2 aritech

หน่วยท่ี 2 สถาปัตยกรรมระบบฐานขอ้ มูล 21 2หน่วยที่ สถาปัตยกรรมระบบฐานข้อมลู(Database Systems Architecture)รศั มิ์เกลา้ สืบทรพั ย์ วชิ าระบบฐานขอ้ มลู

หนว่ ยท่ี 2 สถาปตั ยกรรมระบบฐานข้อมลู 22 หน่วยที่ 2 สถาปตั ยกรรมระบบฐานขอ้ มลู (Database Systems Architecture)สาระสาคญั คาวา่ “สถาปัตยกรรมระบบฐานข้อมลู ” หมายถงึ การอธิบายโครงสรา้ งและส่วนประกอบหลักที่นามารวมกันเปน็ ระบบฐานข้อมลู เป็นการจาลองเชงิ นามธรรมของข้อมลู เพอ่ื ชว่ ยให้เข้าใจการแบง่ ระดบั ของขอ้ มูล โดยท่ีผู้ใช้แต่ละคนจะมองขอ้ มลู นใ้ี นแงม่ ุมหรือวิว (View) ท่แี ตกต่างกนั ออกไปตามจุดประสงค์ของการประยุกตใ์ ช้งาน อานวยความสะดวกให้แกผ่ ูใ้ ช้ เพราะไม่จาเปน็ ตอ้ งสนใจวา่ลักษณะการจดั เกบ็ โดยแท้จรงิ แลว้ เปน็ เชน่ ไร นนั่ กค็ อื ในระดับมุมมองของผูใ้ ช้แตล่ ะคนสาระการเรียนรู้ 1. ความเปน็ มาของสถาปัตยกรรม 3 ระดบั 2. สถาปัตยกรรม 3 ระดับ ของ ANSI-SPARC 3. การถา่ ยทอดมุมมอง (Mapping) 4. หนา้ ท่ขี อง DBMS กบั สถาปตั ยกรรม 3 ระดับ 5. หนา้ ที่ของระบบจดั การฐานขอ้ มูลกบั สถาปตั ยกรรม 3 ระดบั 6. ประโยชนข์ องสถาปตั ยกรรม 3 ระดบัจุดประสงคเ์ ชิงพฤตกิ รรม 1. จาแนกการแบง่ ระดับของข้อมลู ในสถาปตั ยกรรม 3 ระดับได้ 2. อธบิ ายลักษณะของการถา่ ยทอดมมุ มอง (Mapping) ได้ 3. อธิบายหน้าทข่ี องผู้บริหารฐานข้อมูลกับสถาปัตยกรรม 3 ระดับได้ 4. อธิบายหนา้ ที่ของระบบจัดการฐานข้อมูลกบั สถาปัตยกรรม 3 ระดบั ได้ 5. อธิบายประโยชนข์ องสถาปัตยกรรม 3 ระดับได้รัศมิ์เกล้า สบื ทรพั ย์ วิชาระบบฐานขอ้ มลู

หน่วยที่ 2 สถาปตั ยกรรมระบบฐานขอ้ มูล 23 หนว่ ยท่ี 2 สถาปัตยกรรมระบบฐานข้อมลู (Database System Architecture) เม่อื กล่าวถึงสถาปตั ยกรรม หลายคนมกั นโนภาพถึงสถาปัตยกรรมการก่อสร้างอาคารต่างๆท่ีออกแบบโดยสถาปนกิ แต่สถาปัตยกรรมในทางคอมพิวเตอร์นั้น จะหมายถงึ โครงสรา้ งองค์ประกอบของระบบและหน้าทใี่ นแต่ละองค์ประกอบ รวมถึงการส่ือสาร หรือการติดต่อกับส่วนอน่ื ๆ ทีเ่ ก่ียวข้อง ในหนว่ ยท่ี 2 น้จี ะกล่าวถึงความเป็นมาของสถาปัตยกรรม 3 ระดบั