Database

Relationsmodellen stammer fra E. F. Codds artikel fra 1970: data som relationer (tabeller) af tupler, identificeret ved nøgler og behandlet med en lukket algebra, uafhængigt af den fysiske lagring. SQL, standardiseret som ISO/IEC 9075 siden 1987, er den praktiske realisering. Inde i et relationelt databasesystem passerer en forespørgsel en parser, en omkostningsbaseret optimizer, der bruger statistik over tabellerne til at vælge adgangsveje og rækkefølge af joins, og en eksekveringsmotor. Lagringsmotoren holder sider af fast størrelse i en buffer pool og indekserer dem med B+-træer; log-structured merge trees (RocksDB, Cassandra) bytter dyrere læsning for langt billigere skrivning.

Transaktioner giver ACID-garantierne. Atomicitet og holdbarhed realiseres med write-ahead logging: logposter, der beskriver en ændring, skal nå stabilt lager, før den ændrede dataside gør det, og en commit er holdbar, så snart dens commit-post er skrevet ud; ARIES-algoritmen (Mohan m.fl., 1992) definerer de redo- og undo-gennemløb, der bruges ved genopretning efter nedbrud. Isolation er svagere, end mange tror. SQL-92 definerer READ UNCOMMITTED, READ COMMITTED, REPEATABLE READ og SERIALIZABLE ud fra, hvilke anomalier de forbyder (dirty reads, non-repeatable reads, phantoms), og Berenson m.fl. viste i 1995, at denne fænomenbaserede definition overser tilfælde som write skew, som snapshot isolation tillader. Motorerne implementerer isolation med tofaselåsning eller multiversion concurrency control; standarderne varierer (READ COMMITTED i PostgreSQL og SQL Server, REPEATABLE READ i MySQL InnoDB), og Oracles "serializable" er i virkeligheden snapshot isolation.

Skalering ud over én maskine medfører replikering (synkron, på bekostning af svartid, eller asynkron, med risiko for at miste de seneste commits ved failover og for forældede læsninger fra replikaer) og sharding. CAP-teoremet (Brewers formodning fra 2000, bevist af Gilbert og Lynch i 2002) siger, at et system under en netværkspartition må vælge mellem konsistens og tilgængelighed. Ikke-relationelle familier, dvs. key-value-, dokument-, wide-column- og grafdatabaser, slækker på skema eller transaktionsgarantier for at opnå skala eller fleksibilitet, mens systemer som Google Spanner giver distribuerede serialiserbare transaktioner ved hjælp af stramt afgrænset urusikkerhed.

Sikkerhedsfejl samler sig nogle få steder. SQL-injektion (CWE-89, en del af A05:2025 Injection i OWASP Top 10) forhindres strukturelt med parametriserede forespørgsler, ikke med escaping. Applikationer skal forbinde med konti med mindst mulige rettigheder, aldrig som databasens ejer. Transparent data encryption beskytter stjålne diske og backup, ikke data, der læses gennem en kompromitteret applikation. Databaser eksponeret direkte på internettet uden autentificering blev massevis slettet og holdt for løsesum i MongoDB- og Elasticsearch-kampagnerne i 2017, og genopretning til et bestemt tidspunkt fra arkiverede logs er kun så god som den senest testede gendannelse.