Первая промышленная система управления базами данных

В середине 60-х годов корпорация IBM совместно с фирмой NAA (North American Aviation, в настоящее время - Rockwell International) начали разработку первой системы управления базами данных - иерархической системы IMS (Information Management System) для космической программы США. В этот период IBM создала несколько систем, среди которых выделяются BOMP, D-BOMP; их наследниками стали DL/1 и IMS.

Первая система управления иерархическими (древовидными) базами данных (СУБД), состоящими из объектов различных уровней с транзакционными возможностями - IMS, начала выпускаться компанией IBM c 1968 года. Кроме компаний IBM и Rockwell, в разработке приняла участие компания Caterpillar. С 1966 года данные компании работали над ней в рамках программы подготовки космического корабля Apollo, где IMS использовалась для инвентаризации большого перечня спецификаций изделий (BOM, английское Bill of materials) для ракеты Сатурн-5 и космического корабля Apollo.

Первое сообщение на терминале IBM 2740 «IMS READY» появилось в Дауни, Калифорния, 14 августа 1968 года.

В последующие 40 лет IMS претерпела множество изменений, связанных изначально с появлением новой платформы IBM System /360 (семейство мэйнфреймов компьютерных систем), которая далее превратилась в z/ OS (64-разрядные операционные системы для мэйнфреймов IBM) и технологии IBM zEnterprise System (новейшая линейка мэйнфреймов IBM, разработанная для обеспечения интегрированных систем как мэйнфреймов, так и распределенных серверных технологий). IMS теперь поддерживает языки программирования Java, интерфейсы JDBC, обработку XML (конец 1990-х годов), и, с 2006 года, веб-сервисы.

Начиная с версии IMS 9 стандартным средством сетевого доступа для СУБД становится средство IMS Connect.

Главным архитектором СУБД был Верн Уоттс, который начал работу в IBM в 1956 году.

Верн Уоттс

Несмотря на то, что IMS фирмы IBM является самой первой из всех коммерческих СУБД, она до сих пор остается основной иерархической СУБД, используемой на большинстве крупных мэйнфреймов, продолжая развиваться под управлением операционной системы IBM MVS (OS / 390, z / OS).

Частью системы управления базами данных IMS является встроенный менеджер транзакций (IMS TM, также известный как IMS DC) — один из «большой тройки» мониторов транзакций наряду с IBM CICS и Oracle Tuxedo/ Монитор IMS поддерживает взаимодействие с клиентами через VTAM и TCP/IP, обеспечивает поддержку сессий, проверку полученных данных, установку в очередь заданий на выполнение транзакций в базе данных, контроль выполнения транзакций. При этом IMS TM поддерживает кроме баз данных IMS также и базы данных DB2, для таких конфигураций может поставляться отдельно от СУБД IMS.

Интерфейс IMS

До IMS компаниям и правительствам приходилось писать свою собственную транзакционную программу. IMS TM предоставляет прямую, удобную в работе, надежную, стандартную среду для достижения высокой производительности. Большая часть банковских компаний полагаются на IMS, включая американскую ФРС. К примеру, вы снимаете деньги через банкомат (АТТ), большинство подобных транзакций обрабатывает IMS. Несколько китайских банков недавно приобрели IMS чтобы поддержать расцветающую финансовую индустрию.

Структура подсистемы IMS DB / DC

В IMS, разработанной Верном Уоттсом, иерархическая модель осуществляется с использованием блоков данных, известных как сегменты. Сегмент - это основной структурный элемент иерархической модели в IMS. Каждый сегмент может содержать несколько атомарных информационных блоков данных, которые называются областями, либо содержать другие сегменты.

Связь передачи, сообщения и сегмента

Каждый сегмент может содержать несколько частей данных, которые называются областями. Например, в клиенте баз данных существует корневой сегмент (или сегмент наверху иерархии) с областями, такими как телефон, имя и возраст. Младшие сегменты могут быть добавлены под другими сегментами, например, один сегмент заказа в каждом сегменте клиента, представляя каждый заказ, который был размещен компанией. Аналогично, каждый сегмент может иметь много младших сегментов для каждой позиции в заказе. В отличие от других баз данных, здесь не нужно определять все данные как сегмент IMS. Сегмент может быть определен размером 40 байтов, необходимо определить одну область, размер которой составляет 6 байтов как ключевое поле, которое можно использовать, чтобы найти сегмент. IMS восстановит и сохранит 40 байтов, как указано программой. Компонент базы данных IMS может быть приобретен отдельно от компонента «транзакционный менеджер», и используется системами, такими как CICS.

Структура системы IMS DBCTL

Существует три основных формы иерархических баз данных IMS — полнофункциональные базы данных (поддерживают первичные и вторичные индексы), DEDB (быстродоступные, неиндексируемые, оптимизированные под интенсивную обработку транзакций), HALDB (усовершенствованный в поздних версиях формат полнофункциональных баз данных, поддерживающий хранение до 40 ТБ).

