ما هو مخطط قاعدة البيانات؟
ما هو مخطط قاعدة البيانات؟
مخطط قاعدة البيانات هو بنية منطقية تحدد كيفية تنظيم البيانات داخل قاعدة البيانات. تستخدم قواعد البيانات العلائقية وبعض قواعد البيانات غير العلائقية مخططات لوصف بنية بياناتها وترابطها والعمليات الداخلية. توفر مخططات قاعدة البيانات مخططًا منطقيًا لموقع تخزين البيانات وتنظيمها، وذلك لزيادة إمكانية وصول المستخدم وقابلية التوسع وتكامل البيانات.
ما هي مزايا مخطط قاعدة البيانات؟
نظرًا لأن مخطط قاعدة البيانات يحدد كيفية تنظيم الشركة لبياناتها، فإنه يوفر العديد من المزايا.
تحسين التنظيم
يمكن للشركات تنظيم معلوماتها ضمن هياكل بيانات واضحة لتحسين التنظيم وضمان وضوح واتساق العلاقات بين مجموعات البيانات. ويتيح أيضًا المخطط المحدد جيدًا للشركات توسيع نطاق نظام إدارة قواعد بياناتها بسهولة أكبر.
تعزيز تكامل البيانات
من خلال تطبيق قواعد تتعلق بكيفية تخزين شركتك للبيانات باستخدام مخطط، فإنك تضمن مستوى عالٍ من التكامل حتى في أنظمة التخزين المعقدة. يساعد الحفاظ على القواعد المتسقة في ضمان صحة البيانات وتلبية متطلبات الامتثال.
زيادة إمكانية الوصول
يوفر مخطط قاعدة البيانات طرق عرض متنوعة لهياكل البيانات الشاملة التي تستخدمها. وباستخدام هذه المستويات المختلفة، يمكن للمصممين والمسؤولين وأصحاب المصلحة مناقشة الهيكل حتى بدون توفر المعرفة التقنية لديهم.
ما هي خطوات تصميم مخطط قاعدة البيانات؟
يتألف تصميم مخططات قاعدة البيانات عادةً من ثلاث خطوات مُستخدَمة في نظام إدارة قاعدة البيانات.
1. المخطط المفاهيمي لقاعدة البيانات
تصميم المخطط المفاهيمي لقاعدة البيانات هو أعلى مستوى لعرض قاعدة البيانات، إذ يقدم عرضًا شاملًا لقاعدة البيانات بدون التطرق إلى التفاصيل الدقيقة. وعادةً ما يكون تصميم المخطط المفاهيمي لقاعدة البيانات رسمًا سريعًا باليد.
على سبيل المثال، تعمل قواعد البيانات العلائقية على تخزين البيانات في جداول، حيث يحتوي كل جدول على مجموعة من البيانات ذات الصلة. قد يصف المخطط المفاهيمي لقاعدة البيانات جدول المنتج وسماته وجدول العميل وعلاقة متعدد إلى متعدد بين الجداول. ومع ذلك، قد لا يحتوي المخطط المفاهيمي لقاعدة البيانات على تفاصيل دقيقة متعلقة بالتنفيذ، مثل أنواع البيانات أو قيود إمكانية الوصول.
يُعَد المخطط المفاهيمي مفيدًا في رسم التدفق العام للبيانات في المؤسسة، بدون تقديم الكثير من التفاصيل.
2. المخطط المنطقي لقاعدة البيانات
يوفر تصميم المخطط المنطقي لقاعدة البيانات مخططًا تفصيليًا لكيفية هيكلة البيانات داخل قاعدة البيانات. وهو يوضح العلاقة بين الكيانات ويعرض المزيد من التفاصيل حول كيفية تنظيم البيانات. عادةً ما يكون تصميم المخطط المنطقي لقاعدة البيانات بمثابة تمرين لنمذجة البيانات الرقمية.
يتم تعريف كل كيان في مخطط البيانات استنادًا إلى معلومات مثل:
- أسماء الجداول
- علاقات الكيان
- أسماء السمات
- القيم الافتراضية
- أنواع البيانات
- قيود الأمان
- الإجراءات
- المشاهدات
- الفهارس
- البيانات الوصفية
يضمن التصميم الكامل للمخطط المنطقي اتساق البيانات وتكاملها من خلال توفير قيود للبيانات الجديدة والقائمة.
