На практике основное внимание сосредоточено на защите от злоумышленных разрушений, искажений и хищений информации баз данных. Основой такой защиты является аудит санкционирования доступа, а также контроль организации и эффективности ограничений доступа. В реальных базах данных возможны и не всегда учитываются катастрофические последствия и аномалии информации, отражающиеся на безопасности применения, при которых их источниками являются случайные, непредсказуемые дестабилизирующие факторы. Качество защиты можно характеризовать величиной предотвращенного ущерба, возможного при проявлении дестабилизирующих факторов и реализации конкретных угроз безопасности, а также средним временем между возможными проявлениями угроз, преодолевающих защиту данных.
Надежность информации баз данных может основываться на применении понятий и методов теории надежности, которая позволяет получить ряд четких, хорошо измеряемых интегральных показателей. Надежная база данных, прежде всего, должна обеспечивать низкую вероятность потери работоспособности. Быстрое реагирование на потерю или искажение данных и восстановление их достоверности и работоспособности за время меньшее, чем порог между сбоем и отказом, обеспечивают высокую надежность.
Классификация сбоев и отказов по длительности восстановления приводит к необходимости анализа динамических характеристик абонентов, являющихся источниками и/или потребителями данных. Для любого потребителя информации существует допустимое время отсутствия данных от базы данных, при котором их значения, изменяясь по инерции, достигают предельного отклонения от того, которое должно было быть рассчитано. Это допустимое отклонение результатов после перерыва функционирования базы данных зависит, в основном, от динамических характеристик источников и потребителей информации.
Используемость ресурсов (или ресурсная экономичность) в стандартах отражается занятостью ресурсов центрального процессора, оперативной, внешней и виртуальной памяти, каналов ввода-вывода, терминалов и каналов связи. В зависимости от конкретных задач и особенностей базы данных при выборе атрибутов качества может доминировать либо величина абсолютной занятости ресурсов различных видов, либо относительная величина использования ресурсов каждого вида при нормальном функционировании базы данных. Задача оценки и эффективного использования вычислительных ресурсов сохраняет свою актуальность.
Практичность (применимость) - трудно формализуемое понятие, однако, в итоге, значительно определяющее функциональную пригодность и полезность применения базы данных для определенных пользователей. В эту группу показателей входят субхарактеристики, с различных сторон отражающие функциональную понятность, удобство освоения, системную эффективность и простоту использования данных. Некоторые субхарактеристики можно оценивать экономическими показателями - затратами труда и времени специалистов на реализацию определенных функций взаимодействия с данными. В стандарте ISO 9126 для этой характеристики качества предлагается наибольшее число атрибутов, подробно описывающих свойства программных средств, которые так же могут быть полезны для оценки баз данных заказчиками при их практическом выборе, освоении и применении. Оценки практичности зависят не только от собственных характеристик баз данных, но также от организации и адекватности документирования процессов их эксплуатации.
Понятность зависит от качества документации и субъективных впечатлений потенциальных пользователей. Ее можно описать качественно четкостью функциональной концепции, широтой демонстрационных возможностей, полнотой, комплектностью и наглядностью представления в эксплуатационной документации возможных функций и особенностей реализации данных. Она должна обеспечиваться корректностью и полнотой описания исходной и результирующей информации, а также всех деталей применения базы данных для пользователей.
Простота использования - возможность удобно и комфортно эксплуатировать базу данных и манипулировать данными. Она соответствует управляемости, устойчивости к дефектам данных и согласованности с ожиданиями и навыками пользователей. Некоторые атрибуты этой субхарактеристики можно оценить количественно путем измерения трудоемкости и длительности соответствующих процессов подготовки и обучения квалифицированных пользователей.
Изучаемость может определяться трудоемкостью и длительностью подготовки пользователя. Качество изучаемости зависит от внутренних свойств и сложности структуры информации базы данных, а также от субъективных характеристик квалификации конкретных пользователей. Изучаемость может также характеризоваться объемом эксплуатационной документации или объемом и качеством электронных учебников.
Сопровождаемость информации может отражаться удобством и эффективностью исправления, усовершенствования или адаптации структуры и содержания описаний данных в зависимости от изменений во внешней среде применения, а также в требованиях и функциональных спецификациях заказчика. Обобщенно качество сопровождаемости базы данных можно оценивать потребностью ресурсов для ее обеспечения и для реализации. Возможные затраты ресурсов на развитие и совершенствование качества базы данных зависят не только от внутренних свойств данных, но также от запросов и потребностей пользователей и от готовности заказчика и разработчика удовлетворить эти потребности. По объему предполагаемых изменений, а также вновь вводимых в очередную версию данных с учетом сложности и новизны их разработки могут быть оценены затраты на их создание. Такой анализ может дать ориентиры для прогнозирования общих затрат на сопровождение и для оценивания этой характеристики качества в конкретных проектах. Совокупность субхарактеристик сопровождаемости программной системы, представленная в стандарте ISO 9126, вполне применима для описания этого качества баз данных, в основном, теми же организационно-технологическими субхарактеристиками.
