Что такое схема базы данных?
Что такое схема базы данных?
Схема базы данных – это логическая структура, определяющая порядок организации данных в базе данных. Реляционные базы данных и некоторые нереляционные базы данных используют схемы для описания структуры данных, их взаимосвязей и внутренних процессов. Схемы баз данных представляют собой логическую схему хранения и организации данных для повышения доступности, масштабируемости и целостности данных для пользователей.
Каковы преимущества схемы базы данных?
Поскольку схема базы данных определяет, как бизнес организует свои данные, ее использование приносит несколько преимуществ.
Улучшение организации
Предприятие может организовать информацию в четкие структуры данных, чтобы улучшить организацию и обеспечить ясность и согласованность связей между наборами данных. Хорошо определенная схема также позволяет бизнесу легче масштабировать систему управления базами данных.
Повышение целостности данных
Реализуя правила хранения данных через схему, вы обеспечиваете высокий уровень целостности данных даже в сложных системах хранения. Соблюдение единых правил помогает гарантировать правильность данных и соответствие требованиям.
Увеличение доступности
Увеличение доступности Схема базы данных предоставляет различные представления используемых структур данных. Используя эти уровни, дизайнеры, администраторы и заинтересованные стороны могут обсуждать структуру даже без технических знаний.
Каковы шаги по разработке схемы базы данных?
Разработка схем баз данных, обычно используемых в системе управления базами данных, состоит из трех этапов.
1. Концептуальная схема базы данных
Концептуальная схема базы данных представляет собой наиболее высокий уровень представления базы данных, обеспечивая общий обзор без мелких деталей. Обычно концептуальная схема создается быстро, часто от руки.
Например, реляционные базы данных хранят данные в таблицах, каждая из которых содержит набор связанных данных. Концептуальная схема может описывать таблицу продуктов и ее атрибуты, таблицу клиентов и взаимосвязь «многие ко многим» между таблицами. Однако концептуальная схема может не содержать деталей реализации, таких как типы данных или ограничения доступа.
Концептуальная схема полезна для отображения общего потока данных в организации, не перегружая подробностями.
2. Логическая схема базы данных
Логическая схема базы данных определяет структуру данных в базе данных на более детальном уровне. Она описывает связи между сущностями и показывает, как именно организованы данные. Создание логической схемы обычно выполняется с помощью цифрового моделирования данных.
Каждая сущность в схеме данных определяется с учетом информации, такой как:
- Названия таблиц
- Связи между сущностями
- Названия атрибутов
- Значения по умолчанию
- Типы данных
- Ограничения безопасности
- Процедуры
- Представления
- Индексы
- Метаданные
Полная логическая схема обеспечивает согласованность и целостность данных, накладывая ограничения на новые и существующие данные.
Логические схемы баз данных обычно не содержат технических требований.
3. Физическая схема базы данных
Физическая схема базы данных точно описывает, где можно найти данные в более широкой структуре базы данных. Он включает технические сведения о хранилище, определение местоположения файлов, конкретных форматов хранения и стратегий индексирования, используемых каждой таблицей для хранения данных. Физическая схема обычно представляет собой комбинацию фиксированных технических шаблонов проектирования базы данных и пользовательских спецификаций.
Физическая схема является наименее концептуальной формой схемы базы данных и дает реальное представление о местоположении данных. Для создания базы данных необходимы логические и физические схемы.
Каковы способы моделирования схем базы данных?
Различные типы стилей схем баз данных соответствуют различным бизнес-потребностям и типам данных. В базах данных онлайн-обработки транзакций (OLTP), таких как системы заказа продуктов, используется метод моделирования схем Entity-Relationship. Для баз данных интерактивной аналитической обработки (OLAP), таких как сложные бизнес-запросы, могут потребоваться разные методы моделирования, такие как схема звезды и схема снежинки.
Вот некоторые из самых популярных стилей схем баз данных.
Схема связей между сущностями (ER)
Схема связей сущностей присваивает каждому объекту таблицу, а затем сопоставляет связи между таблицами. Схемы E–R имеют несколько мостовых отношений между всеми частями данных: 1:1, 1:много и много:много. Этот тип схемы реляционной базы данных использует таблицы, столбцы и строки для построения систем данных, которые они связывают связями и ограничениями.
Схема «звезда»
Схема «звезда» помогает бизнесу управлять и организовывать большие наборы данных на основе двух ключевых принципов: фактов и измерений. В контексте схемы «звезда» факты находятся в центре структуры и представляют данные, основанные на измерениях. Примеры таких центральных фактов: количество транзакций, кликов на сайте или общие покупки. Измерения предоставляют дополнительную информацию о факте, например, какой клиент сделал покупку, откуда и какой продукт был куплен.
Схема «снежинка»
«Снежинка», как и «звезда», использует центральную таблицу фактов, связанную с несколькими таблицами измерений. Однако в отличие от «звезды», таблицы измерений «снежинки» могут иметь дополнительные таблицы, разветвляющиеся от них, предоставляя более детальную информацию о каждом измерении. «Снежинка» полезна для данных с большим количеством измерений и подизмерений. Обе схемы («звезда» и «снежинка») часто используются в бизнес-аналитике. Обе эти модели позволяют пользователям базы данных организовывать представление данных по определённым бизнес-измерениям.
Иерархическая схема
Иерархическая схема базы данных использует древовидную структуру с корневым узлом в верхней части, который разветвляется на ветви других узлов. В иерархической модели каждый «родительский» фрагмент данных может иметь несколько дочерних узлов, в то время как каждый дочерний узел может иметь только один родительский узел. Например, иерархическая модель может начаться с компании, затем перейти к каждому отделу, а затем к отдельным сотрудникам в каждом отделе.
Каков процесс разработки схемы базы данных OLTP?
