Bases de Datos Orientadas a Objetos

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Bases de Datos Orientadas a Objetos

• Daniel Artázcoz
• Ekaitz Balda

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Índice

• Introducción
• Historia de las BDOO
• Características de BDOO
• Obligatorias
• Opcionales y Abiertas
• Seguridad y otras funcionalidades
• Ventajas y posibles desventajas
• SGBDOO vs. SGBDR
• SGBDOO mas conocidos
• O2
• GemStone
• Conclusiones

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Índice

• Introducción
• Historia de las BDOO
• Características de BDOO
• Obligatorias
• Opcionales y Abiertas
• Seguridad y otras funcionalidades
• Ventajas y posibles desventajas
• SGBDOO vs. SGBDR
• SGBDOO mas conocidos
• O2
• GemStone
• Conclusiones

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IntroducciónQué es O.O.?

• "La orientación a objetos proporciona una
  solución que conduce a un Universo de Objetos
  'bien educados' que se piden de manera cortés,
  concederse mutuamente sus deseos".
  (Dan Ingalls de Smalltalk)
• Por qué O.O.? Porque tienen gran capacidad de
  reutilización de código y con metodología
  eficientes y efectivas que se aplican al proceso
  de producción de software.

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IntroducciónPor qué se crean las bases de
datos?

• Los SGBD tradicionales tienen deficiencias con
  aplicaciones complejas (diseño y fabricación en
  ingeniería, GIS, multimedia, etc.)
• Aumento del uso de los lenguajes de programación
  orientada a objetos
• Un objetivo mantener una correspondencia directa
  entre los objetos del mundo real y de la base de
  datos

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Índice

• Introducción
• Historia de las BDOO
• Características de BDOO
• Obligatorias
• Opcionales y Abiertas
• Seguridad y otras funcionalidades
• Ventajas y posibles desventajas
• SGBDOO vs. SGBDR
• SGBDOO mas conocidos
• O2
• GemStone
• Conclusiones

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Evolución de SGBD
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Historia de Base datos OO

• 1967
• - Simula67 - primer lenguaje con conceptos O-O
• Introduce el concepto de clase
• 1980s
• Comienza el auge de los lenguajes O-O
• SmallTalk-(Goldberg)-Xerox Palo Alto Research
  Ctr.
• C (Stroustrup) - Bell Labs. (1983)

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Historia de Base datos OO

• 1980s
• Prototipos de investigación sistemas SGBDOO
• GemStone (Copeland Maier _at_ Servio Logic Corp.)
  (1984)
• Introducen el concepto de persistencia en
  lenguajes O-O SmallTalk
• Objetos existen después de que la aplicación
  termina su ejecución

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Historia de Base datos OO

• 1980s (cont.)
• Prototipos de investigación sistemas SGBDOO
  (cont.)
• Sistemas objeto-relacionales
• POSTGRES (Stonebraker, UCB) (1986)
• Startbusrt (IBM, 1985)
• 1990s-2000s - Explosión SGBDOO
• Sistemas comerciales
• ObjectStore
• Versant
• Ontos
• Gemstone
• PUF !
• Abarcan solamente un 1 del mercado

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Índice

• Introducción
• Historia de las BDOO
• Características de BDOO
• Obligatorias
• Opcionales y Abiertas
• Seguridad y otras funcionalidades
• Ventajas y posibles desventajas
• SGBDOO vs. SGBDR
• SGBDOO mas conocidos
• O2
• GemStone
• Conclusiones

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Características de BDOO

• Se pueden dividir en tres grupos
• Obligatorias Son las que el Sistema debe
  satisfacer a orden de tener un sistema de BDOO
• Opcionales Son las que pueden ser añadidas para
  hacer el sistema mejor
• Abiertas Son las que pueden ser añadidas por el
  diseñador

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Características Obligatorias

• Por ser OO
• Identificador de objeto (OID)
• Objetos complejos
• Encapsulamiento
• Tipos o clases
• Herencia y jerarquía tipos
• Polimorfismo y sobrecarga

• Por ser SGBD
• Persistencia
• Concurrencia
• Recuperación ante fallos
• Lenguaje de definición de objetos (ODL)
• Lenguaje de manipulación (OQL)

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Características Obligatorias

• Por ser OO
• Identificador de objeto (OID)
• Objetos complejos
• Encapsulamiento
• Tipos o clases
• Herencia y jerarquía tipos
• Polimorfismo y sobrecarga

