データベース方式

ねらい

データを整理して蓄える仕組みの土台を学びます。このレッスンを終えると、データベースの種類と特徴、3層スキーマの考え方、関係モデルの基本用語、DBMSが備える機能を説明できるようになります。

データベースの種類

データの構造と関連付けの方法によって、データベースにはいくつかの種類があります。

階層型と網型は構造型データベースと呼ばれる古くからの方式です。近年は、関係モデルによらない方式も広がっています。文書単位で格納するドキュメント指向データベース、列単位で格納し集計に強い列指向データベース、つながりの表現に強いグラフデータベース、キーと値の組で単純に持つキーバリュー型データベース、データを主記憶に置いて高速に処理するインメモリデータベース、複数のコンピュータに分けて置く分散データベースです。

3層スキーマ：データの独立性を高める

データベースの構造の定義をスキーマといい、3つの層に分けて考えます。

1. 外部スキーマ（副スキーマ）は、利用者やプログラムから見たデータの定義です。
2. 概念スキーマは、データベース全体の論理的なデータ構造です。
3. 内部スキーマ（記憶スキーマ）は、記憶装置上の物理的なデータ構造です。

層を分ける目的はデータの独立性です。たとえば内部スキーマ（格納の仕方）を変えても、概念スキーマと外部スキーマがそのままなら、アプリケーションは影響を受けません。

データモデルと関係モデル

論理的なデータ構造の表現方法をデータモデルといい、論理データモデルには関係モデル、階層モデル、ネットワークモデル（網モデル）、グラフ型のデータモデル（プロパティグラフ、トリプルストア）があります。物理的な格納を表すものは物理データモデルです。

RDBの土台である関係モデルでは、データを2次元の表で表します。用語の対応を押さえましょう。

表の構造の定義を関係スキーマ、実際に入っているデータの値を実現値といいます。

DBMS：データベースを守り、動かす

データベースを管理するソフトウェアがDBMSです。ミドルウェアのレッスンで名前だけ登場しましたが、その機能を整理します。

1. データベース定義機能は、スキーマを定義します。
2. データベース操作機能は、データの検索や更新を行います。
3. データベース制御機能は、複数の利用者が同時に使っても矛盾が起きないように制御します。同じデータへの同時の更新を防ぐ仕組みを同時実行制御（排他制御）といいます。
4. 保全機能と障害回復は、故障が起きてもデータを失わず、正しい状態に戻します。
5. データ機密保護機能（データセキュリティ）は、権限のない利用者からデータを守ります。

冒頭のお店の悩みは、まさにDBMSの制御機能と保全機能が解決してくれる問題です。

例題

次の問いに答えてください。

問1 関係モデルで、表の行に当たるものを何といいますか。

問2 複数の利用者が同じデータを同時に更新して矛盾が生じることを防ぐDBMSの仕組みを何といいますか。

解答と解説

問1の答えはタプル（組）です。表そのものは関係（リレーション）、列は属性と呼びます。日常の「表・行・列」との対応で覚えましょう。

問2の答えは同時実行制御（排他制御）です。一方の更新が終わるまでもう一方を待たせることで、更新のぶつかり合いを防ぎます。

応用

本試験を意識した問題を解いてみましょう。

問 データベースの3層スキーマのうち、利用者や個々のプログラムから見たデータの定義を表すものはどれでしょうか。次の中から選んでください。

1. 外部スキーマ
2. 概念スキーマ
3. 内部スキーマ
4. 関係スキーマ

解答と解説

答えは1の外部スキーマです。同じデータベースでも、利用者やプログラムごとに必要な見え方は異なるため、その見え方を外部スキーマとして定義します。2の概念スキーマはデータベース全体の論理的な構造を表す層で、特定の利用者の見え方ではありません。3の内部スキーマは記憶装置上の物理的な格納構造を表す層です。4の関係スキーマは関係モデルにおける表の構造の定義を指す用語であり、3層スキーマの層の名前ではありません。