ما هي قاعدة البيانات الارتباطية (RDBMS)؟
قاعدة البيانات الارتباطية هي نوع من قواعد البيانات التي تخزِّن وتوفّر الوصول إلى نقاط البيانات المرتبطة ببعضها البعض. تستند قواعد البيانات الارتباطية إلى النموذج الارتباطي، وهي طريقة بديهية ومباشرة لتمثيل البيانات في الجداول. في قاعدة البيانات الارتباطية، يكون كل صف في الجدول عبارة عن سجل له معرّف فريد يُسمى الرمز. تحتفظ أعمدة الجدول بسمات البيانات، ويكون لكل سجل عادةً قيمة لكل سمة، مما يُسهل من إنشاء العلاقات بين نقاط البيانات.
مثال على قاعدة البيانات الارتباطية
فيما يلي مثال بسيط لجدولين قد تستخدمهما الشركات الصغيرة لمعالجة الطلبات الخاصة بمنتجاتها. الجدول الأول هو جدول معلومات العملاء، إذ يتضمن كل سجل اسم العميل، وعنوانه، ومعلومات الشحن والفوترة، ورقم الهاتف، ومعلومات الاتصال الأخرى. كل جزء من المعلومات (كل سمة) موجود في العمود الخاص به، وتقوم قاعدة البيانات بتعيين معرّف فريد (رمز) لكل صف. في الجدول الثاني—جدول طلبات العملاء—إذ يتضمن كل سجل معرّف العميل الذي قام بتقديم الطلب، وطلب المنتج، والكمية، والحجم واللون المحدد، وما إلى ذلك—ولكن لا يتضمن اسم أو معلومات اتصال العميل.
يوجد شيء مشترك بين هذين الجدولين: عمود المعرف (المفتاح). ولكن بسبب هذا العمود المشترك، يمكن لقاعدة البيانات الارتباطية إنشاء علاقة بين الجدولين. بعد ذلك، عندما يُرسل تطبيق معالجة الطلبات التابع للشركة طلبًا إلى قاعدة البيانات، يمكن لقاعدة البيانات الانتقال إلى جدول طلبات العملاء، وسحب المعلومات الصحيحة حول طلب المنتج، واستخدام معرّف العميل من هذا الجدول للبحث عن معلومات الفوترة والشحن الخاصة بالعميل في جدول معلومات العميل. يمكن للمستودع بعد ذلك سحب المنتج الصحيح، ويمكن للعميل استلام الطلب في الوقت المناسب، والدفع للشركة.
كيف يتم تنظيم قواعد البيانات الارتباطية
يعني النموذج الارتباطي أن هياكل البيانات المنطقية—جداول البيانات، وطرق العرض، والفهارس—منفصلة عن هياكل التخزين المادية. ويعني هذا الفصل أن مسؤولي قواعد البيانات يمكنهم إدارة تخزين البيانات المادية بدون التأثير على الوصول إلى تلك البيانات كهيكل منطقي. على سبيل المثال، لا تؤدي إعادة تسمية ملف قاعدة بيانات إلى إعادة تسمية الجداول المخزّنة فيه.
ينطبق التمييز بين النوع المنطقي والمادي أيضًا على عمليات قاعدة البيانات، والتي هي إجراءات محددة بوضوح تُمكّن التطبيقات من معالجة البيانات وهياكل قاعدة البيانات. تسمح العمليات المنطقية لأحد التطبيقات بتحديد المحتوى الذي يحتاجه، وتحدد العمليات المادية كيفية الوصول إلى تلك البيانات ثم تقوم بالمهمة.
للتأكد من أن البيانات دقيقة دائمًا ويمكن الوصول إليها، تتبع قواعد البيانات الارتباطية قواعد تكامل معينة. على سبيل المثال، يمكن أن تحدد قاعدة التكامل أن الصفوف المكرّرة غير مسموح بها في أحد الجداول، للحد من احتمال إدخال معلومات خاطئة في قاعدة البيانات.
النموذج الارتباطي
في السنوات الأولى من استخدام قواعد البيانات، قام كل تطبيق بتخزين البيانات في هيكله الفريد الخاص به. عندما أراد المطورون إنشاء التطبيقات لاستخدام تلك البيانات، كان عليهم معرفة الكثير عن هيكل البيانات المعيّن للعثور على البيانات التي يحتاجونها. كانت هياكل البيانات هذه غير فعّالة، ومن الصعب الحفاظ عليها وتحسينها لتوفير أداء جيد للتطبيق. تم تصميم نموذج قاعدة البيانات الارتباطية لحل مشكلة هياكل البيانات الإجبارية المتعددة.