• Por ser SGBD
• Persistencia
• Concurrencia
• Recuperación ante fallos
• Lenguaje de definición de objetos (ODL)
• Lenguaje de manipulación (OQL)

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Características Obligatorias (I)

• Identificador de objeto (OID)
• Es único, generado por el sistema y no es
  visible para el usuario externo
• La principal propiedad de un OID es la de ser
  inmutable
• Lo mas usual es usar un entero largo como OID y
  luego usar alguna tabla de dispersión (hash) para
  hacer corresponder el valor OID con la dirección
  física del objeto
• La mayor parte de los SBDOO permiten representar
  tanto objetos como valores

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Características Obligatorias (II)

• Objetos complejos
• Los objetos pueden tener una estructura de
  objeto de complejidad arbitraria con el fin de
  contener toda la información significativa que
  describe al objeto
• En las bases de datos relacionales la
  información sobre un objeto complejo suele estar
  dispersa entre muchas relaciones, haciendo que se
  pierda la correspondencia directa entre un objeto
  del mundo real y su representación en la base de
  datos

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Características Obligatorias (III)

• Encapsulación
• Un objeto tiene normalmente dos componentes
  estado (valor) y comportamiento (operaciones)
• La estructura interna de un objeto contiene
  variables de instancia, similares a los atributos
  en SGBDR, pero pueden ser visibles o no
• Si no son visibles, solo se puede acceder a
  través de las operaciones
• Permite modificar la estructura interna sin
  modificar los programas externos

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Características Obligatorias (IV)

• Tipos o clases
• Tipo de Objeto es una categoría de objeto
  (EMPLEADO). Un objeto es una Instancia de un tipo
  de objeto. PERSONA (Juan Pérez)
• Clase especifica una estructura de datos y los
  métodos operativos permisibles que se aplican a
  cada uno de sus objetos. Las operaciones más
  usuales constructora, destructora, modificadoras
  y recuperadoras

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Características Obligatorias (V)

• Herencia y jerarquías de tipo
• Permite especificar nuevos tipos o clases que
  heredan gran parte de su estructura y operaciones
  previamente definidas. Esto facilita la
  reutilización de las definiciones de tipos
  existentes cuando se crean nuevos tipos de
  objetos
• El subtipo hereda toda las funciones del tipo
  predefinido (supertipo), dando lugar a una
  jerarquía de tipos o de clases

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Características Obligatorias (VI)

• Polimorfismo o sobrecarga de operadores
• Un nombre de operación se puede referir a varias
  implementaciones distintas, dependiendo del tipo
  de objetos al que se aplique

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Características Obligatorias

• Por ser OO
• Identificador de objeto (OID)
• Objetos complejos
• Encapsulamiento
• Tipos o clases
• Herencia y jerarquía tipos
• Polimorfismo y sobrecarga

• Por ser SGBD
• Persistencia
• Concurrencia
• Recuperación ante fallos
• Lenguaje de definición de objetos (ODL)
• Lenguaje de manipulación (OQL)

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Características Obligatorias (VII)

• Persistencia
• No todos los objetos se almacenan
  permanentemente en la base de datos
• Objetos transitorios existen durante la
  ejecución de un programa
• Objetos persistentes se almacenan en la base de
  datos y persisten después de la terminación del
  programa

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Características Obligatorias (VIII)

• Concurrencia
• Permite que varios usuarios o aplicaciones
  tengan acceso a una BD al mismo tiempo y
  compartan objetos de forma segura
• Los primeros SGBDOO no soportaban el control de
  concurrencia (eran sistemas de ficheros)

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Características Obligatorias (IX)

• Recuperación ante fallos
• Gestión de transacciones incluye capacidades de
  recuperación ante fallos
• Cuando se intenta una transacción pero no se
  puede realizar y es necesario regresar al mismo
  estado en el que se encontraba la base de datos

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Características Obligatorias (X)

• Lenguaje de definición de objetos (ODL)
• Similar al DDL de los sistemas relacionales, que
  incorpore los constructores de tipos anteriores
  para definir tipos de objetos para una aplicación
  de base de datos específica. Usaremos las
  palabras clave tupla, conjunto y lista para los
  constructores de tipos, y usaremos los tipos de
  datos estándar disponibles (integer, string,
  flota, etc.) para los tipos atómicos

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Características Obligatorias (XI)

