سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای (Relational Database Management System) چیست؟

سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای چیست؟

پایگاه داده رابطه‌ای مجموعه‌ای از نقاط داده است که روابط از پیش تعریف‌شده‌ای بین آن‌ها وجود دارد. مدل رابطه‌ای داده‌ها را در قالب جداول سازمان‌دهی می‌کند، به‌طوری که هر ردیف نشان‌دهنده یک رکورد مجزا و هر ستون شامل ویژگی‌هایی با مقادیر خاص است. این ساختار جدولی پایگاه داده امکان برقراری روابط بین نقاط داده را آسان می‌کند، به‌گونه‌ای که اطلاعات می‌توانند به روش‌های مختلف بدون نیاز به بازسازمان‌دهی خود داده‌ها دسترسی پیدا کنند. می‌توانید جداول را در یک پایگاه داده رابطه‌ای به هم متصل کنید تا بینش‌های عمیق‌تری درباره ارتباطات بین نقاط داده مختلف به دست آورید. برای مثال، جدول “مشتری” دارای ستون‌های نام و آدرس با مقادیر ردیف “جان” و “کالیفرنیا” است. به همین ترتیب، جدول “محصول” دارای ستون‌های نام و هزینه با مقادیر ردیف “کفش” و “۱۲ دلار” است. می‌توانید جدول مشتری را با جدول محصول ادغام کنید تا محصولاتی که مشتریان بیشتر خریداری می‌کنند را شناسایی کنید. به طور خلاصه، پایگاه داده رابطه‌ای روشی برای ذخیره و دسترسی به داده‌ها با روابط از پیش تعریف‌شده است.

چرا پایگاه‌های داده رابطه‌ای مهم هستند؟

از زمان اختراع کامپیوترها، مدیریت و ذخیره داده‌ها در ماشین‌ها یک حوزه تحقیقاتی مداوم بوده است. پیش از پایگاه‌های داده رابطه‌ای، سازمان‌ها از سیستم پایگاه داده سلسله‌مراتبی استفاده می‌کردند که مشابه پوشه‌های موجود در کامپیوتر شما بود. این سیستم‌های اولیه پایگاه داده می‌توانستند حجم زیادی از داده‌ها را سازمان‌دهی کنند. با این حال، در کشف روابط داده‌ای محدودیت داشتند. همچنین پیچیده بودند، برای کاربردهای خاص اختصاصی بودند و نیاز به تخصص فنی برای کار با آن‌ها داشتند. مدل پایگاه داده رابطه‌ای به عنوان راه‌حلی برای این مشکلات ظهور کرد. این مدل ذخیره‌سازی فیزیکی داده‌ها را از مدیریت و استفاده از پایگاه داده جدا کرد. پایگاه‌های داده رابطه‌ای مدرن به کاربران امکان ذخیره و بازیابی داده‌ها را بدون نیاز به مدیریت ذخیره‌سازی فیزیکی داده‌ها می‌دهند. همچنین می‌توانید ساختارهای داده‌ای منطقی را به‌صورت برنامه‌نویسی دستکاری کنید.

مزایای پایگاه داده رابطه‌ای چیست؟

مزیت اصلی مدل داده رابطه‌ای توانایی استخراج اطلاعات معنادار از داده‌ها است. برای مثال، می‌توانید داده‌ها را در یک جدول بشمارید، مرتب کنید، گروه‌بندی کنید، عملیات ریاضی انجام دهید و گزارش‌های پیچیده تولید کنید. به همین دلیل، سیستم‌های پایگاه داده رابطه‌ای همچنان محبوب‌ترین برای ذخیره داده‌ها هستند. در زیر مزایای بیشتری آورده شده است:

