Что такое целостность информации. Целостность данных

Обеспечение целостности данных является важнейшей задачей при проектировании и эксплуатации систем обработки данных (СОД).

«Проблема целостности состоит в обеспечении... правильности данных в базе данных в любой момент времени» . Целостность - актуальность и непротиворечивость информации, ее защищенность от разрушения и несанкционированного изменения.

Целостность является одним из аспектов информационной безо­пасности наряду с доступностью - возможностью с приемлемыми затратами получить требуемую информационную услугу, и конфиден­циальностью - защитой от несанкционированного прочтения.

Целостность данных - неотъемлемое свойство базы данных, и ее обеспечение является важнейшей задачей проектирования БнД. Це­лостность данных описывается набором специальных предложений, называемых ограничениями целостности. Ограничения целостнос­ти представляют собой утверждения о допустимых значениях отдель­ных информационных единиц и связях между ними. Эти ограничения определяются в большинстве случаев особенностями предметной области, хотя могут отражать и чисто информационные (лингвисти­ческие) характеристики. Например, если используются цифровые коды для обозначения какой-либо номенклатуры, то ограничения на тип используемых символов для соответствующего атрибута в БД определяются не спецификой предметной области, а просто выбран­ным способом кодирования, а ограничение, выражающееся в том, что возраст работающего должен быть не менее 16 лет, - трудовым зако­нодательством, т.е. только спецификой предметной области.

При выполнении операций над БД проверяется выполнение огра­ничений целостности. Действия, приводящие к нарушению подоб­ных ограничений, отвергаются.

Ограничения целостности могут классифицироваться по разным признакам (рис. 4.1).

Ограничения целостности могут относиться к разным информа­ционным объектам  : атрибутам (полям), кортежам (строкам, записям), отношениям (таблицам, файлам)  * , связям между файлами и т.п.

Рис. 4.1. Общая схема классификации ограничений целостности

1. Поле. Для него чаще всего используются следующие виды ог­раничений.

1.1. Тип и формат поля. Тип поля определяет допустимые для данного поля символы, а иногда и более жесткие ограничения на до­пустимые значения (как, например, для полей типа дата или логи­ческое).

1. 2. Задание диапазона значений. Обычно используется для чис­ловых полей.

1.2.1. Различают односторонние и двусторонние диапазоны. Пер­вые фиксируют значение только одной из границ (верхней или ниж­ней), вторые - обеих границ. Так, например, до определенного време­ни в нашей стране ограничивался как нижний, так и верхний предел заработной платы. Это пример двустороннего закрытого диапазона. Затем ограничение по верхнему пределу было снято: заработная пла­та не может быть меньше установленного минимума, но максималь­ное ее значение законодательно не определено - ограничение стало односторонним.

1.2.2. Диапазоны бывают открытые и закрытые. Односторон­ний диапазон всегда является открытым, двусторонний может быть как открытым, так и закрытым.

Двусторонний диапазон будет открытым, если допустимые зна­чения меньше «левой» границы и больше «правой» (рис. 4.2). Зада­ние двусторонних открытых диапазонов используется гораздо реже, чем закрытых. Некоторые СУБД поддерживают высокоуровневые средства задания двусторонних закрытых диапазонов и не поддержи­вают - открытых. Пример открытого диапазона: орган социального обеспечения поддерживает базу данных, содержащих записи о лю­дях моложе 16 лет или старше 60.

Рис. 4.2. Графическая иллюстрация понятий открытого (а)

и закрытого (б) двустороннего диапазона

1.3. Признак непустого поля. Характеризует недопустимость пу­стого значения поля в БД. Так, например, в таблице, содержащей све­дения о сотрудниках, поля «Фамилия», «Имя», «Отчество», «Оклад» должны обязательно иметь какое-то значение, а у поля «Ученая_степень» значение может отсутствовать.

1.4. Задание домена. Поле может принимать значение из задан­ного множества. Множество возможных значений какого-либо атри­бута называется доменом. Домен может задаваться перечислением входящих в него значений (например, значением поля «Пол» может быть только либо «мужской» либо «женский»; значением поля «Дол­жность» для профессорско-преподавательского состава может быть: «ассистент», «старший преподаватель», «доцент» и «профессор») или алгоритмом вычисления допустимых значений (как это обычно про­исходит для полей типа «Дата»). Последний из приведенных приме­ров свидетельствует не только о возможностях СУБД по поддержа­нию целостности данных, но и о важности процедуры выбора типа данных при проектировании баз данных.

Следует обратить внимание, что термин «домен» здесь использу­ется не как сугубо реляционный, а для обозначения множества воз­можных значений какого-либо атрибута безотносительно к использу­емой модели данных.

1.5. Специфическим ограничением на значение поля является признак его уникальности. Это ограничение проверяет допустимость значения данного поля, но при этом просматривается вся таблица (файл). Поэтому, с одной стороны, данное ограничение правильнее было бы отнести к ограничениям на таблицу. Но, с другой стороны, ограничение на уникальность поля проверяется сразу после ввода значения конкретного поля, в отличие от большинства других огра­ничений целостности на таблицу.

Признак уникальности поля тесно связан с понятием ключа, но уже последнего, поскольку ключ может быть представлен не только одним полем, а совокупностью полей (составной ключ). Уникальное поле является вероятным ключом данного отношения. При наличии нескольких вероятных ключей один из них должен быть выбран в качестве первичного ключа. Поле, выбранное в качестве первичного ключа, не должно иметь пустых значений. Не все СУБД поддержива­ют концепцию ключа, т.е. позволяют определять ключ при описании БД. Некоторые СУБД для каждого файла (таблицы) требуют обяза­тельно определять ключ при описании базы данных. Другие СУБД (например, Access), в принципе поддерживая концепцию ключа, раз­решают создавать таблицы, в которых ключ не задан.

Ограничение на уникальность чаще всего возникает при отобра­жении в базе данных каких-то объектов, и уникальное поле являет­ся идентификатором этого объекта. Поэтому это ограничение цело­стности иногда называется ограничением целостности объекта (сущности).