• Lenguaje de manipulación (OQL)
• La sintaxis similar a la de SQL, con
  características adicionales como identidad de
  objetos, objetos complejos, operaciones,
  herencia, polimorfismo y relaciones

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Características de BDOO

• Se pueden dividir en tres grupos
• Obligatorias Son las que el Sistema debe
  satisfacer a orden de tener un sistema de BDOO
• Opcionales Son las que pueden ser añadidas para
  hacer el sistema mejor
• Abiertas Son las que pueden ser añadidas por el
  diseñador

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Características Opcionales y Abiertas

• Características Abiertas Son como una
  especialización, que queda en manos del diseñador
• Características Opcionales
• Herencia múltiple y herencia selectiva
• Versiones
• Verificación e inferencia del tipo

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Características Opcionales (I)

• Herencia múltiple y herencia selectiva
• Herencia múltiple un subtipo es subtipo de dos
  supertipos y por tanto hereda las funciones de
  ambos.
• Herencia selectiva cuando un subtipo hereda
  sólo algunas de las funciones del supertipo

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Características Opcionales (II)

• Versiones
• Algunos sistemas OO cuentan con capacidades para
  manejar múltiples versiones del mismo objeto
• Útil para conservar una versión anterior hasta
  que la nueva versión se haya probado y
  verificado, por ejemplo

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Características Opcionales (III)

• Verificación e inferencia del tipo
• Distribución Que se puede tener parte de una BD
  en un servidor y otra parte en otro
• Sistema de Representación Como se presentan los
  esquemas
• Uniformidad Todo debe ser igual
• Asociaciones y Cardinalidad de Asociaciones
• 11,1M, M1, MM

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Índice

• Introducción
• Historia de las BDOO
• Características de BDOO
• Obligatorias
• Opcionales y Abiertas
• Seguridad y otras funcionalidades
• Ventajas y posibles desventajas
• SGBDOO vs. SGBDR
• SGBDOO mas conocidos
• O2
• GemStone
• Conclusiones

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Seguridad

• Muchos SGBDOO utilizan los recursos de seguridad
  que les proporciona el S.O. subyacente (Unix,
  Windows)
• Otros sistemas utilizan mecanismos de protección
  de esquemas mediante password
• Los SGBDR son más potentes en este sentido

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Otras funcionalidades

• Restricciones los SGBDOO no las soportan, se
  usan las operaciones predefinidas
• Vistas los SGBDOO no soportan las vistas,
  también se utilizan las operaciones propias del
  objeto

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Índice

• Introducción
• Historia de las BDOO
• Características de BDOO
• Obligatorias
• Opcionales y Abiertas
• Seguridad y otras funcionalidades
• Ventajas y posibles desventajas
• SGBDOO vs. SGBDR
• SGBDOO mas conocidos
• O2
• GemStone
• Conclusiones

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Ventajas en BDOOs

• Está su flexibilidad, y soporte para el manejo de
  tipos de datos complejos (modificaciones con
  herencia)
• La segunda ventaja de una BDOO, es que manipula
  datos complejos en forma rápida y ágilmente,
  debido a las referencias o apuntadores lógicos
  entre objetos

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Posibles Desventajas

• La inmadurez del mercado de BDOO constituye una
  posible fuente de problemas
• El segundo problema es la falta de estándares en
  la industria orientada a objetos, aunque cada vez
  tiene más fuerza el estándar ODMG

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Índice

• Introducción
• Historia de las BDOO
• Características de BDOO
• Obligatorias
• Opcionales y Abiertas
• Seguridad y otras funcionalidades
• Ventajas y posibles desventajas
• SGBDOO vs. SGBDR
• SGBDOO mas conocidos
• O2
• GemStone
• Conclusiones

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SGBDOO vs. SGBDR

• Diferencias en el diseño
• Las relaciones en BDOO incluir los OIDs en los
  dos objetos, referencias inversas, mientras en
  BDR es mediante atributos coincidentes
• La herencia en las BDR no existe el concepto de
  herencia
• Operaciones es necesario especificar las
  operaciones en las BDO al comienzo del diseño,
  mientras en las BDR no es necesario hasta la fase
  de implementación

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SGBDOO vs. SGBDR

• Tienen un OID único, para saber si es el mismo
  objeto o no, en las BDR es difícil saberlo
• Permiten objetos complejos, mientras en las BDR
  están en múltiples tablas perdiendo la
  correspondencia con el mundo real
• Reutilización y encapsulación son diferencias
  principales y muy importantes