สถาปตั ยกรรม 3 ระดับของ ANSI-SPARC การถา่ ยทอดมมุ มอง (Mapping) หนา้ ทีข่ อง DBMS กบั สถาปัตยกรรม 3 ระดบัหนา้ ที่ของระบบจัดการฐานขอ้ มูลกับสถาปตั ยกรรม 3 ระดบั และประโยชนข์ องสถาปตั ยกรรม 3ระดับ ซึง่ มีรายละเอียดดงั น้ี1. ความเปน็ มาของสถาปตั ยกรรมระบบฐานขอ้ มลู สถาปัตยกรรมระบบฐานขอ้ มลู เปน็ การจาลองเชิงนามธรรมของขอ้ มูล ด้วยการนาเสนอโครงสรา้ งและส่วนประกอบหลักทน่ี ามารวมเปน็ ระบบฐานขอ้ มลู ไดเ้ กดิ ขน้ึ เม่ือราวปี ค.ศ. 1971 โดยกลมุ่ ทางาน DBTG (Data Base Task Group) โดยเป็นคณะกรรมการทป่ี ระกอบดว้ ยผเู้ ชี่ยวชาญดา้ นการพจิ ารณามาตรฐานของการประมวลผลฐานขอ้ มลู (Conference on data Systems andLanguage :CODASYL, 1971) ได้กาหนดสถาปตั ยกรรมระบบฐานข้อมลู ไว้ 2 ระดับ คือ สคีมา(Schema) ที่เปน็ มุมมองระบบ (System View) และซบั สคมี า (Subschema) ที่เปน็ มมุ มองผ้ใู ช้งาน(User View) ต่อมาราวปี ค.ศ. 1975 สถาบัน American National Standard Institute/SystemPlanning and Requirements Committee (SPARC) ได้กาหนดสถาปัตยกรรมระบบฐานข้อมูลออกเป็น 3 ระดับ โดยใชช้ อื่ วา่ ANSI-SPARC แตอ่ ยา่ งไรก็ตามถึงแม้ว่าแบบจาลอง ANSI-SPARC จะไม่ใช่แบบจาลองมาตรฐาน แต่ก็ยังเชื่อกันว่าช่วยให้เข้าใจหน้าท่ีการทางานในแต่ละส่วนของระบบจัดการฐานข้อมลู ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น2. สถาปัตยกรรม 3 ระดับ ของ ANSI-SPARC 2.1 ระดับภายนอก (External Level หรือ view level) 1) เป็นระดับทีส่ งู สุด จะเกี่ยวข้องกบั ผูใ้ ช้งานมากท่สี ุด เปน็ ระดบั ของการนาขอ้ มลูออกจากฐานขอ้ มลู ไปใชง้ านและมีมมุ มองการมองเห็นข้อมูลตามทไ่ี ด้กาหนดไว้ในสิทธกิ ารเข้าถงึ ขอ้ มลูของผูใ้ ช้แต่ละคน 2) บุคลากรในระดบั นส้ี ามารถเป็นไปไดต้ ัง้ แต่ ผูบ้ รหิ ารฐานขอ้ มูล โปรแกรมเมอร์และผู้ใช้งานระบบ 3) ส่ิงท่ีไดค้ อื เคา้ ร่าง (Schema) เรียกว่า เคา้ ร่างภายนอก (External Schema)รัศมิเ์ กล้า สบื ทรัพย์ วิชาระบบฐานข้อมูล

