データベース管理システムの概要

データベース管理システム (DBMS) の概要

データベース管理システム (DBMS) は、最新のソフトウェア アプリケーションの重要なコンポーネントであり、データを効率的に管理、保存、取得するために不可欠です。これらはデータベースを処理する体系的な方法を提供し、データの一貫性、信頼性、セキュリティを確保します。この記事では、データ抽象化、スキーマ、データベース言語、トランザクション管理、アーキテクチャ、主要なデータベース要素など、DBMS の基本的な概念、コンポーネント、機能について説明します。

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DBMSの目的

DBMS の主な目的は、データを保存および取得するための信頼性が高く、効率的で、使いやすいシステムを提供することです。ユーザーとユーザーがやり取りするデータの間の仲介者として機能し、データ管理のための堅牢な機能を提供しながら、データ ストレージの複雑さを確実に隠します。

DBMS の主な目的は次のとおりです。

• 効率的なデータの保存と取得: 高度なデータ構造を利用してデータ操作を最適化します。
• データの一貫性と整合性: データの正確性を維持するためのルールの適用。
• データ セキュリティ: 機密データへの不正アクセスを制限します。
• 同時実行制御: 複数のユーザーが競合することなく同時にデータにアクセスできるようにします。

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データの抽象化

データの抽象化により、データ ストレージの複雑さが隠蔽され、ユーザーがデータベースを操作する方法が簡素化されます。 3 つのレベルに分かれています:

1. 身体レベル

• 最低レベルの抽象化。データがシステムに物理的にどのように保存されるかを記述します。
• データ ブロック、ファイル構造、ストレージ パスなどの低レベルの詳細に焦点を当てます。
• 通常、データベース管理者とシステム開発者によって管理されます。

2. 論理レベル

• 保存されているどのようなデータと、それらの間の関係について説明します。
• テーブル、列、リレーションシップを使用して、データベース全体の構造化されたビューを提供します。
• 物理データの独立性を促進し、論理構造に影響を与えることなく物理レベルでの変更を可能にします。

3. レベルの表示

• 最高レベルの抽象化。さまざまなユーザーに合わせてデータベースの視点を提供します。
• 不必要な複雑さを隠すことでエンドユーザーの対話を簡素化することに重点を置きました。
• データベースには、特定のユーザーのニーズに対応する複数のビューが含まれる場合があります。

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インスタンスとスキーマ

データベースは、スキーマとインスタンスの観点から定義されます。

• スキーマ:

  • テーブル、リレーションシップ、制約を定義するデータベースの論理構造。
  • 青写真として機能し、明示的に変更しない限り、時間が経っても一定のままです。

• インスタンス:

  • 特定の時点でデータベースに保存されているデータコンテンツ。
  • データが挿入、更新、または削除されると継続的に変更されます。

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データベース言語

DBMS は、特殊な言語を使用してデータベースと対話します。これらは大きく次のように分類されます:

1. データ定義言語 (DDL)

• データベースの構造とスキーマを定義します。
• 操作の例:
  • CREATE: 新しいテーブルまたはデータベースを定義します。
  • ALTER: 既存の構造を変更します。
  • DROP: テーブルまたはデータベースを削除します。
• DDL の整合性制約 により、データの正確性と一貫性が確保されます。
  • ドメイン制約: 属性の許容値を定義します。
  • 参照整合性: テーブル間の有効な関係を強制します。

2. データ操作言語 (DML)

• ユーザーがデータベースに保存されているデータを操作できるようにします。
• 一般的な操作:
  • SELECT: データを取得します。
  • 挿入: 新しいデータを追加します。
  • DELETE: 既存のデータを削除します。
  • 更新: 既存のデータを変更します。
• SQL は、リレーショナル データベース全体で広く使用されている標準化された DML 構文を提供します。