لا تتضمن المخططات المنطقية لقاعدة البيانات عادةً أي متطلبات فنية.
3. المخطط المادي لقاعدة البيانات
يوضح المخطط المادي لقاعدة البيانات تحديدًا مكان العثور على البيانات داخل بنية قاعدة بيانات الأوسع نطاقًا. ويتضمن هذا تفاصيل التخزين الفنية، مثل تحديد مواقع الملفات وتنسيقات التخزين المحددة واستراتيجيات الفهرسة التي يستخدمها كل جدول لتخزين بياناته. عادةً ما يُعد تصميم المخطط المادي مزيجًا من أنماط التصميم الفني الثابتة لقاعدة البيانات ومواصفات المستخدم.
ويُعتبر المخطط المادي الشكل الأقل تجريدًا من مخططات قاعدة البيانات، كما يوفر إدراكًا واقعيًا لمواقع البيانات. يشترط إنشاء قاعدة البيانات وجود كل من المخطط المنطقي والمخطط المادي.
ما هي الطرق المتاحة لنمذجة مخططات قاعدة البيانات؟
تتناسب الأنواع المختلفة من أنماط مخطط قاعدة البيانات مع مختلف احتياجات الشركات وأنواع البيانات. تستخدم قواعد بيانات معالجة المعاملات عبر الإنترنت (OLTP)، مثل أنظمة طلب المنتجات، تقنية نمذجة مخطط العلاقات والكيانات. قد تتطلب قواعد بيانات المعالجة التحليلية عبر الإنترنت (OLAP)، مثل الاستعلام التجاري المعقد، تقنيات نمذجة مختلفة ومنها المخطط النجمي ومخطط ندفة الثلج.
إليك بعض أبرز أنماط مخطط قاعدة البيانات.
مخطط العلاقات والكيانات (ER)
يعمل مخطط العلاقات والكيانات على تخصيص كل كيان لجدول، ثم يوضح الروابط بين الجداول. وتتضمن مخططات E-R أنواعًا متعددة من العلاقات بين البيانات، مثل: واحد لواحد، واحد لكثير، وكثير لكثير. وهذا النوع من مخطط قاعدة البيانات العلائقية يستخدم الجداول والأعمدة والصفوف لإنشاء أنظمة البيانات مع ربطها من خلال العلاقات والقيود.
المخطط النجمي
يمكن للشركات الاستفادة من المخطط النجمي في إدارة وتنظيم مجموعات البيانات الكبيرة وفق مبدأين أساسيين: الحقائق والأبعاد. في سياق المخطط النجمي، تمثل الحقائق مركز البنية وتوفر أجزاء من البيانات القائمة على القياس. ومن أمثلة هذه الحقائق المركزية عدد المعاملات أو النقرات على موقع الويب أو إجمالي عمليات الشراء. تضيف الأبعاد بعد ذلك معلومات إضافية حول تلك الحقائق، مثل العميل الذي أجرى عملية الشراء، والمكان الذي أتم منه الشراء، والمنتج الذي اشتراه.
مخطط ندفة الثلج
يستخدم مخطط ندفة الثلج، على غرار المخطط النجمي، جدول حقائق مركزي يرتبط بجداول أبعاد متعددة. ومع ذلك، وعلى خلاف المخطط النجمي، فإن جداول الأبعاد في مخطط ندفة الثلج تتصل بمجموعة من الجداول الإضافية في قاعدة البيانات، مما يوفر المزيد من التفاصيل حول تلك الأبعاد. يُعد استخدام مخطط ندفة الثلج مفيدًا للبيانات التي تحتوي على عدد كبير من الأبعاد الأساسية والفرعية. وغالبًا ما يتم استخدام المخطط النجمي ومخطط ندفة الثلج في مجال ذكاء الأعمال. يسمح كلا النهجين لمستخدمي قاعدة البيانات بتنظيم عرضهم للبيانات المنظمة حسب أبعاد تجارية محددة.
المخطط الهرمي
يستخدم المخطط الهرمي لقاعدة البيانات بنية تشبه الشجرة، مع وجود عقدة جذرية في الأعلى تتشعب منها عقدة أخرى. في النموذج الهرمي، يمكن أن يكون لكل عقدة "رئيسية" عدة عقد فرعية، لكن كل عقدة فرعية لا ترتبط إلا بعقدة رئيسية واحدة. على سبيل المثال، قد يبدأ النموذج الهرمي بشركة، ثم يتشعب إلى الأقسام المختلفة، ومن ثم إلى الموظفين داخل كل قسم.
