کامپیوتر 3021 بازدید

از زمان‌های بسیار دور یکی از مهم‌ترین کارکردهای رایانه‌ها حافظه بوده است. با این که مباحث فنی و روش‌های پیاده‌سازی زیرساختی حافظه تفاوت زیادی با هم دارند؛ اما اغلب رایانه‌ها به سخت‌افزار ضروری برای پردازش اطلاعات و حفظ آن‌ها برای استفاده در موارد بعدی مجهز هستند.

در دنیای امروز، چه سرور باشد و چه رایانه شخصی یا دستگاه‌های همراه، دیگر نمی‌توان هیچ اپلیکیشنی را بدون بهره‌گیری از این توانایی رایانه‌ها تصور کرد. از بازی‌های ساده تا ابزارهای مرتبط با کسب و کار که شامل وب‌سایت‌ها نیز می‌شود، انواع خاصی از داده‌ها در هر عملیاتی پردازش، ثبت و بازیابی می‌شوند.

«سیستم‌های مدیریت پایگاه داده» (DBMS) نرم‌افزارهایی در سطوح بالاتر هستند که با «رابط‌های برنامه‌نویسی اپلیکیشن» (API) کار می‌کنند و مسئولیت این دسته از عملیات را بر عهده دارند. اکنون دهه‌ها است که برای کمک به حل کردن انواع مختلفی از مسائل، DBMS های مختلفی توسعه یافته‌اند (برای نمونه پایگاه‌های داده رابطه‌ای، NoSQL و غیره) و اپلیکیشن‌هایی برای پیاده‌سازی آن‌ها نیز طراحی شده‌اند که شامل MySQL، PostgreSQL ،MongoDB ،Redis و غیره هستند.

در این مقاله به معرفی مبانی پایگاه‌های داده و سیستم‌های مدیریت پایگاه داده می‌پردازیم. همچنین در مورد منطق تشکیل‌دهنده پایگاه‌های داده مختلف و آن چه آن‌ها را از هم متمایز می‌کند نیز توضیح خواهیم داد.

سیستم‌های مدیریت پایگاه داده

سیستم مدیریت پایگاه داده یک اصطلاح گسترده است که به همه ابزارهای کاملاً مختلف (یعنی برنامه‌های رایانه‌ای یا کتابخانه‌های جاسازی‌شده) اشاره می‌کند و در اغلب موارد به روش‌های بسیار متفاوت و منحصر به فردی عمل می‌کند. این اپلیکیشن‌ها به مدیریت مجموعه‌های عظیمی از اطلاعات کمک می‌کنند. از آنجا که اطلاعات (یا داده‌ها) ممکن است شکل‌ها و اندازه‌های مختلفی داشته باشند، تعداد زیادی از DBMS-های مختلف همراه با اپلیکیشن‌های پایگاه داده مختلف در طی نیمه دوم قرن بیستم توسعه یافته‌اند تا به رفع نیازهای مختلف برنامه‌نویسی و محاسباتی کمک کنند.

سیستم‌های مدیریت پایگاه داده بر مبنای مدل‌های پایگاه داده عمل می‌کنند. این مدل‌ها نوعی ساختار هستند که برای مدیریت داده‌ها تعریف شده‌اند. هر DBMS نوظهور و اپلیکیشن‌ها آن برای تحقق این روش‌ها طراحی شده‌اند و به روش‌های مختلف با توجه به تعاریف و عملیات ذخیره و بازیابی اطلاعات مذکور عمل می‌کنند.

با این که تعداد زیادی از راه‌حل‌ها وجود دارند که DBMS های مختلف را پیاده‌سازی کرده‌اند؛ اما هر دوره تاریخی شاهد مقدار کمی از گزینه‌ها بوده است که به سرعت محبوبیت زیادی کسب کرده‌اند و برای مدتی بیشتر مورد استفاده بوده‌اند. احتمالاً رایج‌ترین گزینه در طی دهه‌های اخیر یا حتی بیشتر «سیستم‌های مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای» (RDBMS) هستند.