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トランザクション管理

トランザクションは、信頼性を確保するために ACID プロパティに準拠する必要があるデータベース操作の論理単位です。

1. 原子性: トランザクションは分割できません。すべての操作が成功するか、何も成功しないかのどちらかです。
2. 一貫性: トランザクションはデータベースを有効な状態のままにする必要があります。
3. 分離: 同時トランザクションは相互に干渉すべきではありません。
4. 耐久性: 一度コミットされると、システム障害が発生した場合でも変更は維持されます。

DBMS は、ロック、ロギング、同時実行制御 などのメカニズムを採用して、トランザクションを管理し、これらのプロパティを保証します。

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データベースとアプリケーションのアーキテクチャ

最新のデータベースは、3 層アーキテクチャに従って、懸念事項を分離し、スケーラビリティを強化しています。

1. プレゼンテーション層:

   • ユーザー側のレイヤー、通常はフロントエンド アプリケーションです。
   • グラフィカル インターフェイスまたは Web ページを通じてユーザーと対話します。

2. アプリケーション層:

   • ビジネス ルールとアプリケーション ロジックが実装されるロジック層。
   • フロントエンドをデータベースに接続します。

3. データベース層:

   • データが保存および管理されるバックエンド。
   • DBMS と物理ストレージ システムが含まれます。

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データベース ユーザーと管理者

ユーザーの種類:

1. エンドユーザー: アプリケーションまたはクエリを使用してデータベースと対話します。
2. アプリケーション プログラマー: DBMS が提供する API を使用してソフトウェア アプリケーションを開発します。
3. データベース管理者 (DBA): データベースを管理し、アクセスを制御し、最適なパフォーマンスを確保します。

DBA の役割:

• スキーマを定義および維持します。
• セキュリティ対策を実施します。
• データベースのパフォーマンスを監視し、最適化します。
• バックアップとリカバリ操作を実行します。

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テーブルとそのコンポーネント

テーブルは、行と列で構成されるリレーショナル データベースの基本構造です。

• 行 (タプル): テーブル内の個々のレコードを表します。
• 列 (属性): 特定のデータ型でデータ フィールドを表します。
• 主キー: テーブル内の各行を一意に識別します。
• 外部キー: 他のテーブルの主キーを参照することにより、テーブル間の関係を作成します。

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データベース内のキー

キーは、データの整合性を確保し、関係を確立するために重要です。一般的なタイプは次のとおりです:

1. 主キー: テーブル行の一意の識別子。 NULL 値を含めることはできません。
2. 外部キー: 別のテーブルの主キーを参照し、参照整合性を強制します。
3. 候補キー: 行を一意に識別できる任意の列または列のセット。 1 つの候補キーが主キーとして選択されます。
4. 複合キー: 2 つ以上の属性で構成される主キー。
5. 一意のキー: 主キーに似ていますが、NULL 値を 1 つ許可します。
6. スーパーキー: 行を一意に識別する候補キーのスーパーセット。

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DBMS の関数、プロシージャ、トリガー

データの管理とクエリに加えて、最新の DBMS はロジックをカプセル化し、関数、プロシージャ、および トリガーを通じてタスクを自動化するメカニズムを提供します。これらの要素により、データベース システムの効率、保守性、応答性が向上します。

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機能

関数は、特定のタスクを実行し、単一の値を返すデータベース オブジェクトです。関数は一般に、計算、データ変換、または特定の情報の取得に使用されます。これらは数学関数に似ており、SQL クエリで直接呼び出すことができます。

機能の特徴:

• 入力パラメータ: 関数は 0 個以上の入力パラメータを受け入れることができます。
• 戻り値: 関数は常に、指定されたデータ型の単一の値を返します。
• 読み取り専用: 関数はデータベース テーブルやデータを直接変更できません。読み取り専用操作に制限されています。

関数を作成するための構文 (SQL の例):

CREATE FUNCTION function_name (parameter_list)
RETURNS return_type
AS
BEGIN
    -- Function logic
    RETURN value;
END;