1.6. Очень важным видом ограничений целостности являются функциональные зависимости. Информацию об имеющих место в данной предметной области функциональных зависимостях можно извлечь из инфологической модели (см. разд. 4.2). Эта информация используется и при проектировании базы данных, и для контроля це­лостности при ее функционировании. Если БД спроектирована пра­вильно, т.е. она находится в 4-й нормальной форме, то, определяя ключи и вероятные ключи отношений, тем самым определяются и имеющиеся функциональные зависимости между атрибутами.

1.7. Рассмотренные выше ограничения определяли проверки зна­чения поля вне зависимости от того, вводится это значение впервые или корректируются имеющиеся в базе данных значения. Ограниче­ния, которые используются только при проверке допустимости кор­ректировки, называют ограничениями перехода (или динамическими ограничениями ). Например, если в базе данных имеются поля «Возраст_сотрудника», «Стаж_работы» и т.п., то при корректировке зна­чения этих полей могут только увеличиваться. В аспекте правильнос­ти проектирования БД приведенные выше для иллюстрации поля, особенно поле «Возраст_сотрудника», лучше вообще не хранить в базе данных, а получать расчетным путем. Это не только существенно уп­ростит ведение базы данных, но и облегчит процесс обеспечения це­лостности данных.

Другим примером ограничения перехода является корректировка поля «Семейное_положение». Так, значение «вдовец» может быть исправлено только на «женат», а «холост» не может быть исправлен на «разведен» и т.п.

Ограничение целостности может относиться как к реальному, так и к виртуальному полю, т.е. полю, которое в явном виде в таблице не хранится (например, если в БД фиксируется только поле «Дата__рождения», а ограничение накладывается на возраст). Последнее порож­дает дополнительные сложности. Так, в рассматриваемом примере значение свойства «возраст» в явном виде в БД не хранится - значит, надо разрабатывать специальную процедуру проверки соблюдения ограничения в каждый момент времени и решать вопрос о периодич­ности использования этой процедуры для проверки БД. Когда про­верка происходит в момент ввода данных, то она играет двоякую роль: контроль правильности ввода данных и соответствие человека, о ко­тором вводятся данные, предъявляемым к нему требованиям. При периодической проверке данного ограничения после ввода данных происходит проверка соответствия самой предметной области уста­новленным требованиям.

Проверка соблюдения выполнения ограничений целостности, ес­тественно, замедляет процесс обработки данных. Поэтому иногда бывает полезным определить, могут ли внесенные изменения базы данных привести к нарушению тех или иных ограничений целостно­сти, и проводить контроль только в случае, когда такие нарушения потенциально могут возникнуть. Например, в предметной области может быть ограничение, заключающееся в том, что зарплата началь­ника не может быть ниже зарплаты его подчиненных. Тогда в случае увеличения зарплаты начальника соблюдение этого ограничения про­верять не надо, а в случае уменьшения - надо.

2. Кортеж (запись, строка ) . Здесь имеются в виду ограничения на соотношения значений отдельных полей в пределах одной строки. В качестве ограничения на соотношения полей внутри одного корте­жа можно привести следующее: значение поля «Стаж» не должно пре­вышать [«Возраст» - 16] (предполагается, что трудовой стаж челове­ка начинается не ранее чем в 16 лет).

3. Таблица. Ограничения целостности, относящиеся к таблице, затрагивают разные ее строки. Чаще всего для проверки их соблюде­ния приходится просматривать всю таблицу. К таким ограничениям относятся рассмотренные выше ограничения на уникальность поля или совокупности полей. Другим примером может служить ограни­чение для таблицы, содержащей сведения об окладах сотрудников, заключающееся в том, что средняя зарплата сотрудников не должна превосходить заданную величину. Такое ограничение может иметь место в случае, когда фонд заработной платы формируется исходя из величины нормативной средней заработной платы одного сотрудни­ка и численности сотрудников.

Имеется ряд ограничений целостности, которые проверяют соот­ношения между записями одной таблицы: 1) нельзя быть родителем и ребенком одного и того же человека; 2) год рождения родителя дол­жен быть меньше, чем год рождения ребенка. Первый из приведен­ных примеров является частным случаем более общего ограничения на отсутствие циклов. К аналогичным ограничениям относятся огра­ничения на наличие циклов при определении состава изделия (узел не может входить сам в себя), при описании организационной струк­туры и во многих других случаях. Если СУБД не позволяет контроли­ровать подобные ограничения целостности, то следует написать уни­версальную программу (создать процедуру), позволяющую это делать, поскольку такого рода проверки нужны достаточно часто.

4. Совокупность взаимосвязанных таблиц . Эти ограничения отличаются от рассмотренных выше, которые затрагивали информа­ционные единицы в пределах одной таблицы.

4.1. Наиболее часто встречающееся из этих ограничений - огра­ничение целостности связи. Оно выражается в том, что значение ат­рибута, отражающего связь между объектами и являющегося внешним ключом отношения, обязательно должно совпадать с одним из значе­ний атрибута, являющегося ключом отношения, описывающего соот­ветствующий объект. Например, если в базе данных существует таб­лица, отражающая связь между преподавателями и дисциплинами, которые каждый из них может преподавать, то код преподавателя в этой таблице должен соответствовать одному из кодов в таблице «Пре­подаватели», а код дисциплины - значению соответствующего поля в таблице «Дисциплины».

Ограничение целостности связи схоже по смыслу с ограничени­ем путем задания домена, только роль домена здесь играет соответ­ствующая колонка связанного отношения.

4.2. Разновидностью ограничения целостности связи является ограничение по существованию, заключающееся в том, что для суще­ствования объекта в отношении S 1 необходимо, чтобы он был связан с объектом в отношении S 2 .

