Системы управления базами данных стали основным инструментом, обеспечивающим хранение больших массивов информации. Современные информационные приложения опираются в первую очередь на многопользовательские СУБД. В этой связи пристальное внимание в настоящее время уделяется проблемам обеспечения информационной безопасности, которая определяет степень безопасности организации, учреждения в целом.
Под информационной безопасностью понимают защищенность информации от случайных и преднамеренных воздействий естественного или искусственного характера, чреватых нанесением ущерба владельцам или пользователям информации.
В целях защиты информации в базах данных важнейшими являются следующие аспекты информационной безопасности (европейские критерии):
условия доступа (возможность получить некоторую требуемую информационную услугу);
целостность (непротиворечивость информации, ее защищенность от разрушения и несанкционированного изменения);
конфиденциальность (защита от несанкционированного прочтения).
Проблема обеспечения информационной безопасности - комплексная, поэтому ее решение должно рассматриваться на разных уровнях: законодательном, административном, процедурном и программно-техническом. В настоящее время особенно остро в России стоит проблема разработки законодательной базы, обеспечивающей безопасное использование информационных систем.
К основным программно-техническим мерам, применение которых позволит решить некоторые из вышеперечисленных проблем, относятся:
аутентификация пользователя и установление его идентичности;
управление доступом к базам данных;
поддержание целостности данных;
протоколирован ие и ау дит;
защита коммуникаций между клиентом и сервером;
отражение угроз, специфичных для СУБД.
Проверка подлинности пользователя приложений базы данных чаще всего осуществляется либо через соответствующие механизмы операционной системы, либо через определенный SQL-оператор: пользователь идентифицируется своим именем, а средством аутентификации служит пароль. Подобная система создает значительные сложности для повторных проверок и исключает подобные проверки перед каждой транзакацией.
Управление доступом к базам данных базируется на реализации следующего минимального набора действий:
произвольное управление доступом;
обеспечение безопасности повторного использования объектов;
использование меток безопасности;
принудительное управление доступом.
Произвольное управление доступом - метод ограничения доступа к объектам, основанный на учете личности субъекта или групп, в которую субъект входит. Эта технология обеспечивает владельцу объекта (представления, сервера базы данных, процедуры, таблице) передачу по своему усмотрению привилегий другому лицу. Этим лицом в данной ситуации может выступать субъект-пользователь, группа пользователей.
Главное достоинство произвольного управления доступом - гибкость. Однако такие сопутствующие характеристики, как рассредоточенность управления и сложность централизованного контроля, создают немало проблем для обеспечения безопасности данных.
Следует обратить внимание и на обеспечение безопасности повторного использования баз данных субъектами. Это означает лишение прав для входа в информационную систему всех пользователей, покинувших организацию.
Метка безопасности состоит из двух частей: уровня секретности и списка категорий. Первая составляющая зависит от приложения и в стандартном варианте может выглядеть как спектр значений от совершенно секретно до несекретно. Вторая составляющая позволяет описать предметную область, разделяя информацию по отсекам, что способствует лучшей защищенности. Механизм меток безопасности не отменяет, а дополняет произвольное управление доступом: пользователи по-прежнему могут оперировать с таблицами только в рамках своих привилегий, получать только часть данных. Основная проблема при использовании меток безопасности - поддержание их целостности. Это означает, что все объекты и субъекты должны быть помечены, и при любых операциях с данными метки должны оставаться правильными.
Принудительное управление доступом основано на сопоставлении меток безопасности субъекта и объекта. Для чтения информации объекта необходимо доминирование метки субъекта над меткой объекта. При выполнении операции записи информации в объект необходимо доминирование метки безопасности объекта над меткой субъекта. Этот способ управления доступом называется принудительным, т. к. не зависит от воли субъектов. Он нашел применение в СУБД, отличающихся повышенными мерами безопасности.
Обеспечение целостности данных не менее важная задана, чем управление доступом. С точки зрения пользователей СУБД, основными средствами поддержания целостности данных являются ограничения и правила. Ограничения могут содержаться непосредственно в реляционной модели данных, а могут задаваться в процессе создания таблицы. Табличные ограничения могут относиться к группе столбцов, отдельным атрибутам. Ссылочные ограничения отвечают за поддержание целостности связей между таблицами. Ограничения накладываются владельцем таблицы и влияют на результат последующих операций с данными. Правила позволяют выполнять заданные процедуры при определенных изменениях базы данных. В отличие от ограничений, которые обеспечивают контроль относительно простых условий, правила позволяют проверять и поддерживать соотношения любой сложности между элементами данных в базе. Однако при использовании правил как инструмента информационной безопасности ошибка в сложной системе правил чревата непредсказуемыми последствиями для всей базы данных.
Протоколирован ие и ау дит состоят в следующем:
обнаружение необычных и подозрительных действий пользователей и идентификация лиц, совершивших эти действия;
оценка возможных последствий состоявшегося нарушения;
оказание помощи;
организация пассивной защиты информации от нелегальных действий пользователя.
Проблема защиты коммуникаций между клиентом и сервером в информационных системах не является специфичной для СУБД. Для обеспечения защиты информации выделяется сервис безопасности, в функции которого входит аутентификация, шифрование и авторизация.
Однако главный источник угроз для СУБД лежит в самой природе баз данных. Нередко нужную, но недоступную по статусу информацию, можно получить путем логического вывода. Например, используя операцию добавления, а не выбора (на которую прав нет), можно анализировать коды завершения SQL-операторов. Для борьбы с подобными угрозами используется механизм размножения строк для СУБД, поддерживающий метки безопасности. Агрегирование - метод получения новой информации путем комбинирования данных, добытых легальным путем из различных таблиц базы данных. Бороться с агрегированием можно за счет тщательного проектирования модели данных и максимального ограничения доступа пользователя к информации.
В современных СУБД поддерживается один из двух наиболее общих подходов к вопросу обеспечения безопасности данных: избирательный подход и обязательный подход. В обоих подходах единицей данных или «объектом данных», для которых должна быть создана система безопасности, может быть как вся база данных целиком, так и любой объект внутри базы данных.
Эти два подхода отличаются следующими свойствами:
В случае избирательного управления некоторый пользователь обладает различными правами (привилегиями или полномочиями) при работе с данными объектами. Разные пользователи могут обладать разными правами доступа к одному и тому же объекту. Избирательные права характеризуются значительной гибкостью.
В случае избирательного управления, наоборот, каждому объекту данных присваивается некоторый классификационный уровень, а каждый пользователь обладает некоторым уровнем допуска. При таком подходе доступом к определенному объекту данных обладают только пользователи с соответствующим уровнем допуска.