مدل‌های پایگاه داده

هر سیستم پایگاه داده به پیاده‌سازی یک مدل متفاوت از پایگاه داده می‌پردازد تا به طور منطقی داده‌هایی را که مدیریت می‌شوند سازمان‌دهی کند. این مدل‌ها نخستین مرحله و مهم‌ترین تعیین کننده چگونگی کارکرد و مدیریت اطلاعات از سوی پایگاه داده هستند.

تعداد بسیار معدودی از انواع مختلف مدل‌های پایگاه داده وجود دارند که به روشنی و صراحت ابزاری برای سارماندهی داده‌ها فراهم می‌کنند و یکی از رایج‌ترین آن‌ها احتمالاً مدل رابطه‌ای است. با این که مدل رابطه‌ای و پایگاه‌های داده رابطه‌ای در زمانی که برنامه‌نویس بداند چگونه باید از آن‌ها استفاده کند، بسیار پر قدرت و انعطاف‌پذیر هستند؛ اما از نظر برخی افراد چند مسئله و امکان وجود دارند که این مدل‌ها هرگز نمی‌توانند تأمین کنند.

در سال‌های اخیر یک سری از سیستم‌ها و اپلیکیشن‌های مختلف که پایگاه‌های داده NoSQL نامیده می‌شوند نیز کم کم محبوب شده‌اند و با نوید حل این مسائل و ارائه برخی کارکردهای جذاب دیگر وارد عرصه شده‌اند. این سیستم‌های پایگاه داده از طریق کنار گذاشتن سبک سازماندهی کاملاً منظم داده‌ها در مدل رابطه‌ای، شروع به ارائه روشی برای کار بسیار آزادانه‌تر با اطلاعات کرده‌اند و از این رو انعطاف‌پذیری و سهولت زیادی را فراهم ساخته‌اند. هر چند این نوع از پایگاه‌های داده نیز مشکلات خاص خود را دارند که برخی از آن‌ها با در نظر گرفتن ماهیت مهم و کاملاً ضروری داده‌ها بسیار جدی هستند.

مدل رابطه‌ای

مدل رابطه‌ای پایگاه‌های داده در دهه 1970 میلادی معرفی شد و یک روش بسیار منطبق بر ریاضیات برای سازمان‌دهی، نگهداری و استفاده از داده‌ها ارائه کرد. این مدل، طراحی‌های قبلی عموماً ساده، یا مدل شبکه‌ای را با معرفی مفهوم رابطه در پایگاه داده متحول ساخت. رابطه‌ها مزیت گروه‌بندی داده‌ها به صورت مجموعه‌های متمایز را فراهم ساختند که در طی آن جداول داده‌ای شامل اطلاعاتی سازمان‌یافته (برای نمونه نام و نشانی فرد) می‌شدند که همه ورودی‌ها را بر اساس مقادیر انتسابی به خصوصیات مرتبط می‌ساختند (برای نمونه شماره شناسایی فرد).

به لطف دهه‌ها تحقیق و توسعه، سیستم‌های پایگاه داده‌ای که مدل رابطه‌ای را پیاده‌سازی می‌کردند به شدت کارآمد و پایدار بودند. این مسئله همراه با تجربه طولانی مدت برنامه‌نویس‌ها و مدیران پایگاه‌های داده در کار با این ابزارها باعث شد که استفاده از پایگاه‌های داده رابطه‌ای به صورت کاربردهای بسیار ضروری درآید که موجب از دست رفتن هیچ نوع اطلاعاتی به خصوص در طی حوادث ناگهانی یا سهوی نمی‌شود.

پایگاه‌های داده رابطه‌ای علی‌رغم ماهیت صریحشان در شکل‌دهی و مدیریت داده‌ها می‌توانند بسیار انعطاف‌پذیر باشند و با مقدار تلاش اندکی نتایج زیادی را ارائه کنند.