ما المقصود بعملية تصميم مخطط قاعدة بيانات OLTP؟
يُطلق على عملية تصميم مخطط قاعدة البيانات اسم نمذجة البيانات.
إليك الخطوات الرئيسية لإنتاج نموذج بيانات لنظام معالجة المعاملات عبر الإنترنت (OLTP).
جمع المتطلبات
قبل إنشاء أي قاعدة بيانات، يجب معرفة غرضها وتحديد المعلومات الأساسية، مثل نوع البيانات المراد تخزينها وكيفية الاستفادة منها. ستختلف قاعدة البيانات الأنسب لك اعتمادًا على:
- البيانات المحددة التي تستخدمها
- الاستعلامات المطلوبة للتفاعل مع قاعدة البيانات
- التقارير المراد إنشاؤها
تعمل هذه الخطوة على تحديد أهدافك وتوجيه عملية تصميم مخطط قاعدة البيانات.
إنشاء مخططات العلاقات والكيانات
يوضح مخطط العلاقات والكيانات (ERD) كيفية ربط الجداول وكائنات قاعدة البيانات والكيانات الفردية داخل قاعدة البيانات. يتيح إنشاء المخطط المفاهيمي لقاعدة بياناتك تصور كيفية عملها وفهم البيانات المخزنة بها.
في هذه المرحلة، يمكنك أيضًا تحديد اصطلاحات التسمية المُستخدَمة في الجداول والأعمدة وكائنات قاعدة البيانات والفهارس داخل قاعدة بياناتك. تساعد الاتفاقيات الجميع في اتباع نهج قياسي عند إدخال البيانات.
تنظيم كيانات البيانات في جداول
استنادًا إلى خريطة ERD الخاصة بك، يمكنك الآن تنظيم جميع بياناتك في جداول محددة. يجب أن يكون لكل كيان في بنية قاعدة البيانات جدوله الخاص، بحيث تحتوي الأعمدة الفردية على السمات ذات الصلة. يمكنك تحديد المفتاح الرئيسي لضمان التعرف على قيم البيانات المحددة واسترجاعها بسهولة.
تطبيع هياكل البيانات
التطبيع هو إجراء في تصميم مخطط قاعدة البيانات يهدف لتقليل التكرار وتحسين تكامل البيانات. ويشمل هذا الإجراء تنظيم البيانات في جداول بطريقة تجعل العلاقات بين البيانات منظمة جيدًا وتقلل الحالات الشاذة.
هناك العديد من النماذج العادية، ولكل منها متطلبات محددة. يعالج كل نموذج عادي متتالٍ نوعًا مختلفًا من التكرار أو التبعية لتعزيز اتساق البيانات وجعل المخطط أكثر متانة.
1NF
يتطلب 1NF أن يحتوي كل عمود على قيم ذرية (غير قابلة للتجزئة) وأن يكون كل سجل فريدًا. ويزيل المجموعات المتكررة والحقول متعددة القيم.
2NF
يعتمد 2NF على 1NF من خلال التأكد من أن جميع السمات غير الرئيسية تعتمد وظيفيًا بشكل كامل على المفتاح الرئيسي بأكمله (أي أنه يزيل التبعيات الجزئية).
3NF
يضيف 3NF أن جميع السمات غير الأساسية يجب أن تعتمد فقط على المفتاح الرئيسي، وليس على السمات الأخرى غير الأساسية (أي أنه يزيل التبعيات المتعدية).
تطبيق تدابير الأمان
إنشاء بنية أذونات لضمان أن المستخدمين المصرح لهم فقط يمكنهم الوصول إلى قاعدة البيانات وعرض المعلومات المخزنة. يمكنك تعيين امتيازات محددة لمجموعات المستخدمين المختلفة في قاعدة البيانات، مثل القدرة على قراءة المعلومات أو كتابتها أو حذفها، مما يساعد في الحفاظ على أمان البيانات الحساسة. تحديد ضوابط الوصول القائمة على الأدوار لضمان أن المستخدمين المصرح لهم فقط يمكنهم عرض البيانات الحساسة أو تعديلها.