Для реализации избирательного принципа предусмотрены следующие методы. В базу данных вводится новый тип объектов БД - это пользователи. Каждому пользователю в БД присваивается уникальный идентификатор. Для дополнительной защиты каждый пользователь кроме уникального идентификатора снабжается уникальным паролем, причем если идентификаторы пользователей в системе доступны системному администратору, то пароли пользователей хранятся чаще всего в специальном кодированном виде и известны только самим пользователям.
Пользователи могут быть объединены в специальные группы пользователей. Один пользователь может входить в несколько групп. В стандарте вводится понятие группы PUBLIC, для которой должен быть определен минимальный стандартный набор прав. По умолчанию предполагается, что каждый вновь создаваемый пользователь, если специально не указано иное, относится к группе PUBLIC.
Привилегии или полномочия пользователей или групп - это набор действий (операций), которые они могут выполнять над объектами БД.
В последних версиях ряда коммерческих СУБД появилось понятие «роли». Роль - это поименованный набор полномочий. Существует ряд стандартных ролей, которые определены в момент установки сервера баз данных. И имеется возможность создавать новые роли, группируя в них произвольные полномочия. Введение ролей позволяет упростить управление привилегиями пользователей, структурировать этот процесс. Кроме того, введение ролей не связано с конкретными пользователями, поэтому роли могут быть определены и сконфигурированы до того, как определены пользователи системы.
Пользователю может быть назначена одна или несколько ролей.
Объектами БД, которые подлежат защите, являются все объекты, хранимые в БД: таблицы, представления, хранимые процедуры и триггеры. Для каждого типа объектов есть свои действия, поэтому для каждого типа объектов могут быть определены разные права доступа.
На самом элементарном уровне концепции обеспечения безопасности баз данных исключительно просты. Необходимо поддерживать два фундаментальных принципа: проверку полномочий и проверку подлинности (аутентификацию).
Проверка полномочий основана на том, что каждому пользователю или процессу информационной системы соответствует набор действий, которые он может выполнять по отношению к определенным объектам. Проверка подлинности означает достоверное подтверждение того, что пользователь или процесс, пытающийся выполнить санкционированное действие, действительно тот, за кого он себя выдает.
Система назначения полномочий имеет в некотором роде иерархический характер. Самыми высокими правами и полномочиями обладает системный администратор или администратор сервера БД. Традиционно только этот тип пользователей может создавать других пользователей и наделять их определенными полномочиями.
СУБД в своих системных каталогах хранит как описание самих пользователей, так и описание их привилегий по отношению ко всем объектам.
Далее схема предоставления полномочий строится по следующему принципу. Каждый объект в БД имеет владельца - пользователя, который создал данный объект. Владелец объекта обладает всеми правами-полномочиями на данный объект, в том числе он имеет право предоставлять другим пользователям полномочия по работе с данным объектом или забирать у пользователей ранее предоставленные полномочия.
В ряде СУБД вводится следующий уровень иерархии пользователей - это администратор БД. В этих СУБД один сервер может управлять множеством СУБД (например, MS SQL Server, Sybase).
В СУБД Oracle применяется однобазовая архитектура, поэтому там вводится понятие подсхемы - части общей схемы БД и вводится пользователь, имеющий доступ к подсхеме.
В стандарте SQL не определена команда создания пользователя, но практически во всех коммерческих СУБД создать пользователя можно не только в интерактивном режиме, но и программно с использованием специальных хранимых процедур. Однако для выполнения этой операции пользователь должен иметь право на запуск соответствующей системной процедуры.
В стандарте SQL определены два оператора: GRANT и REVOKE соответственно предоставления и отмены привилегий.
Оператор предоставления привилегий имеет следующий формат:
GRANT {<список действий>| ALL PRIVILEGES }
ON <имя_объекта> ТО {<имя_пользователя>
Здесь список действий определяет набор действий из общедопустимого перечня действий над объектом данного типа.
Параметр ALL PRIVILEGES указывает, что разрешены все действия из допустимых для объектов данного тина.
<имя_объекта> - задает имя конкретного объекта: таблицы, представления, хранимой процедуры, триггера.
<имя_пользователя> или PUBLIC определяет, кому предоставляются данные привилегии.
Параметр WITH GRANT OPTION является необязательным и определяет режим, при котором передаются не только права на указанные действия, но и право передавать эти права другим пользователям. Передавать права в этом случае пользователь может только в рамках разрешенных ему действий.
Рассмотрим пример, пусть у нас существуют три пользователя с абсолютно уникальными именами userl, user2 и userS. Все они являются пользователями одной БД.
User1 создал объект Таb1, он является владельцем этого объекта и может передать права на работу с эти объектом другим пользователям. Допустим, что пользователь user2 является оператором, который должен вводить данные в ТаЫ (например, таблицу новых заказов), а пользователь user 3 является большим начальником (например, менеджером отдела), который должен регулярно просматривать введенные данные.
Для объекта типа таблица полным допустимым перечнем действий является набор из четырех операций: SELECT, INSERT, DELETE, UPDATE. При этом операция обновление может быть ограничена несколькими столбцами.
Общий формат оператора назначения привилегий для объекта типа таблица будет иметь следующий синтаксис:
GRANT {[.INSERT][.DELETE][,UPDATE (<список столбцов»)]}
ON <имя таблицы»
ТО {<имя_пользователя> | PUBLIC }
Тогда резонно будет выполнить следующие назначения:
Эти назначения означают, что пользователь user2 имеет право только вводить новые строки в отношение Таb1, а пользователь user3 имеет право просматривать все строки в таблице Таb1.
При назначении прав доступа на операцию модификации можно уточнить, значение каких столбцов может изменять пользователь. Допустим, что менеджер отдела имеет право изменять цену на предоставляемые услуги. Предположим, что цена задается в столбце COST таблицы ТаЫ. Тогда операция назначения привилегий пользователю user3 может измениться и выглядеть следующим образом:
GRANT SELECT. UPDATE (COST) ON Tabl TO user3
Если наш пользователь userl предполагает, что пользователь user4 может его замещать в случае его отсутствия, то он может предоставить этому пользователю все права по работе с созданной таблицей Таb1.
GRANT ALL PRIVILEGES
TO user4 WITH GRANT OPTION
B этом случае пользователь user4 может сам назначать привилегии по работе с таблицей Таb1 в отсутствие владельца объекта пользователя user1. Поэтому в случае появления нового оператора пользователя user5 on может назначить ему права на ввод новых строк в таблицу командой
Если при передаче полномочий набор операций над объектом ограничен, то пользователь, которому переданы эти полномочия, может передать другому пользователю только те полномочия, которые есть у него, или часть этих полномочий. Поэтому если пользователю user4 были делегированы следующие полномочия:
GRANT SELECT, UPDATE, DELETE
WITH GRANT OPTION.
то пользователь user4 не сможет передать полномочия на ввод данных пользователю user5, потому что эта операция не входит в список разрешенных для него самого.
