Очередной пост в рамках нашей постоянной рубрики «Лекции Технопарка». В этот раз предлагаем вашему вниманию лекции, посвящённые базам данных. Цель курса — получение студентами знаний в области проектирования реляционных баз данных, эффективной работы с базами данных, оптимизации запросов и схем данных, изучение особенностей использования баз данных в проектах с высокой нагрузкой и/или использующих большие массивы данных, noSQL и его применение для решения прикладных задач в WWW.

Лекция 1. Введение и начало проектирования

В лекции обсуждаются значение и роли баз данных в IT, даются определения БД и СУБД. Затем рассказывается о реляционной модели данных, об основах реляционной алгебры. Далее говорится непосредственно о проектировании БД: каковы критерии оценки модели данных, особенности концептуального проектирования, этапы проектирования, что такое логическое проектирование. Остальная часть лекции посвящена типам данных MySQL: NULL, целые числа, числа с плавающей точкой, бинарные, строки, дата и время.

Лекция 2. Модификация данных. Выборка данных (начало)

Сначала завершается рассмотрение типа данных MySQL «Дата и время». Затем рассказывается о создании таблиц (CREATE TABLE): create_definition, column_definition, reference_defenition, обновление кортежа в родительском отношении. Далее обсуждается процедура изменения таблицы (ALTER TABLE), выборка данных и оператор SELECT, а также фильтрация (формирование групп, агрегаторы).

Лекция 3. Выборка данных (продолжение). Транзакции

Лекция начинается с рассказа о добавлении данных и операторе INSERT, о модификации данных и операторе UPDATE, об удалении данных и операторе DELETE. Затем небольшая часть лекции посвящена пользовательским переменным. После этого даётся информация о подзапросах: SUBQUERIES, ROW SUBQUERIES, SUBQUERIES in FROM. Далее говорится об агрегации (UNION), о семействе функций JOIN и соединении таблиц, а в завершение лекции — о понятии VIEW (каковы преимущества, ограничения и особенности, алгоритмы использования и изменение).

Лекция 4. Расширенные возможности работы с базами данных. Триггеры и хранимые процедуры

Первая часть лекции посвящена хранимым процедурам (использование, примеры кода, аспекты безопасности при использовании хранимых процедур): LOOP, REPEAT, WHILE, HANDLER, курсоры, EXECUTE. Во второй части рассказывается о триггерах: BEFORE, AFTER, INSTEAD OF, о специальных таблицах inserted, updated и deleted, об использовании триггеров для поддержания целостности и бизнес-логики, о проблемах при использовании триггеров, а также приводятся примеры кода. В завершающей части лекции обсуждаются вопросы, связанные с транзакциями: концепция A.C.I.D.; уровни изоляции ANSI/ISO (SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL); взаимовлияние транзакций и проблемы lost update, dirty read, non-repeatable read и phantom read; технология MVCC (контроль версионирования конкуренции); конкуренция; параллельность и согласованность.

Лекция 5. Определение узких мест

Вначале рассказывается о подсистемах хранения: MyISAM, InnoDB, Memory, о критериях выбора подсистем хранения, приводятся практические примеры. Затем обсуждается тема индексирования (B-tree, хеш-индексы) и EXPLAIN (столбцы id, table, possible_keys, key, key_len).

Лекция 6. Профилирование запросов. Сложноструктурированные SQL-запросы

Лекция открывается рассказом о том, что такое профилирование запроса, каковы этапы его выполнения в MySQL. Рассказывается о том, как планировать запрос, как осуществляется протоколирование запросов, как собирается статистика. Объясняются основы индексирования, подробно обсуждаются стратегии индексирования для достижения высокой производительности: изоляция столбца, кластерные индексы (преимущества и недостатки), размещение данных в MyISAM и InnoDB, покрывающие индексы. Далее затрагивается тема нормализации и денормализации, а также таблиц счётчиков. В завершении рассказывается о версионировании схемы БД: о методах инкрементных изменений, идемпотентных изменений, уподобления структуры БД исходному коду.

Лекция 7. Оптимизация запросов и индексирование

Вначале рассказывается об оптимизации доступа к данным, о декомпозиции соединения и состоянии запроса. Далее идёт большой блок, посвящённый оптимизатору запросов (изменение порядка соединения, применение алгебраических правил эквивалентности, оптимизации COUNT(), MIN(), MAX(), вычисление и свертка константных выражений, покрывающие индексы, оптимизация подзапросов, раннее завершение, сравнение по списку IN() и распространение равенства). Затем последовательно рассматриваются такие аспекты, как соединение (JOIN) в MySQL, оптимизатор сортировки, коррелированные подзапросы, слияние и непоследовательный просмотр индексов, функции SELECT & UPDATE, COUNT(). После этого рассказывается об оптимизации запросов с помощью JOIN, GROUP BY, DISTINCT и LIMIT со смещением. В конце лекции даётся информация о кэшировании запросов, объединённых таблицах и секционировании.

Лекция 8. Конфигурирование базы данных

Сначала объясняются основы конфигурирования и общие принципы настройки. Далее рассказывается об области видимости, о настройке использования памяти, обсуждается размер блока ключей key_cache_block_size. Рассматривается устройство и использование кэша InnoDB, а также кэшей потоков и таблиц. Затем говорится об особенностях ввода/вывода в InnoDB. Далее рассказывается о табличном пространстве, оптимизации файловой сортировки, переменных состояния. Финальная часть лекции посвящена репликации: настройка, синхронизация, топология, планирование пропускной способности, администрирование и обслуживание, проблемы и их решения.

Лекция 9. Безопасность баз данных

Открывается лекция рассказом о резервном копировании (о логических и физических резервных копиях, о выборе данных для копирования). Затем определяется терминология для обсуждения дальнейших вопросов. После этого рассматриваются основы учётных записей: таблицы доступа, привилегии, виды записей. Обсуждаются SQL-injection, список смежных вершин (Adjacency Set), вложенное множество (Nested Set), материализованный путь (Materialized Path) и комбинированный подход.

Лекция 10. Нереляционное решение в области баз данных — NoSQL

Вводная часть посвящена определению и истории развития концепции NoSQL. Даются характеристики, рассказывается о способах использования. Рассматриваются виды NoSQL БД, теоретические основы NoSQL, а в конце лекции обсуждаются недостатки NoSQL-решений, а также проводится сравнение разных NoSQL-решений.

Предыдущие выпуски:

Подписывайтесь на youtube-канал Технопарка!

Лекции Технопарка. 2 семестр. Базы данных