Например, если сотрудника принимают на работу, то он должен быть «приписан» к какому-либо отделу, т.е. экземпляр записи «Со­трудник» может существовать только при существовании отдела, в котором он работает, и эта связь должна быть обязательно задана. В принципе в предметной области может быть и иная ситуация, допускающая наличие сотрудников, не приписанных ни к какому отделу. В последнем случае ограничение между таблицами «Сотрудник» и «От­дел» будет ограничением по связи, но не будет ограничением по существованию; т.е. ограничение по существованию является более сильным, чем простое ограничение по связи, и предполагает не толь­ко наличие соответствующего значения идентификатора отдела в таб­лице «Отдел», но и недопустимость пустого значения поля «Отдел» в таблице «Сотрудник».

Проблема обеспечения целостности по связи (и по существова­нию) по-разному выглядит при вставке новой записи в связанную таб­лицу, при корректировке записей, при удалении связанных записей. Например, если удаляется запись из основной таблицы, то возможны следующие варианты:

запись в основной таблице можно удалять только в том случае, если нет связанных с ней записей в подчиненной таблице;

при удалении записи основной таблицы удаляются все связан­ные с ней записи в зависимой таблице (так называемое каскадное удаление);

если это просто ограничение по связи, а не ограничение по су­ществованию, то возможен вариант, когда при удалении записи ос­новной таблицы значения соответствующего поля связанных с ней записей должны быть заменены на «пусто».

Удаление записей зависимой таблицы не может привести к нару­шению ограничения целостности по связи или существованию.

В предметной области в принципе может быть ситуация «обрат­ной связи по существованию», когда не может существовать запись основной таблицы без связанных с ней зависимых записей. Напри­мер, может быть ограничение, декларирующее, что не может быть отдела без сотрудников. Подобного рода ограничения контролировать сложнее, поскольку при удалении каждой записи зависимой таблицы надо смотреть, есть ли еще записи в зависимой таблице с таким же значением внешнего ключа.

При изменении значений полей связи важно, с какой стороны связи изменяется поле. Если изменяется ключевое поле в основной табли­це, то чаще всего проводится каскадное изменение соответствующих ему значений в зависимой таблице. Если такое изменение разрешить нельзя, то задача отслеживания изменений и обеспечения целостно­сти БД становится достаточно сложной.

Если изменение касается поля связи в зависимом файле, то при изменении нужно смотреть, есть ли новое значение в соответствующем поле основного файла. Иногда изменения поля связи в зависи­мом файле должны быть запрещены. Например, если имеется пара связанных таблиц «Отдел»-«Сотрудник», то изменение значения поля «Код отдела» в таблице «Сотрудник» будет означать перевод сотруд­ника в другой отдел (при изменении значения поля нужно проверять, что скорректированное значение не нарушает целостность по связи). Если же имеется пара связанных таблиц «Студент»-«Успеваемость», то изменение значение поля «Код_студента» в таблице «Успеваемость» следует запретить, поскольку такая корректировка означала бы, что результаты экзамена одного студента будут приписаны другому сту­денту, что бессмысленно.

В конкретных предметных областях могут быть и более сложные ограничения связи, затрагивающие кардинальность связи (т.е. число элементов в связи). Это можно проиллюстрировать на примере спортивных команд, которые имеют ограничения на минимальное число игроков. Например, волейбольная команда не может иметь мень­ше пяти игроков.

4.3. Кроме ограничений целостности связи ограничения, охваты­вающие несколько таблиц, могут представлять собой предложения, проверяющие отсутствие логических противоречий между данными взаимосвязанных таблиц. Например, если для каждой должности ус­тановлена определенная вилка оклада, то значение поля «Оклад» в таблице «Кадры» не должно выходить за пределы этой вилки, кото­рая зафиксирована в таблице «Должности».

5. Особым видом ограничений являются алгоритмические зави­симости между показателями. Если в БД хранятся как исходные, так и производные показатели, то необходимо поддерживать соответствие между ними. Следует обратить внимание на особенности корректи­ровки производных показателей: обычно их корректировка либо дол­жна быть запрещена, либо она должна быть следствием изменения исходных показателей.

6. Своеобразным видом ограничения является запрет на обнов­ление . Он может относиться как к отдельному полю, так и к записи или целой таблице. В некоторых СУБД существует запрет на коррек­тировку ключевого поля. Но даже в тех СУБД, которые позволяют корректировать ключевые поля, лучше стараться этого избегать.

Если объекты имеют статические свойства (на ER-диаграмме от­мечены буквой «С»), то для них можно задавать запрет на обновле­ние. Так, например, если описывается объект ЛИЧНОСТЬ, то такие атрибуты, как «Дата_рождения» и «Место_рождения» являются постоянными и меняться не могут. Задание запрета на обновление для соответствующих полей в базе данных гарантирует, что сохраненная в БД информации не будет случайно или преднамеренно искажена.

Рассмотрим следующий пример ограничения на обновление за­писи. Пусть в базе данных по кадровому составу для каждого сотруд­ника хранятся сведения об их поощрениях/наградах. Эта информа­ция хранится в таблице «Поощрения», имеющей поля: «Табельный_номер сотрудника», «Вид_поощрения», «Дата». В эту таблицу могут добавляться записи, но каждая отдельная запись изменяться не может.

В рассматриваемом примере наблюдается также ограничение свя­зи по существованию между таблицами «Поощрения» и «Сотрудни­ки»: «Табельный_номер» в таблице «Поощрения» должен обязатель­но присутствовать в таблице «Сотрудники»; при удалении записи в таблице «Сотрудники» все связанные с ней записи в таблице «Поощ­рения» должны быть также удалены.

Некоторые СУБД позволяют задавать при описании данных так называемое обязательное членство для включения и каскадное уда­ление. В этом случае целостность при корректировке будет обеспечи­ваться системой автоматически.