Кроме непосредственного назначения прав по работе с таблицами эффективным методом защиты данных может быть создание представлений, которые будут содержать только необходимые столбцы для работы конкретного пользователя и предоставление прав на работу с данным представлением пользователю.
Так как представления могут соответствовать итоговым запросам, то для этих представлений недопустимы операции изменения, и, следовательно, для таких
представлений набор допустимых действий ограничивается операцией SELECT. Если же представления соответствуют выборке из базовой таблицы, то для такого представления допустимыми будут все 4 операции: SELECT, INSERT, UPDATE и DELETE.
Для отмены ранее назначенных привилегий в стандарте SQL определен оператор REVOKE. Оператор отмены привилегий имеет следующий синтаксис:
REVOKE {<список операций | ALL PRIVILEGES}
ON <имя_объекта>
FROM {<список пользователей | PUBLIC } {CASCADE | RESTRICT }
Параметры CASCADE или RESTRICT определяют, каким образом должна производиться отмена привилегий. Параметр CASCADE отменяет привилегии не только пользователя, который непосредственно упоминался в операторе GRANT при предоставлении ему привилегий, но и всем пользователям, которым этот пользователь присвоил привилегии, воспользовавшись параметром WITH GRANT OPTION.
Например, при использовании операции:
REVOKE ALL PRIVILEGES
TO user4 CASCADE
будут отменены привилегии и пользователя users, которому пользователь user4 успел присвоить привилегии.
Параметр RESTRICKT ограничивает отмену привилегий только пользователю, непосредственно упомянутому в операторе REVOKE. Но при наличии делегированных привилегий этот оператор не будет выполнен. Так, например, операция:
REVOKE ALL PRIVILEGES
TO user4 RESTRICT
не будет выполнена, потому что пользователь user4 передал часть своих полномочий пользователю user5.
Посредством оператора REVOKE можно отобрать все или только некоторые из ранее присвоенных привилегий по работе с конкретным объектом. При этом из описания синтаксиса оператора отмены привилегий видно, что можно отобрать привилегии одним оператором сразу у нескольких пользователей или у целой группы PUBLIC.
Поэтому корректным будет следующее использование оператора REVOKE:
TO user2,user4 CASCADE
При работе с другими объектами изменяется список операций, которые используются в операторах GRANT и REVOKE.
По умолчанию действие, соответствующее запуску (исполнению) хранимой процедуры, назначается всем членам группы PUBLIC.
Если вы хотите изменить это условие, то после создания хранимой процедуры необходимо записать оператор REVOKE. REVOKE EXECUTE ON COUNT_EX TO PUBLIC CASCADE И теперь мы можем назначить новые права пользователю user4.
Системный администратор может разрешить некоторому пользователю создавать и изменять таблицы в некоторой БД. Тогда он может записать оператор предоставления прав следующим образом:
GRANT CREATE TABLE, ALTER TABLE.
DROP TABLE ON DB_LIB TO userl
В этом случае пользователь userl может создавать, изменять или удалять таблицы в БД DB_LIB, однако он не может разрешить создавать или изменять таблицы в этой БД другим пользователям, потому что ему дано разрешение без права делегирования своих возможностей.
В некоторых СУБД пользователь может получить права создавать БД. Например, в MS SQL Server системный администратор может предоставить пользователю main_user право на создание своей БД на данном сервере. Это может быть сделано следующей командой:
GRANT CREATE DATABASE
По принципу иерархии пользователь main_user, создав свою БД, теперь может предоставить права на создание или изменение любых объектов в этой БД другим пользователям.
В СУБД, которые поддерживают однобазовую архитектуру, такие разрешения недопустимы. Например, в СУБД Oracle на сервере создается только одна БД, но пользователи могут работать па уровне подсхемы (части таблиц БД и связанных с ними объектов). Поэтому там вводится понятие системных привилегий. Их очень много, 80 различных привилегий.
Для того чтобы разрешить пользователю создавать объекты внутри этой БД, используется понятие системной привилегии, которая может быть назначена одному или нескольким пользователям. Они выдаются только на действия и конкретный тип объекта. Поэтому, если вы, как системный администратор, предоставили пользователю право создания таблиц (CREATE TABLE), то для того чтобы он мог создать триггер для таблицы, ему необходимо предоставить еще одну системную привилегию CREATE TRIGGER. Система защиты в Oracle считается одной из самых мощных, по это имеет и обратную сторону - она весьма сложная. Поэтому задача администрирования в Oracle требует хорошего знания как семантики принципов поддержки прав доступа, так и физической реализации этих возможностей.
Реализация системы защиты в MS SQL Server
SQL server 6.5 поддерживает З режима проверки при определении прав пользователя:
1. Стандартный (standard).
2. Интегрированный (integrated security).
3. Смешанный (mixed).
Стандартный режим защиты предполагает, что каждый пользователь должен иметь учетную запись как пользователь домена NT Server. Учетная запись пользователя домена включает имя пользователя и его индивидуальный пароль. Пользователи доменов могут быть объединены в группы. Как пользователь домена пользователь получает доступ к определенным ресурсам домена. В качестве одного из ресурсов домена и рассматривается SQL Server. Но для доступа к SQL Server пользователь должен иметь учетную запись пользователя MS SQL Server. Эта учетная запись также должна включать уникальное имя пользователя сервера и его пароль. При подключении к операционной среде пользователь задает свое имя и пароль пользователя домена. При подключении к серверу баз данных пользователь задает свое уникальное имя пользователя SQL Server и свой пароль.
Интегрированный режим предполагает, что для пользователя задается только одна учетная запись в операционной системе, как пользователя домена, a SQL Server идентифицирует пользователя по его данным в этой учетной записи. В этом случае пользователь задает только одно свое имя и один пароль.
В случае смешанного режима част], пользователей может быть подключена к серверу с использованием стандартного режима, а часть с использованием интегрированного режима.
В MS SQL Server 7.0 оставлены только 2 режима: интегрированный, называемый Windows NT Authentication Mode (Windows NT Authentication), и смешанный, Mixed Mode (Windows NT Authentication and SQL Server Authentication). Алгоритм проверки аутентификации пользователя в MS SQL Server 7.0 приведен на рис. 13.1.
Рис. 13.1. Алгоритм проверки аутентификации пользователя в MS SQL Server 7.0
При попытке подключения к серверу БД сначала проверяется, какой метод аутентификации определен для данного пользователя. Если определен Windows NT Authentication Mode, то далее проверяется, имеет ли данный пользователь домена доступ к ресурсу SQL Server, если он имеет доступ, то выполняется попытка подключения с использованием имени пользователя и пароля, определенных для пользователя домена; если данный пользователь имеет права подключения к SQL Server, то подключение выполняется успешно, в противном случае пользователь получает сообщение о том, что данному пользователю не разрешено подключение к SQL Server. При использовании смешанного режима аутентификации средствами SQL Server проводится последовательная проверка имени пользователя (login) и его пароля (password); если эти параметры заданы корректно, то подключение завершается успешно, в противном случае пользователь также получает сообщение о невозможности подключиться к SQL Server.
