أساسيات تصميم قاعدة البيانات

كانت القيمة السوقية لسوق مُنتجات وخدمات إدارة البيانات المؤسسية العالمي تُقدر بحوالي 85 مليار دولار أمريكي في عام 2021. لكن يبدو أن الأمور تغيرت مع مطلع عام 2022 أي بعد بوادر إنقضاء جائحة كورونا فزادت توقعات نمو هذا السوق لتصل إلى 271 مليار دولار بحلول عام 2030. أي سوف يبلغ نمو سوق وبمعدل سنوي مُركب (تراكمي) ليصل إلى 13.8% خلال فترة ما بين 2022-2030.

بدأت المقال بمعلومة مالية تتعلق في حجم سوق منتجات وخدمات إدارة البيانات، حتى تعرف أن هذا السوق ضخم ولا يقل عن ضخامة أسواق منتجات تقنية أخرى. البيانات هي المادة الخام للذكاء الاصطناعي AI ولغات تعلم الآلة Machin Learning. لذا فإن إتقان أساسيات ومهارات إدارة البيانات مثل تصميم قواعد البيانات Database Schema Design هو أمر مطلوب في سوق العمل وأحد مصادر الدخل الضخمة للتقنيين المحترفين. وخذها مني عن خبرة وتجربة في سوق العمل فإن من يتقنون هذا الفن القديم المتجدد هم قلة، فليس كل من ادعى أنه يعرف تصميم قواعد البيانات يتقن ذلك. وإن أتقنها فإنه يحتاج إلى قدرة على فهم كيف يدار البزنس ومجالات الأعمال مثل المالية والتصنيع وسلاسل الإمداد حتى يمكن أن يقدم لصاحب المشروع تصميم قاعدة بيانات مكتمل بدرجة جيدة.

ليس هدف هذا المقال هو إقناعك بجدوى تعلم إدارة البيانات، لأنك ما وصلت لهذا المقال إلا وأنت عارف بأهمية وقيمة اكتساب هذه المعرفة. تصميم مخطط قاعدة البيانات (Database Schema Design) هو عملية حيوية في تطوير أنظمة قواعد البيانات الفعالة والكفؤة. يهدف هذا التصميم إلى إنشاء هيكل منطقي للبيانات يلبي متطلبات التطبيق ويضمن سلامة البيانات وأدائها الأمثل.

إن تصميم مخطط قاعدة البيانات سهل بالكلام ولكن عندما نأتي إلى إنجازه بشكل صحيح (ماهو أي كلام) فسترى كم سيستغرق التصميم منك وقتاً وجهداً في التفكير ويتطلب مهارة عالية سوف تكتسبها مع كثرة الممارسة. أتمنى أن أنجح في هذا المقال بتقديم نظرة عامة توضح اساسيات كيفية عمل تصميم مخطط قاعدة البيانات، بالإضافة إلى أمثلة وأفضل الممارسات التي تساعدك في تحسين تصميم مخطط قاعدة البيانات.

ماهو مُخطط قاعدة البيانات؟

إن مصطلح “مخطط قاعدة البيانات” هو اسم طويل وقد يبدو مربكاً بعض الشيء وبكل بساطة هو أن يقوم المختص بتصميم قواعد البيانات بعمل رسم يوضح كيف يريد تنظيم مكونات قاعدة بيانات للنظام الذي سيتم تطويره. عندما نقول مكونات قاعدة البيانات، فنقصد الجداول التي بداخل قاعدة البيانات وكيف سيكون عدد الحقول وأنواع البيانات التي تُخزن فيها، وهل هي نصوص أو ارقام وغيرها. غالباً عندما يقول المختصون مصطلح “مخطط قاعدة البيانات” فإن معظمهم يقصد قواعد البيانات العلائقية حيث البيانات تكون فيها مهيكلة Structured.، إن قواعد البيانات العلائقية هي التي تنظم المعلومات داخلها في جداول وتستخدم لغة استعلام تسمى Structured Query Language ويرمز لها اختصاراً بـ SQL. أما قواعد البيانات غير العلائقية والتي تكون فيها البيانات غير مُهيكلة Unstructured أو تسمى “NoSQL” فهي تأتي بعدة صيغ مختلفة ولا يُعمل لها رسم مخطط بنفس الطريقة التي يرسم بها مخطط قواعد البيانات العلائقية.