7. Ограничения целостности можно не только накладывать, но и отменять. При этом между отношениями могут существовать зависи­мости, и отмена одного из них может потребовать ликвидации дру­гих (ссылочных) ограничений, зависящих от первоначального. На­пример, если объявлено, что в таблице, содержащей сведения об орга­низациях, поле «Наименование_организации» является уникальным и объявлена ссылочная целостность с таблицей «Поставка», в кото­рой также имеется это поле, а потом отменяется ограничение на уни­кальность поля «Наименование_организации» в первой таблице, то ссылочное ограничение целостности также должно быть удалено (по­скольку ссылочная целостность проверяется только в случае, если в главной таблице соответствующее поле является ключевым). Неко­торые СУБД автоматически поддерживают каскадное удаление огра­ничений целостности, когда при удалении одного из них удаляются все зависящие от него ограничения целостности.

Другими словами, понятие целостности можно отнести не только к БД, но и к самой системе ограничений, и было бы хорошо, чтобы СУБД ее автоматически поддерживали.

8. По моменту контроля за соблюдением ограничения целостно­сти различают одномоментные и отложенные ограничения целостности. Отложенные ограничения целостности могут не соблюдать­ся в процессе выполнения какой-то группы операций, но должны быть соблюдены по их завершении.

С понятием отложенного ограничения целостности тесно связа­но понятие транзакции - законченной совокупности действий над БД, которая переводит БД из одного целостного в логическом смысле со­стояния в другое целостное состояние.

Примером отложенных ограничений целостности могут служить действия при выполнении бухгалтерских проводок: в бухгалтерском учете действует принцип двойной записи; в какой-то момент, когда проведена запись по дебету счета, но еще не проведена запись по кре­диту корреспондирующего счета, может временно нарушиться баланс, но по завершении операции баланс должен соблюдаться.

9. Другим признаком классификации по временному признаку является классификация по режиму проверки корректности БД . Возможны два режима проверки ограничений целостности: провер­ка в момент корректировки и проверка существующей БД. Назовем первый из них оперативным режимом , второй - аудитом БД.

10. По необходимости описания ограничения целостности могут быть явными и неявными . Неявные ограничения целостности опре­деляются спецификой модели данных и проверяются СУБД автома­тически. Так, например, в иерархических СУБД запись-ребенок не может иметь несколько родителей, аналогично в сетевых СУБД с од­нотипными файлами для каждого набора может быть только один вла­делец. Неявные ограничения целостности обычно относятся к классу синтаксических ограничений целостности, в отличие от семантичес­ких ограничений целостности, обусловленных спецификой предмет­ной области. К этому же классу ограничений целостности можно отнести проверку на допустимое значение даты при выборе соответ­ствующего типа данных.

11. Рассмотренные выше виды ограничений целостности относи­лись к данным пользователя . Понятие целостности может касаться и служебной информации . Для реляционных СУБД это прежде все­го относится к поддержанию соответствия между индексными фай­лами и соответствующими им индексируемыми файлами баз данных.

12. Наряду с понятием целостности базы данных может быть вве­дено понятие информационной целостности банка данных , зак­лючающееся в обеспечении правильности взаимосвязи всех его ин­формационных компонентов (файлов баз данных, программных фай­лов, описаний форм ввода-вывода, отчетов. Следует отметить, что в некоторых СУБД, в частности Access, совокупность этих элементов называется базой данных.). Например, если для файла базы данных имеется связанная с ним форма вывода и вы удалите из файла поле, вывод которого предусмотрен в этой форме, то возникнет ошибка при работе системы. Нарушения целостности могут возникнуть, если из­менить тип данных, и во многих других случаях.

Некоторые СУБД имеют специальный механизм, позволяющий отслеживать согласованность различных информационных компонен­тов банка данных.

Для отслеживания взаимосвязи между всеми информационными компонентами БнД должны использоваться словари данных.

С обеспечением целостности БнД в целом на настоящий момент времени дело обстоит хуже, чем с контролем целостности БД в узком смысле этого понятия. Так, немногие СУБД при изменении, напри­мер, имени поля хотя бы предоставляли метаинформацию о том, ка­кие объекты (запросы, программные модули, формы, отчеты, прави­ла проверки ограничений на значения) имеют ссылку на измененный объект, не говоря уже о том, чтобы автоматически внести необходи­мые изменения.

13. Различают логическую и физическую целостность БД. Логи­ческая целостность - состояние БД, характеризующееся отсутстви­ем нарушений ограничений целостности, присущих логической мо­дели данных (т.е. неявных ограничений), и явных ограничений, за­данных декларативным или процедурным путем. Выше речь шла именно о логической целостности. Физическая целостность - от­сутствие нарушений спецификаций схемы хранения, а также физи­ческих разрушений данных на носителе.

Работоспособность программы может нарушиться не только при изменении структуры БД, но и при перемещении тех или иных фай­лов, используемых ею, в другую директорию. Это также необходимо учитывать при проектировании ИС.

Задание ограничений целостности и их проверка - важная часть проектирования и функционирования банков данных. Ограничения целостности, присущие той или иной предметной области, должны быть выявлены при обследовании и зафиксированы в инфологической модели. Вопрос о необходимости проверки ограничений цело­стности при функционировании БнД должен решаться на основе ана­лиза эффективности проекта, так как в некоторых случаях для ее реа­лизации требуются значительные затраты ресурсов.

Ограничения целостности в банках данных могут задаваться либо при описании баз данных (декларативный способ задания ), либо в программах обработки данных (процедурный способ задания ). Пер­вый подход более предпочтителен, и не только потому, что при декла­ративном способе задания используется более высокий уровень язы­ковых средств, но и потому, что один раз заданные ограничения будут контролироваться при выполнении всех операций над данными.

Разные СУБД обладают различным набором средств для обеспе­чения целостности данных. При проектировании БнД необходимо изучить, какие возможности по контролю целостности предоставля­ет используемая СУБД. Если СУБД автоматически не поддерживает то или иное нужное ограничение, то обеспечение его соблюдения ста­новится заботой пользователя (проектировщика).

В СУБД семейства xBASE основная масса ограничений целост­ности должна была быть определена на ЯМД, так как в ЯОД практи­чески отсутствовали средства определения ограничений целостно­сти данных. Часть ограничений целостности можно было задавать при создании экранных форм.

В современных СУБД многие ограничения можно описать на ЯОД. Они хранятся в схеме данных и при работе с БД поддерживаются ав­томатически.