Для СУБД Oracle всегда используется в дополнение к имени пользователя и пароля в операционной среде его имя и пароль для работы с сервером БД.
Проверка полномочий
Второй задачей при работе с БД, как указывалось ранее, является проверка полномочий пользователей. Полномочия пользователей хранятся в специальных системных таблицах, и их проверка осуществляется ядром СУБД при выполнении каждой операции. Логически для каждого пользователя и каждого объекта в БД как бы строится некоторая условная матрица, где по одному измерению расположены объекты, а по другому - пользователи. На пересечении каждого столбца и каждой строки расположен перечень разрешенных операций для данного пользователя над данным объектом. С первого взгляда кажется, что эта модель проверки достаточно устойчивая. Но сложность возникает тогда, когда мы используем косвенное обращение к объектам. Например, пользователю user_N не разрешен доступ к таблице Таb1, но этому пользователю разрешен запуск хранимой процедуры SP_N, которая делает выборку из этого объекта. По умолчанию все хранимые процедуры запускаются под именем их владельца.
Такие проблемы должны решаться организационными методами. При разрешении доступа некоторых пользователей необходимо помнить о возможности косвенного доступа.
В любом случае проблема защиты никогда не была чисто технической задачей, это комплекс организационно-технических мероприятий, которые должны обеспечить максимальную конфиденциальность информации, хранимой в БД.
Кроме того, при работе в сети существует еще проблема проверки подлинности полномочий.
Эта проблема состоит в следующем. Допустим, процессу 1 даны полномочия по работе с БД, а процессу 2 такие полномочия не даны. Тогда напрямую процесс 2 не может обратиться к БД, но он может обратиться к процессу 1 и через него получить доступ к информации из БД.
Поэтому в безопасной среде должна присутствовать модель проверки подлинности, которая обеспечивает подтверждение заявленных пользователями или процессами идентификаторов. Проверка полномочий приобрела еще большее значение в условиях массового распространения распределенных вычислений. При существующем высоком уровне связности вычислительных систем необходимо контролировать все обращения к системе.
Проблемы проверки подлинности обычно относят к сфере безопасности коммуникаций и сетей, поэтому мы не будем их здесь более обсуждать, за исключением следующего замечания. В целостной системе компьютерной безопасности, где четкое выполнение программы защиты информации обеспечивается за счет взаимодействия соответствующих средств в операционных системах, сетях, базах данных, проверка подлинности имеет прямое отношение к безопасности баз данных.
Заметим, что модель безопасности, основанная на базовых механизмах проверки полномочий и проверки подлинности, не решает таких проблем, как украденные пользовательские идентификаторы и пароли или злонамеренные действия некоторых пользователей, обладающих полномочиями, - например, когда программист, работающий над учетной системой, имеющей полный доступ к учетной базе данных, встраивает в код программы «Троянского коня» с целью хищения или намеренного изменения информации, хранимой в БД. Такие вопросы выходят за рамки нашего
обсуждения средств защиты баз данных, но следует тем не менее представлять себе, что программа обеспечения информационной безопасности должна охватывать не только технические области (такие как защита сетей, баз данных и операционных систем), но и проблемы физической защиты, надежности персонала (скрытые проверки), аудит, различные процедуры поддержки безопасности, выполняемые вручную или частично автоматизированные.
Обобщеннаяархитектура СУБД
Мы рассмотрели отдельные аспекты работы СУБД. Теперь попробуем кратко обобщить все, что узнали, и построим некоторую условную обобщенную структуру СУБД. На рис. 14.1 нзрбражена такая структура. Здесь условно показано, что СУБД должна управлять внешней памятью, в котором расположены файлы с данными, файлы журналов и файлы системного каталога.
С другой стороны, СУБД управляет и оперативной памятью, в которой располагаются буфера с данными, буфера журналов, данные системного каталога, которые необходимы для поддержки целостности и проверки привилегии пользователей. Кроме того, и оперативной памяти во время работы СУБД располагается информация, которая соответствует текущему состоянию обработки запросов, там хранятся планы выполнения скомпилированных запросов и т. д.
Модуль управления внешней памятью обеспечивает создание необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей, например для ускорения доступа к данным в некоторых случаях (обычно для этого используются индексы). Как мы рассматривали ранее, в некоторых реализациях СУБД активно используются возможности существующих файловых систем, в других работа производится вплоть до уровня устройств внешней памяти. Но подчеркнем, что в развитых СУБД пользователи в любом случае не обязаны знать, использует ли СУБД файловую систему, и если использует, то как организованы файлы. В частности, СУБД поддерживает собственную систему именования объектов БД.
Модуль управления буферами оперативной памяти предназначен для решения задач эффективной буферизации, которая используется практически для выполнения всех остальных функций СУБД.
Условно оперативную память, которой управляет СУБД, можно представить как совокупность буферов, хранящих страницы данных, буферов, хранящих страницы журналов транзакций и область совместно используемого пула (см. рис. 14.2). Последняя область содержит фрагменты системного каталога, которые необходимо постоянно держать в оперативной памяти, чтобы ускорить обработку запросов пользователей, и область операторов SQL с курсорами. Фрагменты системного каталога в некоторых реализациях называются словарем данных. В стандарте SQL2 определены общие требования к системному каталогу.
Рис. 14.1. Обобщенная структура СУБД
Рис. 14.2. Оперативная память, управляемая СУБД
Системный каталог в реляционных СУБД представляет собой совокупность специальных таблиц, которыми владеет сама СУБД. Таблицы системного каталога создаются автоматически при установке программного обеспечения сервера БД. Все системные таблицы обычно объединяются некоторым специальным «системным идентификатором пользователя». При обработке SQL-запросов СУБД постоянно обращается к этим таблицам. В некоторых СУБД разрешен ограниченный доступ пользователей к ряду системных таблиц, однако только в режиме чтения. Только системный администратор имеет некоторые права на модификацию данных в некоторых системных таблицах.
