Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- tanszek:oktatas:muszaki_informatika:adattarolas_adatbazisok [2025/05/07 06:50] – [3. NoSQL adatbázisok] knehez
+++ tanszek:oktatas:muszaki_informatika:adattarolas_adatbazisok [2025/05/08 07:01] (current) – [D – Durability (Tartósság)] knehez
@@ Line 1: / Line 1: @@
+~~NOTOC~~
 Régi anyag: https://docs.google.com/presentation/d/1_nmA1F4ag_O-qlJAE4TfVuyfLgSruZLW/edit?usp=sharing&ouid=110539736176923279178&rtpof=true&sd=true
@@ Line 11: / Line 12: @@
   * Az adatok szervezett tárolása lehetővé teszi azok gyors visszakeresését és elemzését.
   * Több felhasználó egyidejűleg dolgozhat ugyanazon adatokkal (konkurens hozzáférés).
-  * Biztosítani lehet az **adatintegritást** és a **hozzáférés-ellenőrzést**.
+  * Biztosítani lehet az **adatintegritást** és a **hozzáférés-ellenőrzést**. Az adatbázis képes megóvni az adatok helyességét, érvényességét és konzisztenciáját – vagyis azt, hogy az adatok ne legyenek hibásak, hiányosak, vagy egymásnak ellentmondóak.
   * Az adatok rendszeres **mentése és visszaállítása** egyszerűbbé válik.
   * Automatizált folyamatokhoz (pl. webalkalmazások, gépi tanulás) szükséges egy megbízható háttértároló.
@@ Line 31: / Line 32: @@
     * Példa: SQL adatbázisok, Excel-táblák, CRM rendszerek.
     * Jellemző: gyors kereshetőség, jól lekérdezhető.
   * **Félstrukturált adat**:
     * Nincs fix sémája, de tartalmaz címkéket vagy metaadatokat.
@@ Line 58: / Line 59: @@
   * **Szigorú séma**: minden táblának előre meghatározott szerkezete van (mezőtípusok, kulcsok stb.).
   * **Kapcsolatok**: táblák között idegen kulcsokon keresztül hozunk létre kapcsolatokat.
-  * **ACID tulajdonságok**:
+  * **ACID tulajdonságok**: Az ACID tulajdonságok biztosítják, hogy az adatbázisban végzett tranzakciók megbízhatóan és konzisztensen hajtódjanak végre, még hiba vagy rendszerleállás esetén is. Ezek különösen fontosak pénzügyi, vállalati vagy bármilyen más üzletkritikus rendszerekben.
-    * *Atomicity* – a tranzakciók oszthatatlanok.
-    * *Consistency* – az adatbázis érvényességi szabályai nem sérülnek.
-    * *Isolation* – párhuzamos tranzakciók nem befolyásolják egymást.
-    * *Durability* – a végrehajtott tranzakciók tartósan megmaradnak.
-==== Előnyök ====
+**Mit jelent az ACID?**
+^ Betű ^ Jelentés angolul ^ Jelentés magyarul                ^
+| A    | Atomicity         | Atomszerűség (oszthatatlanság)  |
+| C    | Consistency       | Konzisztencia (állapothelyesség)|
+| I    | Isolation         | Elkülönítés (tranzakciós függetlenség) |
+| D    | Durability        | Tartósság (állandóság)           |
+**A – Atomicity (Atomszerűség)**
+Egy tranzakció vagy teljes egészében végrehajtódik, vagy semennyire. Ha a tranzakció közben hiba történik (pl. áramszünet), az adatbázis **visszaállítja** a korábbi állapotot.
+  * Példa: Ha egy banki utalás során először levonjuk a pénzt A számláról, majd jóváírjuk B számlán, akkor ezek vagy együtt történnek meg, vagy egyik sem.
+**C – Consistency (Konzisztencia)**
+A tranzakció nem sértheti meg az adatbázis szabályait. Csak olyan állapot maradhat fenn, amely megfelel a megszorításoknak (kulcsok, ellenőrzések, hivatkozások).