الاختبار
اختبار تصميم مخطط قاعدة البيانات مع بعض الاستعلامات الأساسية والتفاعلات الأخرى يضمن عمل كل شيء كما هو مخطط له. جمع البيانات حول أداء قاعدة البيانات في هذه المرحلة سيوجهك لإجراء أي تعديلات إضافية لضمان فعالية المخطط وغياب مشكلات الأداء.
ما الفرق بين مخطط قاعدة البيانات ومثيل قاعدة البيانات؟
يشير مخطط قاعدة البيانات إلى التصميم الشامل لقاعدة البيانات، وتوفير معلومات حول هيكلها، وما قد تتضمنه، وكذلك العلاقات بين مجموعات البيانات. ومع ذلك، فإن مخطط البيانات هو مخطط تنظيم البيانات فقط، ولا يحتوي على أي بيانات.
مثيل قاعدة البيانات هو الجلسة النشطة التي يصفها مخطط قاعدة البيانات، ويحتوي على البيانات في اللحظة الحالية. ويُعد المثيل المكان الذي توجد فيه قيم البيانات الفعلية، ويتغير باستمرار مع إضافة بيانات جديدة أو حذفها أو تحديثها. على عكس مخططات قاعدة البيانات، تتضمن مثيلات قاعدة البيانات على جميع البيانات.
ما المقصود بتحويل مخطط قاعدة البيانات؟
تحويل مخطط قاعدة البيانات هو عملية تكييف مخطط قاعدة البيانات القائمة لتتوافق مع تنسيق جديدة. قد يتضمن ذلك إضافة أو تعديل الجداول أو الأعمدة أو الفهارس أو القيود أو العلاقات بين الجداول.
غالبًا ما يكون الهدف هو دعم متطلبات التطبيق الجديدة أو تحسين الأداء أو الانتقال إلى نظام قاعدة بيانات مختلف. يتيح تحويل المخطط تنظيم البيانات بشكل أكثر كفاءة أو دعم مزايا النظام الجديد.
عند ترحيل البيانات، قد يتطلب ذلك تحويل المخطط أو قد لا يتطلبه، وذلك حسب قواعد بيانات المصدر والوجهة.
كيف تدعم AWS متطلبات مخطط قاعدة بياناتك؟
عادةً ما تتم عملية نمذجة البيانات خارج قاعدة البيانات. بمجرد إنشاء النموذج، تدعم خدمة Amazon Relational Database Service (RDS) إنشاء المخطط وإدارته من خلال SQL القياسي. توفر Amazon RDS أنظمة إدارة قاعدة البيانات العلائقية المُدارة مثل PostgreSQL وMySQL وAmazon Aurora.
خدمة عمليات ترحيل قاعدة البيانات AWS Database Migration Service (DMS) هي خدمة ترحيل مُدارة تساعدك على نقل قواعد بياناتك وأعباء عمل التحليلات إلى AWS بسرعة وأمان. تظل قاعدة بيانات المصدر تعمل بشكل كامل في أثناء الترحيل، مما يقلل من وقت تعطل التطبيقات التي تعتمد عليها.
يساعد تحويل مخطط DMS في AWS DMS في جعل عمليات ترحيل قواعد البيانات بين أنواع مختلفة من قواعد البيانات أكثر قابلية للتنبؤ. ويمكنه تقييم مدى تعقيد عملية الترحيل بالنسبة لموفر بيانات المصدر وتحويل مخططات قاعدة البيانات وكائنات التعليمات البرمجية. يمكنك بعد ذلك تطبيق التعليمات البرمجية المحوَّلة على قاعدة البيانات المستهدفة.
تعمل الإمكانية الجديدة للذكاء الاصطناعي المولِّد في AWS DMS Schema Conversion على أتمتة بعض مهام تحويل المخطط الأكثر استهلاكًا للوقت. تعمل الميزة تلقائيًا على تحويل ما يصل إلى 90% من كائنات المخطط من قواعد البيانات التجارية إلى عمليات ترحيل PostgreSQL.
ويمكنك أيضًا استخدام AWS Schema Conversion Tool (SCT) لتحويل المخطط الحالي لقاعدة البيانات من محرك قاعدة بيانات إلى آخر.
ابدأ بتحويل مخطط قاعدة البيانات على AWS من خلال إنشاء حساب مجاني اليوم.