مراحل تصميم مخطط قاعدة بيانات

1. النمذجة التصورية الأولي Conceptual Modeling: هذه هي المرحلة الأولى وفيها يتم عمل تصميم تخيلي أو تصور أولي لشكل البيانات، والتي قد يحلو للبعض ترجمتها الى “النمذجة المفاهيمية”. هو في حقيقته تصميم أولى ليس له علاقة بنوع قاعدة البيانات، ويقوم مصم قاعدة البيانات ووظيفته تسمى Data Architecture بحضور جلسات جمع المتطلبات مع محلل الأعمال ويستمع لمتطلبات صاحب العمل أو الإدارة المستفيدة. وهدف المصم هو مناقشة وفهم طبيعة العمل. بعد ذلك يقوم مصمم قاعدة البيانات بتصميم البيانات بتحديد الكيانات (Entities) التي هي الجداول في قاعدة البيانات وبدون مناقشة الحقول Fields ويحدد العلاقات (Relationships) بينها. ثم يعود إلى محلل الأعمال وصاحب العمل أو الإدارة المستفيدة لمناقشة التصميم بهدف أن يتفقوا جميعاً على فهم موحد لشكل بياناته من خلال مشاهدة التصميم التصوري الأولي. هذا التصميم كفي بأن يجعل صاحب العمل ومحلل الأعمال يستوعبون كيفية حفظ واسترجاع بيانات اعماله، ومن فهم قد يصححوا في متطلباتهم عند مشاهدتهم للتصميم التصوري الأولي.
2. النمذجة المنطقية Logical Modeling: بعد أن انتهى مصمم قاعدة البيانات من عمل النمذجة أو التصميم التصوري الأولي فإنه أصبح جاهز لتنفيذ تصميم قاعدة البيانات المنطقي والذي يعني تحديد الجداول (Tables) والحقول Fields او يسميها البعض بالأعمدة (Columns) وكذلك المفاتيح الرئيسية (Primary Key) زالمفاتيج الثانوية Foreign Key والعلاقات بينها. إضافة لتحديد القيود المنطقية المطبقة على البيانات وقيود سلامة وأمن البيانات، إلخ. توفر هذه المتطلبات معلومات مفيدة للمبرمجين لتطبيقها على التصميم الفيزيائي لقاعدة البيانات في الخطوة التالية. وكل هذا يتم في التصميم المنطقي بدون أن تحدد تقنية البيانات أي لا تصمم بناء على أن قاعدة البيانات هي MySQL أو MS SQL Server أـو Oracle.
3. مخطط قاعدة البيانات الفيزيائي Physical Modeling: إنه أسهل تصميم وهو أن تحول التصميم المنطقي الى تصميم واقعي Physical حسب تقنية قاعدة البيانات التي اخترت تنفيذ مشروعك عليها. إن دور مخطط قاعدة البيانات الفيزيائي هو أنه يصف كيفية تخزين البيانات فعلياً. تتضمن هذه المرحلة تحديد التفاصيل الفيزيائية مثل:
   • أنواع البيانات المحددة (Specific Data Types)
   • الفهارس (Indexes)
   • تقسيم الجداول (Partitioning)
   • استراتيجيات التخزين (Storage Strategies)
   • إعدادات الأداء (Performance Settings)

إن مخطط قاعدة البيانات الفيزيائي يأخذ بعين الاعتبار خصائص وقيود نظام إدارة قواعد البيانات الذي اخرته لمشروع مثل Oracle أو MySQL، مما يضمن الأداء الأمثل والكفاءة في استخدام الموارد. تأتي تعريفات الجداول الفيزيائية في المخطط من التصميم المنطقي.

من خلال هذه المراحل الثلاث – المفاهيمية والمنطقية والفيزيائية – يتم تطوير نموذج قاعدة البيانات بشكل تدريجي من مفهوم عام إلى تصميم تفصيلي قابل للتنفيذ. كل مرحلة تبني على السابقة وتضيف مستوى إضافياً من التفاصيل والتخصص، مما يضمن أن النموذج النهائي يلبي متطلبات المشروع ويتوافق مع البنية التحتية التقنية المستهدفة. ومن المهم جداً معرفة كيفية اختيار قاعدة البيانات الأنسب لمشروعك.

متطلبات مكتب إدارة البيانات الوطني NDMO

أنواع النمذجة الثلاثة هي من المتطلبات الأساسية لكل من مكتب إدارة البيانات الوطني (NDMO) وكذلك حسب متطلبات منهجية DAMA لإدارة البيانات. التكامل بين هذه الأنواع الثلاثة من النمذجة يعد ضرورياً حيث يسعى مكتب البيانات الوطني NDMO لضبط الجهات الحكومية والجهات المسئولة عنها بحيث يمكنها القيام بإدارة شاملة ومتسقة للبيانات على جميع المستويات وضمان جودة البيانات وسلامتها مع تسهيل تبادل البيانات والتشغيل البيني بين الأنظمة المختلفة. كل هذا بهدف دعم عمليات صنع القرار المستندة إلى البيانات.

من خلال تطبيق هذه الأنواع من النمذجة، يمكن لمكتب البيانات الوطني السعودي ومنهجية DAMA تحقيق إدارة فعالة وكفؤة للبيانات، مما يسهم في تحقيق أهداف الحوكمة الرشيدة للبيانات على المستوى الوطني والمؤسسي.