В ходе разработки фрагмента информационной системы в СУБД MySQL возникает задача обеспечения целостности данных. Рассмотрим само понятие целостности.

Целостность - состояние данных, когда они сохраняют свое информационное содержание и однозначность интерпретации в условиях случайных воздействий.

Предложения, описывающие целостность данных называют ограничениями целостности.

Реализацию ограничений целостности данных рассматривают как защиту данных от непреднамеренных ошибок (случайного искажения или разрушения) и их предотвращения, т.е как реализацию такой функции защиты данных, как безопасность. Следовательно, проблема целостности состоит в обеспечении правильности данных в БД в любой момент времени.

Однако эта цель может быть достигнута лишь в определенных пределах. В частности, система не может контролировать правильность каждого отдельного значения, вводимого в БД (хотя их можно проверить на правдоподобность). Однако, несмотря на исключения необходимо обеспечить возможность поддержки высокой степени целостности в БД. Поддержание целостности следует рассматривать как защиту данных от неверных (в противоположность незаконным) изменений или разрушений[5].

1.3.1 Семантическая целостность данных

Семантическая целостность данных - необходимое условие функционирования информационной системы любого типа. Приведем перечень основных ограничений семантической целостности. В качестве примера выберем базу данных «Салон магии», состоящую из таких таблиц, как «Клиент», «Мастер», «Услуга».в данном параграфе приводятся теоретические способы реализации того или иного ограничения целостности. В главе II будут более подробно рассмотрены практические способы реализации приведенных видов ограничения целостности данных.

Каждый объект в реляционной модели данных характеризуется идентификатором, назначающимся первичным ключом, уникальным по значению. В связи с этим в процессе функционирования ИС осуществляется обеспечение целостности данных путем сравнения вводимого значения первичного ключа с имеющимися в базе данных и при совпадении значений запрет добавления записи с таким же первичным ключом.

Приведем пример: пусть в базе данных «Салон магии» в таблице «Клиент» имеется объект «Клиент», характеризующийся определенным набором свойств в зависимости от информационных задач. В качестве первичного ключа можно выбрать такое свойство, как «серия и номер паспорта» или «id клиента». в данном случае первичный ключ является составным, так как отдельно серия или номер паспорта не являются уникальными значениями, а ключ «id клиента» может являться как составным, так и простым.

Во многих случаях необходима проверка уникальности значений свойств, не назначенных идентификатором, при этом говорят о назначении атрибута возможным ключом. Для объекта «Клиент» возможным ключом может являться такой атрибут, как «номер банковской карты» или «номер бонусной карты клиента». Такой тип ограничения, как и проверка целостности первичного ключа, является структурным, контролируемым путем проверки равенства вводимых и уже имеющихся данных.

Другим видом ограничения целостности является ограничение реальных значений, содержащихся в базе данных. Существует несколько подвидов данного ограничения:

1) Допустимые значения находятся в заданном интервале. Данное ограничение предполагает, что значение свойства находится в определенном диапазоне значений. Допустим, в салоне красоты существует возрастной ценз работников: мастер не может быть младше 20 и старше 50 лет. Таким образом, ограничение целостности выглядит так «Для каждого объекта класса «Мастер» значение атрибута «возраст» находится в диапазоне 20-50 лет».

2) Значение атрибута является перечислимым. При добавлении или редактировании данных предлагается выбрать из списка определенное значение поля, однако добавлять собственное значение запрещено. В нашей базе данных такие атрибуты, как пол клиента в таблице «Клиент», являются перечислимыми. Данное ограничение формируется перечислением всех возможных значений и запретом на ввод других.

3) Значение атрибута является условно перечислимым: данные выбираются из списка, при этом существует возможность добавление элемента в список. Применяя данное ограничение целостности к атрибуту «наименование услуги» таблицы «Услуга», получаем следующую формулировку «Значение свойства «наименование услуги» является условно перечислимым и может принимать либо произвольное значение, либо одно из перечня, сформированного на основе включения уникальных значений уже введенных данных по указанному свойству».