رویکرد بدون مدل (NoSQL)

روش NoSQL برای سازمان‌دهی داده‌ها در واقع به معنی رها شدن از قیود است و از این رو ابزار نگهداری، کوئری زدن و استفاده از اطلاعات را آزادانه‌تر می‌سازد. پایگاه‌های داده NoSQL با استفاده از رویکرد غیر ساخت‌یافته (یا ساخت‌یافته در جا) به منظور حذف محدودیت‌های روابط صریح طراحی شدند و انواع بسیار متفاوتی از روش‌ها برای نگهداری و کار با داده‌ها برای کار با داده‌ها به روشی بسیار کارآمد در کاربردهای خاص (مانند ذخیره‌سازی اسناد تمام متن) ارائه می‌کنند.

سیستم‌های محبوب مدیریت پایگاه داده

در این مقاله هدف ما معرفی پارادایم‌های برخی از محبوب‌ترین و رایج‌ترین راه‌حل‌های پایگاه داده است. با این که رسیدن به یک نتیجه‌گیری عددی کار دشواری است؛ اما می‌توان به روشنی تخمین زد که اکثر افراد، انتخابی بین یک موتور پایگاه داده رابطه‌ای یا یک ساختار NoSQL نسبتاً جدیدتر دارند. پیش از توضیح تفاوت‌های بین پیاده‌سازی‌های مختلف هر یک از این سیستم‌ها، اجازه بدهید با ساختار درونی آن‌ها بیشتر آشنا شویم.

سیستم‌های مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای

سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای نام خود را از مدلی که پیاده‌سازی می‌کند، یعنی مدل رابطه‌ای که قبلاً در مورد آن توضیح دادیم، گرفته است. در حال حاضر مدت زیادی از معرفی مدل رابطه‌ای گذشته و به گزینه‌ای محبوب برای نگهداری امن و مطمئن داده‌ها تبدیل شده که دارای کارآمدی بالایی نیز است.

سیستم‌های مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای برای پذیرش داده‌ها نیازمند شِماهای (Schema) کاملاً تعریف شده و روشنی هستند که نباید با تعریف خاص PostgreSQL از این اصطلاح اشتباه گرفته شود. این قالب‌های تعریف شده از سوی کاربر شیوه جایگیری و استفاده از داده‌ها را تعریف می‌کنند. شِماها شباهت زیادی به جدول‌های دارای ستون دارند که تعداد و نوع اطلاعاتی که به هر رکورد تعلق دارند را تعریف می‌کنند و ردیف‌ها نیز نماینده مدخل‌ها هستند.

برخی سیستم‌های محبوب مدیریت پایگاه‌های داده رابطه‌ای شامل موارد زیر هستند:

  • SQLite: یک سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای توکار (embedded) و بسیار قدرتمند است.
  • MySQL: محبوب‌ترین و پراستفاده‌ترین RDMBS مورد استفاده است.
  • PostgreSQL: پیشرفته‌ترین RDBMS شیئی متن‌باز و سازگار با SQL است.

سیستم‌های پایگاه داده NoSQL یا NewSQL

سیستم‌های مدیریت پایگاه داده NoSQL به همراه مدلی عرضه می‌شوند که در راه‌حل‌های رابطه‌ای ساخت‌یافته استفاده می‌شود (یا مورد نیاز است. این سیستم‌ها شامل بسیاری از پیاده‌سازی‌ها هستند که هر یک به طرز کاملاً متفاوتی کار می‌کنند و به منظور رفع نیاز خاصی ارائه شده‌اند. این راه‌حل‌های بدون شِما یا امکان تشکیل تعداد نامحدودی از مدخل‌ها را می‌دهند و یا به عنوان انباره‌های مقدار مبتنی بر کلید به طرز بسیار ساده؛ اما با کارآمدی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

برخلاف پایگاه‌های داده رابطه‌ای سنتی امکان گروه‌بندی مجموعه‌هایی از داده‌ها با همدیگر در برخی پایگاه‌های داده NoSQL مانند MongoDB ارائه شده است. این انباره‌های سند داده‌های مختلف را در کنار هم و به صورت یک مجموعه منفرد نگهداری می‌کنند که معادل سند است. این سندها می‌توانند به صورت شیءهای داده‌ای منفرد مانند یک فایل JSON باشند و با این حال همچنان بتوان بر اساس خصوصیات مختلف به آن‌ها کوئری زد.

