Gestiunea bazelor de date

Gestiunea bazelor de date

Un sistem de baze de date presupune urmatoarele componente principale, care definesc arhitectura acestuia:

baza de date propriu-zisa in care se memoreaza datele;

sistemul de gestiune a bazei de date, care realizeaza gestionarea si prelucrarea complexa a datelor;

un dictionar al bazei de date (metabaza de date), ce contine informatii despre date, structura acestora, statistici, documentatie;

mijloace hardware (comune sau specializate);

reglementari administrative destinate bunei functionari a sistemului;

personalul implicat (utilizatori finali, administratorul datelor, administratorul bazei de date, proiectanti, programatori de aplicatii).

Se pot identifica patru categorii de persoane implicate in mediul bazelor de date:

administratorii de date si baze de date,

proiectantii (designeri) de baze de date,

programatorii de aplicatii,

utilizatorii finali.

Administratorul de date (DA) este un manager, nu un tehnician, ce:

decide care date trebuie stocate in baza de date;

stabileste regulile de intretinere si de tratare a acestor date dupa ce sunt stocate. De exemplu, o regula ar putea fi aceea prin care se stabilesc pentru utilizatori privilegii asupra informatiilor din baza de date, cu alte cuvinte o anumita politica de securitate a datelor.

Administratorul bazei de date (DBA) este responsabil cu implementarea deciziilor administratorului de date si cu controlul general al sistemului, la nivel tehnic. El este un profesionist in domeniul IT, care:

creeaza baza de date reala

implementeaza elementele tehnice de control;

este responsabil cu asigurarea functionarii sistemului la performante adecvate, cu monitorizarea performantelor;

furnizeaza diverse servicii tehnice etc.

Proiectantii de baze de date pot acoperi atat aspectul fizic, cat si cel logic al conceptiei.

Proiectantul de baze de date care abordeaza directia logica trebuie sa posede o cunoastere completa si amanuntita a modelului real de proiectat si a regulilor de functionare ale acestuia. Practic, acesta proiecteaza conceptual baza de date, iar modelul creat este independent de programele de aplicatii, de limbajele de programare. De asemenea, va proiecta logic baza de date, proiectare care este indreptata spre un anumit model de date (relational, orientat obiect, ierarhic etc.).

Proiectantul de baze de date fizice preia modelul logic de date si stabileste cum va fi realizat fizic. Acesta trebuie sa cunoasca functionalitatile SGBD-ului, avantajele si dezavantajele fiecarei alternative corespunzatoare unei implementari. Practic, se face transpunerea modelului logic intr-un set de tabele supuse unor constrangeri, se selecteaza structuri de stocare si metode de acces specifice, astfel incat sa se asigure performante, se iau masuri privind securitatea datelor.

Utilizatorii finali sunt cei care acceseaza interactiv baza de date. Aceasta a fost proiectata, implementata, intretinuta pentru a satisface necesitatile informationale ale clientilor. Utilizatorii finali pot fi utilizatori simpli, care nu cunosc nimic despre baza de date, despre SGBD, dar acceseaza baza prin intermediul unor programe de aplicatie. In general, aceasta clasa de utilizatori alege anumite optiuni din meniul aplicatiei. Exista utilizatori finali sofisticati, care sunt familiarizati cu structura bazei de date. Ei pot utiliza limbaje speciale pentru a exploata posibilitatile oferite de baza de date.

Programatori de aplicatii sunt responsabili de scrierea programelor aplicatie ce confera functionalitatea ceruta de utilizatorii finali. Programele pot fi scrise in diferite limbaje de programare (C , PL/SQL, Java etc.).

Cerinte minimale care se impun unei baze de date:

asigurarea unei redundante minime in date

furnizarea in timp util a informatiilor solicitate (timpul de raspuns la o interogare);

asigurarea unor costuri minime in prelucrarea si intretinerea  informatiei;

ANALIZA: Filtre numerice iir - lucrarea de laborator ANALIZA: Recursivitate - proiect de tehnologie didactica

capacitatea de a satisface, cu aceleasi date, necesitati informationale ale unui numar mare de utilizatori,

posibilitatea de adaptare la cerinte noi, raspunsuri la interogari neprevazute initial (flexibilitate);

exploatarea simultana a datelor de catre mai multi utilizatori (sincronizare);

asigurarea securitatii datelor prin mecanisme de protectie impotriva accesului neautorizat (confidentialitate);

inglobarea unor facilitati destinate validarii datelor si recuperarii lor in cazul unor deteriorari accidentale, garantarea (atat cat este posibil) ca datele din baza de date sunt corecte (integritate);

posibilitatea de valorificare a eforturilor anterioare si anticiparea nevoilor viitoare (compatibilitate si expandabilitate);

permisivitatea, prin ierarhizarea datelor dupa criteriul frecventei acceselor, a unor reorganizari (eventual dinamice) care sporesc performantele bazei.

