Темпоральные базы данных
Обычные БД хранят мгновенный снимок модели предметной области. Любое изменение в момент
времени t некоторого объекта приводит к недоступности состояния этого объекта в предыдущий
момент времени. Самое интересное, что на самом деле в большинстве развитых СУБД предыдущее
состояние объекта сохраняется в журнале изменений, но возможности доступа со стороны
пользователя нет.
Конечно, можно явно ввести в хранимые отношения явный временной атрибут и поддерживать его
значения на уровне приложений. Более того, в большинстве случаев так и поступают. Недаром в
стандарте SQL появились специальные типы данных date и time. Но в таком подходе имеются
несколько недостатков: СУБД не знает семантики временного поля отношения и не может
контролировать корректность его значений; появляется дополнительная избыточность хранения
(предыдущее состояние объекта данных хранится и в основной БД, и в журнале изменений); языки
запросов реляционных СУБД не приспособлены для работы со временем.
Существует отдельное направление исследований и разработок в области темпоральных БД. В
этой области исследуются вопросы моделирования данных, языки запросов, организация данных
во внешней памяти и т.д. Основной тезис темпоральных систем состоит в том, что для любого
объекта данных, созданного в момент времени t1 и уничтоженного в момент времени t2, в БД
сохраняются (и доступны пользователям) все его состояния во временном интервале [t1,t2].
Исследования и построения прототипов темпоральных СУБД обычно выполняются на основе
некоторой реляционной СУБД. Как и в случае дедуктивных БД темпоральная СУБД - это
надстройка над реляционной системой. Конечно, это не лучший способ реализации с точки зрения
эффективности, но он прост и позволяет производить достаточно глубокие исследования.
Примером кардинального (но может быть, преждевременного) решения проблемы темпоральных
БД может служить СУБД Postgres. Эта система была разработана М.Стоунбрекера для
исследований и обучения студентов в университете г.Беркли, и он смело шел в ней на самые смелые
эксперименты.
Главными особенностями системы управления памятью в Postgres является, во-первых, то, что в
ней не ведется обычная журнализация изменений базы данных и мгновенно обеспечивается
корректное состояние базы данных после перевызова системы с утратой состояния оперативной
памяти. Во-вторых, система управления памятью поддерживает исторические данные. Запросы
могут содержать временные характеристики интересующих объектов. Реализационно эти два
аспекта связаны.
Основное решение состоит в том, что при модификациях кортежа изменения производятся не на
месте его хранения, а заводится новая запись, куда помещаются измененные поля. Эта запись
содержит, кроме того, данные, характеризующие транзакцию, производившую изменения (в том
числе и время ее завершения), и подшивается в список к изменявшемуся кортежу. В системе
поддерживается уникальная идентификация транзакций и имеется специальная таблица
транзакций, хранящаяся в стабильной памяти. Таким образом, после сбоев просто не следует
обращать внимание на хвостовые записи списков, относящиеся к незакончившемся транзакциям.
Синхронизация поддерживается на основе обычного двухфазного протокола захватов.
Отдельный компонент системы осуществляет архивизацию объектов базы данных. Он производит
сборку разросшихся списков изменявшихся кортежей и записывает их в область архивного
хранения. К этой области тоже могут адресоваться запросы, но уже только на чтение.
Система была ориентирована на использование оптических дисков с разовой записью и
стабильной оперативной памяти (хотя бы небольшого объема). При наличии таких технических
средств она выигрывает по эффективности даже при работе в традиционном режиме по сравнению
со схемой с журнализацией. Однако, возможна работа и на традиционной аппаратуре, тогда
эффективность системы слегка уступает традиционным схемам.
Соответствующие возможности работы с историческими данными заложены в язык Postquel (и в
этом его главное отличие от последних вариантов Quel).Возможна выборка информации,
хранившейся в базе данных в указанное время, в указанном временном интервале и т.д. Кроме
того, имеется возможность создавать версии отношений, и допускается их последующая
модификация с учетом изменений основных вариантов.
