# Βάση δεδομένων

Μια πρόταση επιλογής SQL και το αποτέλεσμά της
Η **[βάση δεδομένων** (γαλλ.: *Base de donnes*, αγγλ.: *database*, γερμ.: *Datenbank*) (database) είναι οργανωμένη συλλογή δεδομένων που υποστηρίζει αποθήκευση, ανάκτηση και διαχείριση πληροφοριών με τρόπο αξιόπιστο και αποδοτικό. Η κεντρική ιδέα των σχέσεων (relational model) —όπου τα δεδομένα ομαδοποιούνται σε πίνακες με πεδία τυποποιημένων τύπων και πρωτεύοντα κλειδιά— παραμένει θεμελιώδης για τις περισσότερες επιχειρησιακές εφαρμογές, επειδή επιτρέπει την εξασφάλιση ακεραιότητας, την αποφυγή πλεονασμού και την ευέλικτη ερώτηση των δεδομένων.

## Σχεδίαση και μοντελοποίηση δεδομένων

Η σωστή σχεδίαση βάσης δεδομένων ξεκινά από το εννοιολογικό μοντέλο (π.χ. ER — Entity–Relationship), συνεχίζει με το λογικό (π.χ. κανονικοποίηση σχέσεων, εξαρτήσεις λειτουργίας) και καταλήγει στο φυσικό σχήμα που εξαρτάται από το επιλεγμένο ΣΔΒΔ (DBMS). Η κανονικοποίηση (normalization) ελαχιστοποιεί επαναλήψεις και ασυμφωνίες, ενώ οι περιορισμοί ακεραιότητας (constraints) —τύποι πεδίων, μοναδικότητα, ξένα κλειδιά— διασφαλίζουν συνεπή εισαγωγή και συντήρηση δεδομένων. Η διαδικασία σχεδίασης πρέπει να λαμβάνει υπόψη τόσο τις λειτουργικές (transactional) ανάγκες όσο και απαιτήσεις απόδοσης (indexing, partitioning).

## Επιλογή ΣΔΒΔ και σύγχρονες κατηγορίες

Τα συστήματα διαχείρισης βάσεων Δεδομένων (DBMS) χωρίζονται κυρίως σε σχεσιακά (RDBMS) και μη σχεσιακά (NoSQL), με υποκατηγορίες: έγγραφα, κλειδιού-τιμής, γραφημάτων, και μηχανές χρονοσειρών. Οι επιλογές καθορίζονται από τις απαιτήσεις συνέπειας, κλίμακας και δομής των δεδομένων. Τα RDBMS υπερέχουν σε συναλλαγές ACID και πολύπλοκες συνενώσεις (joins), ενώ τα NoSQL προσφέρουν ευελιξία στο σχήμα και καλύτερη οριζόντια κλιμάκωση σε ορισμένα φορτία. Στη σύγχρονη πρακτική, πολλά συστήματα υιοθετούν υβριδικά πρότυπα ή NewSQL σχεδιασμούς για να συνδυάσουν συνέπεια και απόδοση.

## Απόδοση, ευρετήρια και βελτιστοποίηση ερωτημάτων

Η επίδοση εξαρτάται από σωστή χρήση ευρετηρίων (indexes), σχεδιασμό ερωτημάτων (query plans) και φυσική διάταξη δεδομένων (partitioning, clustering). Οι βελτιστοποιητές ερωτημάτων (query optimizers) μετατρέπουν SQL σε σχέδια εκτέλεσης. Η επιλογή ευρετηρίου (π.χ. B-tree, hash, GiST) εξαρτάται από τύπους αναζητήσεων. Επίσης, σε συστήματα μεγάλης κλίμακας, οι τεχνικές caching, materialized views και batch processing μειώνουν το λειτουργικό κόστος. Η σύγχρονη έρευνα δείχνει ισχυρή έμφαση σε ενεργειακή αποδοτικότητα ως παράμετρο σχεδιασμού, αφού η κατανάλωση ενέργειας συσχετίζεται πλέον άμεσα με το κόστος και τη βιωσιμότητα των υποδομών δεδομένων.

## Ακεραιότητα, ασφάλεια και ιδιωτικότητα

Η διασφάλιση ακεραιότητας περιλαμβάνει έλεγχο πρόσβασης, κρυπτογράφηση σε ανάπαυση και μεταφορά, και πολιτικές backup / disaster recovery. Οι διαδικασίες backup και disaster recovery εξασφαλίζουν την προστασία και ανάκτηση των δεδομένων σε περίπτωση σφαλμάτων συστήματος, φυσικών καταστροφών ή ανθρώπινου λάθους. Τα τακτικά αντίγραφα ασφαλείας (backups) και τα σχέδια αποκατάστασης (recovery plans) διασφαλίζουν ότι η βάση δεδομένων μπορεί να επανέλθει γρήγορα σε προηγούμενη, συνεπή κατάσταση, μειώνοντας την απώλεια πληροφοριών και τις διακοπές λειτουργίας. Σε τομείς με ευαίσθητα δεδομένα (υγεία, χρηματοοικονομικά) απαιτούνται αυστηρά πρωτόκολλα, καταγραφές (audit trails) και μηχανισμοί απο-αναγνώρισης (de-identification). Ο σχεδιασμός πρέπει επίσης να υποστηρίζει συμμόρφωση με νομικά πλαίσια (π.χ. GDPR), πράγμα που επηρεάζει επιλογές retention και δικαιώματα πρόσβασης.

## Πρακτικές υλοποίησης με ελεύθερα εργαλεία

Πολλές σύγχρονες εφαρμογές προτιμούν ελεύθερα και ανοικτού κώδικα εργαλεία (π.χ. PostgreSQL, MariaDB, MySQL) για οικονομία και δυνατότητα προσαρμογής. Η χρήση ανοικτών εργαλείων διευκολύνει την ενσωμάτωση με γλώσσες scripting (π.χ. Python) και την αυτοματοποίηση του ETL (extract-transform-load). Η διαδικασία Extract–Transform–Load (ETL) αποτελεί βασικό στάδιο στη διαχείριση δεδομένων και περιλαμβάνει την εξαγωγή πληροφοριών από διάφορες πηγές, τη μετατροπή τους σε ενιαία, καθαρή και συνεπή μορφή και τέλος τη φόρτωσή τους σε μια κεντρική βάση δεδομένων ή αποθήκη δεδομένων (data warehouse) για ανάλυση και αναφορά. Σε πρακτική εφαρμογή —όπως παραδείγματα σε παρακολουθούμενες εγκαταστάσεις φωτοβολταϊκών— οι λύσεις βασισμένες σε MariaDB + Python έδειξαν ότι μπορούν να ενοποιήσουν ανομοιογενή καταγραφικά δεδομένα και να επιτρέψουν αναλύσεις και ανίχνευση αποκλίσεων.

## Μελλοντικές προκλήσεις και τάσεις

Οι κύριες προκλήσεις που ανακύπτουν είναι (α) κλιμάκωση για μεγάλα δεδομένα (big data), (β) ενσωμάτωση με τεχνητή νοημοσύνη (AI) για έξυπνες ερωτήσεις και αυτοματοποιημένη βελτιστοποίηση, (γ) ενεργειακή αποδοτικότητα και βιωσιμότητα δεδομένων, και (δ) διαχείριση ετερογενών μοντέλων δεδομένων (πολυμορφικές πηγές). Η τάση προς cloud-native υπηρεσίες, vector/embedding indexes για αναζητήσεις βασισμένες σε AI, και η ανάπτυξη εργαλείων που συνδυάζουν συνέπεια και απόδοση (NewSQL) θα καθορίσουν τα επόμενα βήματα σχεδίασης.

Η βάση δεδομένων παραμένει βασικό συστατικό κάθε σύγχρονης πληροφορικής εφαρμογής. Η επιτυχής υλοποίηση απαιτεί συνδυασμό σωστής εννοιολογικής σχεδίασης, τεχνολογικής επιλογής προσαρμοσμένης στις απαιτήσεις συνέπειας και κλίμακας, και προσανατολισμό στην ασφάλεια και ενεργειακή αποδοτικότητα. Οι ανοικτές λύσεις και η πρόσβαση σε διεθνή ανοιχτά άρθρα και πόρους διευκολύνουν την εφαρμογή τεκμηριωμένων πρακτικών και την αξιολόγηση των επιλογών σε πραγματικές συνθήκες.

## Παραπομπές

## Βιβλιογραφία

* Trillo-Montero, D.; Cosano-Lucena, S.; Gonzalez-Redondo, M.; Luna-Rodriguez, J. J.; Santiago, I. (2023). Design and Development of a Relational Database Management System (RDBMS) with Open Source Tools for the Processing of Data Monitored in a Set of Photovoltaic (PV) Plants. Applied Sciences.
* Dilling, T. J. (2020). Artificial Intelligence Research: The Utility and Design of a Relational Database System. Advances in Radiation Oncology 5(6):1280–1285.
* Guo, B.; Yu, J.; Yang, D.; Leng, H.; Liao, B. (2022). Energy-Efficient Database Systems: A Systematic Survey. *ACM Computing Surveys.
* Watt, A. (2017). *Database Design* (2nd ed., open textbook). Center for Open Education / Open Textbook Library. (ανοιχτό βιβλίο διαθέσιμο online)

## Περαιτέρω ανάγνωση

* Ling Liu and Tamer M. Özsu (Eds.) (2009). "Encyclopedia of Database Systems, 4100 p. 60 illus.  (ISBN 978-0-387-49616-0).
* Gray, J. and Reuter, A. *Transaction Processing: Concepts and Techniques*, 1st edition, Morgan Kaufmann Publishers, 1992.
* Kroenke, David M. and David J. Auer. *Database Concepts.* 3rd ed. New York: Prentice, 2007.
* Raghu Ramakrishnan and Johannes Gehrke, *Database Management Systems*.
* Abraham Silberschatz, Henry F. Korth, S. Sudarshan, *Database System Concepts*.
* Lightstone, S.· Teorey, T.· Nadeau, T. (2007). *Physical Database Design: the database professional's guide to exploiting indexes, views, storage, and more*. Morgan Kaufmann Press. ISBN 978-0-12-369389-1.
* Teorey, T.; Lightstone, S. and Nadeau, T. *Database Modeling & Design: Logical Design*, 4th edition, Morgan Kaufmann Press, 2005.  (ISBN 0-12-685352-5).
* *CMU Database courses playlist*
* *MIT OCW 6.830 | Fall 2010 | Database Systems*
* *Berkeley CS W186*

## Εξωτερικοί σύνδεσμοι

* DB File extension – information about files with the DB extension