Для контроля целостности БД применяется также механизм триг­геров. Триггер - это действие, которое активизируется при наступле­нии указанного события (вставки, удаления, обновления записи). Триг­геры специфицируются в схеме базы данных.

Более широким понятием по отношению к триггеру является по­нятие хранимая процедура. Хранимые процедуры описывают фраг­менты логики приложения, хранятся и исполняются на сервере, что позволяет улучшать характеристики производительности.

целостность данных - Свойство, при выполнении которого данные сохраняют заранее определенный вид и качество. целостность данных Сервис контроля доступа, гарантирующий, что принятые по сети данные не были… …

Целостность данных термин в информатике и теории телекоммуникаций, который означает, что данные полны, условие того, что данные не были изменены при выполнении любой операции над ними, будь то передача, хранение или представление. В… … Википедия

Целостность данных - Целостность (данных) (integrity (of data)): свойство данных сохранять точность и непротиворечивость независимо от внесенных изменений (ИСО/МЭК 2382 8)... Источник: ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ЗДОРОВЬЯ. ТРЕБОВАНИЯ К АРХИТЕКТУРЕ ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕТА ЗДОРОВЬЯ.… … Официальная терминология

целостность (данных) - (integrity (of data)): Свойство данных сохранять точность и непротиворечивость независимо от внесенных изменений (ИСО/МЭК 2382 8). Источник: ГОСТ Р ИСО/ТС 18308 2008: Информатизация здоровья. Требования к архитектуре электронного учета здоровья …

целостность данных - 2.23 целостность данных (data integrity): Соответствие значений всех данных базы данных определенному непротиворечивому набору правил. Источник: ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 10032 2007: Эталонная модель управления данными целостность данных: Способность… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Целостность информации (также целостность данных) термин в информатике и теории телекоммуникаций, который означает, что данные полны, условие того, что данные не были изменены при выполнении любой операции над ними, будь то передача,… … Википедия

целостность системы - 1. Качество системы, которым она обладает, если корректно выполняет все свои функции, свободна от намеренных или случайных несанкционированных манипуляций. 2. Состояние системы, в котором существует полная гарантия того, что при любых условиях… … Справочник технического переводчика

целостность - 2.15 целостность (integrity): Свойство сохранения правильности и полноты активов. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Свойство базы данных, означающее, что БД содержит полную и непротиворечивую информацию, необходимую для корректного функционирования приложений. Для обеспечения целостности накладывают ограничения целостности. См. также: Базы данных Финансовый… … Финансовый словарь

целостность на уровне ссылок - ссылочная целостность целостность ссылочных данных — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы ссылочная целостностьцелостность ссылочных… … Справочник технического переводчика

Книги

• Ядро Oracle. Внутреннее устройство для администраторов и разработчиков баз данных
• Ядро Oracle. Внутреннее устройство для администраторов и разработчиков данных , Льюис Джонатан. В данной книге автор приводит только самую необходимую информацию о внутреннем устройстве СУБД Oracle, которую должен знать каждый администратор баз данных, чтобы успешно бороться с…

Одним из основополагающих понятий в технологии баз данных является понятие целостности. В общем случае это понятие, прежде всего, связано с тем, что база данных отражает в информационном виде некоторый объект реального мира или совокупность взаимосвязанных объектов реального мира. В реляционной модели объекты реального мира представлены в виде совокупности взаимосвя­занных отношений. Под целостностью будем понимать соответствие информационной модели предметной области, хранимой в базе данных, объектам реаль­ного мира и их взаимосвязям в каждый момент времени.

Любое изменение в пред­метной области, значимое для построенной модели, должно отражаться в базе данных, и при этом должна сохраняться однозначная интерпретация информационной модели в терминах предметной области.

В модели данных должны быть предусмотрены средства и методы, которые позволят обеспечивать динамическое отслеживание в базе данных согласованных действии, связанных с согласованным изменением информации.

Поддержка целостности в реляционной модели данных в ее классическом понимании включает в себя 3 аспекта.

Во - первых это поддержка структурной целостности, которая трактуется как то, что реляционная СУБД должна допускать работу только с однородными структурами данных типа «реляционное отношение». При этом понятие <реляционного отношения > должно удовлетворять всем ограничениям, накладываемым на него в классической теории реляционной БД (отсутствие дубликатов кортежей, соответственно обязательное наличие первичного ключа, отсутствие понятия упорядоченности кортежей).

В дополнение к структурной целостности необходимо рассмотреть проблему неопределенных Null значений. Неопределенное значение интерпретируется в реляционной модели как значение неизвестное на данный момент времени. Это значение при появлении дополнительной информации в любой момент времени может быть заменено на некоторое конкретное значение. При сравнении неопределенных значений не действуют стандартные правила сравнения одно неопределенное значение никогда не считается равным другому неопределенному значению. Для выявления равенства значения некоторого атрибута неопределенному значению применяют стандартные специальные операторы:

<имя атрибута>IS NULL и <имя атрибута> IS NOT NULL.

Если в данном кортеже (в данной строке) указанный атрибут имеет неопределенное значение, то предикат IS NULL принимает значение TRUE (Истина), а предикат IS NOT NULL - FALSE (Ложь), в противном случае предикат IS NULL принимает значение FALSE а предикат IS NOT NULL принимает значение TRUE.

В стандарте SQL2 появилась возможность сравнивать не только конкретные зна­чения атрибутов с неопределенным значением, но и результаты логических вы­ражений сравнивать с неопределенным значением, для этого введена специаль­ная логическая константа UNKNOWN. В этом случае операция сравнения выглядит так. Логическое выражение> IS {TRUE | FALSE | UNKNOWN}

Во вторых, это поддержка языковой целостности, которая состоит в том, что реляционная СУБД должна обеспечивать языки описания и манипулирования данными не ниже стандарта SQL. He должны быть доступны иные низкоуров­невые средства манипулирования данными, не соответствующие стандарту.