Анализируемость базы данных зависит от стройности архитектуры, унифицированности интерфейсов, полноты и корректности технологической и эксплуатационной документации. Изменяемость состоит в приспособленности структуры и содержания данных к реализации специфицированных изменений и к управлению конфигурацией данных. Изменяемость зависит не только от внутренних свойств базы данных, но также от организации и инструментальной оснащенности процессов сопровождения и конфигурационного управления, на которые ориентирована архитектура, внешние и внутренние интерфейсы данных. Тестируемость зависит от величины области влияния изменений, которые необходимо тестировать при модификациях структуры и содержания данных, от сложности тестов для проверки их характеристик. Ее атрибуты зависят от четкости правил структурного построения компонентов и базы данных в целом, от унификации межмодульных и внешних интерфейсов, от полноты и корректности технологической документации. Субхарактеристики изменяемости и тестируемости данных доступны для количественных оценок по величине трудоемкости и длительности реализации этих функций при типовых операциях с данными при применении различных методов и средств автоматизации. Эти экономические шкалы по существу (хотя и не явно) могут отражать также анализируемость и стабильность, и применяться для интегрального оценивания сопровождаемости в целом.
Мобильность баз данных, как и программ, можно характеризовать в основном длительностью и трудоемкостью их инсталляции, адаптации и замещаемости при переносе на иные аппаратные и операционные платформы. Информация о процессах, происходящих во внешней среде, может иметь большие объемы и трудоемкость первичного накопления и актуализации, что определяет необходимость ее тщательного хранения и регламентированного изменения. Возможны ситуации, когда подобные данные являются уникальными и невосстанавливаемыми. Однако первичные аппаратная или операционная платформы, в которых они накапливались и обрабатывались, может требовать расширения и замены. Формирование и заполнение информацией баз данных достаточно сложный и трудоемкий процесс, технико-экономические показатели которого сильно зависят от структуры, состава, объема, связности и других характеристик исходной информации.
Однако часто возможность переноса при первичном формировании и наполнении базы данных не предусматривается и проявляется после длительной эксплуатации. Сложность, трудоемкость и длительность переноса в этом случае значительно возрастают и требуют тщательного планирования и организации работ, приближающихся к созданию новой базы данных. Одновременно должно быть обеспечено сохранение или повышение качества ее функционирования на новой платформе.
Для оценки качества и определения требований к мобильности базы данных следует решать задачу сравнения достигаемого эффекта и затрат для методов переноса или повторной разработки компонентов и наполнения базы данных в конкретных условиях с учетом всех перечисленных факторов и затрат. Эти задачи значительно упрощаются при одновременном сокращении затрат при применении идеологии и концепции открытых компьютерных систем, поддержанных комплексом международных стандартов POSIX, а также современных версий ОС и СУБД, как стандартов де-факто.
Формализация характеристик качества информации баз данных, на основе
стандартов, разработанных для оценивания программных средств, открывает путь
для применения апробированных на комплексах программ методов систематизации,
определения и повышения их качества. Использование стандартизированных
характеристик качества информации баз данных позволяет упорядочить выбор
требований к ним и оценивание достигнутого качества. Это должно способствовать
повышению качества баз данных в целом, с учетом их программных и информационных
компонентов, возможности достоверного определения их реальных характеристик при
разработке, испытаниях и сертификации.
3.1 О надежности в терминах ISO 9126
Стандартом ISO 9126 рекомендуется анализировать и учитывать надежностькомплексов программ четырьмя субхарактеристиками.
Завершенность - способность базы данных не попадать в состояния отказов вследствие потерь, искажений, ошибок и дефектов в данных. На эту субхарактеристику влияют потери работоспособности, которые могут быть обусловлены не полным тестовым покрытием при испытаниях компонентов и системы в целом, а также недостаточной завершенностью их тестирования и защищенностью от искажений.
Устойчивость к дефектам и ошибкам - свойство базы данных автоматически поддерживать заданный уровень качества данных в случаях проявления дефектов и ошибок или нарушения установленного интерфейса с внешней средой. Для этого в базу должна вводиться временная и информационная избыточность, реализующая оперативное обнаружение дефектов и ошибок информации, их идентификацию и автоматическое восстановление нормального функционирования. Относительная доля вычислительных ресурсов, используемых непосредственно для быстрой ликвидации последствий отказов и оперативного восстановления данных отражается на повышении надежности и определяет значение устойчивости.
