امروزه اطلاعات نقش کلیدی و مهمی در عملکرد نرم افزارها و وبسایت ها دارند، پایگاه داده یا دیتابیس (Database) به عنوان بخش حیاتی از زیرساخت های دیجیتال شناخته می‌شود. پایگاه داده یک بانک اطلاعاتی است که نقش مهمی در ذخیره، مدیریت و بازیابی داده ها دارد و تقریبا در تمامی سیستم های آنلاین، از فروشگاه های اینترنتی گرفته تا اپلیکیشن، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در هاست، سرور مجازی و ... پایگاه های داده معمولا توسط سیستم های مدیریت پایگاه داده (DBMS) مانند MySQL، MariaDB، MongoDB یا SQL Server راه اندازی می‌شوند تا امکان دسترسی سریع و امن به داده ها فراهم گردد. (تفاوت دیتابیس های MySQL و MariaDB چیست؟) در این مقاله با مفهوم پایگاه داده، انواع آن، کاربردها و مزایای آن آشنا خواهید شد.
پایگاه داده چیست؟
پایگاه داده یا دیتابیس به مجموعه‌ای سازمان یافته از اطلاعات گفته می‌شود که به صورت الکترونیکی در سیستم های کامپیوتری ذخیره و مدیریت می‌شود. به طور ساده‌تر، دیتابیس به فضایی گفته می‌شود که اطلاعات و داده های یک وبسایت یا نرم افزار در آن ذخیره می‌شوند. هدف اصلی استفاده از دیتابیس، نگهداری داده ها به صورتی است که بتوان به سادگی آن ها را جستجو، به روز رسانی، حذف یا اضافه کرد.
پایگاه های داده معمولا شامل جدول هایی هستند که اطلاعات را در قالب ردیف ها و ستون ها در خود ذخیره می‌کنند. برای مثال، در یک وبسایت فروشگاهی، اطلاعات محصولات، کاربران، سفارشات و پرداخت ها، همگی در جداول جداگانه‌ای در دیتابیس ذخیره و نگهداری می‌شوند.
چرا به پایگاه داده نیاز داریم؟
در بسیاری از سیستم ها و برنامه ها، ذخیره سازی و بازیابی اطلاعات یکی از مهم ترین نیازهاست. استفاده از دیتابیس به دلایل مختلفی ضروری می‌باشد:
- سازمان دهی بهتر اطلاعات پایگاه های داده اطلاعات را به صورت ساخت یافته و منظم ذخیره می‌کنند. این ساختار مشخص، باعث می‌شود که داده ها قابل فهم و مدیریت پذیر باشند.
- دسترسی سریع و دقیق با استفاده از زبان های مخصوص پایگاه داده مانند SQL، می‌توان به سرعت اطلاعات مورد نظر را جستجو و بازیابی کرد؛ حتی زمانی که حجم داده ها بسیار زیاد است.
- کاهش خطا و افزونگی پایگاه های داده با رعایت اصول طراحی مانند نرمال سازی، مانع از تکرار غیرضروری داده ها می‌شوند و دقت اطلاعات را افزایش می‌دهند.
- مدیریت متمرکز داده ها وقتی داده ها در یک مکان متمرکز نگهداری می‌شوند، مدیریت آن ها، مثل ایجاد نسخه پشتیبان، اعمال سطوح دسترسی و به روزرسانی، بسیار ساده تر و مطمئن تر خواهد بود.
- امکان ارتباط بین داده ها پایگاه های داده رابطه‌ای این امکان را فراهم می‌کنند که بین جداول مختلف ارتباط منطقی برقرار شود. این ویژگی برای تحلیل و گزارش گیری بسیار مفید است.
اجزای اصلی دیتابیس
همه پایگاه های داده از چند جز اساسی تشکیل شده که در در کنار یکدیگر امکان ذخیره سازی، سازمان دهی و مدیریت داده را فراهم می‌کنند. در حالت کلی، این اجزا به پنج دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
سخت افزار (Hardware)
سخت افزار یک دستگاه فیزیکی است که Database روی آن اجرا می‌شود، مانند سرورها، دیسک های ذخیره سازی، حافظه (RAM) و پردازنده ها. عملکرد سریع و پایدار پایگاه داده تا حد زیادی به کیفیت و قدرت سخت افزار وابسته است.