Именно поэтому доступ к информации, хранимой в базе данных, и любые изме­нения этой информации могут быть выполнены только с использованием опреаторов языка SQL.

В третьих, это поддержка ссылочной целостности (Declarative Referential Integrity, DRI).

При поддержании ссылочной целостности между главной и подчиненной таблицами часто используются следующие правила:

Подчиненная строка не может быть вставлена, пока не существует главная строка. Например, нельзя ввести записи позиций счет - фактуры, пока в главной таблице не появится запись счета. Однако в поле внешнего ключа возможен ввод пустых значений, показывающих, что записи только подготавливаются и пока не являются связанными;

Главная строка не может быть удалена до удаления всех подчиненных строк. Например, нельзя удалить запись счет - фактуры, если в подчиненной таблице имеются записи позиций счета;

Если значение первичного ключа в главной строке изменено, все значения внешнего ключа, которые обращаются к этому значению первичного ключа, должны быть также обновлены; и наоборот, нельзя изменить значение ключевого поля в главной таблице, если существуют связанные записи.

Чтобы наложить эти правила на конкретную связь в СУБД Access, при ее создании следует установить флажок Обеспечение целостности данных в окне Изменение связи . Если данный флажок установлен, то любая попытка выполнить действие, нарушающее одно из перечисленных выше правил, приведет к выводу на экран предупреждения, а само действие выполнено не будет.

Ссылочная целостность обеспечивает поддержку непротиворечивого состояния БД в процессе модификации данных при выполнении операций добавления или удаления.

С целью обеспечения целостности данных при создании приложений используются ограничения целостности.

Ограничение - некоторое ограничивающее условие. В базе данных - общее понятие, охватывающее широкий круг аспектов управления базой данных: ключи, значения, типы и форматы данных и т. д. Ограничения устанавливают для пользователя некоторые рамки при вводе, изменении или удалении данных приложения.

Например, ограничение можно использовать, чтобы гарантировать, что каждый служащий в базе данных будет относиться к какому-либо отделу или что пользователи не смогут случайно ввести отрицательное значение для цены товара.

Ограничения можно определять на двух уровнях:

В базе данных. Ограничения в базе данных ассоциируются с определениями объектов-таб­лиц. Например, для таблицы может быть установлено ограничение, которое требует, чтобы каждое значение в столбце было уникальным.

В приложении Access (в программном коде или свойствах объектов ). Ограничения в приложении ассоциируются с объектами приложения, которые формируют интерфейс к информации базы данных. Например, текстовое поле может иметь ограничение, которое требует, чтобы все вводимые в него значения были больше 20.

Ограничения в базе данных. Ограничение в базе данных - декларативно определенное правило, ограничивающее значения, которые могут быть введены в столбец или набор столбцов в таблице. Ограниче­ния базы данных являются декларативно определяемыми, так как определяют ограничения как часть структуры таблицы при ее создании или изменении.

Будучи однажды ассоциировано с таблицей, ограничение всегда поддерживается, если его явно не удалить или не деактивировать.

Размещение ограничений в базе данных имеет следующие преимущества:

Централизация . Ограничение базы данных определяется только один раз и может автоматически использоваться всеми клиентами, обращающихся к базе данных. Определение ограничения в базе данных освобождает разработчика от необходимости вносить одни и те же ограничения в каждую форму, которая использует данную информацию. Кроме того, при необходимости модифицировать ограничение изменения вносятся только в один объект;

Защита. Ограничения базы данных всегда поддерживаются, независимо от того, какой инструмент доступа к данным используется. С другой стороны, ограничения, определенные в приложении, могут быть нарушены пользователем, использующим для доступа к тем же таблицам другое приложение или инструмент;

Простота . Ограничения базы данных просты в определении и не требуют никакого программного кода.

Типы ограничений в базе данных. Типы ограничений, которые можно ассоциировать с таблицей, варьируются в зависимости от базы данных, в которой хранится эта таблица. Описанные ниже категории ограничений поддерживаются большинством реляционных баз данных, в том числе и Microsoft Access.

Ограничения Null или Not Null. Ограничения разрешают или запрещает ввод в столбец таблицы пустых значений. Оно всегда применяется к отдельным столбцам. Ограничения Not Null используются, чтобы гарантиро­вать, что для важных данных всегда имеются значения. Например, это ограничение можно использовать, чтобы гарантировать, что в записи каждого служащего в базе данных был про­ставлен его оклад.

При определении структуры таблицы это ограничение в СУБД Access задается установкой значений свойств Обязательное поле и Пустые строки поля табли­цы . Необходимо различать два типа пустых значений: пустые (Null) значения и пустые строки. В некоторых ситуациях поле может быть оставлено пустым потому, что данные для него либо существуют, но пока неизвестны, либо их не существует вовсе. В связи с этим и различают два типа пустых строк. Например, если в таблице есть поле "Номер факса", то оно может быть пустым потому, что пользователь не знает, есть ли у клиента номер факса или нет, или потому, что он знает, что номера факса у клиента нет. Таким образом, если поле имеет пустое (Null) значение, то это означает, что его значение неизвестно. Если же введена пустая строка (два знака прямых кавычек (" ")), то это означает, что строкового значения нет.

Ограничения Unique . Ограничение запрещает пользователю ввод в столбец или набор столбцов дублированных значений. Ограничение Unique может активироваться для отдельного столбца или для комбинации столбцов. В последнем случае ограничение Unique иногда называется составным ограничением Unique.

Ограничения Unique используются, чтобы гарантировать, что в таблице не будет дублиро­ванных значений столбцов. Например, оно может гарантировать, что каждому служащему в базе данных будет присвоен уникальный номер.

Ограничение Unique не запрещает пользователю ввод в таблицу нескольких пустых значе­ний - пустое значение в столбце всегда удовлетворяет ограничению Unique. Чтобы пред­отвратить ввод в столбец с ограничением Unique пустых значений, к столбцу необходимо также добавить ограничение Not Null.

