データベースの機能

データベースを考える時、利用者の視点で分類すると、以下の3つの視点の違いがある。

1. データベースの管理者(データベース全体の管理)、
2. 応用プログラマ(SQLなどを使って目的のアプリケーションに合わせた処理を行う)、
3. エンドユーザ(データベース処理の専門家でなく、DBシステムのGUIを使ってデータベースを操作する)

データベース管理システム(DBMS)では、データとプログラムを分離してプログラムを書けるように、データ操作言語(SQL)で記述する。

また、データは独立して扱えるようにすることで、データへの物理的なアクセス方法があっても、プログラムの変更が不要となるようにする。

データベースは、利用者から頻繁に不定期にアクセスされる。このため、データの一貫性が重要となる。これらを満たすためには、(a) データの正当性の確認、(b) 同時実行制御(排他制御)、(c) 障害回復の機能が重要となる。

これ以外にも、データベースからデータを高速に扱えるためには、検索キーに応じてインデックスファイルを管理してくれる機能や、データベースをネットワーク越しに使える機能などが求められる。

データベースに対する視点

実体のデータをそれぞれの利用者からデータベースを記述したものはスキーマと呼ばれる。そのスキーマも3つに分けられ、これを3層スキーマアーキテクチャと呼ぶ。

• 外部スキーマ – エンドユーザからどんなデータに見えるのか (create view の例)
• 概念スキーマ – 応用プログラマからは、どのような表の組み合わせで見えるのか、表の中身はどのようなものなのか。
• 内部スキーマ – データベース管理者からみて、表の中身は、どのようなファイル名でどのような形式でどう保存されているのか

データモデル

データを表現するモデルには、いくつかのモデルがある。

• 階層型データモデル – 木構造で枝葉に行くにつれて細かい内容
  • ユーザ情報を扱うLDAP(Light Weight Directory Access Protocol)は、階層モデルの例
  • ディレクトリサービス: コンピュータのリソースの属性や情報のデータベース (Windows の Active Directory)
• ネットワーク型モデル – データの一部が他のデータ構造と関係している。
  
• 関係モデル – すべてを表形式で表す。
  

  実行例

関係データベースの基礎

関係データベースは、1970年頃に、E.F.コッド博士によりデータベースのための数学的な理論が確立された。

• 集合 A, B – 様々なデータ
• 直積 A✕B = { (x,y) | x∈A , y∈B } 集合A,Bのすべての組み合わせ
• 関係 R(A,B) すべての組み合わせのうち、関係があるもの。直積A,Bの部分集合

例えば、A={ s,t,u } , B={ p,q } (定義域) なら、

A✕B = { (s,p) , (s,q) , (t,p) , (t,q) , (u,p) , (u,q) }

このうち、Aが名前(sさん,tさん,uさん)、Bが性別(p=男性,q=女性)を表すなら、

R(A,B) = { (s,p) , (t,q) , (u,p) } (例)
(例)：(sさん,男性) , (tさん,女性) , (uさん,男性)

理解確認

• データベースにおける3層スキーマアーキテクチャについて説明せよ
• 集合A,Bが与えられた時、関係R(A,B) はどのようなものか、数学定義や実例をあげて説明せよ。