نرم افزار (Software)
نرم افزار دیتابیس شامل سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) مانند MySQL، MongoDB، Microsoft SQL Server و سایر برنامه هایی است که برای تعامل با داده ها استفاده می‌شوند. این نرم افزارها وظیفه مدیریت ساختار داده، کنترل دسترسی، امنیت و اجرای عملیات های مختلف روی داده ها را بر عهده دارند.
داده (Data)
داده ها اصلی‌ترین جز پایگاه های داده هستند. این داده ها می‌توانند به شکل متن، عدد، تاریخ، تصویر یا هر نوع اطلاعات دیگری باشند که توسط کاربران یا سیستم مدیریت پایگاه داده جمع‌آوری، ذخیره و استفاده می‌شوند.
زبان برنامه نویسی (Access Language/Programming Language)
برای تعامل با پایگاه داده، نیاز به زبان هایی است که بتوانند داده ها را در دیتابیس جستجو، اضافه، حذف یا به روزرسانی کنند. رایج‌ترین زبان برنامه نویسی دیتابیس SQL (Srtuctured Query Language) است. در کنار این زبان، زبان هایی مانند PHP، Java، Python و Node.js نیز برای نوشتن برنامه هایی به کار می‌روند که با پایگاه های داده در ارتباط هستند.
رویه ها (Procedures)
رویه ها یا دستورالعمل ها مجموعه‌ای از قواعد و فرآیندهایی هستند که برای طراحی، استفاده، نگهداری و پشتیبانی از دیتابیس تعریف می‌شوند. به بیانی دیگر، رویه ها مجموعه‌ای از قوانین و دستورات هستند که برای استفاده از سیستم مدیریت پایگاه داده مورد استفاده قرار می‌گیرند. این موارد می‌توانند شامل سیاست های پشتیبان گیری، بازیابی اطلاعات، دسترسی کاربران یا نحوه عملکرد کوئری های باشند. وجود رویه های مشخص، دیتابیس را قابل کنترل‌تر و امن‌تر می‌سازد.
انواع پایگاه داده
دیتابیس ها انواع مختلفی دارند که هر کدام برای کاربردها و نیازهای خاصی طراحی شده‌اند. برخی از مهم‌ترین انواع Database شامل موارد زیر هستند:
- دیتابیس رابطه‌ای (Relational Database)
- دیتابیس غیر رابطه‌ای (NoSQL Database)
- دیتابیس گرافی (Graph Database)
- دیتابیس شی گرا (Object-Oriented Database)
- دیتابیس سلسله مراتبی (Hierarchical Database)
- دیتابیس شبکه‌ای (Network Database)
- دیتابیس درون حافظه‌ای (In-Memory Database)
- دیتابیس توزیع شده (Distributed Database)
در ادامه مقاله به بررسی هر یک از این دیتابیس ها می‌پردازیم.
پایگاه داده رابطه‌ای (Relational Database)
پایگاه داده رابطه‌ای یکی از قدیمی‌ترین و پرکاربردترین انواع دیتابیس، و مبتنی بر زبان SQL است. این مدل دیتابیس در سال 1970 معرفی شد و تحول بزرگی در نحوه ذخیره‌سازی و مدیریت داده‌ها ایجاد کرد. در این نوع پایگاه داده، اطلاعات به صورت ساختاریافته و در قالب جداول ذخیره می‌شوند. هر جدول شامل سطر و ستون می‌باشد. جداول می‌توانند از طریق کلید اصلی (Primary Key) و کلید خارجی (Foreign Key) با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. در پایگاه داده رابطه‌ای برای ذخیره، بازیابی، جستجو و مدیریت داده ها، از یک سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای استفاده می‌شود که به اختصار به آن RDBMS گفته می‌شود. از جمله معروف‌ترین نرم افزارهای مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای Microsoft SQLServer، MySQL، PostgreSQL و Oracle هستند. دیتابیس های رابطه‌ای در اکثر سیستم های اطلاعاتی، از جمله فروشگاه های اینترنتی، سیستم های مالی و حسابداری، نرم افزارهای مدیریت مشتری و ... کاربرد دارند. برخی از ویژگی های این نوع دیتابیس ها عبارتند از:
ساختار منظم
این نوع پایگاه داده از ساختار جدولی استفاده می‌کند که برای بیشتر افراد، حتی کاربران غیرتخصصی، آشنا و قابل فهم است. داده ها در قالب سطر و ستون ذخیره می‌شوند، به گونه‌ای که هر سطر نشان دهنده یک رکورد از داده است، مثلا یک کاربر خاص با نام و ایمیل مشخص. هر ستون نیز نمایانگر یک ویژگی از داده هاست، مانند نام، آدرس یا شماره تماس یک کاربر. این ساختار باعث می‌شود تا داده ها به صورت منظم، قابل دسته‌بندی و به راحتی قابل بازیابی باشند.