Обработка входных сообщений

Текущее дополнение IMS DB2, система реляционной базы данных IBM, введена в 1982 году. IMS работает быстрее, чем DB2 в выполнении общих задач, но требует больших программных ресурсов на вторичные задачи.

Разработка IMS связана с необходимостью организации баз данных на больших машинах типа IBM 360/370, ЕС-ЭВМ и миниЭВМ типа PDP11 (фирмы Digital Equipment Corporation — DEC), разных моделях HP (фирмы Hewlett Packard).

Машинный зал IBM 360

Такие базы данных хранились во внешней памяти центральной ЭВМ, пользователями этих баз данных были задачи, запускаемые в основном в пакетном режиме. Интерактивный режим доступа обеспечивался с помощью консольных терминалов, которые не обладали собственными вычислительными ресурсами (процессором, внешней памятью) и служили только устройствами ввода-вывода для центральной ЭВМ. Программы доступа к базам данных писались на различных языках и запускались как обычные числовые программы.

Система IBM 360

Изначально системы хранения данных называли «внешней памятью». Магнитные барабаны, а позже и диски использовались для виртуального расширения оперативной памяти с использованием процедуры, которую называли «свопингом». Первым попытку расширить возможности работы с дисками путем создания системы управления базами данных предпринял в 1961 году Чарльз Бахман (совпадение, или случайность, но у Стивена Кинга был опыт, когда он писал под псевдонимом "Ричард Бахман". Сама по себе конструкция фамилии тоже интересная - тут и Бах, и Бахус слышатся. Карл, Ричард - прямо королевская книга для выбора имен была под рукой у них. К тому же Карл обладал очень киногеничной внешностью, а уроки улыбки точно брал у Уолта Диснея). Тогда он работал в General Electric, а потому разработка велась на ЭВМ именно этой компании, а созданная им «интегрированная система хранения» IDS (Integrated Data Store) могла работать только на мэйнфреймах GE. Система была совсем простой: вся СУБД упаковывалась в один файл, а таблицы, содержащие сведения о размещении данных, создавались вручную. В 1975 году Ч. Бахман получил за свою работу от Британского компьютерного общества премию А. Тьюринга.

Чарльз Бахман

Все разрабатываемые в период 1960 - начала 1970 годов СУБД базировались на мощных мультипрограммных операционных системах (MVS, SVM, RTE, OSRV, RSX, UNIX), поэтому в основном поддерживалась работа с централизованной базой данных в режиме распределенного доступа.

Информационный отчет системы IMS

Функции управления распределением ресурсов в данных СУБД в основном осуществлялись операционной системой. В них поддерживались языки низкого уровня манипулирования данными, ориентированные на навигационные методы доступа к данным.

СУБД, которые строились с использованием сетевых или иерархических моделей, были названы Чарльзом Бахманом навигационными, поскольку для перемещения между записями в них используются «указатели», или «пути», что отличает их от реляционных СУБД, где используются принципы логического программирования. Для сравнения двух подходов используют классический пример. При использовании навигационного подхода путь до объекта можно указать так: «Едете по шоссе 25 километров, поворачиваете направо и продолжаете движение до третьего населенного пункта, вам нужен третий дом с левой стороны». Декларативный подход позволяет просто указать: «Зеленый дом с координатами x:y». Критики навигационного подхода уподобляли его использованию оператора goto в противовес структурному программированию.

Значительная роль отводилась администрированию данных.

Машинный зал, в котором работала IBM System/360

Проводились серьезные работы по обоснованию и формализации реляционной модели данных, и была создана первая система (System R), реализующая идеологию реляционной модели данных.

Осуществлялись теоретические исследования по оптимизации запросов и управлению распределенным доступом к централизованной базе данных, было введено понятие транзакции.

Результаты научных исследований открыто обсуждались в печати, шел мощный поток общедоступных публикаций, касающихся всех аспектов теории и практики баз данных, и результаты теоретических исследований активно внедрялись в коммерческие системы управления базами данных.

Появляются первые языки высокого уровня для работы с реляционной моделью данных. Однако отсутствуют стандарты для этих первых языков.

Таким образом, в этот период базы данных хранились во внешней памяти центральной вычислительной машины. Работа с базой данных осуществлялась в интерактивном режиме с помощью консольных терминалов, которые не обладали собственными вычислительными ресурсами (процессором, внешней памятью) и служили только устройствами ввода- вывода для центральной ЭВМ. В то время обеспечивалась возможность параллельного выполнения задач, хотя и очень условная. Функция управления распределением ресурсов в основном осуществлялась операционной системой. В то время появлялись первые языки высокого уровня для работы с данными, но еще отсутствовали стандарты для них.

Появление СУБД в СССР совпало с активным клонированием техники IBM и DEC, а потому деятельность нескольких академических и отраслевых институтов в этой области сводилась к локализации и замене названий IMS на OKА.

АНОНСЫ СТАТЕЙ БЛОГА "В МИРЕ ИТ" ЧИТАЙТЕ: