Syst

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Systèmes de Gestion des Bases de
DonnéesChapitre 1

• Professeur Iluju Kiringakiringa_at_site.uottawa.ca
• http//www.site.uottawa.ca/kiringa
• SITE 5072

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Définition dun SGBD

• Les organisations font face à de larges quantités
  de données qui doivent être gerées efficacement.
  
• Une base de données est une très large collection
  de données intégrées.
• Modèle le monde réel des organisations /
  enterprises.
• Entités (p.ex., étudiants, cours, corps
  professoral et salle de cours)
• Relation (p.ex., Michel est enrollé dans CSI3717
  Iluju enseigne CSI3717, CSI3717 a lieu dans la
  salle MST207)
• Un système de gestion des bases de données (SGBD)
  est un ensemble de logiciels conçu pour stocker
  et gérer des bases de données.

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Défauts des Systèmes de Fichiers

• Chaque application doit déplacer de large
  quantités de données entre la mémoire principale
  et la mémoire sécondaire (doit donc soccuper
  p.ex. de la gestion des mémoires tampon, de
  laccès aux pages, etc.)
• Chaque application doit avoir une méthode
  didentification de toutes les données pour le
  cas où le mode dadressage sous-jacent ne suffit
  pas (p.ex., un adressage 32-bits ne peut pas
  directement accéder à des données dépassant plus
  4GB.)

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Défauts des Systèmes de Fichiers

• Besoin dun code special pour différente
  requêtes.
• Besoin de protection des données dinconsistences
  dues aux multiples usagers simultanés qui
  changent ces données.
• Assurer un crash recovery consistant.
• Fournir plus de sécurité et un contrôle de
  laccès que le méchanisme de mots de passe offert
  par les système dexploitation.

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Pourquoi Utiliser un SGBD?

• Indépendance des données une application ne voit
  pas les détails de la répresentation et du
  stockage des données.
• accès efficient utilisation de méthodes de
  stockage et daccès très sophistiquées.
• Temps de développement dapplications réduit les
  fonctionalités dun SGBD nont pas besoin dêtre
  dédoublées.
• Integrité et sécurité des données appliquer les
  contraintes dintégrité et un contrôle daccès.
• Administration uniforme de données des
  utilisateurs expérimentés administrent les
  données utilisées par des utilisateurs
  inexpérimentés.
• accès concurrent, recouvrement des crashs un
  utilisateur acckde aux données sans tenir compte
  des autres utilisateurs du système.

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Pourquoi Etudier les SGBDs?
?

• Le volume des données et leur diversité sacroit
  énormement
• Bibliothèques digitales, système de video
  interactif, project du génome humain, project EOS
  
• ... Les besoins pour des SGBDs explosent
• La gestion efficiente dune masse si diverse de
  données implique de la recherche sur beaucoup de
  problèmes fondamentaux.
• Les SGBDs comprennent la plupart des sujets de
  recherche en informatique
• SE, langues, théorie, IA, multimedia, logique,
  etc.

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modèles des données

• Un modèle des données est une collection
  déléments de haut niveau pour la description des
  données.
• Un schéma est une description dune collection
  particulière de données utilisant un modèle des
  données precis.
• Une instance dun schéma est un ensemble de
  données organisées selon un schéma donné.
• Le modèle relationel est le modèle le plus
  largement utilisé aujourdhui.
• Concept principal instance relationelle
  (relation), i.e. une table ayant des lignes et
  des colomnes.
• Chaque relation a un schéma relationel (schéma)
  qui décrit le nom et les colomnes ou attributs de
  la dite relation.

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Niveaux dAbstraction

• Les schémas de données sont décrits à 3
  niveaux dabstractions vues, schéma conceptuel
  (logique) et schéma physique.
• Les Vues (schémas externes) décrivent comment les
  utilisateurs voient les données.
  
• Un schéma conceptuel définit la struture logique.
• Un schéma physique décrit les fichiers et indexs
  à utiliser.

vue 1
vue 2
vue 3
schéma conceptuel
schéma physique

• Les schémas sont définis en utilisant un
• language de définition de données (DDL).

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Exemple Base de données Universitaires

• schéma conceptuel
• Students(sid string, name string, login
  string,
• age integer, gpa real)
• Courses(cid string, cname string, credits
  integer)
• Enrolled(sid string, cid string, grade
  string)
• schéma physique
• Relations stockées comme fichiers nontriés.
• Index sur la première colomne de Students et
  Courses index sur les deux premières colomnes de
  Enrolled, etc.
• schéma externe (Vue)
• Course_info(cid string, enrollment integer)

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Indépendance des données

• Les applications sont isolées de la manière dont
  les données sont structurées et stockées.
• Chaque niveau dabstraction est protégé des
  changements dans la structure du niveau
  inférieur.
• Indépendance logique protection des changements
  dans la structure logique des données.
• Indépendance physique protection des
  changements dans la structure physique des
  données.

• Un des plus importants bénéfices de
  lutilisation dun SGBD

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Requêtes

• Une requête est une question impliquant les
  données stockées, p. ex.
• Quel est le nom du professeur qui enseigne
  CSI3717?
• Quel est le nombre total détudiants enrollés
  dans CSI3717?
• Quel est le pourcentage détudiants ayant eu un
  A dans CSI3717?
• Un language de requêtes est language specialisé
  dans lequel des requêtes peuvent être posées sur
  une base de données.
• Les données sont modifiées /requises en utilisant
  un language de manipulation des données (DML).
  Ainsi un language de requêtes est un
  sous-language dun DML.
• Le modèle relationel supporte 2 languages de
  requêtes
• Calcul relationel language de requêtes basé sur
  la logique
• Relational algebra basé sur un ensemble
  dopérateurs pour la manipulation des relations.
  

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Contrôle dAccès Simultanés

• Lexécution simultanée des programmes
  dutilisation est essentiel pour une bonne
  performance des SGBDs.
• il est important de garder le cpu occupé en
  travaillant simultanément sur plusieurs
  programmesdutilisateurs.
• Lentrelacement des actions de différents
  utilisateurs peut conduire à des inconsistences
  p. ex. lors dun retrait dargent pendant que la
  balance du compte est calculée.
• Le SGBD garantit que des inconsistences
  narrivent pas un utilisateur peut utiliser le
  système comme sil sagissait dun système à
  usager unique.

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Transaction

• Une transaction est une séquence atomique
  dactions sur la base de données (reads/writes)
  correspondant à lexécution dun programme de
  transaction.
• Chaque transaction, exécutée complètement, doit
  laisser la BD dans un état consistent si la BD
  était consistente au début de la transaction.
• Les utilisateurs peuvent spécifier de simples
  contraintes dintegrité sur les données et le
  SGBD les appliquera.
• Au delà de cela, le SGBD ne comprend pas la
  sémantique des données. (p. ex. il ne comprend
  pas comment calculer la moyenne cumulée sur un
  compte détudiant).
• Doù, lutilisateur est en dernier ressort
  responsable du maintien de la consistence des
  données!

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Scheduling de Transactions Simultannées

• Un SGBD garantit que lexécution de T1, ... ,
  Tn est équivalente à une exécution sérielle de
  T1, ..., Tn.
• Avant de lire/écrire un objet, une transaction
  réquiert un lock sur cet object et attend jusquà
  ce que le SGBD rende le lock. Tous les locks
  sont relachés à la fin de la transaction.
  (protocolle de locking 2PL strict.)
• Idée Si une action de Ti (soit writes X) affecte
  Tj (qui pourrait être entrain dexécuter un reads
  X), un parmi les deux, soit Ti, veut obtenir un
  lock sur X dabord et Tj est forcé dattendre
  jusqua ce que Ti soit à la fin ceci entraine
  que les transactions seront ordonnées.
• Si p. ex. Tj a déjà un lock sur Y et Ti réquiert
  plutard un lock sur Y, il y a dans ce cas un
  deadlock! Ti ou Tj est annullé et redémarré!

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Garantie dAtomicité

• Un SGBD garantit latomicité (proprieté du
  tout-ou-rien) même si il y a un crash au milieu
  de la transaction.
• Idée garder un log (history) de toutes les
  actions exécutées par le SGBD lors de lexécution
  dun ensemble de transactions
• Avant que un changement ne soit fait sur une BD,
  lentrée correspondante dans le log est
  forcément stockée à un endoit sûr. (protocolle
  WAL les SO noffrent souvent à ce sujet quun
  support inadéquat.)
• Après un changement, les effets de la transaction
  partiellement exécutée sont defaits en utilisant
  le log. (Grâce au protocolle WAL, si une entrée
  dans le log nétait pas sauvée avant le crash, le
  changement associé à cette entrée na donc pas
  été appliqué à la base de données!)