+  * Példa: Egy megrendelés nem lehet úgy eltárolva, hogy nem tartozik hozzá létező vásárló.
+**I – Isolation (Elkülönítés)**
+A párhuzamosan futó tranzakciók nem zavarhatják egymást. Egy felhasználó nem láthatja egy másik félkész változtatásait.
+  * Példa: Ha két ügyintéző módosítja ugyanazt az ügyfélrekordot, a rendszer biztosítja, hogy ezek ne írják felül egymást hibásan.
+**D – Durability (Tartósság)**
+Ha egy tranzakció véglegesen befejeződik, annak hatása tartósan megmarad – még rendszerleállás után is.
+  * Példa: Ha egy utalás sikeresen lefutott, a pénzmozgás nem veszhet el újraindítás után sem.
+==== További előnyök ====
   * **Adatintegritás**: kulcsok, megszorítások és szabályok segítségével biztosítható.
   * **Lekérdezhetőség**: a SQL nyelv rendkívül erős és kifejező eszköztárat ad.
@@ Line 167: / Line 191: @@
 </code>
 ===== 4. NewSQL adatbázisok =====
-  * **Cél**: Relációs modell + NoSQL skálázhatóság
-  * **Jellemzők**:
+A NewSQL adatbázisok a relációs adatbázisok továbbfejlesztett változatai, amelyek célja, hogy megtartsák a klasszikus RDBMS rendszerek előnyeit (pl. SQL, ACID), ugyanakkor képesek legyenek a modern alkalmazások által megkövetelt **horizontális skálázásra** és **magas teljesítményre**, mint a NoSQL rendszerek.
-    * ACID + elosztott tranzakciók
-  * **Példák**:
+==== Miért jöttek létre? ====
-    * Google Spanner
+  * A vállalatok továbbra is igénylik a **strukturált, relációs adatsémát** és az **ACID** garanciákat.
-    * CockroachDB
+  * Ugyanakkor szükség van a **modern skálázhatóságra**, amit a NoSQL rendszerek nyújtanak.
-    * VoltDB
+  * A cél: **„legyen meg a torta és együk is meg”** – relációs modell + felhőbarát architektúra.
+==== Jellemzők ====
+  * **Relációs modell**: táblák, kulcsok, SQL nyelv
+  * **ACID tranzakciók**: konzisztencia és megbízhatóság
+  * **Elosztott architektúra**: több szerveren futó adatbázis
+  * **Skálázhatóság**: automatikus sharding, load balancing
+  * **Magas rendelkezésre állás**: beépített replikáció, hibatűrés
+==== Előnyök ====
+  * Kombinálja a relációs adatbázisok előnyeit a NoSQL skálázhatóságával
+  * Alkalmas nagy forgalmú, üzletkritikus alkalmazásokhoz
+  * Használható ismerős SQL nyelvvel, nem igényel új tanulási görbét
+==== Hátrányok ====
+  * Bonyolultabb architektúra és üzemeltetés, mint egy egyszerű SQL adatbázisnál
+  * Még viszonylag fiatal technológia – kisebb ökoszisztéma, kevesebb szakember
+  * Néhány megoldás zárt forráskódú, kereskedelmi licenc alatt áll
+==== Példák ====
+  * **Google Spanner**
+    * A Google saját globálisan elosztott relációs adatbázisa.
+    * Világszintű szinkronizációval garantálja a konzisztenciát.
+  * **CockroachDB**
+    * Nyílt forráskódú, elosztott relációs adatbázis.
+    * Automatikus skálázás és replikáció.
+    * PostgreSQL-kompatibilis SQL interfész.
+  * **VoltDB**
+    * Főként valós idejű analitikára és tranzakciókra specializált.
+    * Nagy sebesség, memóriabeli működés.
+==== Példa: CockroachDB SQL lekérdezés ====
+<code sql>
+CREATE TABLE felhasznalok (
+  id UUID PRIMARY KEY DEFAULT gen_random_uuid(),
+  nev TEXT NOT NULL,
+  regisztralt TIMESTAMP DEFAULT now()
+);
+SELECT * FROM felhasznalok WHERE nev LIKE 'K%';
+</code>
+A fenti példa egy CockroachDB tábla létrehozását és egyszerű lekérdezését mutatja be, PostgreSQL-kompatibilis SQL nyelven.
 ===== 5. Vektor adatbázisok =====
-  * **Motiváció**:
-    * Gépi tanulás, jelentés szerinti keresés
+A vektor adatbázisok új generációs adatbázis-rendszerek, amelyek a mesterséges intelligencia és a gépi tanulás elterjedésével váltak népszerűvé. Céljuk nem strukturált adatok – például szövegek, képek, hangok – jelentés szerinti keresése, amelyet az ún. *embedding* (beágyazott vektorreprezentáció) segítségével valósítanak meg.
-    * Embeddingek (szövegek, képek, hangok reprezentációja)
-  * **Működés**:
+==== Miért van rájuk szükség? ====
-    * Objektum → Vektor (embedding)
+  * A hagyományos adatbázisok nem alkalmasak jelentésalapú keresésre.
-    * Közelségi keresés: k-nn (legközelebbi szomszédok)
+  * Az LLM-ek, képfeldolgozók, hangfelismerők vektorokat állítanak elő, amelyek geometriailag összehasonlíthatók.
-  * **Példák**:
+  * Példa: „melyik másik dokumentum tartalmilag hasonlít ehhez a kérdéshez?”
-    * FAISS (Facebook)
-    * Milvus
+==== Hogyan működik? ====
-    * Weaviate
+  * Az objektumokat (pl. szöveg, kép) **embedding**-gé alakítjuk egy neurális háló segítségével.
-    * Pinecone
+  * Az így kapott vektorokat egy vektoradatbázis tárolja.
-    * Chroma (LLM-es RAG rendszerekhez)
+  * Keresés során szintén vektort képezünk, majd megkeressük a **legközelebbi** (használatos: k-NN – *k Nearest Neighbors*) vektorokat.
-  * **Alkalmazások**:
+  * A hasonlóságot általában **koszinusz-hasonlóság**, **euklideszi távolság** vagy más metrika alapján számítják.
-    * Dokumentumkeresés (RAG)
-    * Képkeresés
+==== Jellemzők ====
-    * Ajánlórendszerek
+  * Nincs klasszikus SQL – speciális API vagy Python/REST kliensek használatosak.
+  * Beépített **indexelési módszerek** a gyors kereséshez (pl. HNSW, IVF, PQ).
+  * Gyors és hatékony **nagy dimenziójú adatok** keresése.
+==== Előnyök ====
+  * Jelentésalapú keresés – szöveg vagy kép jelentésének megértése
+  * Ideális LLM-alapú rendszerekhez, mint pl. kérdés-válasz vagy dokumentumkeresés
+  * Kiváló teljesítmény nagy adathalmazokon is
+==== Hátrányok ====
+  * Nem hagyományos adatmodell – nem tárol klasszikus táblákat, kapcsolatokkal
+  * A „miért kaptuk ezt a találatot?” kérdésre nehezebb választ adni (black-box jelleg)
+  * A pontosság függ az embedding minőségétől és a választott metrikától
+==== Népszerű vektor adatbázisok ====
+  * **FAISS** (Facebook AI Similarity Search) – nagy teljesítményű, Python-könyvtárként is elérhető
+  * **Milvus** – nyílt forráskódú, skálázható, GPU-t is támogató vektor DB
+  * **Weaviate** – REST API + GraphQL támogatás, integrált gépi tanulási pipeline
+  * **Pinecone** – felhőalapú, egyszerűen használható szolgáltatás
+  * **Chroma** – egyszerű integráció LangChain/RAG rendszerekhez
+==== Példa: vektoros keresés szövegek között ====
+. Szöveg → embedding: `"Milyen magas a Mount Everest?"` → `[0.12, -0.45, ..., 0.33]`
+. A vektoradatbázisban tárolt több ezer dokumentum embeddingje közül kiválasztjuk a legközelebbit:
+<code python>
+query_vector = model.encode("Milyen magas a Mount Everest?")