Процесс разработки схемы базы данных называется моделированием данных.
Ниже приведены основные шаги по созданию модели данных системы OLTP.
Сбор требований
Перед созданием базы данных необходимо определить ее цель и обозначить ключевую информацию, например, какие данные вы хотите хранить и как планируете использовать базу данных. Выбор оптимальной базы данных зависит от:
- конкретных данных, с которыми вы работаете;
- запросов, с помощью которых вы будете взаимодействовать с базой;
- отчетов, которые вы хотите генерировать.
На этом этапе формулируются ваши цели, которые будут направлять процесс проектирования схемы базы данных.
Создание диаграмм «Сущность-Связь» (ERD)
Диаграмма «Сущность-Связь» отображает, как таблицы, объекты базы данных и отдельные сущности внутри базы связаны между собой. Создание концептуального вида схемы базы данных позволяет визуализировать ее работу и лучше понять хранимые данные.
На этом этапе также можно определить правила именования таблиц, столбцов, объектов базы данных и индексов. Соблюдение этих правил обеспечивает единый подход при вводе данных для всех пользователей.
Организация сущностей данных в таблицы
На основе вашей ERD-диаграммы можно организовать данные в конкретные таблицы. Каждая сущность в структуре базы данных должна иметь отдельную таблицу, а отдельные столбцы – соответствующие атрибуты. Определите первичный ключ, который позволит легко идентифицировать и извлекать конкретные значения данных.
Нормализация структур данных
Нормализация – это процесс проектирования схемы базы данных, направленный на уменьшение избыточности данных и повышение их целостности. Она заключается в организации данных в таблицы так, чтобы взаимосвязи между данными были корректно структурированы, а аномалии сведены к минимуму.
Существуют несколько нормальных форм, каждая со своими требованиями. Каждая последующая нормальная форма устраняет определенный тип избыточности или зависимости, повышая согласованность данных и делая схему более надежной.
1NF (первая нормальная форма)
Каждая колонка должна содержать атомарные (неделимые) значения, а каждая запись – быть уникальной. Убираются повторяющиеся группы и многозначные поля.
2NF (вторая нормальная форма)
Построена на основе 1NF. Все неключевые атрибуты должны полностью зависеть от всего первичного ключа (исключаются частичные зависимости).
3NF (третья нормальная форма)
Все неключевые атрибуты должны зависеть только от первичного ключа и не зависеть от других неключевых атрибутов (исключаются транзитивные зависимости).
Реализация мер безопасности
Создайте структуру разрешений, чтобы только авторизованные пользователи могли получать доступ к базе данных и просматривать информацию. Можно назначать различные привилегии разным группам пользователей, например возможность читать, записывать или удалять данные, что помогает защитить конфиденциальную информацию. Определите контроль доступа на основе ролей (RBAC), чтобы только авторизованные пользователи могли просматривать или изменять чувствительные данные.
Тестирование
Проверка схемы базы данных с помощью базовых запросов и других операций позволяет убедиться, что все работает корректно. Сбор данных о работе базы на этом этапе поможет внести необходимые изменения, чтобы схема была эффективной и не имела проблем с производительностью.
В чем разница между схемой базы данных и экземпляром базы данных?
Под схемой базы данных понимается общая структура базы данных, предоставляющая информацию о ее структуре, о том, что она может включать, и о связях между наборами данных. Однако схема данных – это лишь план организации данных; сама схема не содержит данных.
Экземпляр базы данных – это активная сессия, которую описывает схема базы данных, и которая хранит данные в любой конкретный момент времени. В данном случае фактические значения данных находятся и будут постоянно меняться по мере добавления, удаления или обновления новых данных. В отличие от схем баз данных, экземпляры базы данных содержат все данные.
Что такое преобразование схемы базы данных?
Преобразование схемы базы данных – это процесс адаптации существующей схемы базы данных к новому формату. Это может включать добавление или изменение таблиц, столбцов, индексов, ограничений или отношений между таблицами.
Часто целью является поддержка новых требований приложений, повышение производительности или переход на другую систему баз данных. Преобразование схем позволяет более эффективно организовывать данные или поддерживать функции новой системы.
В зависимости от исходной и целевой баз данных для миграции данных может потребоваться преобразование схемы, а может и не потребоваться.
Как AWS может поддерживать требования к вашей схеме базы данных?
Процесс моделирования данных обычно выполняется вне базы данных. После того как модель создана, Amazon Relational Database Service (RDS) поддерживает создание и управление схемами с помощью стандартного SQL. Amazon RDS предоставляет управляемые системы управления реляционными базами данных, такие как PostgreSQL, MySQL и Amazon Aurora.
Для миграции баз данных Сервис миграции баз данных AWS (DMS) – это управляемый сервис миграции, который помогает быстро и безопасно перенести ваши базы данных и аналитические рабочие нагрузки в AWS. Исходная база данных остается полностью работоспособной во время миграции, минимизируя время простоя для приложений, которые от нее зависят.
Функция DMS Schema Conversion в AWS DMS делает миграцию между различными типами баз данных более предсказуемой. Она может оценить сложность вашей миграции для исходного поставщика данных и конвертировать схемы баз данных и объекты кода. Затем вы можете применить конвертированный код к вашей целевой базе данных.
Новая возможность генеративного ИИ в AWS DMS Schema Conversion автоматизирует некоторые из самых трудоемких задач по конвертации схем. Эта функция автоматически конвертирует до 90 % объектов схем из коммерческих баз данных для миграций в PostgreSQL.
Вы также можете использовать AWS Schema Conversion Tool (SCT) для преобразования существующей схемы базы данных из одного ядра базы данных в другой.
Начните работу с конвертацией схем баз данных в AWS, создав бесплатную учетную запись уже сегодня.