1. یکپارچگی داده‌ها: یکپارچگی داده‌ها به کامل بودن، دقت و سازگاری کلی داده‌ها اشاره دارد. پایگاه‌های داده رابطه‌ای از مجموعه‌ای از محدودیت‌ها برای اعمال یکپارچگی داده‌ها در پایگاه داده استفاده می‌کنند. این محدودیت‌ها شامل کلید اصلی، کلید خارجی، محدودیت «غیرنال»، محدودیت «یکتا»، محدودیت «پیش‌فرض» و محدودیت‌های «بررسی» هستند. این محدودیت‌های یکپارچگی به اجرای قوانین کسب‌وکار روی داده‌های موجود در جداول کمک می‌کنند تا دقت و قابلیت اطمینان داده‌ها تضمین شود. علاوه بر این، اکثر پایگاه‌های داده رابطه‌ای امکان جاسازی کدهای سفارشی در تریگرها را فراهم می‌کنند که بر اساس عملی روی یک نقطه داده در پایگاه داده اجرا می‌شوند. کدهای سفارشی همچنین می‌توانند در رویه‌های ذخیره‌شده جاسازی شوند که هنگام فراخوانی توسط یک مشتری یا برنامه اجرا می‌شوند.
2. امنیت: اکثر سیستم‌های مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای دارای کنترل‌های دسترسی پیچیده هستند. مدیران پایگاه داده شما می‌توانند دقیقاً تعیین کنند که چه کسی به چه داده‌ای دسترسی دارد. می‌توانید دسترسی را به خواندن، تغییر و حذف داده‌ها حتی در سطح سلول‌های جداگانه محدود کنید. چنین کنترل دسترسی دانه‌ای باعث می‌شود پایگاه‌های داده رابطه‌ای بسیار امن باشند.
3. پشتیبان‌گیری و بازیابی در برابر فاجعه: اکثر پایگاه‌های داده رابطه‌ای دارای قابلیت‌های وارد کردن و صادر کردن هستند، بنابراین می‌توانید به‌سرعت پشتیبان‌گیری از داده‌ها ایجاد کنید. پایگاه‌های داده رابطه‌ای مدرن مبتنی بر ابر، آینه‌سازی مداوم را انجام می‌دهند، بنابراین می‌توانید داده‌های ازدست‌رفته را در چند ثانیه یا کمتر بازیابی کنید.
4. پشتیبانی جامعه: چندین فناوری پایگاه داده رابطه‌ای منبع باز و رایگان هستند. پایگاه‌های داده منبع باز دارای جوامع فعالی هستند که به طور مداوم ویژگی‌ها و عملکردها را بهبود و تطبیق می‌دهند. توسعه‌دهندگان و مهندسان داده می‌توانند به ابزارها و نرم‌افزارهای مختلفی دسترسی داشته باشند که استفاده از پایگاه‌های داده رابطه‌ای را بسیار راحت می‌کند.

پایگاه‌های داده رابطه‌ای چگونه کار می‌کنند؟

پایگاه‌های داده رابطه‌ای محیطی را فراهم می‌کنند که برنامه‌ها می‌توانند از آن داده‌ها را دسترسی پیدا کرده و به روش‌های مختلف بازسازی کنند بدون نیاز به بازسازمان‌دهی جداول داده از داخل کد برنامه. در زیر برخی از ویژگی‌های کلیدی یک سیستم پایگاه داده رابطه‌ای آورده شده است:

1. مدل داده: پایگاه داده رابطه‌ای از جداولی تشکیل شده است که اشیاء یا مفاهیم دنیای واقعی را نشان می‌دهند، که اغلب به عنوان موجودیت‌ها شناخته می‌شوند. هر ستون در یک جدول نوع خاصی از داده را که به عنوان ویژگی شناخته می‌شود نگه می‌دارد و یک فیلد مقدار واقعی یک ویژگی را ذخیره می‌کند. ردیف‌ها و ستون‌های جدول مجموعه‌ای از مقادیر مرتبط یک شیء یا موجودیت را نشان می‌دهند. می‌توانید هر ردیف در یک جدول را با یک شناسه یکتا به نام کلید اصلی علامت‌گذاری کنید. یک کلید خارجی به کلید اصلی یک جدول دیگر ارجاع می‌دهد و یک ارتباط منطقی ایجاد می‌کند. ردیف‌ها در میان چندین جدول از طریق جفت کلید اصلی/کلید خارجی به هم مرتبط می‌شوند. برای مثال، هر ردیف از جدول سفارش‌ها می‌تواند شامل یک کلید خارجی باشد که شناسه مشتری را مشخص می‌کند و به ردیف جدول مشتری که تمام اطلاعات مشتری را در بر دارد، اشاره می‌کند.
2. SQL: زبان پرس‌وجوی ساختاریافته (SQL) رابط اصلی برای ارتباط با پایگاه‌های داده رابطه‌ای است. SQL در سال ۱۹۸۶ به استاندارد موسسه استانداردهای ملی آمریکا (ANSI) تبدیل شد. تمام موتورهای پایگاه داده رابطه‌ای محبوب از استاندارد ANSI SQL پشتیبانی می‌کنند. می‌توانید از آن برای به‌روزرسانی، حذف یا ذخیره داده‌ها، بازیابی زیرمجموعه‌های داده و مدیریت تمام جنبه‌های پایگاه داده رابطه‌ای خود استفاده کنید. SQL یادگیری نسبتاً آسانی دارد زیرا از کلمات کلیدی رایج انگلیسی در دستورات خود استفاده می‌کند. همچنین به‌خوبی با زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف ادغام می‌شود. برای مثال، می‌توانید پرس‌وجوهای SQL را با زبان برنامه‌نویسی جاوا ترکیب کنید تا برنامه‌های پردازش داده با کارایی بالا با سیستم‌های پایگاه داده SQL اصلی بسازید.
3. تراکنش‌ها: تراکنش پایگاه داده رابطه‌ای یک یا چند دستور SQL است که به‌صورت دنباله‌ای از عملیات اجرا می‌شوند و یک واحد منطقی از کار را تشکیل می‌دهند. تراکنش‌ها یک پیشنهاد «همه یا هیچ» ارائه می‌دهند، به این معنا که کل تراکنش باید به‌عنوان یک واحد کامل شود. اگر سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای نتواند هیچ بخشی از تراکنش را کامل کند، هیچ‌کدام از اجزای جداگانه اعمال نمی‌شوند. در اصطلاحات مدل رابطه‌ای، یک تراکنش منجر به COMMIT یا ROLLBACK می‌شود. سیستم مدیریت پایگاه داده هر تراکنش را به‌صورت منسجم و قابل اطمینان، مستقل و جدا از سایر تراکنش‌ها مدیریت می‌کند.
4. رعایت ACID: تمام تراکنش‌های پایگاه داده رابطه‌ای باید با ویژگی‌های ACID (اتمی، سازگار، منزوی و پایدار) مطابقت داشته باشند تا یکپارچگی داده‌ها تضمین شود.