ويوفّر نموذج البيانات الارتباطي طريقة قياسية لتمثيل البيانات التي يمكن استخدامها من قِبل أي تطبيق والاستعلام عنها. من البداية، أدرك المطورون أن الميزة الرئيسية لنموذج قاعدة البيانات الارتباطي كانت في استخدامه للجداول، والتي كانت طريقة بديهية وفعّالة ومرنة لتخزين المعلومات المنظمة والوصول إليها.
بمرور الوقت، ظهرت ميزة أخرى للنموذج الارتباطي عندما بدأ المطورون في استخدام لغة الاستعلام المركّبة (SQL) لكتابة البيانات والاستعلام عنها في قاعدة البيانات. ولسنوات عديدة، تم استخدام لغة الاستعلام المركّبة (SQL) على نطاق واسع كلغة لاستعلامات قاعدة البيانات. واستنادًا إلى الجبر الارتباطي، توفّر لغة الاستعلام المركّبة (SQL) لغة حسابية متسقة داخليًا تسهِّل من تحسين أداء جميع استعلامات قاعدة البيانات. وبالمقارنة، يجب أن تحدد الأساليب الأخرى الاستعلامات الفردية.
ميزات نظام إدارة قواعد البيانات الارتباطية
يتم استخدام نموذج ارتباطي بسيط ولكنه قوي من قِبل المؤسسات من جميع الأنواع والأحجام لمجموعة متنوعة واسعة من احتياجات المعلومات. تُستخدم قواعد البيانات الارتباطية لتتبع المخزون، ومعالجة معاملات التجارة الإلكترونية، وإدارة كميات هائلة من معلومات العملاء المهمة للغاية، والمزيد. يمكن استخدام قاعدة البيانات الارتباطية لأي حاجة إلى المعلومات تتعلق بها نقاط البيانات بعضها مع بعض، ويجب إدارتها بطريقة آمنة ومتسقة وقائمة على القواعد.
قواعد البيانات الارتباطية موجودة منذ السبعينيات. ولا تزال مزايا النموذج الارتباطي اليوم تجعله النموذج الأكثر قبولاً لقواعد البيانات.
النموذج الارتباطي واتساق البيانات
النموذج الارتباطي هو أفضل طريقة للحفاظ على اتساق البيانات عبر التطبيقات ونُسخ قواعد البيانات (المُسماة بالمثيلات). على سبيل المثال، عندما يُودع العميل أموالاً في ماكينة الصراف الآلي، ثم يطلع على رصيد الحساب على الجهاز المحمول، يتوقع العميل أن يظهر ذلك الإيداع على الفور في رصيد حساب محدّث. تتفوق قواعد البيانات الارتباطية في هذا النوع من اتساق البيانات، مما يضمن أن يكون لدى مثيلات متعددة لقاعدة البيانات نفس البيانات طوال الوقت.
من الصعب على الأنواع الأخرى من قواعد البيانات الحفاظ على هذا المستوى من الاتساق في الوقت المناسب مع وجود أحجام كبيرة من البيانات. يمكن أن توفّر بعض قواعد البيانات الحديثة، مثل NoSQL، "اتساقًا احتماليًا" فحسب. بموجب هذا المبدأ، عندما يتم توسعة نطاق قاعدة البيانات، أو عندما يصل العديد من المستخدمين إلى نفس البيانات في نفس الوقت، فإن البيانات تحتاج إلى بعض الوقت "ليتم تسجيلها." الاتساق الاحتمالي مقبول لبعض الاستخدامات، مثل الاحتفاظ بالقوائم في كتالوج المنتجات، ولكن بالنسبة للعمليات التجارية الهامة مثل معاملات سلات التسوق، لا تزال قاعدة البيانات الارتباطية هي المعيار الذهبي.