پایگاه‌های داده NoSQL روش مشترکی برای کوئری زدن به داده‌ها ندارند و هر یک از این راه‌حل‌ها، سیستم کوئری خاص خود را عرضه کرده‌اند.

مقایسه سیستم‌های مدیریت پایگاه‌های داده SQL و NoSQL

برای رسیدن به یک نتیجه‌گیری ساده و قابل درک باید به بررسی تفاوت‌های سیستم‌های مدیریت پایگاه داده SQL و NoSQL بپردازیم.

ساختار و نوع داده ذخیره‌شده

پایگاه‌های داده SQL یا رابطه‌ای نیازمند یک ساختار با خصوصیات تعریف شده برای نگهداری داده‌ها هستند و این روند عکس پایگاه‌های داده NoSQL است که معمولاً امکان عملیات آزادانه‌ای را فراهم می‌سازند.

کوئری زدن

صرف‌نظر از مجوزها، پایگاه‌های داده رابطه‌ای همگی کمابیش بر مبنای استاندارد SQL پیاده‌سازی شده‌اند و از این رو می‌توان با استفاده از زبان کوئری ساخت‌یافته (SQL) به آن‌ها کوئری زد. اما در سوی دیگر، پایگاه‌های داده NoSQL هر یک روش منحصر به فردی برای کار با داده‌ها و مدیریت آن‌ها دارند.

مقیاس‌بندی

هر دو راه‌حل SQL و NoSQL به صورت عمودی به سادگی مقیاس‌بندی می‌شوند (یعنی از طریق افزایش منابع سیستم). با این وجود راه‌حل‌های NoSQL به عنوان اپلیکیشن‌های مدرن‌تر و ساده‌تر معمولاً روش بسیار ساده‌تری برای مقیاس‌بندی افقی (یعنی از طریق ایجاد یک کلاستر از چندین رایانه) ارائه می‌کنند.

پایداری

زمانی که در مورد پایداری داده‌ها و اجرای تراکنش‌ها با تضمین امنیتی صحبت می‌کنیم، پایگاه‌های داده SQL همچنان عملکرد بهتری ارائه می‌کند.

پشتیبانی

سیستم‌های مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای تاریخچه‌ای به قدمت دهه‌ها دارند و بسیار محبوب هستند. یافتن پشتیبانی رایگان یا پولی برای آن‌ها بسیار آسان است. بنابراین در صورتی که مشکلی ایجاد شود، حل کردن آن بسیار آسان‌تر از پایگاه‌های داده NoSQL نوظهور است. این مسئله به طور خاص در مواردی که راه‌حل مربوطه مانند MongoDB دارای ماهیت پیچیده‌ای باشد، بیشتر بروز می‌یابد.

نیازهای پیچیده نگهداری داده‌ها و کوئری زدن به آن‌ها

پایگاه‌های داده رابطه‌ای بر اساس ماهیت خود، راه‌حلی آماده برای کوئری‌های پیچیده و نیازهای مرتبط با نگهداری داده محسوب می‌شوند. این نوع پایگاه‌های داده در این زمینه بسیار مناسب و کارآمد هستند.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

==

میثم لطفی (+)

«میثم لطفی» دانش‌آموخته ریاضیات و شیفته فناوری به خصوص در حوزه رایانه است. وی در حال حاضر علاوه بر پیگیری علاقه‌مندی‌هایش در رشته‌های برنامه‌نویسی، کپی‌رایتینگ و محتوای چندرسانه‌ای، در زمینه نگارش مقالاتی با محوریت نرم‌افزار نیز با مجله فرادرس همکاری دارد.

بر اساس رای 6 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *