五大資料庫管理系統之比較

附:比較總表

比較五個主要的關聯式資料庫系統 : Oracle7 Version 7.3，Sybase SQL Sever 11，Informix-Online 7.2，Microsoft SQL Server 6.5以及 DBMaker 3.0

文/ 于文貞　

在我們購買洗衣機時，我們會比較各廠牌的性能， 如是否有Fuzzy功能，是否是不銹鋼的，是否有殺菌除臭或者是否符合環保概念。

同樣的，在選購資料庫系統時，我們會希望我們買到的產品能符合我們的需求，而把各家的功能拿來比較一番。但是在這樣的一個 checklist 中， 每個項目的結果並不只是 Yes 或 No 這樣簡單，它常常是一個問答題，各家做到的程度不同，甚至連答題的方向也不同。若是沒有仔細瞭解， 可能就跳進了一個都是 Yes 卻沒有一項是真正符合需求的陷阱中。

在這篇文章中，我們會比較五個主要的關聯式資料庫系統 : Oracle7 Version 7.3，Sybase SQL Sever 11，Informix-Online 7.2，Microsoft SQL Server 6.5 以及DBMaker 3.0。除了提供一個 checklist 之外 ，也希望藉由討論來更深入地瞭解這幾個資料庫系統。

在 1996 年 2 月的 Oracle Developer's Conference中，Oracle 聲稱 Release 7.3 結合了關聯式資料庫系統與 web，文件處理 ( text management )，messaging 與 Multimedia functions。它是為了符合 network-centric computing，mission-critical OLTP 以及資料倉儲 ( Data warehousing ) 的需要而推出的資料庫系統。幾乎是同一年，Sybase Server 11 則是因為 在 SQL Server 10 推出後，受到各方很多負面的評價，而推出的新產品。他們宣稱重新設計後的 SQL Server 符合 ISO 9000 的標準而且是 scaleable，能充份利用 Operating System 與硬體的功能。另外一家資料庫公司 Informix， 則由於意識到關聯式資料庫系統 在處理複雜的資料型態如 text、image、spatial data 上的能力不足，而認為下一代的資料庫系統應為 ORDB ( Object-Relational database system )，並且積極往此一方向前進。至於 Microsoft SQL Server，它們最早的版本是由 Sybase SQL Server version 4.2 移植過來的。除了加強與 Back Office 的結合外，在 Windows NT system 上的執行速度也因與 OS 作深層 combine 而比其他幾家大佔便宜。

DBMaker 繼 2.0 版之後，增加了分散式資 料庫，database replication、 trigger 、stored procedure、embedded SQL等功能。除了在一般關聯式資料庫的功能，比起前面幾家毫不遜色之外，更特別為多媒體資料提供了 file object 的功能。更因為系統設計初期就以中文資料為主要考量， 中文化的程度是無庸置疑的。除此之外， 本地客戶更能獲得最直接的支援，而不會有遇到問題時不知道找誰問的窘境。在以下的比較表中， DBMaker 3.0的資料是以現有最新版本 為主，DBMaker 3.0 的詳細功能，請參考最新消息。

在概括性介紹過這幾個資料庫系統之後， 現在我們可以開始分項比較了。 第一個大項是 Relational Data Model。既然都是關聯式資料庫系統，我們當然要比較在 Relational Data Model上各家的表現了。基本上各家都符合基本的關聯性資料庫的概念。但是如 圖一 所示，除了DBMaker 3.0 沒有一家提供 Domain。User 必須利用其他的方式如 User Defined Data type 來建造自己的 Domain。在關聯式資料庫中很重要的觀念 integrity constraints
上，各家所提供的功能也不一樣。根據 ANSI SQL92 的標準來看，在違 反 integrity constraint 時，資料庫系統可以採取 4 種動作 :

  1. set NULL，即當 parent table 中 delete 或 update 一筆資料時，foreign table 上的資料是設為 NULL。
  2. set default，設 foreign key 為 default value。
  3. cascade，即當 delete 或 update parent table 時，對 foreign table也做 同樣的 delete 或 update。有了cascade 的功能之後，在我們開發 application 就可以節省處理 integrity constraint 的時間了。
  4. no action (restrict)，即當此筆資料存在有 foreign key 時，不允許做 delete 或 update。也就是說必須將此 integrity constraint 除去後才能做 delete 或 update。
圖一 Relational Data Model
　 Oracle Sybase Informix Microsoft DBMaker
Domains No No No No Yes，Set null，
Set default
Referential-
integrity
violation
options		 Restrict，
Cascade
delete		 Restrict Restrict，
Cascade
delete		 Restrict Restrict，
Cascade delete，
Cascade update
Updateable
views		 Yes Yes Yes Yes Yes

在圖一中的 cascade delete 是表示對 delete 作 cascade，而 update 仍 維持 restrict。

另外一個比較的項目是 updateable view 的提供。基本上 view 是由 對一個或多個 table 作 select 形成的。然而在這個項目上各家所提供的 updateable view 多只是:

  1. 單一 table
  2. 沒 aggregate function 或 group by
  3. 不是 select DISTINCT 的 view。

現在我們來討論第二大項 Data Objects (見圖二)。在 User Defined Data type方面，如前所述 DBMaker 3.0 已經提供了 Domain 足以包括 User Defined Data Type。 在這裏我們必須仔細審查的是這些所謂的 User Defined Data Type 做到的程度。以 Microsoft SQL Server 來說，它是提供 一個 store procedure 來定義新的 data type。但是必須是以一個 base data type 為基準，如 integer，char，float 等。即使用者不能利用已定義的 user defined data type 來定義新的 type。 而且不能定義這個新的 data type 的 default value 以及除了 IS NULL之外的 constraint。舉例來說，使用者若想定義 一個新的 data type 叫 age。且 age 的合理範圍為 1-150 時，就必須利用額外的方法來達成。

圖二 Database Objects (1)
　 Oracle Sybase Informix Microsoft DBMaker
User-
defined
data type		 Yes Yes Yes Yes Yes
(domain)
BLOBs Yes Yes Yes Yes Yes
Additional
types		 Image，
video，text，
messaging，
spatial		 Image，
money，
bit，text		 Byte，
text		 　 File
object

在現今非常流行多媒體資料方面，各個資料庫系統又如何呢? 基本上，這五個資料庫系統都提供 BLOB (binary large object) 來儲存這些多媒體資料。事實上對於多媒體資料的支援上，光是提供儲存是不夠的。 若是沒有相關的功能來管理這些資料， 是不足以稱為多媒體資料庫的。

在這方面 DBMaker 提供 file object 的資料型態，而且提出了 loosely couple 的觀念; 即允許多筆資料共享一個 file object，當此 file object 改變時，這多筆資料都可以看到這個改變。

在圖三中，我們列出了 table structure 與 index structure 的比較。這兩種 structure 通常會影響查詢的效率。在index方面，這幾家都支援 B-tree。B-tree index 的結構如圖四所示， 在 leaf page 上會紀錄著這個 key 值的 data record 的所在地。而何謂clustered index呢? (如圖五) 它與 B-tree index 的不同就是在 leaf 那層是直接把 data 放在 leaf page中，而不需再經一次 I/O 才能拿到 data record 。不過，也因為如此一個 table 通常只能有一個 clustered index。

圖三 Database Objects (2)
　 Oracle Sybase Informix Microsoft DBMaker
Table
Structure		 Heap，
clustered		 Heap，
clustered		 no
choice		 no
choice		 no
choice
Index
Structure		 B-tree，
bitmap，
heap		 B-tree B-tree，
clustered		 Clustered B-tree
Tuning
facilities		 Table and
index
allocation		 Index
pre-fetch，
I/O buffer
cache，
block size，
table partition		 Extents，
table frag-
mentation by
expression
or round
robin		 Fill factor，
allocation		 Fill factor，

frame size


圖四 B-tree

圖五 Clustered Index

至於 bitmap index，則是利用一個 bit 來紀錄 key 值。

舉例來說(如圖六)，假設某公司有 5 個員工，他們的 "職業" 和 "居住城市" 分別為(會計師，台北)，(工程師，台北)，(工程師， 台南)，(主管，台中)，(程式設計師，台中)。我們可以把職業這個欄位的值用 4 個 bit 表示。 1st bit on 表示為程式設計師，2nd bit on 表示為會計師，3rd bit on 表示為主管，4th bit on 表示為工程師。同理，對 "居住城市" 這個欄位也可如法泡製。

圖六 Sample Bitmap index Processing (1)
員工資料表
員工標號 職業 居住城市
1 會計師 台北
2 工程師 台北
3 工程師 台南
4 主管 台中
5 程式設計師 台中
員工資料表的 Bitmap index
員工編號 程式設計師 會計師 主管 工程師 　 台南 台中 台北
1 0 1 0 0 　 0 0 1
2 0 0 0 1 　 0 0 1
3 0 0 0 1 　 1 0 0
4 0 0 1 0 　 0 1 0
5 1 0 0 0 　 0 1 0

這種方法有什麼好處呢?