الالتزام والذرية
تتعامل قواعد البيانات الارتباطية مع قواعد وسياسات العمل على مستوى دقيق للغاية، باستخدام سياسات صارمة حول التزام (أي إجراء تغيير في قاعدة البيانات دائم). على سبيل المثال، ضع في الاعتبار قاعدة بيانات المخزون التي تتعقب ثلاثة أجزاء يتم استخدامها دائمًا معًا. عندما يتم سحب جزء واحد من المخزون، يجب أيضًا سحب الجزأين الآخرين. إذا كان أحد الأجزاء الثلاثة غير متاح، فلا ينبغي سحب أي جزء من الأجزاء—ويجب أن تكون الأجزاء الثلاثة متوفرة قبل أن تقوم قاعدة البيانات بأي التزام. ولن تلتزم قاعدة البيانات الارتباطية نحو جزء واحد حتى تعرف أنه يمكنها الالتزام نحو جميع الأجزاء الثلاثة. ويُطلق على إمكانية الالتزام متعدد الأوجه هذه اسم الذرية. الذرية هي الأساس للحفاظ على دقة البيانات في قاعدة البيانات والتأكد من أنها متوافقة مع قواعد وأنظمة وسياسات الأعمال.
خصائص ACID وRDBMS
تحدد أربع خصائص أساس معاملات قاعدة البيانات الارتباطية: الذرية والاتساق والعزل والاستمرارية—ويشار إليها عادة باسم ACID.
- تحدد الذرية جميع العناصر التي تُشكل معاملة قاعدة بيانات كاملة.
- يحدد الاتساق قواعد الحفاظ على نقاط البيانات في الحالة الصحيحة بعد المعاملة.
- يحافظ العزل على تأثير المعاملة غير المرئية للآخرين حتى يتم الالتزام بها، لتجنب حدوث الارتباك.
- يضمن الاستقرار أن تصبح تغييرات البيانات دائمة بمجرد الالتزام بالمعاملة.
الإجراءات المخزَّنة وقواعد البيانات الارتباطية
يتضمن الوصول إلى البيانات العديد من الإجراءات المتكررة. على سبيل المثال، قد يحتاج تكرار استعلام بسيط للحصول على معلومات من جدول بيانات مئات أو آلاف المرات لتحقيق النتيجة المرجوة. تتطلب وظائف الوصول إلى البيانات نوعًا ما من التعليمات البرمجية للوصول إلى قاعدة البيانات. ولا يرغب مطورو التطبيقات في كتابة رمز جديد لهذه الوظائف في كل تطبيق جديد. لحسن الحظ، تسمح قواعد البيانات الارتباطية بالإجراءات المخزّنة، وهي عبارة عن كتل من التعليمات البرمجية التي يمكن الوصول إليها من خلال استدعاء بسيط من التطبيق. على سبيل المثال، يمكن أن يوفّر إجراء مُخزّن واحد تمييز سجلات ثابتًا لمستخدمي عدة تطبيقات. ويمكن أن تساعد الإجراءات المُخزّنة أيضًا المطورين على ضمان تنفيذ وظائف بيانات معينة في التطبيق بطريقة محددة.
قفل قاعدة البيانات وتزامنها
يمكن أن تنشأ التعارضات في قاعدة بيانات عندما يحاول عدة مستخدمين أو التطبيقات تغيير نفس البيانات في نفس الوقت. تقلل تقنيات القفل والتزامن من احتمال حدوث تعارضات مع الحفاظ على سلامة البيانات.
يمنع القفل المستخدمين الآخرين والتطبيقات من الوصول إلى البيانات أثناء تحديثها. في بعض قواعد البيانات، يتم تطبيق القفل على الجدول بأكمله، مما يخلق تأثيرًا سلبيًا على أداء التطبيق. تطبق قواعد البيانات الأخرى، مثل قواعد البيانات الارتباطية في Oracle، الأقفال على مستوى السجل، مع ترك السجلات الأخرى متاحة داخل الجدول، مما يساعد على ضمان أداء أفضل للتطبيقات.
يدير التزامن النشاط عند استدعاء عدة مستخدمين أو التطبيقات للاستعلامات في نفس الوقت على قاعدة البيانات نفسها. وتوفّر هذه الإمكانية حق الوصول إلى المستخدمين والتطبيقات وفقًا للسياسات المحددة للتحكم في البيانات.
أمور يجب وضعها في الاعتبار عند اختيار قاعدة البيانات الارتباطية
يُطلق على البرمجيات المستخدمة لتخزين البيانات المُخزّنة في قاعدة بيانات ارتباطية وإدارتها والاستعلام عنها واستردادها نظام إدارة قواعد البيانات الارتباطية (RDBMS). يوفّر نظام إدارة قواعد البيانات الارتباطية (RDBMSf) واجهة بين المستخدمين والتطبيقات وقاعدة البيانات، بالإضافة إلى وظائف إدارية للتحكم في تخزين البيانات والوصول إليها وأدائها.