• اتمی بودن (Atomicity): اتمی بودن ملزم می‌کند که تراکنش به طور کامل با موفقیت اجرا شود. اگر بخشی از تراکنش شکست بخورد، هرگونه تغییری که به‌عنوان بخشی از تراکنش انجام شده بود، بازگردانده می‌شود.
• سازگاری (Consistency): سازگاری ملزم می‌کند که داده‌های نوشته‌شده در پایگاه داده رابطه‌ای به‌عنوان بخشی از تراکنش باید به تمام قوانین و محدودیت‌های تعریف‌شده، از جمله محدودیت‌ها، کاسکدها و تریگرها پایبند باشد.
• انزوا (Isolation): انزوا ملزم می‌کند که هر تراکنش به خودی خود مستقل باشد. هنگامی که چندین کاربر به‌طور همزمان سعی در تغییر داده‌ها در یک پایگاه داده رابطه‌ای دارند، مکانیزم‌های کنترل هم‌زمانی از بازنویسی تغییرات یکدیگر جلوگیری می‌کنند.
• پایداری (Durability): پایداری ملزم می‌کند که تمام تغییرات انجام‌شده در پایگاه داده رابطه‌ای پس از تکمیل موفقیت‌آمیز یک تراکنش دائمی باشند.

انواع مختلف پایگاه‌های داده چیست؟

انواع مختلفی از پایگاه‌های داده وجود دارند که برای بهینه‌سازی انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری برای مدل‌های داده‌ای خاص طراحی شده‌اند. این انواع پایگاه داده شامل موارد زیر هستند:

• رابطه‌ای: داده‌ها در قالب جدولی با استفاده از ردیف‌ها برای رکوردهای جداگانه و ستون‌ها برای ذخیره ویژگی‌ها یا نقاط داده مرتبط با رکوردها ذخیره می‌شوند.
• کلید-مقدار: داده‌ها در قالب یک دیکشنری با هر مورد دارای یک کلید و مقدار ذخیره می‌شوند.
• سندی: داده‌ها به‌صورت اسناد با استفاده از JSON، XML یا فرمت‌های دیگر برای داده‌های نیمه‌ساختاریافته ذخیره می‌شوند.
• گرافی: داده‌ها به‌صورت گراف دانش با استفاده از گره‌ها، لبه‌ها برای تعریف روابط بین این گره‌ها و ویژگی‌هایی که نقاط داده جداگانه را ذخیره می‌کنند، ذخیره می‌شوند.