  1. 它可利用布林 (boolean) 運算來加速比較的動作。如圖七中，若 我們要找住在台南的工程師就可以利用 "職業" 中工程師的那個 bit array 與 "居住城市" 中的台南作 AND 運算。
  2. 它可以減少 index 的儲存動作。若一個欄位只可能有2個值時(例 如:性別)，只需要用 2 bits 就可以儲存這個欄位的資料了。然而，由以 上敘述我們可以知道，bitmap index 只能用在該欄位僅有 N 個已知值的 情況下，而且 N 不能太大。所以使用者必須衡量自己的需求來使用它。 
圖七 Sample Bitmap Index Processing (2)
查詢條件: 居住在台南的工程師
職業
工程師
0
1
1
0
0
AND 居住城市
台南
0
0
1
0
0
結果
　
0
0
1
0
0

另外一個資料庫管理系統的重點功能是 trigger。從圖八中，我們可以看見這幾家資料庫系統都支援 trigger。第一個差異是 Level。 Row-based trigger 表示若 一個 DML (data manipulate language) 動作改變了很多筆資料的時候，這個 trigger 的動作是對每筆資料都作一遍。而 set-based trigger 則是一個 DML 只會引發一次 trigger 的動作，無論它造成多少筆資料的改變。Trigger的另外一個特性是它是發生在此 DML 之前或之後。DBMaker 3.0 提供的是無論對 row-based，或set-based 都提供 before (Trigger 動作發生在 DML 之前)與 after (Trigger 動作發生在 DML 之後)。還有一點值得注意的是，Trigger可否引發另一個 trigger，亦即圖 九中所稱的 nesting，這個功能每一個廠牌都提供。

圖八 Triggers
　 Oracle Sybase Informix Microsoft DBMaker
Level row-
based，
set-
based		 set-
based		 row-
based，
set-
based		 set-
based		 row-
based，
set-
based
Timing before，
after		 after before，
for each，
after		 after before，
for each，
after
Nesting Yes Yes Yes Yes Yes

Stored procedure 是把一連串對資料庫的動作存在資料庫裏面。等到需要執行這一連串動作時，只要 EXECUTE 這個 Stored procedure 就可以了。Stored Procedure 包含 insert，update，delete，select 等命令以及一些 flow control，如 IF，THEN，ELSE 等。在一個 Stored procedure 中必須可以呼叫別的或自己這個Stored procedure，這就是圖九中所稱的 nesting。 Sybase 和 Oracle 則可以設定某個時間或每隔多少時間自動地執行 Stored procedure。

圖九 Stored Procedures
　 Oracle Sybase Informix Microsoft DBMaker
Language PS/SQL Transact-
SQL		 SPL Transact-
SQL		 ESQL/C
Nesting Yes Yes Yes Yes Yes
Events Yes Time-
bases
events		 No No No

第三個討論的大項是 Queries。資料庫系統提供怎樣的 Locking level 會影響 Query 執行時 concurrency。舉例來說，如 Sybase 只提供到 page level 的 lock，如果有使用者 insert 資料到某個 page，則沒有別人能 select 到該 page 中的資 料，必須等到這個 insert 的交易結束。從另一方面來說，提供到 row level 的lock 會佔用比較多的系統資源，因為每一筆資料就必須拿一個lock。 在這方面，Sybase， Microsoft 與 DBMaker 都提供相同的解決方法，就是Escalate Locks 。即當使用者在一個 page 上使用了過多的 row lock 之後，系統會將這些 row lock 提昇為一個 page lock。如此一來，就可以節省系統資源的使用。

根據 SQL92 Entry level標準，這五個資料庫系統皆提供 cursor，用來在result set 中移動與抓取資料。 在Intermediate SQL-92中，定義 了 cursor 移動的方式與利用 cursor fetch data 的辦法，分別為: next， prior，first，last，absolute 與 relative。 Oracle 與 Sybase 只提供 moving forward 的 cursor。 Informix 則有 next 與 prior 的 cursor。Microsoft 則提供在 trigger 與 stored procedure 中也可以使用 cursor。然而，由 圖十中，我們可以看到只有DBMaker 提供了完整的 cursor 移動功能。