例：

数量と単位あたりの価格に基づいて注文の合計価格を計算する関数:

CREATE FUNCTION calculate_total_price(quantity INT, price_per_unit DECIMAL)
RETURNS DECIMAL
AS
BEGIN
    RETURN quantity * price_per_unit;
END;

利点:

1. クエリ間でのロジックの再利用性。
2. クエリの可読性と保守性が向上しました。
3. 複雑なロジックをカプセル化することでパフォーマンスが向上しました。

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手順

プロシージャは、一連の操作を実行するデータベース内に格納されたプログラムです。関数とは異なり、プロシージャは値を返しませんが、INSERT、UPDATE、DELETE などのデータ変更タスクを実行できます。

手順の特徴:

• 入力、出力、および 入出力 パラメータを持つことができます。
• データベーステーブルを変更できます。
• CALL または EXEC ステートメントを使用して実行されます。

プロシージャを作成するための構文 (SQL の例):

CREATE PROCEDURE procedure_name (parameter_list)
AS
BEGIN
    -- Procedure logic
END;

例：

従業員の給与を更新する手順:

CREATE PROCEDURE update_salary(employee_id INT, new_salary DECIMAL)
AS
BEGIN
    UPDATE employees
    SET salary = new_salary
    WHERE id = employee_id;
END;

利点:

1. 複雑なロジックを再利用可能なユニットにカプセル化します。
2. 1 回の呼び出しで複数の操作を実行する機能。
3. ネットワークのオーバーヘッドを削減することにより、データベースのパフォーマンスが向上しました。

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トリガー

トリガーは、INSERT、UPDATE、DELETE 操作などのテーブル上の特定のイベントに応答して、事前定義されたアクションを自動的に実行するデータベース オブジェクトです。

トリガーの特徴:

• 特定のテーブルで定義され、イベントによってアクティブ化されます。
• イベントが発生する前または後に起動できます。
• ビジネス ルールの適用、監査ログの維持、または変更の伝達に使用されます。

トリガーの種類:

1. BEFORE トリガー: 指定されたイベントの前に実行されます。
2. AFTER トリガー: 指定されたイベントの後に実行されます。
3. INSTEAD OF Trigger: イベントの代わりに実行します (一般的にビューで使用されます)。

トリガーを作成するための構文 (SQL の例):

CREATE FUNCTION function_name (parameter_list)
RETURNS return_type
AS
BEGIN
    -- Function logic
    RETURN value;
END;

例：

従業員テーブルに追加されたすべての新しい従業員をログに記録するトリガー:

CREATE FUNCTION calculate_total_price(quantity INT, price_per_unit DECIMAL)
RETURNS DECIMAL
AS
BEGIN
    RETURN quantity * price_per_unit;
END;

利点:

1. ルールとポリシーの自動適用。
2. 反復的なタスクにおける手動介入の削減。
3. 変更のログを維持することで監査可能性が強化されます。

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関数、プロシージャ、トリガー: 主な違い

機能 関数 手順 トリガー

Feature	Function	Procedure	Trigger
Returns Value	Yes	No	No
Modifies Data	No	Yes	Yes
Execution	Invoked explicitly	Invoked explicitly	Invoked automatically
Use Case	Data computation	Complex operations	Event-driven actions

戻り値 はい いいえ いいえ データを変更します いいえ はい はい 実行 明示的に呼び出される 明示的に呼び出される 自動的に呼び出されます 使用例 データ計算 複雑な操作 イベント駆動型アクション テーブル>

関数、プロシージャ、トリガーを効果的に使用することで、ビジネス ロジックをカプセル化し、ルールを適用し、データベース内のタスクを自動化できます。これらのツールは最新の DBMS アプリケーションのバックボーンを形成し、開発者や管理者が強力で保守しやすいシステムを作成できるようにします。