تفاوت بین پایگاه‌های داده رابطه‌ای و غیررابطه‌ای چیست؟

تفاوت بین پایگاه‌های داده رابطه‌ای و غیررابطه‌ای (که به‌عنوان NoSQL نیز شناخته می‌شوند) به ساختار داده‌های موجود در آن‌ها مربوط می‌شود. مدل پایگاه داده رابطه‌ای داده‌ها را در قالب جداول، شاخص‌ها و نماها سازمان‌دهی می‌کند. این ساختار جدولی ایجاد، خواندن، تغییر و حذف داده‌های مرتبط را با استفاده از زبانی مانند SQL آسان می‌کند. ساختار هر ردیف مشابه یک صفحه گسترده است. پایگاه داده غیررابطه‌ای از ساختار داده جدولی استفاده نمی‌کند. در عوض، داده‌ها ممکن است به‌صورت جفت‌های کلید-مقدار، JSON، گراف یا تقریباً هر نوع ساختار داده‌ای دیگر ذخیره شوند. بسیاری از پایگاه‌های داده غیررابطه‌ای به‌عنوان پایگاه‌های داده NoSQL شناخته می‌شوند، زیرا داده‌ها به روشی ذخیره و پرس‌وجو می‌شوند که نیازی به SQL ندارد. پایگاه‌های داده غیررابطه‌ای یا NoSQL برای مدل‌های داده‌ای خاص طراحی شده‌اند و دارای طرح‌های انعطاف‌پذیری برای ساخت برنامه‌های مدرن هستند. آن‌ها به دلیل سهولت توسعه، عملکرد و کارایی در مقیاس بزرگ شناخته شده‌اند. برخی از نقاط تفاوت شامل موارد زیر هستند:

مکانیزم ذخیره‌سازی داده‌ها

پایگاه‌های داده رابطه‌ای داده‌های ساختاریافته را در ردیف‌ها و ستون‌های مبتنی بر قوانین ذخیره می‌کنند. در مقابل، پایگاه‌های داده NoSQL عناصر داده‌ای جداگانه را در فایل‌های جداگانه ذخیره می‌کنند.

ساختار انعطاف‌پذیر

پایگاه‌های داده رابطه‌ای داده‌ها را به‌صورت جدولی ذخیره می‌کنند و از قوانین سخت‌گیرانه‌ای در مورد تنوع داده‌ها و روابط جدولی پیروی می‌کنند. پایگاه‌های داده غیررابطه‌ای انعطاف‌پذیری بیشتری ارائه می‌دهند، زیرا نیازی به داده‌های ساختاریافته ندارند. می‌توانید از آن‌ها برای ذخیره فایل‌ها، ویدئوها و سایر محتوای غیرساختاریافته استفاده کنید.

مکانیزم یکپارچگی داده‌ها

مدل پایگاه داده رابطه‌ای از ویژگی‌های سخت‌گیرانه ACID پیروی می‌کند. به طور سنتی، پایگاه‌های داده غیررابطه‌ای مدل انعطاف‌پذیرتری به نام BASE (در دسترس بودن پایه، حالت نرم، سازگاری نهایی) ارائه می‌دهند. آن‌ها در دسترس بودن را تضمین می‌کنند، اما سازگاری قوی را تضمین نمی‌کنند. حالت پایگاه داده می‌تواند با گذشت زمان تغییر کند و در نهایت سازگار شود. پایگاه‌های داده غیررابطه‌ای مدرن همچنین ACID، سازگاری قوی، در دسترس بودن بالا و غیره را ارائه می‌دهند.

چه چیزی را باید هنگام انتخاب یک پایگاه داده رابطه‌ای در نظر گرفت؟

موارد استفاده از پایگاه داده رابطه‌ای می‌تواند بسته به نوع و حجم داده‌های ذخیره‌شده و سطح عملکرد مورد نیاز برای دسترسی به آن متفاوت باشد. به همین دلیل، موتورهای مختلف پایگاه داده رابطه‌ای توسعه یافته‌اند — از Amazon Aurora، Oracle و Microsoft SQL Server گرفته تا MySQL و PostgreSQL — که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. هنگام انتخاب یک پایگاه داده رابطه‌ای، مهم است که در نظر بگیرید آیا نیاز به یافتن یک ارائه‌دهنده خدمات ابری مدیریت‌شده دارید که از آن پشتیبانی کند. سرویس پایگاه داده رابطه‌ای آمازون (RDS) یک سرویس پایگاه داده کاملاً مدیریت‌شده است که وظایف ضروری مانند تأمین، وصله‌گذاری، پشتیبان‌گیری و سایر موارد را برای محبوب‌ترین پایگاه‌های داده رابطه‌ای مدیریت می‌کند. این بدان معناست که می‌توانید موتور پایگاه داده‌ای را انتخاب کنید که با مورد استفاده شما مطابقت داشته باشد بدون نگرانی در مورد نیازهای نگهداری آن.