+results = vector_db.search(query_vector, top_k=5)
+</code>
+. Eredmény: olyan dokumentumokat kapunk, amelyek tartalmilag legközelebb állnak a kérdéshez – még akkor is, ha szó szerint nem egyeznek meg.
 ===== 6. Tendenciák és jövőkép =====
@@ Line 199: / Line 297: @@
 ===== 7. Összefoglaló táblázat =====
-^ Típus          ^ Példa        ^ Előnyök                             ^ Hátrányok                          ^
-| Relációs       | PostgreSQL   | Stabil, jól ismert                 | Nehezen skálázható                 |
-| NoSQL          | MongoDB      | Rugalmas, horizontálisan skálázható | Nincs szigorú séma, konzisztencia lehet gyenge |
-| NewSQL         | CockroachDB  | ACID + skálázhatóság               | Új technológia, kisebb ökoszisztéma |
-| Vektor         | FAISS        | Jelentésalapú keresés, ML támogatás | Nem SQL-alapú lekérdezések, új gondolkodásmód |
-===== 8. Demó =====
+^ Típus          ^ Terméknevek              ^ Előnyök                                               ^ Hátrányok                                                 ^
-  * SQL lekérdezés vs. MongoDB lekérdezés
+| Relációs (RDBMS) | MySQL, PostgreSQL, Oracle | Stabil, jól definiált séma, SQL támogatás, ACID garancia | Nehezen skálázható, rugalmatlan struktúra                  |
-  * Szöveg → embedding → hasonló dokumentumok keresése vektor alapján
+| NoSQL            | MongoDB, Redis, Cassandra, Neo4j | Rugalmas séma, jól skálázható, gyors lekérdezések     | Gyenge konzisztencia, nincs egységes lekérdezőnyelv        |
+| NewSQL           | CockroachDB, Google Spanner, VoltDB | ACID + skálázhatóság, SQL-kompatibilitás               | Bonyolultabb architektúra, kisebb ökoszisztéma             |
+| Vektor           | FAISS, Milvus, Weaviate, Pinecone, Chroma | Jelentésalapú keresés, AI integráció, gyors k-NN keresés | Nem klasszikus lekérdezések, nehezebb magyarázhatóság      |
+===== 8. Példa =====
+Az alábbi példák bemutatják, hogyan tér el az adatok kezelése a különböző adatbázistípusokban. A példák egyszerűek, mégis jól szemléltetik az eltérő adatmodelleket és lekérdezési módokat.
+==== 1. Relációs adatbázis: SQL példa (PostgreSQL) ====
+Tábla létrehozása:
+<code sql>
+CREATE TABLE diakok (
+  id SERIAL PRIMARY KEY,
+  nev TEXT NOT NULL,
+  szuletesi_ev INTEGER
+);
+</code>
+Adatok beszúrása:
+<code sql>
+INSERT INTO diakok (nev, szuletesi_ev)
+VALUES ('Kiss Anna', 2002), ('Nagy Péter', 2001);
+</code>
+Lekérdezés: ki született 2001 előtt?
+<code sql>
+SELECT nev FROM diakok WHERE szuletesi_ev < 2001;
+</code>
+==== 2. NoSQL példa: MongoDB dokumentum és lekérdezés ====
+Dokumentum beillesztése:
+<code javascript>
+db.diakok.insertOne({
+  nev: "Kiss Anna",
+  szuletesi_ev: 2002
+});
+</code>
+Lekérdezés: azok a diákok, akik 2001 előtt születtek:
+<code javascript>
+db.diakok.find({ szuletesi_ev: { $lt: 2001 } });
+</code>
+==== 3. Vektor adatbázis példa: FAISS keresés (Python) ====
+Tegyük fel, hogy szövegeket átalakítunk vektorokká egy nyelvi modell (pl. `sentence-transformers`) segítségével, majd ezekben keresünk.