หน่วยท่ี 2 สถาปตั ยกรรมระบบฐานขอ้ มลู 24 2.2 ระดบั แนวคิด (Conceptual Level) 1) เปน็ โครงสรา้ งขอ้ มูลระดบั ตรรกะ (Logical) ซง่ึ ถือว่าเปน็ โครงสร้างหลกั ของระบบโดยรวม โดยมุ่งเน้นความสัมพันธ์ระหวา่ งข้อมูล หรือเรยี กว่า แบบจาลองขอ้ มูล (Data Model) เป็นระดับของกาหนด/แกไ้ ขโครงสร้างของข้อมลู ท่ีจดั เก็บ ความสัมพนั ธ์ระหว่างขอ้ มลู รวมทง้ั กฎเกณฑ์ตา่ งๆ เกยี่ วกับขอ้ มูลและผู้ทมี่ ีสิทธิจะใช้ ฯลฯ 2) บุคลากรที่สามารถจะเข้าไปใช้งานในระดับน้ีได้ จะมีเพียงผู้บริหารฐานข้อมูลและโปรแกรมเมอรเ์ ทา่ นั้น 3) เคา้ รา่ งในระดับน้ีเรียกวา่ เค้ารา่ งแนวคิด (Conceptual Schema) 2.3 ระดบั ภายใน (Internal Level หรอื physical level) 1) เปน็ ระดบั ทีต่ า่ ที่สดุ จะอธิบายเกยี่ วกบั โครงสร้างการจดั เกบ็ ขอ้ มลู เชงิ กายภาพ(Physical Level) ไดแ้ ก่ การจัดการพืน้ ทเี่ พ่ือการจดั เกบ็ ข้อมลู การเรียงลาดบั ดัชนีขอ้ มลู การจัดเกบ็รายละเอียดของเรคอรด์ การจัดวางตาแหน่งของเรคอร์ด การบบี อดั ข้อมูลและเทคนคิ การเข้าถึงรหัสข้อมูล 2) บุคลากรท่ีใช้งานระดบั นี้ คอื ผบู้ รหิ ารฐานข้อมูลเท่าน้ัน ส่วนผู้ใช้คนอืน่ ๆ นนั้รายละเอยี ดเหล่านีจ้ ะถกู ซอ่ นไว้ ทาให้ไมส่ ามารถแกไ้ ขโครงร่างระดบั นไ้ี ด้ 3) เค้ารา่ งระดับนเี้ รยี กว่า เคา้ ร่างภายใน (Internal Schema) ดังภาพที่ 2.1  จานวน entity ทัง้ หมด  กฎข้อบังคับในข้อมูล (Constraints)  การจัดการพน้ื ทเี่ พ่ือการจดั เกบ็ ข้อมูล และเรยี งลาดบั ดัชนี  การจดั เก็บรายละเอยี ดของ record  การจัดวางตาแหน่งของ record  การบีบอัดขอ้ มลู และเทคนคิ การเขา้ รหัสภาพที่ 2.1 แสดงสถาปตั ยกรรม 3 ระดับ ของ ANSI-SPARC ทม่ี า : http://thaiitstudy.com, 2557รัศมเิ์ กลา้ สืบทรพั ย์ วชิ าระบบฐานขอ้ มูล

หนว่ ยท่ี 2 สถาปัตยกรรมระบบฐานข้อมูล 25 จุดประสงค์ในการแบง่ ระดบั ของขอ้ มูลออกเปน็ 3 ระดับเช่นน้ี กเ็ พื่อท่ีจะให้บรรยากาศท่ีเหมาะสมในการใช้ฐานข้อมูลแก่ผู้ใช้ กล่าวคือผู้ใช้ไม่ต้องพะวงกับรายละเอียดต่างๆ ในการเก็บขอ้ มูล และไมจ่ าเปน็ ต้องรับทราบเกี่ยวกบั ขอ้ มลู สว่ นอน่ื ๆ ทีต่ นไมไ่ ดใ้ ช้ ส่วนประโยชน์อีกอย่างหน่ึงจากการแบง่ ระดบั น้ี ได้แก่ ความเป็นอสิ ระของขอ้ มูล คือการที่ผใู้ ชไ้ ม่ต้องมาคอยแก้ไขโปรแกรมท่ีใช้งานในทุกๆ ครง้ั ทเี่ กิดการเปล่ียนแปลงแกไ้ ขฐานข้อมูลขึ้น และสิ่งท่ีจะทาให้สถาปตั ยกรรมในแต่ละระดบั สามารถทางานรว่ มกันได้ ก็คือ การใช้ DBMSในการจัดการขอ้ มูล ดว้ ยวิธีการถ่ายทอดมุมมอง (Mapping)3. การถา่ ยทอดมมุ มอง (Mapping) หมายถงึ การถ่ายทอดมุมมองของขอ้ มลู ในระดับสูงกวา่ ไปยังระดับที่ตา่ กว่า ซึง่ แบง่ ออกเป็น2 ลักษณะดงั น้ี 3.1 การ Mapping ระหว่างระดับภายนอกและระดบั แนวคดิ เป็นการนาข้อมูลในระดับภายนอกคอื ความต้องการของผใู้ ช้มากาหนดเปน็ โครงสรา้ งฐานขอ้ มลู ในระดบั แนวคดิ วา่ จะประกอบ ด้วย เอนทติ ้ี แอททริบิวต์ และมีความสัมพันธ์ระหวา่ งเอนทติ ี้ อยา่ งไร 3.2 การ Mapping ระหวา่ งระดับแนวคิดกบั ระดบั ภายใน จะเป็นการนาโครงสร้างฐานข้อมลู ในระดบั แนวคิดที่ได้ออกแบบไว้มากาหนดโครงสร้างการจัดเก็บ การเข้าถึงข้อมูล ฯลฯ ซ่งึ หนา้ ท่ีในการ Mapping น้ี เปน็ หนา้ ทขี่ องผู้บริหารฐานข้อมูล4. หนา้ ท่ขี องผ้บู ริหารฐานข้อมลู กบั สถาปัตยกรรม 3 ระดับ 4.1 ตัดสินใจว่าจะรวมข้อมลู ใดเข้าไวใ้ นระบบบ้าง และโครงสรา้ งข้อมลู มคี วามสัมพนั ธ์ระหวา่ งกันอยา่ งไร หรือเป็นผู้ออกแบบ Conceptual Schema นั่นเอง 4.2 วิเคราะห์และตัดสินใจวา่ ควรจะจัดเกบ็ ขอ้ มูลดว้ ยวธิ ใี ด ใชเ้ ทคนคิ ใดในการเรียกใช้ข้อมลู ในสว่ นนี้ก็คือการออกแบบเคา้ รา่ งภายใน (Internal Schema) นน่ั เอง หลังจากท่ีออกแบบแลว้ กม็ ีขั้นตอนดาเนนิ การเช่นเดียวกบั เค้าร่างแนวคดิ (Conceptual Schema) 4.3 ประสานงานกับผูใ้ ช้ นนั่ คอื ตอ้ งคอยใหค้ าปรกึ ษาและความช่วยเหลือแก่ผู้ใชข้ ั้นตอนแรกจะตอ้ งวเิ คราะหต์ รวจสอบความแน่ใจวา่ เค้าร่างแนวคิด ทอ่ี อกแบบไปแลว้ น้นั มาข้อมลู ทกุ ชนิดท่ีผูใ้ ช้ต้องการ จากน้ันกต็ ้องให้คาปรึกษาและความช่วยเหลอื ผู้ใช้แตล่ ะคนในการสร้างเค้าร่างภายนอกหรอื ววิ สว่ นตัวขน้ึ มา 4.4 กาหนดระบบความปลอดภัย และความคงสภาพของข้อมูล 4.5 กาหนดแผนการในการสรา้ งระบบขอ้ มลู สารองและการฟนื้ สภาพ หลังจากท่อี งค์กรได้ตกลงใจท่ีจะใช้ระบบฐานข้อมูลในการบริหารสารสนเทศแล้ว