Przedstawienie danych w systemie plików bazy danych

Cel lekcji:

  • Zrozumienie, jak dane są przechowywane w systemie plików bazy danych.
  • Poznanie struktury plików bazy danych w MySQL.
  • Zrozumienie różnic między silnikami baz danych oraz ich wpływu na sposób przechowywania danych.

1. Przedstawienie danych w systemie plików bazy danych

Bazy danych to zorganizowane zbiory danych, które są przechowywane w plikach na dysku. Różne systemy zarządzania bazami danych (DBMS) mają swoje własne metody przechowywania i organizowania tych danych. W przypadku MySQL, dane są przechowywane w sposób, który umożliwia szybkie wyszukiwanie i modyfikację.

a. Struktura plików bazy danych MySQL

W MySQL dane są organizowane w tabelach, a każda tabela jest reprezentowana przez zestaw plików w systemie plików. W zależności od używanego silnika baz danych, pliki mogą mieć różne formaty i rozszerzenia. Oto główne silniki baz danych w MySQL oraz ich sposób przechowywania danych:

  1. InnoDB
  • Pliki:
  • .ibd – Plik danych tabeli, jeśli innodb_file_per_table jest włączone. Przechowuje zarówno dane, jak i indeksy.
  • ibdata1 – Główny plik systemowy, który przechowuje dane i metadane dla wszystkich tabel w bazie, jeśli innodb_file_per_table jest wyłączone.
  • Zalety:
  • Obsługuje transakcje (ACID), co oznacza, że operacje są niezawodne i można je cofać w razie błędów.
  • Zapewnia automatyczne blokowanie wierszy, co minimalizuje ryzyko kolizji przy równoczesnych operacjach.
  • Umożliwia tworzenie kluczy obcych, co zwiększa integralność danych.
  • Przeznaczenie: Idealny dla aplikacji wymagających wysokiej niezawodności, takich jak systemy transakcyjne i e-commerce.
  1. MyISAM
  • Pliki:
  • .frm – Plik struktury tabeli, który zawiera definicję tabeli.
  • .MYD – Plik danych, który przechowuje rzeczywiste dane tabeli.
  • .MYI – Plik indeksów, który zawiera informacje o indeksach tabeli.
  • Zalety:
  • Szybki w odczycie, co czyni go odpowiednim dla aplikacji, które nie wymagają skomplikowanego zarządzania danymi.
  • Umożliwia łatwe tworzenie pełnotekstowych indeksów.
  • Przeznaczenie: Używany głównie w systemach analitycznych, do aplikacji z dominującym odczytem danych.
  1. Memory
  • Opis: Silnik, który przechowuje dane w pamięci RAM, co zapewnia bardzo szybki dostęp do danych.
  • Zalety:
  • Ekstremalna szybkość operacji odczytu i zapisu, idealna dla tymczasowych danych lub danych wymagających szybkiego przetwarzania.
  • Przeznaczenie: Używany do przechowywania tymczasowych danych lub do wyników obliczeń, które nie wymagają stałego zapisu.
  1. CSV
  • Opis: Silnik, który przechowuje dane w formacie CSV (Comma-Separated Values). Dane są zapisywane w formie plików tekstowych, co umożliwia łatwy dostęp i edytowanie.
  • Zalety:
  • Prosty w obsłudze i łatwy do przenoszenia między różnymi systemami.
  • Może być używany do importowania i eksportowania danych w formacie zrozumiałym dla wielu programów.
  • Przeznaczenie: Idealny do aplikacji, które wymagają prostego dostępu do danych.
  1. ARCHIVE
  • Opis: Silnik przeznaczony do przechowywania dużych ilości danych, które rzadko są modyfikowane.
  • Zalety:
  • Niska przestrzeń dyskowa, ponieważ silnik ARCHIVE kompresuje dane, co sprawia, że jest efektywny w przechowywaniu historycznych danych.
  • Przeznaczenie: Używany w aplikacjach do logowania lub archiwizacji danych.
  1. NDB (MySQL Cluster)
  • Opis: Silnik przeznaczony dla rozproszonych aplikacji i systemów, które wymagają wysokiej dostępności.
  • Zalety:
  • Umożliwia replikację i rozproszenie danych w klastrze, co zwiększa dostępność i odporność na awarie.
  • Obsługuje transakcje i jest zoptymalizowany pod kątem operacji na wielu wierszach.
  • Przeznaczenie: Idealny dla aplikacji wymagających wysokiej dostępności i skalowalności, takich jak aplikacje w czasie rzeczywistym.
b. Zarządzanie danymi w systemie plików