圖十 Queries
　 Oracle Sybase Informix Microsoft DBMaker
Locking
level		 table，
row		 table，
page		 database，
table，
page，row		 database，
table，
page，row		 database，
table，
page，
row
Escalates
locks		 No Yes No Yes Yes
Cursors Forward Forward Forward，
backward		 Forward，
backward，
relative，
absolute		 Forward，
backward，
first，last
relative，
absolute
Outer joins Yes Yes Yes Yes
(ANSI syntax)		 Yes
ANSI SQL
compliance		 Entry-
Level
SQL 92		 Entry-
Level
SQL 92		 Entry-
Level
SQL 92		 Entry-
Level
SQL 92		 Entry-
Level
SQL 92

第四大項是這幾個資料庫系統對 database administrator 而言，是否提供全方位的解決方案。這個部分可以分二方面來看 :

  1. 是否有 user friendly 的 GUI tool 來管理資料庫。
  2. 是否提供一些功能來減輕 DBA (database administrator) 的負擔。

舉例來說，一個好的 DBA 可能會利用晚上來 load 大量資料以避免影響白天的資料處理工作。這時若資料庫系統沒有提供 antoextend tablespace 的功能，則這整件工作可能因為 DBA 忽略了先增加 tablespace 的 storage，而告失敗。在這個大項下，各個資料庫系統發揮的空間還很多。而且對 DBA 而言， 因為他很可能同時管理多個不同的資料庫，他更需要的是一個 central management tool 來同時管理這麼多個不同的資料庫。在這方面就需要一些 3rd party 的產品來提供全方位的解答了。(見圖十一)

圖十一　Database Administration
Oracle Sybase Informix Microsoft DBMaker
security C2 C2 C2，B1 NT integrated C2
Partial
backup &
recovery		 Yes
(tablespace)		 Yes No Yes
(table)		 No
Autoextend
tablespace		 Yes No No No Yes

第五大項我們應該討論的是 Internet Support。在幾年前，WWW 還沒有興起，那時自然就沒有這項。但是現在支援 WWW 變成資料庫系統不可或缺的一個項目。在圖十二中可以看出各家對 WWW 支援的程度。

圖十二 Internet
　 Oracle Sybase Informix Microsoft DBMaker
Internet
support		 Oracle
WebServer		 web.sql ESQL or
4GL CGI
interface kit		 IIS on NT CGI

接下來，我們來評估這幾個資料庫系統在分散式資料處理上的功能。基本上要支援分散式資料庫系統，就必須支援 2-phase commit ，如此才能完成一個分散式 transaction。在分散式的環境之下，一個 query 要用怎樣的方式執行與在單一 server 上的執行是不同的，而所需的 optimization 也不同。另外，在一個分散式環境之下， 各個資料庫系統是分工合作的。如果在這個環境中， 有可能牽涉到多種不同的資料庫系統，就需要資料庫系統的 heterogeneous database support 了(圖十三)。

圖十三 Distribution
　 Oracle Sybase Informix Microsoft DBMaker
Distributed
database		 Yes Yes Yes ? Yes
2PC protocol Yes Yes Yes ? Yes
Hetergeneous through
gateway		 through
gateway		 No ? No
Optimization Yes Yes Yes ? Yes (not
includes
network
cost)

近幾年來，資料庫系統的資料複製 (data replication) 功能受到廣泛的重視(見圖十四)。

第一個顯而易見的需求是，隨著資料的重要性與日俱增， 使用者會希望存在著一整個資料的備份以備不時之需， 而且這份備份中的資料必須是最新的。這就是所謂的 hot standby 的觀念。

第二個需求則是需要將某些重要的 table 複製到遠端去。

舉例來說， 若有一些資料是總公司、分公司都會用到的。將總公司的 table 複製到分公司可以避免每次分公司的人員要看這個 table 就必須 connect 到總公司的資料庫，如此一來，除了省時之外， 還可以節省網路費用。 而在將總公司的 table 複製到分公司的時候， 是否可以只選取對分公司有意義的欄位來作複製，這個觀念就叫做 projection 。

從另外一個角度來看，是否可以選取資料的範圍來做複製， 如果只有 location 是台中的資料才複製到台中分公司，這就稱為 fragment。而複製到台中之後台中的資料庫系統有沒有權力對這個 table 作修改如 insert，delete，update 呢? 若是具有 ownership 觀念的資料庫系統，在定義了這個 table 的 owner 是總公司之後，是不允許台中分公司修改它所複製到的這個 table 的。 台中分公司若是想修改它， 必須經由總公司資料庫系統來完成。

另外一種對資料所有權 ( ownership ) 的概念是，這些資料既屬於總公司也屬於分公司， 二者都可以對它作修改，而且這修改是雙方都看得到的。 這樣就是所謂 peer-to-peer 的概念。 由於在這種情況下，兩端都會作修改， 因此需要資料庫系統作衝突偵測 ( conflict detect ) 或防止衝突 ( avoid conflict ) 的動作。 作用者必須視自己的系統需求選擇適合的管理資料所有權 ( ownership ) 的方式。 然而，在一個複製系統中最重要的其實是它的 throughput。 如果它會影響總公司或分公司資料處理的能力， 減低了單位時間內可以處理的 transaction 數目，或者隨著分公司數目增加而影響總公司的速度的話，則根本稱不上是一個好的資料複製系統。 資料複製技術是資料庫管理系統的重要功能，也是一項挑戰。 到目前為止這幾個資料庫系統提供的功能都遠不如專門做資料複製的公司來的好。

圖十四 Replication
　 Oracle Sybase Informix Microsoft DBMaker
Hot Standby Yes Yes Yes Yes Yes
Ownership Yes No Yes No No
Peer-to-peer Yes No Yes No No
Cascading Yes Yes No No No
Fragment Yes Yes Yes Yes No
Projection No Yes Yes Yes No
To other
DBMSs		 through
gateway		 through
gateway		 No through
ODBC		 No
Architecture 2-tier 3-tier 2-tier 3-tier 2-tier

最後一個要項是 platform。一個產品的功能再好，若是不能用在正確的機器上，就不能發揮其功用。如圖十五中所示， Oracle、Sybase、Informix、 DBMaker都可以在大部分的UNIX環境，及 Windows 95、NT上執行。 而 Microsoft SQL Server 6.5 則只有在 Windows NT 上的版本。 當然這可能是他們的利基。 但是，一個 database 產品支援 platform 的多少， 是會影響企業的擴充性的。當企業持續擴增，資料庫持續變大，若原有 platform 無法負荷而欲更換 platform 時，就會受到資料庫系統無法移植的限制。 因此在購買資料庫系統前，事先應該將資料的擴充性考慮在內。

圖十五 Platforms
　 Oracle Sybase Informix Microsoft DBMaker
Platforms UNIX，95
NT，VAX，
VMS，OS/2，
Macintosh		 UNIX，95，
NT，VAX，
VMS，OS/2，
Macintosh		 UNIX，95，
NT		 NT UNIX，95，
NT

綜合以上的比較， 我們可以發現在這篇文章中所討論的五個資料庫系統都有各自的長處和短處。隨著每個新的版本誕生， 在這場競賽中並沒有永遠的贏家或輸家。在評估選購資料庫系統之前， 我們應該先分析自己的需求， 給予每個項目適當的比重。當然除了本篇討論的項目之外， 我們要考慮的因素還包括價格、技術支援、教育訓練是否完備? 是否容易開發應用程式 等。最後，很重要的一點是， 你不只買了一個資料庫系統， 你買的其實是那個資料庫系統的研發人員與技術服務人員，他們對你的服務好壞絕對影響著你的系統運作。 你距離他們越遠，就要付出更多的心力來管理你的資料庫。

參考資料:

  1. Robin Schumacher，"DBA Tools Today"，DBMS，Jan，1997
  2. Martin Rennhackkamp，"Comparison Summary"，DBMS，Nov，1996
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  5. Martin Rennhackkamp，"Sybase SQL Server 11"，DBMS，Nov，1996
  6. Martin Rennhackkamp，"Oracle7 Release 7.3"，DBMS，Nov，1996
  7. Steve Roti，"Indexing and Access Mechanisms"，DBMS，  May，1996
  8. Oracle Webserver Release 1.0 Datasheet
  9. Kevin Reichard，"Web Server for Database Applications"，Internet Systems，Oct，1996
  10. Robin Schumacher，"Universal DBMSs and the Web"Internet Systems，Apr，1997
  11. Charles J.Bontempo and C.M.Saracco，"Accelerating Indexed Searching"，Database Programming & Design，1995
  12. Sybase web.sql Programmer's Guide
  13. Microsoft SQL Server 6.5 Books
  14. Alex Berson and George Anderson，Sybase and Client/Server Computing，1996
  15. DBMaker Reference manua7ls
  16. DBMaker Technical Report
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