Каждая таблица системного каталога содержит информацию об отдельных структурных элементах БД. В стандарте SQL2 определены следующие системные таблицы:
Таблица 14.1. Содержание системного каталога по стандарту SQL2
Системная таблица | |||
Одна строка для каждого идентификатора | |||
пользователя с зашифрованным паролем | |||
Одна строка для каждой информационной | |||
DATA_TYPE_DESCRIPTION | Одна строка для каждого домена или | ||
столбца, имеющего определенный тип | |||
Одна строка для каждого домена | |||
DOMAIN_CONSTRA1NS | Одна строка для каждого ограничивающего | ||
условия, наложенного на домен | |||
Одна строка для каждой таблицы с | |||
указанием имени, владельца, количества | |||
столбцов, размеров данных столбцов, и т. д. | |||
Одна строка для каждого представления с | |||
указанием имени, имени владельца, | |||
запроса, который определяет представление | |||
Одна строка для каждого столбца с | |||
указанием имени столбца, имени таблицы | |||
или представления, к которому он | |||
относится, типа данных столбца, его | |||
размера, допустимости или недопустимости | |||
неопределенных значений (NULL) и т. д. | |||
VIEW_TABLE_USAGE | Одна стр.ока для каждой таблицы, на | ||
представлении (если представление | |||
многотабличное, то для каждой таблицы | |||
заносится одна строка) | |||
VIEW_COLUMN_USAGE | |||
представлении | |||
TABLE_CONSTRAINS | Одна строка для каждого условия | ||
ограничения, заданного в каком-либо | |||
определении таблицы | |||
KEY_COLUMN_USAGE | Одна строка для каждого столбца, на | ||
который наложено условие уникальности и | |||
который присутствует в определении | |||
первичного или внешнего ключа (если | |||
первичный или внешний ключ заданы | |||
несколькими столбцами, то для каждого из | |||
них задается отдельная строка) |
REFERENTIAL_CONSTRAINTS Одна строка для каждого внешнего ключа, присутствующего в определении таблицы
CHECK_ CONSTRAINTS Одна строка для каждого условия проверки, заданного в определении таблицы
CHECK_TABLE_USAGE Одна строка для каждой таблицы, на которую имеется ссылка в условиях проверки, ограничительном условии для домена или всей таблицы
Системная таблица | |||
CHECK_COLUMN_USAGE | Одна строка для каждого столбца, на | ||
ограничительном условии для домена или | |||
ином ограничительном условии | |||
Одна строка для каждого декларативного | |||
утверждения целостности | |||
TABLE_PRIVILEGES | |||
предоставленной на какую-либо таблицу | |||
COLUMN_PRIVILEGES | Одна строка для каждой привилегии, | ||
предоставленной на какой-либо столбец | |||
USAGE_PRIVILEGES | Одна строка для каждой привилегии, | ||
предоставленной на какой-либо домен, набор | |||
символов и т. д. | |||
Одна строка для каждого заданного набора | |||
символов | |||
Одна строка для заданной | |||
последовательности | |||
Одна строка для каждого заданного | |||
преобразования | |||
Одна строка для каждого заданного языка, | |||
поддерживаемого СУБД | |||
Стандарт SQL2 не требует, чтобы СУБД в точности поддерживала требуемый набор системных таблиц. Стандарт ограничивается требованием того, чтобы для рядовых пользователей были доступны некоторые специальные представления системного каталога. Поэтому системные таблицы организованы по-разному в разных СУБД и имеют различные имена, но большинство СУБД предо-ставля-ют ряд основных представлений рядовым пользователям.
Кроме того, системный каталог отражает некоторые дополнительные возможности, предоставляемые конкретными СУБД. Так, например, в системном каталоге Oracle присутствуют таблицы синонимов.
Область SQL содержит данные связывания, временные буферы, дерево разбора и план выполнения для каждого оператора SQL, переданного серверу БД. Область разделяемого
пула ограничена в размере, поэтому, возможно, в ней не могут поместиться все операторы SQL, которые были выполнены с момента запуска сервера БД. Ядро СУБД удаляет старые, давно не используемые операторы, освобождая память под новые операторы SQL. Если пользователь выполняет запрос, план выполнения которого уже хранится в разделяемом пуле, то СУБД не производит его разбор и построение нового плана, она сразу запускает его на выполнение, возможно, с новыми параметрами.
Модуль управления транзакциями поддерживает механизмы фиксации и отката транзакций, он связан с модулем управления буферами оперативной памяти и обеспечивает сохранение всей информации, которая требуется после мягких или жестких сбоев в системе. Кроме того, модуль управления транзакциями содержит специальный механизм поиска тупиковых ситуаций или взаимоблокировок и реализует одну из принятых стратегий принудительного завершения транзакций для развязывания тупиковых ситуаций.
Особое внимание надо обратить на модуль поддержки SQL. Это практически транслятор с языка SQL и блок оптимизации запросов.
В общем, оптимизация запросов может быть разделена на синтаксическую и семантическую.
Методы синтаксической оптимизации запросов
Методы синтаксической оптимизации запросов связаны с построением некоторой эквивалентной формы, называемой иногда канонической формой, которая требует меньших затрат на выполнение запроса, но дает результат, полностью эквивалентный исходному запросу.
К методам, используемым при синтаксической оптимизации запросов, относятся следующие:
Логические преобразования запросов. Прежде всего это относится к преобразованию предикатов, входящих в условие выборки. Предикаты, содержащие операции сравнения простых значений. Такой предикат имеет вид арифметическое выражение ОС арифметическое выражение, где ОС - операция сравнения, а арифметические выражения левой и правой частей в общем случае содержат имена полей отношений и константы (в языке SQL среди констант могут встречаться и имена переменных объемлющей программы, значения которых становятся известными только"при реальном выполнении запроса).
Канонические представления могут быть различными для предикатов разных типов. Если предикат включает только одно имя поля, то его каноническое представление может, например, иметь вид имя поля ОС константное арифметическое выражение (эта форма предиката - простой предикат селекции - очень полезна при выполнении следующего этапа оптимизации). Если начальное представление предиката имеет вид
(n+12)*R.B OC 100
здесь n - переменная языка, R.B - имя столбца В отношения R, ОС - допустимая операция сравнения.
Каноническим представлением такого предиката может быть
R.В ОС 100/(n+12)
В этом случае мы один раз для заданного значения переменной п вычисляем выражение в скобках и правую часть операции сравнения 100/(n +12), а потом каждую строку можем сравнивать с полученным значением.
Если предикат включает в точности два имени поля разных отношений (или двух разных вхождений одного отношения), то его каноническое представление может иметь вид имя поля ОС арифметическое выражение, где арифметическое выражение в правой части включает только константы и второе имя ноля (это тоже форма, полезная дпя выполнения следующего шага оптимизации, -
предикат соединения; особенно важен случай эквисоединения, когда ОС - это равенство). Если в начальном представлении предикат имеет вид:
12*(Rl.A)-n*(R2.B) ОС m,
R1.A ОС (m+n*(R2.B)/12
Еще один класс логических преобразований связан с приведением к каноническому виду логического выражения, задающего условие выборки запроса. Как правило, используются либо дизъюнктивная, либо конъюнктивная нормальные формы. Выбор канонической формы зависит от общей организации оптимизатора.
