhu cầu khai thác đồng thời của nhiều người là thực sự cần thiết.

Định nghĩa một cơ sở dữ liệu

Khái niệm

CSDL và công nghệ CSDL đã có những tác động to lớn trong việc phát triển sử dụng máy tính. Có thể nói rằng CSDL ảnh hưởng đến tất cả các nơi có sử dụng máy tính:

Kinh doanh (thông tin về sản phẩm, khách hàng, … )

Giáo dục (thông tin về sinh viên, điểm, .. )

Thư viện (thông tin về tài liệu, tác giả, độc giả…)

Y tế (thông tin về bệnh nhân, thuốc….)…

Như vậy, cơ sở dữ liệu là gì?

CSDL là tập hợp các dữ liệu có cấu trúc và liên quan với nhau được lưu trữ trên máy tính, được nhiều người sử dụng và được tổ chức theo một mô hình.

Danh bạ điện thoại là một ví dụ về CSDL.

Là các thông tin có ý nghĩa

Là tập hợp các thông tin có cấu trúc.

Các thông tin này có liên quan với nhau và có thể hệ thống được.

Trong khái niệm này, chúng ta cần nhấn mạnh, CSDL là tập hợp các thông tin có tính chất hệ thống, không phải là các thông tin rời rạc, không có liên quan với nhau. Các thông tin này phải có cấu trúc và tập hợp các thông tin này phải có khả năng đáp ứng nhu cầu khai thác của nhiều người sử dụng một cách đồng thời. Đó cũng chính là đặc trưng của CSDL.

Ưu điểm

Từ khái niệm trên, ta thấy rõ ưu điểm nổi bật của CSDL là

Giảm sự trùng lặp thông tin xuống mức thấp nhất và do đó đảm bảo được tính nhất quán và toàn vẹn dữ liệu (Cấu trúc của cơ sở dữ liệu được định nghĩa một lần. Phần định nghĩa cấu trúc này gọi là meta-data, và được Catalog của HQTCSDL lưu trữ).

Đảm bảo sự độc lập giữa dữ liệu và chương trình ứng dụng (Insulation between programs and data): Cho phép thay đổi cấu trúc, dữ liệu trong cơ sở dữ liệu mà không cần thay đổi chương trình ứng dụng.

Trừu tượng hoá dữ liệu (Data Abstraction): Mô hình dữ liệu được sử dụng để làm ẩn lưu trữ vật lý chi tiết của dữ liệu, chỉ biểu diễn cho người sử dụng mức khái niệm của cơ sở dữ liệu.

Nhiều khung nhìn (multi-view) cho các đối người dùng khác nhau: Đảm bảo dữ liệu có thể được truy xuất theo nhiều cách khác nhau. Vì yêu cầu của mỗi đối tượng sử dụng CSDL là khác nhau nên tạo ra nhiều khung nhìn vào dữ liệu là cần thiết.

Đa người dùng (multi-user): Khả năng chia sẻ thông tin cho nhiều người sử dụng và nhiều ứng dụng khác nhau.

Vấn đề cần giải quyết

Để đạt được các ưu điểm trên, CSDL đặt ra những vấn đề cần giải quyết. Đó là

Tính chủ quyền của dữ liệu: Do tính chia sẻ của CSDL nên chủ quyền của CSDL dễ bị xâm phạm.

Tính bảo mật và quyền khai thác thông tin của người sử dụng: Do có nhiều người được phép khai thác CSDL nên cần thiết phải có một cơ chế bảo mật và phân quyền hạn khai thác CSDL.

Tranh chấp dữ liệu: Nhiều người được phép cùng truy cập vào CSDL với những mục đích khác nhau: Xem, thêm, xóa hoặc sửa dữ liệu. Cần phải có cơ chế ưu tiên truy cập dữ liệu hoặc giải quyết tình trạng xung đột trong quá trình khai thác cạnh tranh. Cơ chế ưu tiên có thể được thực hiện bằng việc cấp quyền (hay mức độ) ưu tiên cho từng người khai thác.