يمكن أن توجه عدة عوامل قرارك عند الاختيار من بين أنواع قواعد البيانات ومنتجات قواعد البيانات الارتباطية. يعتمد نظام إدارة قواعد البيانات الارتباطية (RDBMSf) التي تختارها على احتياجات عملك. اسأل نفسك الأسئلة التالية:
- ما هي متطلباتنا من دقة البيانات؟ هل يعتمد تخزين البيانات ودقتها على منطق الأعمال؟ هل تحتوي بياناتنا على متطلبات صارمة للدقة (على سبيل المثال، البيانات المالية والتقارير الحكومية)؟
- هل نحن بحاجة إلى قابلية التوسع؟ ما هو حجم نطاق البيانات المُراد إدارتها، وما هو نموها المتوقع؟ هل سيحتاج نموذج قاعدة البيانات إلى دعم نُسخ قواعد البيانات التي لها نسخ متطابقة (كالمثيلات المنفصلة) من أجل التوسع؟ إذا كان النموذج سيحتاج لذلك، فهل يمكنه الحفاظ على اتساق البيانات عبر تلك المثيلات؟
- ما مدى أهمية التزامن؟ هل سيحتاج العديد من المستخدمين والتطبيقات إلى الوصول إلى البيانات في وقت واحد؟ هل تدعم برمجيات قواعد البيانات التزامن مع حماية البيانات؟
- ما هي احتياجاتنا من الأداء والموثوقية؟ هل نحتاج إلى منتج عالي الأداء والموثوقية؟ ما هي متطلبات أداء الاستجابة للاستعلامات؟ ما هي التزامات المورّد تجاه اتفاقيات مستوى الخدمة (SLAs) أو أوقات التعطل غير المُخطط لها؟
قاعدة البيانات الارتباطية المستقبلية: قاعدة البيانات ذاتية التوجيه
على مر السنين، أصبحت قواعد البيانات الارتباطية أفضل وأسرع وأقوى وأسهل في العمل معها. ولكنها أصبحت أيضًا أكثر تعقيدًا، وكانت إدارة قاعدة البيانات منذ فترة طويلة وظيفة بدوام كامل. بدلاً من استخدام خبراتهم للتركيز على تطوير التطبيقات المبتكرة التي تحقق قيمة للأعمال، كان لزامًا على المطورين قضاء معظم وقتهم في نشاط الإدارة اللازم لتحسين أداء قواعد البيانات.
واليوم، تعتمدالتكنولوجيا الذاتية على نقاط القوة في النموذج الارتباطي وتقنية قاعدة بيانات السحابة والتعلم الآلي لتقديم نوع جديد من قاعدة البيانات الارتباطية. تحافظ قاعدة البيانات ذاتية التوجيه (المعروفة أيضًا باسم قاعدة البيانات الذاتية) على فعالية ومزايا النموذج الارتباطي ولكنها تستخدم الذكاء الاصطناعي (AI)، والتعلُّم الآلي، والأتمتة لمراقبة وتحسين أداء الاستعلام ومهام الإدارة. على سبيل المثال، لتحسين أداء الاستعلام، يمكن لقاعدة البيانات ذاتية التوجيه فرض الفهارس واختبارها لجعل الاستعلامات أسرع، ثم استخدام الأفضل منها في الإنتاج—كل ذلك من تلقاء نفسها. وتطبّق قاعدة البيانات ذاتية التوجيه هذه التحسينات بشكل مستمر، دون الحاجة إلى تدخل بشري.
تحرّر التكنولوجيا الذاتية المطورين من المهام العادية لإدارة قاعدة البيانات. على سبيل المثال، لم يعد لزامًا عليهم تحديد متطلبات البنية التحتية مقدمًا. بدلاً من ذلك، من خلال قاعدة البيانات ذاتية التوجيه، يمكنهم إضافة موارد التخزين والحوسبة حسب الحاجة لدعم نمو قاعدة البيانات. من خلال بضع خطوات فقط، يمكن للمطورين إنشاء قاعدة بيانات ارتباطية ذاتية بكل سهولة، مما يسرع من وقت تطوير التطبيقات.