R1 NATURAL JOIN R2
WHERE R1.A ОС a AND
Здесь а и b некоторые константы, которые ограничивают значение атрибутов отношений
предикат соединения; особенно важен случай зквисоединения, когда ОС - это равенство). Если в начальном представлении предикат имеет вид:
12*(Rl.A)-n*(R2.B) ОС m,
то его каноническое представление:
R1.A ОС (m+n*(R2.B)/12
В общем случае желательно приведение предиката к каноническому представлению вида арифметическое выражение ОС константное арифметическое выражение, где выражения правой и левой частей также приведены к каноническому представлению. В дальнейшем можно произвести поиск общих арифметических выражений в разных предикатах запроса. Это оправдано, поскольку при выполнении запроса вычисление арифметических выражений будет производиться при выборке каждого очередного кортежа, то есть потенциально большое число раз.
При приведении предикатов к каноническому представлению можно вычислять константные выражения и избавляться от логических отрицаний.
Еще один класс логических преобразовании связан с приведением к каноническому виду логического выражения, задающего условие выборки запроса. Как правило, используются либо дизъюнктивная, либо конъюнктивная нормальные формы. Выбор канонической формы зависит от общей организации оптимизатора.
При приведении логического условия к каноническому представлению можно производить поиск общих предикатов (они могут существовать изначально, могут появиться после приведения предикатов к каноническому виду или в процессе нормализации логического условия) и упрощать логическое выражение за счет, например, выявления конъюнкции взаимно противоречащих предикатов.
Преобразования запросов с изменением порядка реляционных операций. В
традиционных оптимизаторах распространены логические преобразования, связанные с изменением порядка выполнения реляционных операций.
Например, имеем следующий запрос:
Rl NATURAL JOIN R2 WHERE R1.A ОС a AND R2.B С b
Здесь а и b некоторые константы, которые ограничивают значение атрибутов отношений R1 и R2.
Если мы его рассмотрим в терминах реляционной алгебры, то это естественное соединение отношений R1 и R2, в которых заданы внутренние ограничения на кортежи каждого отношения.
Для уменьшения числа соединяемых кортежей резоннее сначала произвести операции выборки на каждом отношении и только после этого перейти в операции естественного соединения.
Поэтому данный запрос будет эквивалентен следующей последовательности операций реляционной алгебры:
R3 =.R1 R4 = R2 R5 = R3**R4
Хотя немногие реляционные системы имеют языки запросов, основанные в чистом виде на реляционной алгебре, правила преобразований алгебраических выражений могут быть полезны и в других случаях. Довольно часто реляционная алгебра используется в качестве основы внутреннего представления запроса. Естественно, что после этого можно выполнять и алгебраические преобразования.
В частности, существуют подходы, связанные с преобразованием запросов на языке SQL к алгебраической форме. Особенно важно то, что реляционная алгебра более проста, чем язык SQL. Преобразование запроса к алгебраической форме упрощает дальнейшие действия оптимизатора по выборке оптимальных планов. Вообще говоря, развитый оптимизатор запросов системы, ориентированной на SQL, должен выявить все возможные планы выполнения любого запроса, но «пространство поиска» этих планов в общем случае очень велико; в каждом конкретном оптимизаторе используются свои эвристики для сокращения пространства поиска. Некоторые, возможно, наиболее оптимальные планы никогда не будут рассматриваться. Разумное преобразование запроса на SQL к алгебраическому представлению сокращает пространство поиска планов выполнения запроса с гарантией того, что оптимальные планы потеряны не будут.
Приведение запросов с вложенными подзапросами к запросам с соединениями. Основным отличием языка SQL от языка реляционной алгебры является возможность использовать в логическом условии выборки предикаты, содержащие вложенные подзапросы. Глубина вложенности не ограничивается языком, то есть, вообще говоря, может быть произвольной. Предикаты с вложенными подзапросами при наличии общего синтаксиса могут обладать весьма различной семантикой. Единственным общим для всех возможных се-мантик вложенных подзапросов алгоритмом выполнения запроса является вычисление вложенного подзапроса всякий раз при вычислении значения предиката. Поэтому естественно стремиться к такому преобразованию запроса, содержащего предикаты со вложенными подзапросами, которое сделает семантику подзапроса более явной, предоставив тем самым в дальнейшем оптимизатору возможность выбрать способ выполнения запроса, наиболее точно соответствующий семантике подзапроса.
Каноническим представлением запроса на п отношениях называется запрос, содержащий n-1 предикат соединения и не содержащий предикатов с вложенными подзапросами. Фактически каноническая форма - это алгебраическое представление запроса.
Например, запрос с вложенным подзапросом:
(SELECT R2.B FROM R2 WHERE Rl.C = R2.D)
эквивалентен
WHERE Rl.A = R2.B AND Rl.C = R2.D)
Второй запрос:
(SELECT Rl.A FROM Rl WHERE Rl.K =
(SELECT AVG (R2.B) FROM R2 WHERE Rl.C = R2.D)
(SELECT Rl.A FROM Rl. R3
WHERE Rl.C = R3.D AND Rl.K = R3.L)
R3 = SELECT R2.D, L AVG (R2.B)
При использовании подобного подхода в оптимизаторе запросов не обязательно производить формальные преобразования запросов. Оптимизатор должен в большей степени использовать семантику обрабатываемого запроса, а каким образом она будет распознаваться - это вопрос техники.
Заметим, что в кратко описанном нами подходе имеются некоторые тонкие семантические некорректности. Известны исправленные методы, но они слишком сложны технически, чтобы рассматривать их в данном пособии.
Методы семантической оптимизации запросов
Рассмотренные ранее методы никак не связаны с семантикой конкретной БД, они применимы к любой БД, вне зависимости от ее конкретного содержания. Семантические методы оптимизации основаны как раз на учете семантики конкретной БД. Таких методов в различных реализациях может быть множество, мы с вами коснемся лишь некоторых из них:
Преобразование запросов с учетом семантической информации. Это прежде всего относится к запросам, которые выполняются над представлениями. Само представление представляет собой запрос. В БД представление хранится в виде скомпилированного плана выполнения запроса, то есть в нем в некоторой канонической форме представлены уже все предикаты и сам план выполнения запроса. При преобразовании внешнего запроса производится объединение внешнего запроса с внутренней формой запроса, составляющего основу представления, и строится обобщенная каноническая форма, объединяющая оба запроса. Для этой попой формы проводится анализ и преобразование предикатов. Поэтому при выполнении запроса над представлением будет выполнено не два, а только один запрос, оптимизированный по обобщенным параметрам запроса.
Использование ограничений целостности при анализе запросов. Ограничения целостности связаны с условиями, которые накладываются на значения столбцов таблицы. При выполнении запросов над таблицами условия запросов объединяются специальным образом с условиями ограничений таблицы и полученные обобщенные предикаты уже анализируются. Допустим, что мы ищем в нашей библиотеке читателей с возрастом более 100 лет, но если у нас есть ограничение, заданное для таблицы READERS, которое ограничивает дату рождения наших читателей, так чтобы читатель имел дату рождения в пределах от 17 до 100 лет включительно. Поэтому оптимизатор запроса, сопоставив два эти предиката, может сразу определить, что результатом запроса будет пустое множество.
