Система управления базами данных (СУБД) - что это?

Введение в системы управления базами данных

Системы управления базами данных (СУБД, Database Management System, DBMS) — комплекс программ, позволяющих создавать БД и работать с  данными.

Почему данные стали ключевым ресурсом цифровых систем

Данные позволяют оптимизировать и автоматизировать бизнес-процессы, персонализировать клиентский опыт, создать продуктовую линейку. 

Организации могут хранить  [1] в БД информацию:

• о заказах, покупках, предпочтениях потребителя, чтобы предлагать акции или разрабатывать рекламные кампании; 
• о бизнес-процессах, чтобы оптимизировать работу, снижать операционные издержки; 
• о платежах, истории входов в приложение, чтобы минимизировать риск мошенничества.

Банки, финансовые организации, предприятия в сфере транспорта и энергетики могут хранить чувствительные сведения, а безопасность подобных объектов имеет критическое  значение (187-ФЗ) [2]. К ИТ-инфраструктуре предъявляются повышенные требования ЗОКИИ и ФСТЭК [3].

Роль СУБД в современной архитектуре приложений

БД — фундамент архитектуры приложений, хранилище информации и центр управления данными. СУБД позволяют работать с неструктурированными и структурированными данными в условиях усложнения ИТ-инфраструктуры (микросервисы, облачные решения) и увеличения объёмов информации.

Что такое система управления базами данных (СУБД)

Это ПО, предназначенное для создания, управления, обновления и анализа БД.

Основные функции СУБД – сбор, хранение, извлечение и защита информации.

Чем СУБД отличается от обычного хранения данных

Как работает СУБД

Система управления БД выступает прослойкой, связующим звеном между приложением, пользователем и БД. СУБД:

• принимает запрос; 
• разбирает и оптимизирует его; 
• запускает поиск данных в памяти или на диске; 
• производит операцию (чтение, изменение); 
• фиксирует информацию в журнале транзакций (логи); 
• возвращает результат пользователю.

Хранение данных и структура таблиц

В реляционных БД (SQL — PostgreSQL, MySQL) традиционно используют  таблицы с жёсткой схемой. Это значит, что структура, типы данных и связи определены до внесения информации, а изменение схемы затруднительно. Но в современных реляционных БД (например, PostgreSQL) схема может изменяться.

Нереляционные (NoSQL — Redis, Memcached, DynamoDB) используют пары «ключ — значение», и их схема более гибкая. При этом в некоторых NoSQL (например, Cassandra) схема может быть жёсткой. Единицей данных нередко выступают документы (как в CouchDB, MongoDB) или графы без строгой схемы (Neo4j, InfiniteGraph, InfoGrid).

Традиционно SQL-системы требуют предварительного определения схемы, тогда как NoSQL-системы чаще допускают динамическое изменение структуры данных.

Индексы и оптимизация запросов

Поиск по таблице, операции сортировки и фильтрации в БД занимают время из-за полного сканирования таблицы (Full Scan). Индексация — это способ оптимизировать SQL-запросы и ускорить поиск строк в таблице. БД обращается к отсортированной структуре индекса, быстрее находит адрес строки и считывает  данные.

Управление транзакциями

Транзакция — это последовательность операций, которые выполняются как единое целое [4]. Например, при оформлении заказа в интернет-магазине транзакция может включать набор процессов: уменьшить количество товара на складе, обновить баланс пользователя, записать информацию о заказе в БД.

Механизм управления гарантирует: или все операции выполнятся, или при ошибке одной система вернётся в исходное состояние. Он позволяет избежать несогласованности состояния БД: к примеру, когда количество товаров уменьшено без фактического оформления заказа. Чтобы обеспечить безопасное и надёжное выполнение транзакций в БД, разработали набор стандартов ACID:

• атомарность (A, atomicity); 
• согласованность (C, consistency); 
• изоляция (I, isolation); 
• устойчивость (D, durability).

Основные типы СУБД

Выделяют разные виды систем в зависимости от критерия сравнения:

• язык запросов: SQL или NoSQL; 
• способ хранения информации: реляционные и нереляционные («ключ — значение», документные, графовые, специализированные колоночные); 
• архитектура: локальные и распределённые; 
• способ доступа: клиент-серверные, встраиваемые; 
• лицензия: коммерческие и некоммерческие (открытое программное обеспечение).

Реляционные СУБД (SQL)

Как правило, используют табличный формат с набором полей (строки, столбцы). Примеры РСУБД:

• Platform V Pangolin; 
• Oracle; 
• PostgreSQL; 
• MySQL.

Документоориентированные базы данных

Документные NoSQL‑системы (document-oriented database) обычно используют коллекции файлов с разными форматами: картинка, текст, видео. Среди ПО:

• CouchDB; 
• Couchbase; 
• MarkLogic; 
• MongoDB; 
• eXist-db.

Ключ — значение (Key — Value)

Объекты в подобных NoSQL-БД могут храниться в виде «ключ — значение». Подобную структуру используют:

• Redis; 
• Amazon DynamoDB; 
• Riak.

Графовые базы данных (graph database)

Графовые БД (GDB) обычно используют графы, их элементы и связи. Примеры:

• Neo4j; 
• InfiniteGraph; 
• JanusGraph; 
• Blazegraph.

Для ИИ-приложений (больших языковых моделей, LLM) используют векторные БД. Они подходят для поиска изображений и похожих товаров, создания систем генерации, дополненной поиском (RAG, Retrieval-Augmented Generation). Примеры: Platform V Vector DB, Pinecone, Milvus, Qdrant.