4) Ограничение по формату: данные имеют строго определенный внешний вид. Это ограничение применяется чаще остальных, так как оно связано, прежде всего, с типом данных, содержащихся в атрибуте. Приведем пример нескольких видов ограничения целостности по формату:

? Значения свойств «фамилия», «имя», «отчество» имеют следующий вид: первый символ - прописная буква кириллицы, последующие - строчные. Недопустим ввод цифр.

? Формат даты рождения клиентов и мастеров, дат посещения салона, а также отпуска или больничного, предоставляемых мастерам - ДД/ММ/ГГ.

5) Запрет на NULL - значение атрибута. Такой вид ограничения распространяется прежде всего на идентификатор объекта, являющийся первичным ключом, а также на те свойства, пустое значение которых недопустимо.

К примеру,помимо идентификатора, недопустимо пустое значение таких полей, как ФИО клиента или мастера, или отсутствие информации о предоставленных клиенту услугах при указании общей стоимости, которую заплатил клиент.

6) Ограничение на значения семантически связанных полей. В данном случае на них накладываются определенные условия или функциональные зависимости. Так, в нашей базе данных значения полей «дата начала отпуска» и «дата окончания отпуска» являются семантически связанными: первая дата является меньшей, чем вторая. В этом случае следует сформулировать ограничение целостности в следующем виде: : «Для каждого объекта заданного класса между значениями свойств С1 и С2 должно всегда выполняться условие: С1<С2».

Важным аспектом реализации ограничений семантической целостности является то, что на значение свойства могут накладываться одновременно несколько видов ограничений. Например, значение свойства «возраст» в таблице «Мастер» имеет ограничение по интервалу (20-50 лет), по формату (только числовое значение), также возможен выбор значения из списка-интервала.

1.3.2 Ссылочная целостность данных

Ссылочная целостность в реляционной базе данных - это согласованность между связанными таблицами. Ссылочная целостность обычно поддерживается путем комбинирования первичного ключа и внешнего ключа. Для соблюдения ссылочной целостности требуется, чтобы любое поле в таблице, объявленное внешним ключом, могло содержать только значения из поля первичного ключа родительской таблицы.

Поддержание ссылочной целостности обеспечивает семантическую адекватность совокупности взаимосвязанных реляционных отношений соответствующему фрагменту предметной области при выполнении транзакций (удаление, редактирование, добавление кортежей) в отдельных реляционных отношениях.

В практике реализации ссылочной целостности наиболее широко используются две стратегии : стратегия ограничения (запрета) и стратегия каскадирования, значительно реже - стратегия установки значений по умолчанию, стратегия игнорирования и стратегия установки неопределенного значения (в NULL).

Суть стратегии ограничения заключается в том, что накладывается запрет на транзакции, выполнение которых может повлечь за собой нарушение ссылочной целостности. Следует заметить, что данная стратегия является достаточно простой с точки зрения ее реализации. В рамках ее выполнения предстоит лишь проверить наличие в дочернем отношении кортежей, связанных с активным кортежем в родительском отношении. Под активным картежом будем понимать такой картеж, над которым выполняется транзакция. При выполнении такой транзакции, как удаление кортежа в основном отношении, сохранится ссылочная целостность, если будет реализовано следующее ограничение целостности: “При попытке удаления кортежа в реляционном отношении “Мастер” реализовывать стратегию ограничения (запрета на удаление), при условии, что в порожденном отношении “Услуга” существуют кортежи, непосредственно связанные с удаляемым”. Таким образом, при реализации данной стратегии выполнение операции удаления кортежа из основного отношения будет возможным, если в порожденном отношении не найдется кортежа, непосредственно связанного с удаляемым (для данного случая - если отсутствуют данные об услугах данного мастера). Заметим, в данном случае недопустимо использование стратегии ограничения для операции удаления кортежа в порожденном отношении. Наиболее приемлемой здесь будет стратегия игнорирования либо стратегия каскадирования.