После оптимизации запрос имеет непроцедурный вид, то есть в нем не определен жесткий порядок выполнения элементарных операций над исходными объектами. На следующем этане строятся все возможные планы выполнения запросов и для каждого из них производятся стоимостные оценки. Оценка планов выполнения запроса основана на анализе текущих объемов данных, хранящихся в отношениях БД, и на статистическом анализе хранимой информации. В большинстве СУБД ведется учет диапазона значений отдельного столбца с указанием процентного содержания для каждого диапазона. Поэтому при построении плана запроса СУБД может оценить объем промежуточных отношений и построить план таким образом, чтобы на наиболее ранних этапах выполнения запроса минимизировать количество строк, включаемых в промежуточные отношения.
Кроме ядра СУБД каждый поставщик обеспечивает специальные инструментальные средства, облегчающие администрирование БД и разработку новых проектов БД и пользовательских приложений для данного сервера. В последнее время практически все утилиты и инструментальные средства имеют развитый графический интерфейс.
Для разработки приложений пользователи могут применять не только инструментальные средства, поставляемые вместе с сервером БД, но и средства сторонних поставщиков. Так, в нашей стране получила большую популярность инструментальная среда Delphi, которая позволяет разрабатывать приложения для различных серверов БД. За рубежом более
популярными являются инструментальные системы быстрой разработки приложений
(RAF Rapid Application Foundation) продукты компании Advanced Information System,
инструментальной среды Power Builder фирмы Power Soft, системы SQL Windows фирмы
Под безопасностью подразумевается, что некоторому пользователю разрешается выполнять некоторые действия.
СУБД должны соблюдать 3 основных аспекта информационной безопасности:
1. Конфиденциальность
2. Целостность
3. Доступность
В этом посте мы поговорим о конфиденциальности
А) Управление безопасностью
В современных СУБД поддерживается как избирательный, так и обязательный подходы к обеспечению безопасности данных.
В случае избирательного управления, некий пользователь обладает различными правами, или привилегиями, и полномочиями при работе с различными объектами. Поскольку разные пользователи могут обладать различными правами доступа к одному и тому же объекту, такие системы очень гибкие.
В случае обязательного управления, каждому объекту присваивается некий квалификационный уровень, ну а каждому пользователю предоставляются права доступа к тому или иному уровню; и соответственно, если у вас есть права доступа на какой-то уровень — все, что на этот уровень записано, ко всему у вас имеется доступ. Считается, что такие системы жесткие, статичные, но они проще в управлении: легко всем объектам дать какой-либо номер (1,2,3,4…) и пользователю потом присвоить доступ кому до 5-го, кому до 6-го, кому до 7-го уровня и т.д. в порядке повышения приоритета.
В обычных СУБД для идентификации и проверки подлинности пользователя применяется либо соответствующий механизм операционной системы, либо то, что имеется в SQL-операторе connect (там есть специальные параметры для доступа при подключении). В момент начала сеанса работы с сервером базы данных пользователь идентифицирует контакт, или логин, своим именем, а средством аутентификации служит пароль.
Идентификатор – это краткое имя, однозначно определяющее пользователя для СУБД. Является основой систем безопасности. Для пользователей создаются соответствующие учетные записи.
Идентификация позволяет субъекту (т.е. пользователю или процессу, действующему от имени пользователя) назвать себя, т.е. сообщить свое имя (логин).
По средствам аутентификации (т.е. проверки подлинности) вторая сторона (операционная система или собственно СУБД) убеждается, что субъект действительно тот, за кого он себя выдает.
Для особо уязвимых систем (например, банковским и т.п.) используются более сложные системы защиты. Так, например, известны системы с последовательным созданием нескольких вопросов личного характера, с ограничением времени на их ответ и количества попыток (как в любом мобильнике).
В стандарте ANSI ISO вместо термина «идентификатор пользователя» (user ID) используется термин «идентификатор прав доступа» (authorization ID).
Система безопасности на сервере может быть организована 3-мя способами:
1. стандартная безопасность: когда на сервер требуется отдельный доступ (т.е. в операционную систему вы входите с одним паролем, а на сервер базы данных с другим);
2. интегрированная безопасность (достаточно часто используют): входите в операционную систему с каким-то пользовательским паролем, и это же имя с этим же паролем зарегистрировано в СУБД. Второй раз входить не надо. Раз попал человек на сервер, ну да ладно, пусть пользуется всем, что есть.
3. смешанная система, которая позволяет входить и первым, и вторым способом.
Б) Управление доступом
Обычно в СУБД применяется произвольное управление доступом: когда владелец объекта (в крайнем случае, администратор базы данных, но чаще владелец) передает права доступа (permissions) кому-нибудь. При этом права могут передаваться отдельным пользователям, группам пользователей, или ролям.
1. Учетная запись создается для отдельных пользователей с логином и паролем. Как правило, это делает администратор базы данных.
2. Группа – именованная совокупность пользователей, чаще всего в группы объединяют на основе какой-либо организации (по отделам, по комнатам, по бригадам и т.п.). Формально говоря, пользователь может входить в разные группы и входить в систему с разной возможностью (должен указать от имени какой группы он входит).
3. Роль – некий, часто служебный, перечень возможностей. Например, бухгалтер, кладовщик и т.п. Приходит человек на работу, ему присваивают такие права доступа, и он с ними может входить. Такой вариант сейчас довольно хорошо используется, т.к. это достаточно удобно оговорить на предприятии. При желании можно пересмотреть эту роль, и она сразу всех потом поменяет. Как правило, считается, что привилегии роли имеют приоритет перед привилегиями групп.
Более высокие требования по безопасности в настоящее время мы рассматривать не будем. Такие многоуровневые системы безопасности были разработаны еще в 70х годах ХХ века. Известные фамилии: Bella, Lapadula.
B) Основные категории пользователей
В общем случае пользователи СУБД могут быть разбиты на 3 основные большие группы:
1. администратор сервера базы данных (и его помощники): ведают установкой, конфигурированием сервера, регистрацией пользователей, групп, ролей, и т.д. Обладает всеми правами базы данных.
2. администратор отдельной базы данных (сервер может обслуживать тысячи баз данных).
3. прочие конечные пользователи: программисты (создают программы для управления теми или иными процессами: бухгалтерскими, кадровыми…), работники фирм и т.д.
Как правило, для администраторов баз данных сделана первоначальная учетная запись, чтоб сделать первоначальный вход в систему. Например, в InterBase: SISDBA с masterkey. В SQL-server: SA и пустой пароль. В Oracle есть 3 изначальных учетных записи: SIS, SYSTEM и MANAGER.