یکپارچگی داده ها
یکی از مهم‌ترین ویژگی های دیتابیس رابطه‌ای، حفظ یکپارچگی داده‌هاست. این ویژگی کمک می‌کند تا اطلاعات ذخیره شده دقیق، کامل و قابل اعتماد باقی بمانند. برای مثال، اگر در یک جدول لیست مشتریان را داشته باشیم و در جدول دیگر سفارش های آن ها را ثبت کنیم، پایگاه داده بررسی می‌کند که هر سفارش حتما مربوط به مشتری واقعی باشد. همچنین این سیستم اجازه نمی‌دهد اطلاعات تکراری یا ناقص وارد شوند. یعنی نمی‌توان یک رکورد بدون نام یا با شناسه تکراری وارد کرد. همه این کنترل ها به این دلیل است که پایگاه داده بتواند همیشه داده های منظم و سازگار در اختیار ما بگذارد. این سیستم با استفاده از محدودیت ها (Constraints) مانند کلید اصلی و خارجی، از وجود داده های ناسازگار جلوگیری می‌کند.
قابلیت گسترش و پشتیبانی از داده های پیچیده
در دیتابیس های رابطه‌ای، امکان ایجاد روابط بین جداول وجود دارد. با استفاده از روابط بین جداول می‌توان داده های پیچیده را مدل سازی کرد. به عنوان مثال، می‌توان بین جدول مشتریان و سفارشات یک رابطه تعریف کرد که هر مشتری می‌تواند چند سفارش داشته باشد. این قابلیت باعث می‌شود داده های پیچیده و چند لایه به صورت ساختار یافته و قابل تحلیل ذخیره شوند.
علاوه بر این، پایگاه داده‌های رابطه‌ای قابلیت افزودن ویژگی های جدید به جداول، تغییر ساختار جداول و تعریف روابط جدید بدون آسیب رساندن به داده های قبلی را دارند. این انعطاف پذیری، آن ها را برای پروژه های در حال رشد بسیار مناسب کرده است.
امنیت و کنترل دسترسی
دیتابیس های رابطه‌ای از ابزارهای پیشرفته‌ای برای تامین امنیت داده ها استفاده می‌کنند. این امنیت هم شامل جلوگیری از دسترسی غیرمجاز به اطلاعات می‌شود و هم از خراب شدن یا از دست رفتن داده ها جلوگیری می‌کند. در این سیستم امکان تعریف سطوح مختلف برای هر کاربر وجود دارد. به عنوان مثال، ممکن است یک کاربر فقط اجازه مشاهده داده ها را داشته باشد، در حالی که کاربر دیگر بتواند داده ها را ویرایش یا حذف کند. این قابلیت باعث می‌شود اطلاعات مهم تنها در دسترس کاربران مجاز قرار بگیرد.
علاوه بر کنترل دسترسی، پایگاه داده های رابطه‌ای معمولا از روش هایی مانند رمزنگاری اطلاعات، پشتیبان گیری منظم و ثبت فعالیت کاربران نیز استفاده می‌کنند. این ویژگی ها باعث می‌شوند که در صورت بروز مشکل یا حملات امنیتی، بتوان از داده ها محافظت کرد و در صورت لزوم آن ها را بازیابی کرد. در مجموع امنیت بالا یکی از دلایل مهم استفاده گسترده از پایگاه داده رابطه‌ای در سازمان ها و سامانه های حساس مانند بانک ها، فروشگاه های آنلاین و ... است.
بدون دیدگاه