Суть стратегии каскадирования заключается в том, что допускается выполнение необходимой транзакции и при этом вносятся соответствующие изменения в тех отношениях, которые связаны с текущем (с тем, в который в данный момент производится транзакция). Изменения в отношениях, связанных с текущем реализуются с целью не допустить нарушения ссылочной целостности и сохранить при этом все имеющиеся связи. Чаще всего изменение начинается в родительском отношении и каскадно выполняется в порожденном отношении. Следует заметить, что последнее может в свою очередь выступать в качестве материнского для каких-либо других отношений. В связи с этим может возникнуть необходимость соответствующих изменениях (транзакциях) и в этих отношениях. Если при этом какая-либо из каскадных операций (любого уровня) не может быть выполнена, то необходимо отказаться от первоначальной операции и вернуть базу данных в исходное состояние. Это самая сложная стратегия, но она хороша тем, что при этом не нарушается связь между кортежами родительского и дочернего отношений.

Стратегия установки неопределенного значения допускает выполнение требуемой операции, при этом все возникающие некорректные значения внешних ключей должны быть изменены на null-значения. Эта стратегия имеет два недостатка. Во-первых, для нее требуется допустить использование null-значений. Во-вторых, кортежи дочернего отношения теряют всякую связь с кортежами родительского отношения. Установить, с каким кортежем родительского отношения были связаны измененные кортежи дочернего отношения, после выполнения операции уже нельзя. На практике такая стратегия используется крайне редко.

Как было отмечено ранее, в некоторых случаях для поддержания ссылочной целостности используется стратегия установки по умолчанию. В рамках данной стратегии разрешается выполнение требуемой операции, но все возникающие некорректные значения внешних ключей при этом изменяются на некоторое значение, которое принятое по умолчанию. Достоинство этой стратегии по сравнению с предыдущей в том, что она позволяет не пользоваться null-значеними. Недостатки заключаются в следующем. Во-первых, в родительском отношении должен быть некий кортеж, потенциальный ключ которого принят как значение по умолчанию для внешних ключей. В качестве такого "кортежа по умолчанию" обычно принимают специальный кортеж, заполненный нулевыми значениями (не null-значениями!). Этот кортеж нельзя удалять из родительского отношения, и в этом кортеже нельзя изменять значение потенциального ключа. Таким образом, не все кортежи родительского отношения становятся равнозначными, поэтому приходится прилагать дополнительные усилия для отслеживания этой неравнозначности. Это плата за отказ от использования null-значений. Во-вторых, как и в предыдущем случае, кортежи дочернего отношения теряют всякую связь с кортежами родительского отношения. Установить, с каким кортежем родительского отношения были связаны измененные кортежи дочернего отношения, после выполнения операции уже нельзя.

И, наконец, стратегия ингнорирования (IGNORE), суть которой заключается в том, что разрешено выполнять любые транзакции, не обращая при этом внимание на нарушения ссылочной целостности.

Фактически такую стратегию даже нельзя назвать стратегией сохранения ссылочной целостности: в этом случае в дочернем отношении могут появляться некорректные значения внешних ключей, и вся ответственность за целостность базы данных ложится на пользователя, его внимательность и корректость при выполнении различных транзакций.

Таким образом, на данный момент выделяется шесть видов ограничений семантической целостности и три стратегии ограничений ссылочной целостности. Необходимость поддержания семантической целостности данных обусловлена различными видами информации, содержащейся в базе, что и приводит к такому делению, как ограничение по интервалу, перечислимому значению и т.д. Ограничения же ссылочной целостности имеют значение в связи с логикой построения отношений между данными, содержащимися в базе.

Определив виды семантической и ссылочной целостности, перейдем к рассмотрению организации ограничений целостности средствами СУБД MySQL на примере фрагмента информационной системы «Салон магии».

Глава II. Реализация ограничений семантической и ссылочной целостности в СУБД MySQL на примере фрагмента ИС “Салон магии”

В данной главе рассмотрим реализацию запросов инструментальными средствами СУБД MySQL. В качестве примера возьмем фрагмент информационной системы «Салон магии». Данная предметная область является вполне подходящей для демонстрации различных видов запросов