Г) Виды привилегий
Фактически их две:
. привилегии безопасности: выделяются конкретному пользователю, создаются, как правило, команды типа create user. Но создать пользователя в базе данных – это не значит предоставить ему права на все. Просто он может войти в базу данных, но там ничего не увидеть. После создания ему еще надо дать права.
. привилегии доступа или права доступа (permissions): предоставляют созданному пользователю те или иные привилегии. Здесь используются другие 2 команды: Grant – предоставить право на что-то (чтение, добавление, удаление, изменение записи…), Revolce.
Каким образом реализуются или ограничиваются права доступа:
. есть операционные ограничения – право на выполнение тех или иных операторов. Чаше всего это select, insert, delete и update. Во многих СУБД (в том числе Oracle) порядка 25 разных операционных прав можно предоставлять.
. Ограничения по значениям, реализуемые с помощью механизма представлений (View).
. Ограничения на ресурсы, реализуемые за счет привилегий доступа к базам данных.
. Привилегии системного уровня (для Oracle). Когда пользователю разрешается выполнять до 80 различных операторов.
Совокупность всех привилегий, которыми можно обладать называется PUBLIC. Администратор базы данных по умолчанию имеет PUBLIC-права – права на все объекты и действия.
Д) Контрольные исследования
Поскольку абсолютно неуязвимых систем не бывает, или, по крайней мере, в определенном смысле неуязвимых, то при работе с очень важными данными или при выполнении очень серьезных критических операций используют регистрацию каких-то действий (т.е. при выполнении какого-то действия автоматически записывается lok-файл, обычно это текстовый файл, его легко сделать через триггеры). Таким образом, если в этом файле более подробно все написать, то можно следить, кто когда что делал.
Е) Протоколирование и аудит
Под протоколированием понимается сбор и накопление информации о событиях, происходящих в информационной системе. В том числе с помощью lok-файлов.
Под аудитом понимается анализ накопленной информации, проводимый либо оперативно (почти в реальном времени), либо периодически (раз в сутки, раз в неделю…).
Для чего используется протоколирование и аудит?
Тут есть несколько основных целей:
. Обеспечение подотчетности пользователей и администратора. За счет этого можно определить, кто куда обращался, и не появились ли у кого-нибудь непонятные права, не подглядел ли кто-нибудь пароль и т.д.
. Для того, чтоб иметь возможность реконструировать последовательность событий. Какие-то нежелательные изменения – можно вернуть назад.
. Обнаружение попыток нарушения информационной безопасности (взлома).
. Выявление различных проблем в работе информационной системы (например, кому-то мало дали данных для работы, кому-то много)
Если говорить о СУБД Oracle, как о флагмане базостроения, там ведется 3 контрольных журнала:
. Журнал привилегий (происходит отслеживание использования привилегий)
. Журнал операторов (отслеживает, какие операторы используются часто для объектов, потом можно что-то превращать в процедуры, улучшать быстродействие, важный журнал)
. Журнал объектного уровня (контролирует доступ к объектам)
Базы данных - это тоже файлы, но работа с ними отличается от работы с файлами других типов, создаваемых прочими приложениями. Выше мы говорили, что всю работу по обслуживанию файловой системы берет на себя операционная система.
Для баз данных предъявляются особые требования с точки зрения безопасности, поэтому в них реализован другой подход к сохранению данных.
При работе с обычными приложениями для сохранения данных мы задаем соответствующую команду, указываем имя файла и доверяемся операционной системе. Если мы закроем файл, не сохранив его, то вся работа по созданию или редактированию файла пропадет безвозвратно.
Базы данных - это особые структуры. Информация, которая в них содержится, очень часто имеет общественную ценность. Нередко с одной и той же базой (например, с базой регистрации автомобилей в ГИБДД) работают тысячи людей по всей стране. От информации, которая содержится в некоторых базах, может зависеть благополучие множества людей. Поэтому целостность содержимого базы не может и не должна зависеть ни от конкретных действий некоего пользователя, забывшего сохранить файл перед выключением компьютера, ни от перебоев в электросети.
Проблема безопасности баз данных решается тем, что в СУБД для сохранения информации используется двойной подход. В части операций, как обычно, участвует операционная система компьютера, но некоторые операции сохранения происходят в обход операционной системы.
Операции изменения структуры базы данных, создания новых таблиц или иных объектов происходят при сохранении файла базы данных. Об этих операциях СУБД предупреждает пользователя. Это, так сказать, глобальные операции. Их никогда не проводят с базой данных, находящейся в коммерческой эксплуатации, - только с ее копией. В этом случае любые сбои в работе вычислительных систем не страшны.
С другой стороны, операции по изменению содержания данных, не затрагивающие структуру базы, максимально автоматизированы и выполняются без предупреждения. Если, работая с таблицей данных, мы что-то в ней меняем в составе данных, то изменения сохраняются немедленно и автоматически.
Обычно, решив отказаться от изменений в документе, его просто закрывают без сохранения и вновь открывают предыдущую копию. Этот прием работает почти во всех приложениях, но только не в СУБД. Все изменения, вносимые в таблицы базы, сохраняются на диске без нашего ведома, поэтому попытка закрыть базу «без сохранения» ничего не даст, так как все уже сохранено. Таким образом, редактируя таблицы баз данных, создавая новые записи и удаляя старые, мы как бы работаем с жестким диском напрямую, минуя операционную систему.
По указанным выше причинам нельзя заниматься учебными экспериментами на базах данных, находящихся в эксплуатации. Для этого следует создавать специальные учебные базы или выполнять копии структуры реальных баз (без фактического наполнения данными).
Обычно с базами данных работают две категории исполнителей. Первая категория – проектировщики или разработчики . Их задача состоит в разработке структуры таблиц базы данных и согласовании ее с заказчиком. Кроме таблиц проектировщики разрабатывают и другие объекты базы данных, предназначенные, с одной стороны, для автоматизации работы с базой, а с другой стороны - для ограничения функциональных возможностей работы с базой (если это необходимо из соображений безопасности).
Проектировщики не наполняют базу конкретными данными (заказчик может считать их конфиденциальными и не предоставлять посторонним лицам). Исключение составляет экспериментальное наполнение тестовыми данными на этапе отладки объектов базы.
Вторая категория исполнителей, работающих с базами данных, - пользователи . Они получают исходную базу данных от проектировщиков и занимаются ее наполнением и обслуживанием. В общем случае пользователи не имеют средств доступа к управлению структурой базы - только к данным, да и то не ко всем, а к тем, работа с которыми предусмотрена на конкретном рабочем месте. Соответственно, система управления базами данных имеет два режима работы:проектировочный ипользовательский. Первый режим предназначен для создания или изменения структуры базы и создания ее объектов. Во втором режиме происходит использование ранее подготовленных объектов для наполнения базы или получения данных из нее.