+Embedding előállítás (példa):
+<code python>
+from sentence_transformers import SentenceTransformer
+import faiss
+import numpy as np
+model = SentenceTransformer('all-MiniLM-L6-v2')
+dokumentumok = ["A kutya ugat.", "A macska nyávog.", "Az autó gyors."]
+vektorok = model.encode(dokumentumok)
+index = faiss.IndexFlatL2(vektorok.shape[1])
+index.add(np.array(vektorok))
+</code>
+Keresés hasonló szöveg alapján:
+<code python>
+kerdes = "Melyik állat nyávog?"
+kerdes_vektor = model.encode([kerdes])
+_, eredmenyek = index.search(np.array(kerdes_vektor), k=1)
+print("Legjobban illeszkedő dokumentum:", dokumentumok[eredmenyek[0][0]])
+</code>
+Eredmény:
+''Legjobban illeszkedő dokumentum: A macska nyávog.''
+===== Ellenőrző kérdések =====
+**1. Mi a relációs adatbázis egyik alapvető jellemzője?**
+  * ( ) Az adatok képek és hangfájlok formájában tárolódnak
+  * (x) Az adatokat táblákban tároljuk sorok és oszlopok formájában
+  * ( ) Az adatbázisok nem rendelkeznek előre meghatározott szerkezettel
+**2. Mi biztosítja az adatintegritást egy relációs adatbázisban?**
+  * ( ) A dokumentumalapú adattárolás
+  * ( ) Az adatok titkosítása
+  * (x) Az elsődleges kulcsok, idegen kulcsok és megszorítások
+**3. Melyik adatbázis típus ideális gyakran változó adatszerkezetekhez?**
+  * (x) NoSQL
+  * ( ) Relációs (RDBMS)
+  * ( ) CSV fájl
+**4. Mit jelent az ACID mozaikszó „A” betűje az adatbázis tranzakciók esetében?**
+  * (x) Atomicity – oszthatatlanság
+  * ( ) Availability – elérhetőség
+  * ( ) Access – hozzáférhetőség
+**5. Melyik adatbázis típusban használunk embeddingeket és k-NN keresést?**
+  * ( ) Relációs adatbázisban
+  * ( ) Gráf adatbázisban
+  * (x) Vektor adatbázisban
+**6. Melyik állítás igaz a MongoDB-re?**
+  * ( ) Táblák és relációk alapján tárol adatokat
+  * (x) JSON-szerű dokumentumokban tárolja az adatokat
+  * ( ) Kizárólag numerikus adatokat képes kezelni
+**7. Mi a referenciális integritás szerepe egy adatbázisban?**
+  * (x) Biztosítja, hogy az idegen kulcs által hivatkozott rekord létezzen
+  * ( ) Az adatokat titkosítja
+  * ( ) Lehetővé teszi a képek tárolását
+**8. Melyik igaz a NewSQL adatbázisokra?**
+  * ( ) Nem támogatják az SQL nyelvet
+  * (x) ACID tulajdonságokat nyújtanak skálázható módon
+  * ( ) Strukturálatlan adatokat tárolnak kizárólag
+**9. Melyik nem vektor adatbázis?**
+  * (x) MySQL
+  * ( ) FAISS
+  * ( ) Milvus
+**10. Mi a BASE modell egyik jellemzője NoSQL rendszereknél?**
+  * (x) Eventually consistent – idővel konzisztenssé válik az adat
+  * ( ) A lekérdezések mindig pontos, teljes adatot adnak vissza
+  * ( ) Az adatok nem igényelnek tárolást