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DBMS でのカーディナリティのマッピング

マッピング カーディナリティ (カーディナリティ比 とも呼ばれます) は、関係セットを通じて別のエンティティ セットのエンティティに関連付けることができる、1 つのエンティティ セットのエンティティの数を定義します。これらのカーディナリティは、バイナリ関係セットを記述する際に特に重要であり、複数エンティティ関係にも役立ちます。

エンティティ セット A と B の間のバイナリ関係セット R の場合、可能なマッピング カーディナリティは次のとおりです。

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1. 1対1 (1:1)

• 定義: A のエンティティは B の最大 1 つのエンティティに関連付けられ、その逆も同様です。
• 例:
  • 従業員が駐車場に割り当てられるデータベース内:
  • 各従業員に割り当てられた駐車スペースは最大 1 つです。
  • 各駐車スペースには最大 1 人の従業員が割り当てられます。
• 図の表現:
  • A の各エンティティは B の単一エンティティにマップされ、B の各エンティティは A の単一エンティティにマップされます。

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2. 1 対多 (1:N)

• 定義: A のエンティティは B の 0 個以上のエンティティに関連付けることができますが、B のエンティティは A の最大 1 つのエンティティに関連付けられます。
• 例:
  • 著者と本のデータベース内:
  • 著者は複数の本を書くことができます。
  • 各本は 1 人の著者のみによって書かれています。
• 図の表現:
  • A のエンティティは B の複数のエンティティにマップされますが、B のエンティティは A の単一のエンティティにマップされます。

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3. 多対 1 (M:1)

• 定義: A のエンティティは B の最大 1 つのエンティティに関連付けられますが、B のエンティティは A の 0 個以上のエンティティに関連付けることができます。
• 例:
  • 学生とコースのデータベース内:
  • 各学生は 1 つの学科のみに登録できます。
  • 1 つの学部に複数の学生を登録できます。
• 図の表現:
  • A のエンティティは B の単一のエンティティにマッピングされますが、B のエンティティは A の複数のエンティティにマッピングできます。

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4. 多対多 (M:N)

• 定義: A のエンティティは B の 0 個以上のエンティティと関連付けることができ、その逆も同様です。
• 例:
  • 学生とコースのデータベース内:
  • 学生は複数のコースに登録できます。
  • コースには複数の学生を登録できます。
• 図の表現:
  • A の複数のエンティティは B の複数のエンティティにマップされ、その逆も同様です。

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マッピング カーディナリティの視覚的表現

1対1 (1:1):

CREATE FUNCTION function_name (parameter_list)
RETURNS return_type
AS
BEGIN
    -- Function logic
    RETURN value;
END;

1 対多 (1:N):

CREATE FUNCTION calculate_total_price(quantity INT, price_per_unit DECIMAL)
RETURNS DECIMAL
AS
BEGIN
    RETURN quantity * price_per_unit;
END;

多対 1 (M:1):

CREATE PROCEDURE procedure_name (parameter_list)
AS
BEGIN
    -- Procedure logic
END;

多対多 (M:N):

CREATE PROCEDURE update_salary(employee_id INT, new_salary DECIMAL)
AS
BEGIN
    UPDATE employees
    SET salary = new_salary
    WHERE id = employee_id;
END;

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カーディナリティのマッピングの重要性

1. データベース設計: マッピング カーディナリティは、エンティティ セット間の明確な関係を定義することにより、効率的なリレーショナル スキーマの設計に役立ちます。
2. データの整合性: 関係が現実世界の制約に準拠していることを確認します。
3. クエリの最適化: カーディナリティを知ると、クエリを最適化してパフォーマンスを向上させることができます。
4. E-R モデル: エンティティ関係図で重要な役割を果たし、関係を明示します。

マッピング カーディナリティは、データベース内でエンティティがどのように相互関係するかを理解するための基礎であり、堅牢でスケーラブルなデータベース スキーマを定義するための構造的基盤を提供します。

以上がデータベース管理システムの概要の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。