В Access ограничение Unique инициируется установкой значения "Да (Совпадения не допу­скаются )" для свойства Индексированное поле либо установкой значения "Да " для свой­ства Уникальный индекс .

Ограничения Primary Key. Ограничение Primary Key гарантирует, что каждая строка в таблице будет уникально иден­тифицирована значением в столбце или наборе столбцов первичного ключа. Ограничение по первичному ключу объединяет черты ограничения Unique и ограничения Not Null.

Обычно рекомендуется включать ограничение Primary Key в каждой создаваемой таблице. Использование первичного ключа может значительно повысить быстродействие доступа к строкам таблицы. Ограничение Primary Key также используется для поддержания ссылоч­ной целостности, когда в базе данных определены отношения один – ко - многим. Установка ссылочной целостности позволяет поддерживать соответствие между главной и подчинен­ной таблицами. Для поддержания ссылочной целостности ограничения Primary Key исполь­зуются в комбинации с ограничениями Foreign Key, описанными ниже.

Некоторые СУБД (такие, как Access) могут автоматически поддерживать полную ссылочную целостность после создания ограничений Foreign Key и Primary Key. В других базах данных (таких, как SQL Server ранних версий) необходимо определить обработку ссылочной целостности отдельно (обычно в триггере). Однако в любом случае, чтобы установить в базе данных правила ссылочной целостности, необходимо определить огра­ничения Primary Key и Foreign Key.

Примечание: Установить правила ссылочной целостности можно также в приложении. Поддержание ссылочной целостности на уровне приложения не требует специфицирования ограничений Primary Key и Foreign Key, однако в этом случае все требуемые процедуры и правила должны быть реализованы программным способом.

Ограничения Foreign Key. Ограничение Foreign Key (внешний ключ) гарантирует, что каждое значение, введенное в столбец, уже существует в некотором другом столбце (обычно в другой таблице). Ограни­чения Foreign Key обычно используются для поддержания ссылочной целостности, когда в базе данных определены отношения один – ко - многим. Ограничения Foreign Key всегда ис­пользуются вместе с ограничениями Primary Key (описанными в предыдущем разделе).

В отношении один –ко - многим внешний ключ - столбец в подчиненной таблице, которая содержит идентификатор строки в главной таблице. Значение в столбце внешнего ключа равно значению в столбце первичного ключа в другой таблице.

В отношении один – к - одному каждая строка в подчиненной таблице соответствует уникаль­ной строке в главной таблице. В отношении один – ко - многим одной строке в главной таблице может соответствовать любое количество строк в подчиненной таблице.

Кроме рассмотренных ограничений целостности существуют:

1. Ограничения реальных значений данных, хранимых в БД, чтобы значение поля принадлежало некоторому диапазону значений, либо соблюдалось некоторое арифметическое соответствие между значениями различных полей.

2. В заданном отношении для каждого кортежа между значениями по­лей А и В должно всегда выполняться условие, что первое больше второ­го.

3. Значения, которые принимает некоторый атрибут, должны быть ог­раничены заданным диапазоном.

4. Для некоторого атрибута (или комбинации атрибутов) может су­ществовать конечный, небольшой по размеру набор допустимых значений (например, по атрибуту ОБРАЗОВАНИЕ может быть только значения НАЧАЛЬ­НОЕ, НЕПОЛНОЕ СРЕДНЕЕ, СРЕДНЕЕ, НЕПОЛНОЕ ВЫСШЕЕ, ВЫСШЕЕ).

5. Значение некоторого атрибута должны удовлетворять опреде­ленно­му формату.

5. Множество значений одного из атрибутов отношения должно удов­летворять некоторому статическому условию. Например, конкрет­ное значе­ние не должно превышать более чем в два раза среднее значе­ние.

7. Множество значений некоторого столбца отношения является подмножеством значений другого столбца этого отношения.

Кроме перечисленных, существуют и другие ограничения целостности. Например, огра­ниче­ния на условия выполнения параллельных операций над данными в базе; ограничения типа "старый" - "новый", когда БД переходит в но­вое состо­яние.

Описание ограничений це­лостности содержит две части. В первой из них вы­ражается само ограничение, во второй описывается, когда, при каких условиях должна выполняться про­верка. Язык манипулирования данными реальных систем позволяют в той или иной мере поддержи­вать многие из рассмотренных ог­раничений целостности.

Целостность данных

Определение 1

Целостностью данных можно назвать механизм поддержания соответствия базы данных предметной области.

В реляционной модели данных определяют две базовые категории обеспечения целостности:

• целостность ссылок;
• целостность сущностей.

Определение 2

Под целостностью понимают правильность данных в любой момент времени.

Данной цели можно достигнуть только в определенных пределах : СУБД не может выполнять контроль правильности каждого отдельного значения, которое вводится в базу данных (несмотря на то, что можно выполнить проверку каждого значения на правдоподобность). К примеру, невозможно проверить, что введенное значение 7, которое представляет номер дня недели, на самом деле должно быть равным 4. Но значение 8 однозначно будет являться ошибочным и база данных должна отвергнуть такое значение. В таком случае СУБД необходимо сообщить, что номера дней недели должны выбираться из набора чисел (от 1 до 7).

Поддержание целостности БД может быть рассмотрено как обеспечение защиты данных от разрушений или ошибочных изменений (не стоит путать с незаконными разрушениями и изменениями, которые являются проблемой безопасности).

Ограничения целостности

Определение 3

Ограничения целостности являются специальными средствами баз данных, которые предназначены для предупреждения возможности попадания в базу недопустимым данным (к примеру, не дать пользователю совершить ошибки при введении данных).

Ограничения целостности делятся на 3 основные категории :

1. Средства обеспечения доменной целостности – предназначены для недопущения ввода в поля базы данных недопустимых значений. К примеру, наименование товара должно состоять из букв, а номер телефона – из цифр. Обеспечивается такая целостность в базах данных зачастую установлением условий на значение, ключами, хранимыми процедурами, триггерами, запретом пустых значений.
2. Сущностная целостность, главной задачей которой является недопущение двукратного попадания данных об одной сущности в базу. Такую целостность обеспечивает установление ограничения уникальности и первичный ключ. Она не допускает, чтобы любой атрибут, который принадлежит первичному ключу, мог принимать неопределенное значение.
3. Ссылочную целостность обеспечивает система внешних и первичных ключей. К примеру, с помощью данных средств можно дать гарантию, что в базе не будет заказов, которые оформлены на покупателей, отсутствующих в базе данных.