Dane są zorganizowane w tabelach, a każda tabela składa się z wierszy i kolumn. W systemie plików każdy wiersz tabeli jest reprezentowany jako wpis w odpowiednim pliku, a kolumny są przechowywane w odpowiednich formatach. Zarządzanie danymi w systemie plików bazy danych obejmuje kilka kluczowych aspektów:

  • Dostęp do plików: Pliki bazy danych są zarządzane przez DBMS, co oznacza, że użytkownicy nie powinni manipulować nimi bezpośrednio. DBMS odpowiada za operacje odczytu, zapisu i zarządzania strukturą danych, co pozwala na ochronę przed uszkodzeniem danych.

  • Zarządzanie przestrzenią: DBMS optymalizuje przestrzeń dyskową, wykorzystując różne techniki, takie jak kompresja danych, co pozwala na efektywne zarządzanie miejscem na dysku. Oprogramowanie to również monitoruje użycie przestrzeni, aby zapobiec jej wyczerpaniu.

  • Kopie zapasowe i odzyskiwanie danych: W celu ochrony danych i zapewnienia ich integralności, DBMS zazwyczaj oferuje możliwości tworzenia kopii zapasowych. Takie kopie umożliwiają odzyskiwanie danych w przypadku awarii lub błędów. Przykłady mechanizmów tworzenia kopii zapasowych to pełne kopie zapasowe, inkrementalne i różnicowe.

  • Wydajność: Wydajność systemu baz danych jest kluczowym aspektem, który można zoptymalizować poprzez różne strategie, takie jak indeksowanie, odpowiedni dobór silnika baz danych oraz optymalizację zapytań SQL.

  • Bezpieczeństwo: DBMS oferuje różne mechanizmy zabezpieczeń, takie jak kontrola dostępu, szyfrowanie danych i audyty, aby zapewnić, że dane są chronione przed nieautoryzowanym dostępem.

c. basedir oraz datadir:

W MySQL basedir i datadir to kluczowe parametry konfiguracyjne, które odnoszą się do ścieżek w systemie plików:

  1. basedir:

    • Jest to katalog główny instalacji MySQL.
    • Zawiera wszystkie pliki instalacyjne MySQL, w tym pliki binarne (wykonywalne), pliki konfiguracyjne, biblioteki, skrypty i pliki do uruchamiania MySQL.
    • Parametr basedir można ustawić w pliku konfiguracyjnym MySQL (np. my.cnf lub my.ini) lub w zmiennych środowiskowych.
    • Domyślna lokalizacja może się różnić w zależności od systemu operacyjnego i sposobu instalacji (np. /usr/local/mysql na systemach Unix/Linux lub C:Program FilesMySQL na Windows).

  2. datadir:

    • Jest to katalog, w którym MySQL przechowuje swoje pliki danych, w tym wszystkie bazy danych i ich struktury tabel.
    • Każda baza danych ma tutaj swój własny podkatalog, a tabele są reprezentowane przez odpowiednie pliki, takie jak .frm, .ibd, .MYD, .MYI, w zależności od używanego silnika bazy danych.
    • Parametr datadir jest zwykle również konfigurowany w pliku my.cnf lub my.ini.
    • Domyślna lokalizacja datadir również zależy od systemu operacyjnego, np. /var/lib/mysql na Linuxie lub w katalogu głównym instalacji na Windows.

Oba te parametry mogą być dostosowane do specyficznych wymagań, takich jak przeniesienie katalogu danych na oddzielny dysk w celu optymalizacji wydajności lub zwiększenia bezpieczeństwa.