เพื่อให้สามารถใชง้ านระบบได้อย่างไม่ผดิ พลาด เปน็ หน้าท่ขี อง DBA ทีต่ ้องเตรยี มการไว้สาหรบั วิกฤตการณเ์ ช่นน้ี โดยพยายามให้มีความเสยี หายน้อยท่ีสุด วธิ ีการท่ที าให้สะดวกท่สี ุด คอื การจดั เก็บขอ้ มูลสารองไว้ทกุ ระยะ DBA จะต้องกาหนดไวว้ า่ ควรจะจัดทาบอ่ ยแคไ่ หน และจะต้องเตรยี มการไวว้ า่ ถา้ เกิดความผิดพลาดขึน้ แลว้ จะทาการฟืน้ สภาพอยา่ งไรรัศมิเ์ กลา้ สบื ทรพั ย์ วชิ าระบบฐานข้อมลู

หน่วยท่ี 2 สถาปตั ยกรรมระบบฐานข้อมูล 26 4.6 คอยสารวจดผู ลการทางาน และตรวจตราความต้องการของผ้ใู ช้ หลงั จากท่อี งค์กรเร่ิมใช้ระบบฐานข้อมูลแล้ว DBA จะตอ้ งคอยดวู า่ ผลการทางานเป็นไปดงั คาดหมายหรือไม่ ควรจะปรับปรุงในส่วนใด นอกจากนห้ี ากผูใ้ ชเ้ กิดเปลีย่ นแปลงลกั ษณะการใชง้ าน DBA ก็จะต้องปรับปรงุฐานข้อมลู ใหเ้ หมาะสมและมีประสิทธภิ าพอยตู่ ลอดเวลา5. หนา้ ทขี่ องระบบจดั การฐานข้อมูลกบั สถาปัตยกรรม 3 ระดบั 5.1 จัดเกบ็ โครงสรา้ งฐานขอ้ มลู หรอื พจนานกุ รมขอ้ มูล (Data Dictionary) 5.2 จัดเก็บขอ้ มูลในฐานข้อมูล 5.3 ดแู ลรกั ษาข้อมลู ในฐานขอ้ มลู ใหม้ ีความพร้อมในการเรยี กใชง้ านได้ตลอดเวลา 5.4 นาคาสั่งที่ผู้ใช้กาหนดไปจัดการข้อมูล เช่น การสร้างฐานข้อมูล การแก้ไขข้อมูล การลบขอ้ มลู และการรายงานข้อมลู 5.5 ควบคุมระบบความปลอดภัยให้แกข่ ้อมูล เช่น การสร้างสทิ ธิการเข้าถึงข้อมูล และสรา้ งระดบั ช้นั ในการใช้ขอ้ มูล 5.6 สร้างระบบสารองข้อมลู และการกคู้ ืนขอ้ มูลหากเกิดการเสียหาย 5.7 ควบคมุ สภาวะพรอ้ มกันของผู้ใช้งาน นั่นคอื หากมีผกู้ าลังเรยี กใช้เพื่อแก้ไขข้อมูลใดอยู่คนอนื่ จะไม่สามารถเรียกใชข้ ้อมลู น้นั ได้ จนกว่าการแกไ้ ขนัน้ จะเสรจ็ สิ้น6. ประโยชน์ของสถาปตั ยกรรม 3 ระดบั 6.1 ในมุมมองของผใู้ ช้งาน นนั่ คือผูใ้ ช้สามารถใช้งานได้ โดยไมต่ ้องรับรู้โครงสรา้ งการจัดเกบ็ ภายใน ทาใหส้ ามารถใช้งานได้โดยง่าย ผใู้ ช้ไม่จาเป็นตอ้ งมคี วามรดู้ า้ นการออกแบบฐานขอ้ มูลก็สามารถใชง้ านได้ 6.2 ความเปน็ อสิ ระของข้อมูล (Data Independence) แบง่ ออกเป็น 2 ชนิด 1) ความเป็นอสิ ระแบบกายภาพ (Physical Data Independence) คอื ลักษณะของการเปล่ยี นแปลงแก้ไขข้อมลู ในระดับภายใน จะไม่มีผลกระทบต่อโครงสร้างของระดบั หลักการและระดับภายนอก ตัวอยา่ งของการเปลี่ยนแปลงแก้ไขในระดบั ภายในกไ็ ด้แกก่ ารจัดสร้างข้อมูลจากลาดบั เชิงดัชนี (Index sequential) เป็นแบบส่มุ (Direct access) ซึง่ ในการจัดเกบ็ จริงๆ นั้นอาจจะหมายถึงการเปล่ยี นแปลงจากการใช้ลิสตม์ าใช้ Inverted file แทนเป็นต้น เพอื่ มุ่งหวังใหก้ ารเรยี กใช้ขอ้ มลู มีประสทิ ธภิ าพมากข้นึ แตใ่ นระดบั ของผู้ใชห้ รือภาพรวมในระดบั แนวคดิ แลว้ ก็จะไมม่ ีผลกระทบใด ๆ ทง้ั สิน้ 2) ความเปน็ อสิ ระแบบตรรกะ (logical Data Independence) คอื ลกั ษณะของการเปล่ยี นแปลงข้อมูลในระดับแนวคิด จะไม่มีผลกระทบต่อระดบั ของผใู้ ช้ภายนอก เช่น การเพิม่รายการขอ้ มลู ทีใ่ ช้ในการจดั เก็บ ไม่สง่ ผลกระทบต่อขอ้ มูลทีม่ ีอยู่เดมิรัศมิเ์ กล้า สืบทรัพย์ วชิ าระบบฐานขอ้ มลู

หนว่ ยท่ี 2 สถาปตั ยกรรมระบบฐานขอ้ มลู 27 สรปุ เนื้อหา สถาปัตยกรรมระบบฐานขอ้ มูล แบง่ ออกเปน็ 3 ระดบั คือ ระดับภายนอก เปน็ ระดบั ของการมองขอ้ มลู ของผใู้ ชง้ าน ระดบั แนวคดิ เป็นระดบั ของการมองเห็นรายละเอียดโครงสร้างฐานขอ้ มูลซ่งึ ประกอบด้วย เอนทิตี้ แอททรบิ ิวต์ สว่ นระดับภายใน เป็นระดับจัดการพน้ื ทเี่ พ่อื การจดั เกบ็ ขอ้ มูลการเรียงลาดบั ดัชนีขอ้ มูล การจดั เกบ็ รายละเอยี ดของเรคอร์ด การจดั วางตาแหน่งของเรคอรด์ การบีบอัดข้อมลู เทคนคิ การเข้าถงึ รหัสข้อมูล สถาปตั ยกรรมทงั้ 3 ระดับ ทางานร่วมกันโดยอาศยั การMapping เพ่อื ปรบั ระดับข้อมลู จากระดบั ตา่ ไปหาระดบั ทีส่ ูงกว่า เพ่ือประโยชน์ในการนาสิ่งท่ผี ใู้ ช้ตอ้ งการไปปรับเปน็ โครงสรา้ งการจัดเกบ็ ข้อมลู และเอื้อประโยชนใ์ หผ้ ู้ใช้สามารถใชข้ ้อมูลไดโ้ ดยไม่ตอ้ งกังวลถงึ การจดั เก็บขอ้ มูล หน้าท่ใี นการ Mapping นี้ เปน็ หนา้ ท่ขี องผู้บรหิ ารฐานข้อมลู (DBA)โดยใชร้ ะบบจดั การฐานขอ้ มลู (DBMS) เป็นตวั ชว่ ยจดั เก็บโครงสร้างฐานข้อมูล และจัดการบรหิ ารข้อมูลตามความตอ้ งการของผู้ใช้งานรศั ม์ิเกลา้ สบื ทรพั ย์ วชิ าระบบฐานขอ้ มลู