Đảm bảo dữ liệu khi có sự cố: Việc quản lý dữ liệu tập trung có thể làm tăng nguy cơ mất mát hoặc sai lệnh thông tin khi có sự cố mất điện đột xuất hoặc đĩa lưu trữ bị hỏng. Một số hệ điều hành mạng có cung cấp dịch vụ sao lưu ảnh đĩa cứng (cơ chế sử dụng đĩa cứng dự phòng – RAID), tự động kiểm tra và khắc phục lỗi khi có sự cố. Tuy nhiên, bên cạnh dịch vụ của hệ điều hành, để đảm bảo an toàn cho CSDL, nhất thiết phải có một cơ chế khôi phục dữ liệu khi có sự cố xảy ra.

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DataBase Management System_DBMS)

Ví dụ

Như chúng ta đã biết, kích thước và độ phức tạp của CSDL rất khác nhau.

Danh bạ điện thoại của một quốc gia, một thành phố.. chứa tới hàng triệu số và những thông tin cần thiết về khách hàng.

Trong trường đại học có tới hàng ngàn sinh viên. Nhà trường phải quản lý tất cả những thông tin liên quan đến sinh viên như: tên, ngày sinh, quê quán, địa chỉ, kết quả học tập…

Xét một Ví dụ về CSDL quản lý tài liệu và độc giả trong thư viện quốc gia. Giả sử rằng có 100 triệu cuốn sách, mỗi cuốn sách cần lưu 10 thông tin liên quan, mỗi thông tin chứa tối đa 400 kí tự thì CSDL sẽ phải có tối thiểu 100 *106 * 400 *10 kí tự (bytes). Như vậy, dung lượng bộ nhớ cần dùng là: 100 *106 * 400 *10= 400 GB.

Ta thấy, bộ nhớ cũng là vấn đề cần phải được giải quyết. Tuy nhiên, vấn đề quan trọng hơn ở đây lại là cách thức tổ chức dữ liệu trong một cơ sở dữ liệu để phục vụ cho việc truy cập, tìm kiếm, cập nhật,….nhanh chóng và an toàn hơn.

Việc tổ chức dữ liệu như thế nào được thực hiện thông qua Hệ quản trị cơ sở dữ liệu(HQTCSDL).

Vậy hệ quản trị cơ sở dữ liệu (HQTCSDL) là gì?

Khái niệm

HQTCSDL là tập hợp các phần mềm cho phép định nghĩa các cấu trúc để lưu trữ thông tin trên máy, nhập dữ liệu, thao tác trên các dữ liệu đảm bảo sự an toàn và bí mật của dữ liệu.

Định nghĩa cấu trúc: Định nghĩa cấu trúc CSDL bao gồm việc xác định kiểu dữ liệu, cấu trúc và những ràng buộc cho dữ liệu được lưu trữ trong CSDL.

Nhập dữ liệu: Là việc lưu trữ dữ liệu vào các thiết bị lưu trữ trung gian được điều khiển bằng HQTCSDL.

Thao tác dữ liệu: thao tác trên CSDL bao gồm những chức năng như truy xuất cơ sở dữ liệu để tìm kiếm thông tin cần thiết, cập nhật cơ sở dữ liệu và tổng hợp những báo cáo từ dữ liệu.

Hệ thống cơ sở dữ liệu (Database System)

Là phần mềm HQTCSDL cùng với dữ liệu của bản thân cơ sở dữ liệu đó.

Môi trường hệ thống cơ sở dữ liệu đơn giản

Các đối tượng sử dụng CSDL

Đối với các cơ sở dữ liệu nhỏ, mang tính cá nhân như lịch làm việc, danh bạ điện thoại cá nhân… thì chỉ cần một người để tạo ra và thao tác trên nó. Tuy nhiên, đối với các CSDL lớn như: quản lý tài chính của ngân hàng nhà nước, điều hành các chuyến bay cho các sân bay quốc tế… cần phải có rất nhiều người tham gia thiết kế, xây dựng, bảo trì CSDL và hàng trăm người sử dụng. Trong phần này, chúng ta tìm hiểu xem ai là người thao tác với CSDL hàng ngày. Và trong phần sau, chúng ta xem xét những người không trực tiếp tham gia một CSDL cụ thể, họ là người duy trì môi trường hệ thống CSDL.

