技術要素(3)

データベース

データベース方式

大量のデータを一定の規則に従い蓄積し、一元的に管理できるようしたシステムの総称。データベースを構築することにより、データの重複や散逸を防ぎ、同時に、ある項目に着目して特定のデータを取り出すというような効率的なデータの取扱いが可能となる

データベースの特徴

ファイルとデータベースの比較

比較する項目	ファイル	データベース
データ形式の変更によるプログラムへの影響	大きい	小さい
データの重複	業務ごとに重複することがある	重複がない
関係のあるデータ間の整合性	保つことが難しい	保たれる
業務間でのデータの共有	共有は難しい	共有しやすい
データのバックアップ	複雑	単純・容易

データベースのモデル

データベース管理システム(DBMS)

データベースの管理、運用には「データベース管理システム(DBMS)」が必要となる。これはデータベースソフトウェアを用いて実現され、データを構造的に蓄積して一貫性を保ちながらユーザがデータベースをいつでも正しく利用できるようにする。データベース管理システムには複数の利用者が大量のデータを共有利用する目的がある

機　能	説　明
データベース定義	テーブル(表)、項目。インデックスなどデータベースの構造を定義する
データ操作	データベースに対するデータ操作(検索、挿入、更新、削除)を統一する
同時処理 (排他制御)	複数のユーザが同時にデータベースを操作しても、データの矛盾が発生しないよういにデータの整合性を維持する
リカバリ処理 (回復機能)	ハードウェアやソフトウェアに障害が発生した場合でも、障害発生直前の状態にデータを復旧する
ログ管理	リカバリ処理に必要となるログファイルの保存・運用を行う
アクセス管理	ユーザのデータベース利用権限を設定し、アクセス権のないユーザがデータにアクセスできないようにする
運用管理	データベースのバックアップとリストア、データベースの格納状況やバッファの利用状況など、運用に関するさまざまな機能を持つ
再構成	データの追加や削除を繰り返したために生じる、データベースのフラグメンテーション(ディス上の使用領域の断片化)を解消する。データ操作を再構成(連続する領域に再配置)すると、データを操作する速度が改善する

データベース設計

データベースの設計には、「データ分析」、「データ設計」、「データの正規化」などの概念が含まれる

データの分析

・繰り返しデータをなくす ・情報は１回だけ登録されるようにする ・計算で得られる情報はテーブルに保存しない

データの設計

データベースは、データを「テーブル(表)」で管理する。テーブルは、項目を表す「フィールド」と、行を表す「レコード」、行を特定する「主キー」で構成される

データの正規化

関係データベースを構築する際、まずは、テーブルの形を決めるために「データの正規化」を行う必要がある。正規化を行うことで、データの重複を避け、テーブルが適切に分割できるようになる。このため、データ管理が容易になり、多様な目的に活用することが可能となる

正規化を行う目的

・テーブルに収納されているデータの重複や矛盾をなくす ・重複しているデータがないため、テーブルを多様な目的で利用できる

正規化の手順

データ操作

データベースにおいてテーブルの定義、データの検索・挿入・更新・削除といったデータ操作を行うために、統一された操作方法「SQL」が用いられる
データベースからデータを取り出すことを「演算」という。演算には「関係演算」と「集合演算」がある

トランザクション処理

情報共有を実現する一方で、確実にデータ保全を行う必要がある。データベースの一貫性を保つために「排他制御」や「トランザクション処理」、「リカバリ機能」といった機能がある

排他制御

データベースに矛盾が生じることを防ぐために、複数の利用者が同時に同一のデータを更新しようとしたとき、一方の利用者に対し、一時的にデータの書き込みを制限する機能。アクセスを制限するためには、データベースを「ロック」する

ロック

あるユーザが更新したり参照したりしているデータを、ほかのユーザが使用できないようにすること
●占有ロック(排他ロック)…データの更新と参照の両方をロックする
●共有ロック(読込ロック)…データの更新だけをロックする

外部からのデータ利用とロック状態

	占有ロック	共有ロック
更新	×	×
参照	×	〇
削除	×	×
他のプログラムによる排他ロック	×	×
他のプログラムによる共有ロック	×	〇

トランザクション

関連する複数の処理をひとつの処理単位としてまとめたもの。金融機関のコンピュータシステムにおける入出金処理のように、一連の作業を全体として一つの処理として管理するために用いる
トランザクションとして管理された処理は「すべて成功」が「すべて失敗」のいずれかであることが保証される。例えば、資金移動システムをコンピュータで処理する場合、出金処理と入金処理は「どちらも成功」か「どちらも失敗」のどちらかであることが要求される。「出金に成功して入金に失敗」すると、出金された資金が宙に浮いてしまうからである
このような場合に、出金と入金をまとめて1つのトランザクションとして管理し、どちらか一方が失敗したらもう片方も失敗させ、どちらも成功したときに初めて全体を成功として評価するのがトランザクション処理である

障害発生に備えたバックアップ

データベースに対して更新処理を実行すると、データベース管理システムは「ログファイル」に、更新情報を自動的に書き込む。データベースとログファイルはハードウェア障害に備えて、定期的にバックアップしておく。ハードウェア障害が発生した場合でも、ハードウェア媒体を交換し、バックアップしたログファイルの時点までデータベースを復旧させることができる

リカバリ処理

ハードウェアやソフトウェアに障害が発生したときに、バックアップした時点または障害発生直前にの状態までデータベースを復旧すること。「ロールフォワード」「ロールバック」の2種類がある