Популярные системы управления базами данных

По сведениям рейтинга DB-Engines [5], на январь 2026 года в топ-5 ИТ-решений входили Oracle, MySQL, Microsoft SQL Server, PostgreSQL, MongoDB.

PostgreSQL

Свободно распространяемая объектно-реляционная СУБД (RDBMS) [6]:

• реализует ACID-принципы; 
• поддерживает разные типы и структуры данных; 
• обеспечивает производительность и параллелизм; 
• содержит внутренние механизмы аварийного восстановления.

MySQL

MySQL — РСУБД, построенная по классической архитектуре «клиент — сервер» [8]. Поддерживает табличный формат, ACID-транзакции, репликацию и отказоустойчивость.

MongoDB

Документоориентированная СУБД традиционно относится к классу NoSQL-систем [9]. Данные хранятся в отдельных документах, которые объединяются в коллекцию.

Oracle Database

Объектно-реляционная СУБД [10] с коммерческой лицензией основана на клиент-серверной модели. Oracle DB содержит механизмы безопасности, доступности, резервного копирования и восстановления. Создаётся и поддерживается иностранной компанией, что связано с регуляторными рисками.

Архитектура и масштабирование баз данных

Архитектура может быть централизованной или распределённой. В первом случае БД находится на одном сервере, но ограничена производительностью оборудования. Во втором — информация распределена по узлам: такая архитектура обеспечивает производительность и доступность. Чтобы минимизировать риск отказа при увеличении нагрузок, используют следующие стратегии масштабирования БД:

• вертикальное (Scaling Up): наращивание вычислительной мощности сервера: диски, процессор, память; 
• горизонтальное (Scaling Out): разделение сервера на кластеры: сегментирование (шардинг), репликация.

Репликация данных

Процесс копирования и синхронизации информации [11] обеспечивает отказоустойчивость и масштабируемость. Если основной сервер выходит из строя, его функции переходят одной из реплик.

Механизмы репликации доступны как на уровне БД, так и на уровне сторонних платформ вроде Oracle GoldenGate или  Platform V GraDeLy.

Сегментирование (шардирование)

Шардинг (sharding) — это разделение данных на сегменты (шарды) и распределение по разным серверам. Каждый шард — независимый узел, хранящий часть общей базы. Подход позволяет обрабатывать запросы параллельно и повышать производительность при росте нагрузки.

Высокая доступность

Доступность БД (database availability) — свойство системы, при котором авторизованные пользователи могут беспрепятственно получить доступ к данным для чтения и/или изменения. Достигается использованием механизмов:

• репликации; 
• групп доступности Always On; 
• шардирования; 
• балансировки нагрузки; 
• кластеризации.

Доступность БД отслеживают с использованием внутренних встроенных механизмов БД или сторонних сервисов. Например, для мониторинга и диагностики подходят специальные инструменты вроде Percona Monitoring and Management (PMM), Foglight, Platform V Kintsugi.

Безопасность данных в СУБД

Среди механизмов безопасности [12]:

• журналирование и аудит; 
• СЗИ (защита от привилегированных пользователей), прозрачное защитное преобразование (TDE), защита конфигурации; 
• разграничение и контроль доступов; 
• шифрование данных; 
• маскирование запросов.

Контроль доступа и аутентификация

На уровне БД предусматриваются  механизмы идентификации, аутентификации и авторизации. 
Это могут быть:

• ролевая модель; 
• автоматическое завершение неактивных сессий; 
• утилиты засекречивания и хранения паролей, а также другие [13] опции для повышения безопасности.

Шифрование данных

Это преобразование информации в зашифрованный вид, чтобы сделать её недоступной для чтения без ключа. Для защиты данных могут использовать технологию прозрачного защитного преобразования данных (Transparent Data Encryption, TDE) [14]. Она подразумевает, что данные засекречиваются перед записью на диск и декодируются при чтении в память.

Резервное копирование и восстановление

Процесс обеспечения сохранности данных может осуществляться на уровне системы управления БД [15] (например, с использованием утилиты pg_probackup) с использованием технологий:

• SQL-дампы — моментальные снимки/копии (pg_dump); 
• резервное копирование на уровне файловой системы; 
• непрерывное архивирование и восстановление до заданной точки во времени (PITR).

Если встроенных средств СУБД недостаточно, возможно подключение сторонних  инструментов репликации вроде Platform V CopyWala, Qlik Replicate, Debezium, или Platform V GraDeLy.

Преимущества использования СУБД

Системы управления позволяют:

• выдерживать нагрузку более десятков тысяч транзакций в секунду (TPS); 
• обеспечивать структурированное хранение петабайт информации; 
• масштабировать нагрузки вертикально или горизонтально; 
• гарантировать надёжность и сохранность сведений (резервное копирование, восстановление).

Распространённые ошибки при работе с базами данных

Если нет  резервных копий, есть риск потерять информацию при сбое диска или ошибке администратора. Взаимные блокировки в БД (deadlocks, дедлоки) могут замедлить работу системы.

Когда выбирать SQL и когда NoSQL

Итоги и ключевые выводы

СУБД позволяют создавать базы данных и управлять данными. Системы могут быть реляционными или нереляционными, иностранными или отечественными, свободно распространяемыми или коммерческими. Механизмы репликации, шардирования, индексации и резервного копирования позволяют использовать СУБД на проектах различной сложности: от простых приложений и сайтов до высоконагруженных систем.