Путеводитель по базам данных

От автора....14 Часть I. Классификация баз данных....20 Глава 1. Модели данных....22 Реляционные БД....22 Исторический экскурс....22 Реляционная алгебра....24 Ограничения целостности....28 Вспомогательные структуры данных....30 Диаграммы «сущность—связь»....31 Нормальные формы....34 Хранилища «ключ—значение»....39 Java caching API....39 Документоориентированные БД....40 Форматы хранения документов....44 Хранилища семейств колонок....51 БД временны́х рядов....53 Другие модели данных....54 Объектные БД....54 Графовые БД....56 Сравнение моделей данных....58 Литература....60 Глава 2. Другие методы классификации баз данных....62 Аналитические и транзакционные БД....62 Монолитные и распределённые БД....64 БД на диске и в памяти....67 Карта баз данных....69 Литература....72 Часть II. Доступ к данным....74 Глава 3. Структуры хранения данных....76 Общая информация о дисковых структурах....76 Изменяемые и неизменяемые структуры....76 Эффективность операций....78 Изменяемые структуры....80 Неупорядоченная таблица....80 Сжатие данных....84 B-дерево....86 Другие страничные структуры....91 Буферный кеш....94 Неизменяемые структуры....97 LSM-дерево....97 Фильтр Блума....101 Механизмы хранения на основе LSM-деревьев....103 Прочие неизменяемые структуры....104 Колоночное хранение....105 Концепция и история....105 Оптимизация доступа....108 Обновление данных....112 Локализация данных....116 Секционирование....116 Шардирование....123 СУБД в памяти....133 IMDG и IMDB....133 Обеспечение надёжного хранения....135 Примеры СУБД в памяти....137 Литература....146 Глава 4. Обработка данных....150 Поиск данных....150 Поиск данных в структурах на основе LSM-дерева....150 Поиск в неупорядоченной таблице....151 Индексирование....154 Поиск в B-дереве....158 Самый быстрый способ поиска....162 Операции реляционной алгебры....163 Соединение вложенными циклами (nested loops)....165 Соединение слиянием (merge join)....166 Соединение хешированием (hash join)....167 Самый быстрый способ соединения....169 Оптимизация запросов....171 План выполнения запроса....172 Эвристическая оптимизация....175 Оптимизация, основанная на стоимости....176 Кеширование запросов и планов....185 Оптимизация параметризованных запросов....187 Ручное управление планами....191 Реализация бизнес-логики....193 Клиентские модули....193 ORM....198 Хранимый код....201 Литература....207 Часть III. Архитектура СУБД....210 Глава 5. Гарантии корректности данных....212 Транзакции....212 Атомарность....213 Согласованность....214 Изоляция....215 Долговечность (надёжность)....221 Журналирование....222 Назначение журнала....222 Работа с журналом....223 Устройство журнала....227 Структуры без журналирования....229 Общий алгоритм выполнения транзакции....232 Блокировки....233 Классификация блокировок....233 Управление блокировками....240 Конкурентные транзакции без блокировок....244 Версионирование данных....245 Обработка данных без версионирования....245 Версионирование в страничных хранилищах....246 Версионирование в хранилищах на основе LSM-деревьев....251 Версионирование в СУБД в памяти....253 Литература....254 Глава 6. Устройство СУБД....258 Экземпляр....258 Структура экземпляра....258 Общая память экземпляра....259 Пользовательские процессы....264 Служебные процессы....267 База данных....268 Связь базы данных и экземпляра....268 Состав базы данных....269 Литература....272 Часть IV. Распределённые базы данных....274 Глава 7. Компромиссы распределённых баз данных....276 CAP-теорема....276 Формулировка CAP-теоремы....277 Критика CAP-теоремы....279 Системы CP и AP и классификация PACELC....280 Исторический экскурс: CA-системы....283 Oracle RAC....284 IBM PureData System for Transactions....286 HPE NonStop....288 SAP HANA....290 Согласованность в распределённых системах....292 Линеаризация изменений....292 Причинная согласованность....297 Топология кластера....300 Статическая топология....300 Протоколы сплетен....303 Литература....308 Глава 8. Изменение данных в распределённых системах....310 Основные понятия....310 Отказоустойчивый кластер с репликацией....312 Распределённый консенсус....315 Paxos....316 Multi-paxos....319 Raft....320 Zookeeper Atomic Broadcast....324 Другие алгоритмы распределённого консенсуса....325 Распределённые транзакции....327 Протокол двухфазной фиксации....327 Детерминированные транзакции (Calvin transactions)....329 Сага....334 Компенсация несогласованности....337 Нестрогий кворум и направленная передача....337 Восстановление данных и дерево Меркла....338 Версионирование объектов....339 Безопасные типы данных....343 Счётчик (counter)....344 Множество (set)....345 Архитектура распределённых платформ....346 Приложение как координатор транзакции....346 Буквальная реализация спецификации X/Open....347 Выделенный координатор транзакций....347 «Настоящее горизонтальное масштабирование»....349 Google Spanner....350 CockroachDB....351 FoundationDB....353 Независимые узлы — участники саги....355 Литература....356 Часть V. Восстановление при сбоях....360 Глава 9. Репликация....362 Блочная репликация....362 Физическая репликация....365 Логическая репликация....368 Репликация триггерами....371 Репликация с помощью журналов СУБД....372 Репликация с помощью CDC....372 Прикладная репликация....373 Так что же лучше?....374 Литература....376 Глава 10. Резервное копирование....378 Выгрузка данных....379 Холодное сохранение файлов БД....380 Горячее сохранение файлов БД....381 Восстановление на точку....384 Инкрементальное резервное копирование....385 Литература....389 Часть VI. Эксплуатация баз данных....390 Глава 11. Управление базой данных....392 Механизмы управления....392 Мониторинг и журналирование....392 Несколько слов о мониторинге....394 Мониторинг баз данных....396 Мониторинг доступности экземпляра....396 Мониторинг сервера....396 Мониторинг состояния экземпляра....398 Настройка производительности....399 Использование динамических представлений....399 Другие методы настройки производительности....400 Литература....403 Глава 12. Оборудование....404 Серверы....404 Мейнфреймы....404 Мини-ЭВМ....405 Открытые системы....406 Семейство x86....408 Что дальше?....411 Системы хранения данных....412 Дисковый массив или локальные диски?....412 Протоколы сетевого доступа к дискам....414 Hi-end или mid-range?....415 Отказоустойчивость дисковых массивов....416 Литература....419 Глава 13. Коммерческие вопросы эксплуатации....420 Надёжность и производительность....420 Тестирование производительности баз данных....420 Влияние оборудования на производительность БД....423 Обеспечение надёжности баз данных....425 Классификация информационных систем....429 Базы данных в облаке....435 Монолитные транзакционные платформы....436 Распределённые платформы....438 Процедура выбора платформы....440 Формирование списка....440 Оценка стоимости....442 Оценка возможностей....443 Результат....445 Литература....446 Часть VII. Безопасность баз данных....448 Глава 14. Разграничение доступа....450 Ролевая модель доступа....450 Субъекты и объекты....450 Полномочия....453 Ограничение доступа на уровне строк....455 Фильтры строк....455 Доступ на основе меток (label security)....457 Модель доступа для транзакционных приложений....459 Литература....461 Глава 15. Защита от внутренних угроз....462 Принятие решения о защите....462 Классификация данных....462 Принципы защиты данных....464 Модель угроз....465 Средства защиты данных....466 Шифрование....466 Настройка совмещения ролей....469 Аудит....470 Маскирование данных....473 Литература....475 Послесловие....476 Предметно-именной указатель....482