Đối tượng trực tiếp

Quản trị cơ sở dữ liệu

Trong những tổ chức có nhiều người cùng sử dụng chung một nguồn dữ liệu thì nhất thiết phải có một người đứng đầu quản lý, chịu trách nhiệm đối với nguồn dữ liệu này. Đó chính là người quản trị cơ sở dữ liệu (Database Administrators _ DBA ).

DBA có nhiệm vụ tổ chức nội dung của cơ sở dữ liệu, tạo và phân quyền cho người sử dụng, đưa ra yêu cầu về phần cứng và phần mềm… nếu cần thiết. DAB chịu trách nhiệm bảo vệ an toàn, Backup thông tin…khi có sự cố.

Thiết kế cơ sở dữ liệu

Người thiết kế CSDL chịu trách nhiệm

  • Xác định những dữ liệu nào cần lưu trữ trong CSDL
  • Lựa chọn những cấu trúc thích hợp để biểu diễn và lưu trữ những dữ liệu này.
  • Phỏng vấn tất cả những người sử dụng CSDL sau này để hiểu được những yêu cầu của họ đối với CSDL
  • Tiến hành phân tích thiết kế hệ thống sau khi thống nhất được tất cả các yêu cầu của người sử dụng

Người sử dụng cuối

Người sử dụng cuối là những người truy cập CSDL để

  • Truy vấn
  • Cập nhật
  • Thống kê, báo cáo

Phân tích hệ thống và Lập trình ứng dụng

Phân tích hệ thống để định rõ những yêu cầu của người sử dụng cuối cùng, thống nhất để đưa ra khung nhìn cho từng đối tượng người sử dụng, quản lý các giao tác (transactions)…

Lập trình ứng dụng

  • Thực hiện các yêu cầu thông qua lập trình bằng những ngôn ngữ phù hợp
  • Chạy thử chương trình (test)
  • Chữa lỗi và gỡ rối chương trình (debug)
  • Viết tài liệu, hướng dẫn sử dụng.
  • Bảo trì hệ thống

Đối tượng gián tiếp

Ngoài những đối tượng trực tiếp tham gia vào một CSDL cụ thể như đã nói ở trên, còn có một đội ngũ những người phân tích, phát triển, và thực hiện tạo ra môi trường hệ thống và phần mềm của hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Những người này không trực tiếp thao tác trên một hệ quản trị CSDL nào cụ thể. Họ là

  • Người phân tích và thực hiện tạo ra hệ thống của HQTCSDL
  • Những nhà phát triển hệ công cụ (Tool developers)
  • Người kiểm thử và bảo trì hệ thống

Lợi ích của việc sử dụng HQTCSDL

  • Hạn chế dư thừa dữ liệu.
  • Ngăn cản truy cập dữ liệu bất hợp pháp (bảo mật và phân quyền sử dụng).
  • Cung cấp khả năng lưu trữ lâu dài cho các đối tượng và cấu trúc dữ liệu.
  • Cho phép suy dẫn dữ liệu (từ dữ liệu này suy ra dữ liệu khác) sử dụng Rules.
  • Cung cấp giao diện đa người dùng.
  • Cho phép biểu diễn mối quan hệ phức tạp giữa các dữ liệu.
  • Đảm bảo ràng buộc toàn vẹn dữ liệu (Enforcing Integrity Constraints).
  • Cung cấp thủ tục sao lưu và phục hồi (backup và recovery)

BÌNH LUẬN

Vui lòng nhập bình luận của bạn
Vui lòng nhập tên của bạn ở đây