In cadrul unei baze de date putem vorbi de patru niveluri de abstractizare si de perceptie a datelor: intern, conceptual, logic si extern. Datele exista doar la nivel fizic, iar celelalte trei niveluri reprezinta virtualizari ale acestora.

Nivelul fizic (intern) este descris de schema fizica a datelor (bit, octet, adresa);

Nivelul conceptual este descris de schema conceptuala a datelor (articol, inregistrare, zona) si reprezinta viziunea programatorilor de sistem asupra datelor;

Nivelul logic este descris de una din schemele logice posibile ale datelor si reprezinta viziunea programatorului de aplicatie asupra datelor;

Nivelul virtual (extern) reprezinta viziunea utilizatorului final asupra datelor.

Independenta datelor cuprinde doua aspecte fundamentale: o modificare a structurii fizice nu va afecta aplicatia si reciproc, modificari ale aplicatiei vor lasa nealterata structura fizica de date.

Independenta fizica: posibilitatea modificarii schemei fizice a datelor fara ca aceasta sa implice modificarea schemei conceptuale, a schemei logice si a programelor de aplicatie. Este vorba despre imunitatea programelor de aplicatie fata de modificarile modului in care datele sunt stocate fizic si accesate.

Independenta logica: posibilitatea modificarii schemei conceptuale a datelor fara ca aceasta sa implice modificarea schemei logice si a programelor de aplicatie. Prin independenta logica a datelor se urmareste a se crea fiecarui utilizator iluzia ca este singurul beneficiar al unor date pe care, in realitate, le foloseste in comun cu alti utilizatori.

Independenta fata de strategiile de acces permite programului sa precizeze data pe care doreste sa o acceseze, dar nu modul cum acceseaza aceasta data. SGBD-ul va stabili drumul optim de acces la date.

In limbajele de programare uzuale declaratiile si instructiunile executabile apartin aceluiasi limbaj. In lumea bazelor de date, functiile de declarare si de prelucrare a datelor sunt realizate cu ajutorul unor limbaje diferite, numite limbaje pentru baze de date

Limbaje pentru definirea datelor (LDD – Data Description Language). Descrierea concreta a unui LDD este specifica fiecarui sistem de gestiune, dar functiile principale sunt aceleasi. La nivel conceptual, LDD realizeaza definirea entitatilor si a atributelor acestora, sunt precizate relatiile dintre date si strategiile de acces la ele, sunt stabilite criterii diferentiate de confidentialitate si de validare automata a datelor utilizate.

Limbaje pentru prelucrarea datelor (LMD – Data Manipulation Language). Operatiile executate in cadrul unei baze de date presupun existenta unui limbaj specializat, in care comenzile se exprima prin fraze ce descriu actiuni asupra bazei. In general, o comanda are urmatoarea structura: operatia (calcul aritmetic sau logic, editare, extragere, deschidere-inchidere, adaugare, stergere, cautare, reactualizare etc.), criterii de selectie, mod de acces (secvential, indexat etc.), format de editare. Exista limbaje LMD procedurale, care specifica cum se obtine rezultatul unei comenzi LMD si limbaje neprocedurale, care descriu doar datele ce vor fi obtinute si nu modalitatea de obtinere a acestora

Limbaje pentru controlul datelor (LCD – Data Control Language). Controlul unei baze de date se refera la asigurarea confidentialitatii si integritatii datelor, la salvarea informatiei in cazul unor defectiuni, la obtinerea unor performante, la rezolvarea unor probleme de concurenta.

Limbajele universale nu se utilizeaza frecvent pentru gestionarea unei baze de date, dar exista aceasta posibilitate. De exemplu, sistemul Oracle este dotat cu precompilatoare (C, Pascal, ADA, Cobol, PL/1, Fortran) care ajuta la incorporarea de instructiuni SQL sau blocuri PL/SQL in programe scrise in alte limbaje, de nivel inalt, numite limbaje gazda.

Sistemul de gestiune a bazelor de date interactioneaza cu programele de aplicatie ale utilizatorului si cu baza de date, oferind o multime de facilitati. Realizarea optima a acestor facilitati este asigurata de obiectivele fundamentale ale unui sistem de gestiune. Cateva dintre aceste obiective vor fi enumerate in continuare.

Independenta fizica. Obiectivul esential este acela de a permite realizarea independentei structurilor de stocare in raport cu structurile de date din lumea reala. Se defineste multimea de date indiferent de forma acesteia din lumea reala, tinand seama doar de a realiza un acces simplu la date si de a obtine anumite performante.

Independenta logica. Grupul de lucru care exploateaza baza de date poate sa utilizeze diferite informatii de baza (nu aceleasi), pentru a-si construi entitati si relatii. Fiecare grup de lucru poate sa cunoasca doar o parte a semanticii datelor, sa vada doar o submultime a datelor si numai sub forma in care le doreste. Aceasta independenta asigura imunitatea schemelor externe fata de modificarile facute in schema conceptuala.