Восстанавливаемость - свойство базы данных в случае отказа возобновлять требуемый уровень качества информации и корректировать поврежденные данные. После отказа, база данных бывает неработоспособна в течение времени, продолжительность которого определяется восстанавливаемостью ее данных. Для этого необходимы вычислительные ресурсы и время на выявление неработоспособного состояния, диагностику причин отказа, а также на реализацию процессов восстановления. Основными показателями процесса восстановления данных являются его длительность и вероятностный характер. Восстанавливаемость характеризуется также полнотой восстановления нормального содержания.
Доступность (или готовность) - свойство базы данных быть в состоянии полностью выполнять требуемую функцию в данный момент времени и при заданных условиях ее использования. Внешне, доступность может оцениваться относительным временем, в течение которого база данных находится в работоспособном состоянии, в пропорции к общему времени ее применения. Обобщение характеристик отказов и восстановления производится через коэффициент готовности, отражающий вероятность работать с нормальными данными в произвольный момент времени. Нижние границы шкал атрибутов надежности могут быть отражены значениям, при которых резко уменьшается функциональная пригодность базы данных, а использование конкретной базы данных становится неудобным и опасным.
Эффективность использования ресурсов компьютера при реальном функционировании отражается временными характеристиками взаимодействия конечных пользователей и администраторов баз данных. Эти характеристики зависят от качества СУБД, а также от объема, структуры и показателей качества используемой информации. Для баз данных важнейшим ресурсом является память компьютера, занимаемая информацией, а также ее используемость. Эти показатели качества влияют на время реакции системы на разные виды запросов пользователей и на пропускную способность базы данных.
В стандарте ISO 9126 выделены две субхарактеристики качества, которые рекомендуется описывать, в основном, количественными атрибутами, отражающими динамику функционирования компонентов базы данных. Временная эффективность определяется длительностью выполнения заданных функций и ожидания результатов в средних и/или наихудших случаях, с учетом приоритетов задач. Она зависит от объема, структуры и скорости обработки данных, влияющих непосредственно на интервал времени завершения конкретного вычислительного процесса, и от пропускной способности, т.е. от числа заданий, которые можно реализовать на данном компьютере в заданном интервале времени. Она зависит также от функционального содержания данных и конструктивной их реализации, тем самым может рассматриваться как один из внутренних показателей качества.
Особенности и трудоемкость переноса зависят, прежде всего, от характеристик совместимости архитектур и содержания переносимой между платформами информации.
Форматная совместимость характеризуется степенью соответствия данных требованиям стандартов на форматы представления данных для документальных, фактографических, словарных и иных базах данных.
Лингвистическая совместимость определяется степенью использования в рассматриваемых базах данных единых лингвистических средств (классификаторов, рубрикаторов, словарей), формализованных соответствующими стандартами этих платформ.
Физическая совместимость заключается в степени соответствия кодировки
информации одинаковым стандартам на машиночитаемые носители.
Глава 4. Тенденции в мире систем управления базами данных
Системы управления базами данных (СУБД) играют исключительную роль в организации современных промышленных, инструментальных и исследовательских информационных систем. Тематика СУБД поистине безгранична. В этой главе описываются наиболее интересные направления исследований и разработок.
· Реляционные системы
Хотя многие полагают, что реляционные СУБД, являясь наиболее распространенным современным аппаратом построения информационных систем, не представляют уже интереса в научном отношении, остается еще много нерешенных или решенных не полностью проблем. Об этом свидетельствует поток статей, посвященных тематике чисто реляционных систем, а также активная деятельность компаний-производителей коммерческих реляционных систем, стремящихся улучшать свои продукты и придавать им новые качества.
Продолжающаяся работа исследователей затрагивают вопросы оптимизации запросов, новых алгоритмов выполнения реляционных операций, оптимизации структур хранения данных и другие аспекты, непосредственно определяющие эффективность СУБД. Те же самые вопросы занимают и разработчиков коммерческих СУБД, которые, кроме того озабочены и более прикладными проблемами. Рассмотрим немного более подробно (но без технических деталей) существо некоторых из этих вопросов и то, каким образом они решаются в наиболее развитых коммерческих продуктах.
· Использование мультипроцессорных организаций
Уже довольно давно развитые коммерческие СУБД основываются на архитектуре "клиент-сервер". При этой организации наиболее трудоемкие операции над базами данных выполняются на выделенном компьютере-сервере, который должен быть достаточно мощным и обладать соответствующим набором ресурсов основной и внешней памяти. До поры серверная часть СУБД обладала простой организацией: запросы, поступающие из клиентских частей системы, обрабатывались последовательно с небольшой оптимизацией для совмещения процессорной работы с работой устройств внешней памяти.
Однако с появлением на рынке мультипроцессорных симметричных аппаратных архитектур, производители СУБД были вынуждены пересмотреть организацию своих серверов, допустив в них внутреннюю параллельность. Естественно, это требует очень основательного перепроектирования системы с ее существенным усложнением. Заметим, что в большинстве случаев компании пошли на это после появления в ОС UNIX механизма "легковесных" процессов (threads).