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Le Log

• Les actions suivantes sont enregistrées dans le
  log
• Ti ecrit un object la vielle et la nouvelle
  valeurs sont enregistrées.
• Lenregistrement du log doit aller sur le disque
  avant la page qui a changé!
• commits/aborts un enregistrement indiquant
  une telle action est inscrite dans le log.
• Les enregistrements du log sont chainés sur base
  des numéros didentification des transactions. De
  la sorte, il est facile de défaire une
  transaction donnée.
• Le log est souvent archivé sur un stockage
  stable.
• Toute activité relative au log (ainsi que toute
  autre activité relative au contrôle daccès
  simultané telle que lock/unlock, traitement des
  deadlocks, etc.) est traité de manière
  transparente par le SGBD.

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Personnes Impliquées dans les BDs

• Utilisateur final accède seulement à un
  interface dun SGBD!
• Vendeurs de SGBDs IBM, Oracle, Informix,
  Microsoft, etc
• Chercheurs et implémenteurs inventent de
  nouvelles théories et algorithmes relatifs aux
  SGBDs et en ecrivent le code.
• Programmeurs dapplications écrivent des
  programmes C/C/Java/ qui interagissent avec
  les SGBDs
• P.ex. Webmasters avancés
• Administrateur de base de données (DBA)
• Conçoit les schémas logiques /physiques
• Traite les questions de sécurité et
  dauthorisation
• Disponibilité des données, recouvrement du crash
  
• Adaptation de la base de données à levolution
  des besoins

Les DBAs doivent comprendre le fonctionnement
dun SGBD !
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Structure dun SGBD
Ces couches doivent considérer Laccès simultané
et Le recouvrement

• Un SGBD typique a une architecture à plusieurs
  couches (layers).
• Notez que les modules daccès simultanés et de
  recouvrement du crash ne sont pas montrés.
• Ceci est un parmi plusieurs choix possibles
  darchitectures, chaque système ayant ses
  propres particularités.

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Perspectives Historiques

• Début des années 60 GE concoit le 1er SGBD à
  caractère général et basé sur le modèle réseau.
• Fin des années 60s IBM développe IMS qui est
  basé sur le modèle hiérarchique.
• Début des années 70 E. Codd introduit le modèle
  relationel pour résoudre les problèmes relatifs
  aux modèles précédents.
• Fin des années 70 et début 80 travaux sur le
  traitement des transactions, par Jim Gray et P.
  Bernstein.
• Années 80 Lutilisation des BDs relationels
  devient courante dans les grandes entreprises,
  arrivée de plusieurs vendeurs de SGBDs,
  standardisation de SQL, le language de requêtes
  pour les BDs relationels, etc.

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Perspectives Historiques (Suite)

• Fin 80 et début 90s modèles de données plus
  riches (orienté-object, object-relationel, etc)
  et des languages de requêtes plus expressifs
  (Datalog, relations nichées, etc) sont
  introduits.
• Fin 90 les grands vendeurs étendent les SGBD
  relationel avec de nouveaux types de données
  (images, texte, contenu multimédia, etc) ainsi
  que avec les requêtes basé sur cela.
• Pendant toute lhistoire du développement des
  BDs
• Reconnaissance scientifique Turing Awards aux
  chercheurs en BDs C. Bachman, E. Codd, et J. Gray
• Naissance dune large industrie de plusieurs
  billions de dollars

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Résumé

• Un SGBD est utilisé pour maintenir et poser des
  requêtes à de larges collections de données.
• Les bénéfices comprennent le recouvrement du
  crash, laccès simultané, dévelopment rapide des
  applications, integrité des données et sécurité.
• Les niveaux dabstraction entrainent
  lIndépendance des données.
• Un SGBD a généralement une architecture à
  niveaux.
• Les chercheurs en BDs, les implémenteurs et les
  administrateurs ont des jobs de grande
  responsabilité et sont bien payés!
• La recherche et le dévelopment en SGBDs est un
  domaine large et excitant au sein de
  linformatique.
• Les BDs sont une industrie de plusieurs billions
  de !