محرك قاعدة البيانات

تتواجد قاعدة البيانات، أثناء تشغيلها، في عدة أنواع من وحدات التخزين في آنٍ واحد، مُشكّلةً بذلك تسلسلاً هرمياً للتخزين . داخل الحاسوب الحديث الذي يستضيف نظام إدارة قواعد البيانات، يتواجد معظم جزء "قاعدة البيانات"، مع نسخ جزئية، في وحدات تخزين مؤقتة . أما البيانات التي تتم معالجتها وتعديلها بشكل مستمر، فتتواجد داخل المعالج ، وربما في ذاكرة التخزين المؤقت الخاصة به . تُقرأ هذه البيانات من الذاكرة وتُكتب إليها، عادةً عبر ناقل بيانات الحاسوب ، والذي يُعدّ في الغالب وحدة تخزين مؤقتة. تنقل ذاكرة الحاسوب البيانات من وإلى وحدات التخزين الخارجية، عادةً عبر واجهات أو شبكات تخزين قياسية (مثل قناة الألياف ، وiSCSI ).

تتميز مصفوفة التخزين ، وهي وحدة تخزين خارجية شائعة، بهيكل تخزين خاص بها. يتم توصيل ذاكرة تخزين مؤقتة سريعة، تتكون عادةً من ذاكرة وصول عشوائي ديناميكية (DRAM ) سريعة ومتطايرة، (عبر واجهات قياسية) بمحركات الأقراص. قد تختلف سرعات هذه المحركات، مثل محركات أقراص الفلاش ومحركات الأقراص المغناطيسية غير المتطايرة . يرتبط السعر والسرعة عمومًا. يمكن توصيل محركات الأقراص بأشرطة مغناطيسية ، حيث تُخزَّن عليها الأجزاء الأقل استخدامًا من قاعدة بيانات كبيرة. وقد تكون هذه الأشرطة أيضًا مكانًا لتخزين النسخ الاحتياطية .

بنية البيانات هي بنية مجردة تُضمّن البيانات بطريقة محددة بدقة. تسمح بنية البيانات الفعّالة بمعالجة البيانات بكفاءة عالية، بما في ذلك إدخال البيانات وحذفها وتحديثها واسترجاعها بأنماط مختلفة. قد يكون نوع معين من بنى البيانات فعالاً للغاية في عمليات معينة، وغير فعال في عمليات أخرى. يُختار نوع بنية البيانات أثناء تطوير نظام إدارة قواعد البيانات (DBMS) ليُلبي على أفضل وجه العمليات المطلوبة لأنواع البيانات التي يحتويها. عادةً ما يُراعى عند اختيار نوع بنية البيانات لمهمة معينة نوع التخزين الذي توجد فيه (مثل سرعة الوصول، والحد الأدنى لحجم جزء التخزين الذي يتم الوصول إليه، إلخ). في بعض أنظمة إدارة قواعد البيانات، يتمتع مديرو قواعد البيانات بمرونة اختيار بنى البيانات المناسبة لاحتواء بيانات المستخدم لأسباب تتعلق بالأداء. أحيانًا، تحتوي بنى البيانات على معلمات قابلة للتحديد لضبط أداء قاعدة البيانات.

قد تخزن قواعد البيانات البيانات في أنواع متعددة من هياكل البيانات. ^{[ 1 ]} ومن الأمثلة الشائعة ما يلي:

• ملفات نصية مرتبة/غير مرتبة
• جداول التجزئة
• أشجار من فئة B+
• ISAM
• أكوام

على عكس التوجه التقليدي للصفوف، يمكن أن تكون قواعد البيانات العلائقية موجهة للأعمدة أو مترابطة في طريقة تخزينها للبيانات في أي بنية معينة.

بشكل عام، يتحقق تحسن ملحوظ في الأداء عند تخزين أنواع مختلفة من كائنات قواعد البيانات التي تُستخدم عادةً معًا في مكان واحد، أي عند تجميعها في مجموعات. يتيح هذا عادةً استرجاع الكائنات ذات الصلة المطلوبة من وحدة التخزين بأقل عدد ممكن من عمليات الإدخال (والتي قد تستغرق كل منها وقتًا طويلاً). حتى بالنسبة لقواعد البيانات الموجودة في الذاكرة، يوفر التجميع ميزة في الأداء نظرًا للاستخدام المشترك لذاكرة التخزين المؤقت الكبيرة لعمليات الإدخال والإخراج في الذاكرة، مع نتائج مماثلة.

على سبيل المثال، قد يكون من المفيد تجميع سجل "سلعة" موجودة في المخزون مع جميع سجلات "الطلبات" الخاصة بها. ويعتمد قرار تجميع عناصر معينة من عدمه على إحصائيات استخدام هذه العناصر، وأحجامها، وأحجام ذاكرة التخزين المؤقت، وأنواع التخزين، وما إلى ذلك.

الفهرسة تقنية تستخدمها بعض محركات التخزين لتحسين أداء قواعد البيانات. تشترك أنواع الفهارس المختلفة في خاصية أساسية، وهي تقليل الحاجة إلى فحص كل مدخل عند تنفيذ استعلام. في قواعد البيانات الكبيرة، يمكن لهذا أن يقلل وقت وتكلفة الاستعلام بشكل كبير. أبسط أنواع الفهارس عبارة عن قائمة مرتبة من القيم التي يمكن البحث فيها باستخدام البحث الثنائي مع مرجع مجاور لموقع المدخل، على غرار الفهرس الموجود في نهاية كتاب. يمكن أن تحتوي البيانات نفسها على فهارس متعددة (على سبيل المثال، يمكن فهرسة قاعدة بيانات الموظفين حسب الاسم الأخير وتاريخ التعيين).

تؤثر الفهارس على الأداء، ولكن ليس على النتائج. يستطيع مصممو قواعد البيانات إضافة الفهارس أو إزالتها دون تغيير منطق التطبيق، مما يقلل تكاليف الصيانة مع نمو قاعدة البيانات وتطور استخدامها. يمكن للفهارس تسريع الوصول إلى البيانات، ولكنها تستهلك مساحة في قاعدة البيانات، ويجب تحديثها في كل مرة يتم فيها تعديل البيانات. لذلك، يمكن للفهارس تسريع الوصول إلى البيانات ولكنها تبطئ صيانتها. هاتان الخاصيتان تحددان ما إذا كان الفهرس يستحق التكلفة.