Внешний ключ должен иметь значение, которое:

• равно значению первичного ключа характеризуемой (ассоциируемой) сущности;
• полностью не определено, то есть каждое значение атрибута, который участвует во внешнем ключе, должно являться неопределенным.

Средства декларативного характера создают в виде составных частей объектов при их определении в БД (к примеру, установление условия на значение при создании таблицы в БД).

Средства процедурного характера (хранимые процедуры и триггеры) реализованы в виде отдельных программных модулей.

В основном декларативные ограничения являются менее функциональными, но более экономными по отношению к ресурсам и наоборот. Обратим внимание, что использованием развитой системы ограничений целостности определяется зрелость БД. Зачастую легче с самого начала обеспечить непопадание в базу данных неверных значений, чем после убирать их из базы данных.

К тому же, разработчики при создании ограничений целостности должны обеспечить перехват ошибок, которые возникают при нарушениях целостности, клиентским приложением.

Также выделяют целостность, определяемую пользователем . Любая база данных содержит дополнительные специфические правила, относящиеся только к ней и определяющиеся разработчиком. При этом чаще всего контролируют:

• уникальность каких-либо атрибутов;
• диапазон значений (например, оценкой может быть лишь 2, 3, 4, 5);
• принадлежность набору значений (к примеру, пол «Ж» или «М»).

Целостность базы данных -- соответствие имеющейся в базе данных информации её внутренней логике, структуре и всем явно заданным правилам. Каждое правило, налагающее некоторое ограничение на возможное состояние базы данных, называется ограничением целостности.

Целостность БД не гарантирует достоверности содержащейся в ней информации, но обеспечивает, по крайней мере, правдоподобность этой информации, отвергая заведомо невероятные, невозможные значения. Таким образом, не следует путать целостность БД с достоверностью БД. Достоверность (или истинность) есть соответствие фактов, хранящихся в базе данных, реальному миру. Очевидно, что для определения достоверности БД требуется обладание полными знаниями как о содержимом БД, так и о реальном мире. Для определения целостности БД требуется лишь обладание знаниями о содержимом БД и о заданных для неё правилах. Поэтому СУБД может (и должна) контролировать целостность БД, но принципиально не в состоянии контролировать достоверность БД. Контроль достоверности БД может быть возложен только на человека, да и то в ограниченных масштабах, поскольку в ряде случаев люди тоже не обладают полнотой знаний о реальном мире.

Одной из важнейших задач, решаемой СУБД, является поддержание в любой момент времени взаимной непротиворечивости, правильности и точности данных, хранящихся в БД. Этот процесс называется обеспечением целостности базы данных.

Следует различать проблемы обеспечения целостности базы данных и защиты базы данных от несанкционированного доступа. Поддержание целостности базы данных может интерпретироваться как защита данных от неправильных действий пользователей или некоторых случайных внешних воздействий. В обеих ситуациях нарушения целостности базы данных имеют непреднамеренный характер.

Целостность базы данных может быть нарушена в результате сбоя оборудования; программной ошибки в СУБД, операционной системе или прикладной программе; неправильных действий пользователей. Эти ситуации могут возникать даже в хорошо проверенных и отлаженных системах, несмотря на применяемые системы контроля. Поэтому СУБД должна иметь средства обнаружения таких ситуаций и восстановления правильного состояния базы данных.

Целостность базы данных поддерживается с помощью набора специальных логических правил, накладываемых на данные, называемых ограничениями целостности. Ограничения целостности представляют собой утверждения о допустимых значениях отдельных информационных единиц и связях между ними. Ограничения целостности хранятся в словаре БД.

Обеспечение целостности данных гарантирует качество данных в таблице.

При планировании таблиц имеются два важных шага: определить допустимые значения для столбца и решить, каким образом обеспечить целостность данных в этом столбце. Целостность данных подразделяется на следующие категории:

• 1. Сущностная целостность -- определяет строку как уникальную сущность в конкретной таблице. Она обеспечивает целостность столбцов идентификаторов или первичного ключа таблицы с помощью индексов и ограничений UNIQUE или PRIMARY KEY.
• 2. Доменная целостность -- это достоверность записей в конкретном столбце. Она включает ограничения типа данных, ограничения формата при помощи ограничений CHECK и правил, а также ограничения диапазона возможных значений при помощи ограничений FOREIGN KEY, CHECK, DEFAULT, определений NOT NULL и правил.
• 3. Ссылочная целостность -- сохраняет определенные связи между таблицами при добавлении или удалении строк.

В SQL Server ссылочная целостность основана на связи первичных и внешних ключей (либо внешних и уникальных ключей) и обеспечивается с помощью ограничений FOREIGN KEY и CHECK. Ссылочная целостность гарантирует согласованность значений ключей во всех таблицах. Этот вид целостности требует отсутствия ссылок на несуществующие значения, а также обеспечивает согласованное изменение ссылок во всей базе данных при изменении значения ключа.

При обеспечении ссылочной целостности SQL Server не допускает следующих действий пользователей:

• - Добавления или изменения строк в связанной таблице, если в первичной таблице нет соответствующей строки;
• - Изменения значений в первичной таблице, которое приводит к появлению потерянных строк в связанной таблице;
• - Удаления строк из первичной таблицы, если имеются соответствующие ей строки в связанных таблицах.
• 4. Пользовательская целостность -- позволяет определять бизнес-правила, не входящие ни в одну из категорий целостности. Поддержку пользовательской целостности обеспечивают все остальные категории целостности: любые типы ограничений уровня столбца и уровня таблицы в инструкции CREATE TABLE, хранимых процедурах и триггерах.