Prelucrarea datelor de catre neinformaticieni. Neinformaticienii vad datele independent de implementarea lor si pot exploata aceste date prin intermediul unui sistem de meniuri oferit de aplicatia pe care o exploateaza.

Administrarea centralizata a datelor. Administrarea datelor presupune definirea structurii datelor si a modului de stocare a acestora. Administrarea este in general centralizata si permite o organizare coerenta si eficace a informatiei.

Coerenta datelor. Informatia trebuie sa satisfaca constrangeri statice sau dinamice, locale sau generale.

Neredundanta datelor. Fiecare aplicatie poseda datele sale proprii si aceasta conduce la numeroase dubluri. De asemenea, organizarea neju­­dicioasa a relatiilor poate sa genereze redundanta in date. Administrarea coerenta a datelor trebuie sa asigure neduplicarea fizica a datelor. Totusi, nu sunt excluse nici cazurile in care, pentru a realiza performante referitoare la timpul de acces la date si raspuns la solicitarile utilizatorilor, sa se accepte o anumita redundanta a datelor.

Partajabilitatea datelor. Aceasta permite ca aplicatiile sa partajeze datele din baza de date in timp si simultan. O aplicatie poate folosi date ca si cum ar fi singura care le utilizeaza, fara a sti ca alta aplicatie, concurent, le poate modifica.

Securitatea si confidentialitatea datelor. Datele trebuie protejate de un acces neautorizat sau rau intentionat. Exista mecanisme care permit identificarea si autentificarea utilizatorilor si exista proceduri de acces autorizat care depind de date si de utilizator. Sistemul de gestiune trebuie sa asigure securitatea fizica si logica a informatiei si sa garanteze ca numai utilizatorii autorizati pot efectua operatii corecte asupra bazei de date.

Sistemele de gestiune a bazelor de date au, din nefericire, si dezavantaje dintre care se remarca

complexitatea si dimensiunea sistemelor pot sa creasca considerabil, datorita necesitatii extinderii functionalitatilor sistemului;

costul, care variaza in functie de mediu si functionalitatea oferita, la care se aduga cheltuieli periodice de intretinere;

costuri aditionale pentru elemente de hardware;

costul conversiei aplicatiilor existente, necesara pentru ca acestea sa poata functiona in noua configuratie hardware si software;

impactul unei defectiuni asupra aplicatiilor, bazei de date sau sistemului de gestiune.

Structura unui sistem de gestiune a bazelor de date este de complexitate variabila, iar nivelul real de functionalitate difera de la produs la produs. In orice moment apar noi necesitati, care cer o noua functionalitate, astfel incat aceasta nu va putea deveni niciodata statica. In general, un SGBD trebuie sa includa cel putin cinci clase de module:

programe de gestiune a bazei de date (PGBD), care realizeaza accesul fizic la date ca urmare a unei comenzi;

module pentru tratarea limbajului de definire a datelor, ce permit traducerea unor informatii (care realizeaza descrierea datelor, a legaturilor logice dintre acestea si a constrangerilor la care sunt supuse), in obiecte ce pot fi apoi exploatate in maniera procedurala sau neprocedurala;

module pentru tratarea limbajului de prelucrare a datelor (interpretativ, compilativ, generare de programe), care permit utilizatorilor inserarea, stergerea, reactualizarea sau consultarea informatiei dintr-o baza de date;

module utilitare, care asigura intretinerea, prelucrarea, exploatarea corecta si usoara a bazei de date;

module de control, care permit controlul programelor de aplicatie, asigurarea confidentialitatii si integritatii datelor, rezolvarea unor probleme de concurenta, recuperarea informatiei in cazul unor avarii sau defectiuni hardware sau software etc.

Modulele PGBD asigura accesul fizic la date ca urmare a unei comenzi. Cum lucreaza aceste module

gasesc descrierea datelor implicate in comanda;

identifica datele si tipul acestora;

identifica informatii ce permit accesul la structurile fizice de stocare (fisiere, volume etc.);

verifica daca datele sunt disponibile;

extrag datele, fac conversiile, plaseaza datele in spatiul de memorie al utilizatorului;

transmit informatii de control necesare executiei comenzii, in spatiul de memorie al utilizatorului;

transfera controlul programului de aplicatie.

Prin urmare, din punct de vedere conceptual:

utilizatorul lanseaza o cerere de acces;

SGBD-ul accepta cererea si o analizeaza;

SGBD-ul inspecteaza pe rand, schema interna corespunzatoare utilizatorului, schema conceptuala, definitia structurii de stocare si corespondentele corespunzatoare;

SGBD-ul executa operatiile necesare in baza de date stocata.