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Índice

• Introducción
• Historia de las BDOO
• Características de BDOO
• Obligatorias
• Opcionales y Abiertas
• Seguridad y otras funcionalidades
• Ventajas y posibles desventajas
• SGBDOO vs. SGBDR
• SGBDOO mas conocidos
• O2
• GemStone
• Conclusiones

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SGBDOO mas conocidos

• GEMSTONE (Meier y Stone)
• Basado lenguaje OOP Smalltalk
• Producto comercial que suministra
• Integridad de un objeto
• Encapsulación de un objeto
• Herencia simple
• Interfaz externa
• Control de concurrencia
• Recuperación
• Gestión almacenamiento secundario y autorización
• Soporta acceso concurrente y métodos para
  mantener seguridad e integridad en la BD.

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SGBDOO mas conocidos

• VBASE (Andrews y Harris 1987)
• SGBDOO comercial
• Estructura fuerte de tipos de datos
• Utiliza tipos datos abstractos
• Lenguaje TDL para definición de objetos
• Lenguaje implementación COP
• Permite creación objetos de un tipo (clase)
• Permite creación objetos agregados
• Soporta interrelaciones entre objetos 11,1N,
  NN
• Los objetos pueden compartirse en múltiples
  procesos concurrentemente
• Proporciona facilidades de seguridad y
  recuperación
• Control de acceso es simple

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SGBDOO mas conocidos

• ORION (Banerjee y otros 1987)
• Prototipo BDOO, igual que Gemstone deriva
  lenguaje OOP Smalltalk pero este ultimo dispone
  de capacidad herencia múltiple.
• Permite
• Definición de clases
• Definición jerarquía de clases
• Crear y manipular objetos complejos
• Diseñado para soportar de modo natural las
  necesidades de los OO.

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SGBDOO mas conocidos

• PDM (Manola y Dayal 1986)
• Basado modelo funcional datos DAPLEX
• Por lo que el algebra PDM muy cercana al algebra
  relacional
• Diferencias (PDM VS RELACIONAL)
• PDM tiene capacidad aplicarle funciones
  multiargumento a los objetos
• PDM incluye operador APPLY_APPEND para
  composición de funciones
• PDM como DAPLEX trata todo como funciones.

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SGBDOO mas conocidos

• IRIS (Fishman y otros)
• Desarrollado por Hewlett Packard.
• Semejanza cercana a los sistemas relacionales.
• Utiliza administrador de almacenamiento parecido
  a System R.
• Soporta lenguaje de consultas SQL (OSQL).
• Permite representación
• Objetos
• Colecciones objetos
• Operaciones
• SGBD consiste procesador de consultas que
  implementa modelo datos OO y que soporta
  abstracciones estructurales de alto nivel
  (clasificación, generalización, agregación,).
• Incluye una extensión a objetos de SQL

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SGBDOO mas conocidos

• O2(Leeluse y otros 1988)
• Soporta
• Tipos objetos
• Encapsulacion
• Herencia
• Múltiples lenguajes BASIC, C, LISP.
• Proporciona recursos
• Encapsulacion
• Herencia
• Sobrecarga operadores
• No define clases y métodos como objetos como
  hacia Gemstone.

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Índice

• Introducción
• Historia de las BDOO
• Características de BDOO
• Obligatorias
• Opcionales y Abiertas
• Seguridad y otras funcionalidades
• Ventajas y posibles desventajas
• SGBDOO vs. SGBDR
• SGBDOO mas conocidos
• O2
• GemStone
• Conclusiones

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O2

• O2 Engine es quien se encarga de la funcionalidad
  del SGBD
• Proporciona recursos almacenamiento.
• Obtención y actualización de objetos almacenados
  persistentes que pueden ser compartidos por
  múltiples programas.
• Basado en arquitectura Cliente/Servidor
• Contempla los sistemas de computo de redes y
  distribuidos.
• Maquina servidora almacena a nivel página (
  bloque disco) y no conoce la estructura del
  objeto
• El servidor ocupa parte del almacenamiento de
  paginas en cache para reducir E/S disco.
• Control concurrencia basado en bloqueo
• Resuperación escritura anticipada en bitácora.

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O2

• En el nivel funcional O2 Engine tiene 3
  componentes
• Componente almacenamiento (nivel mas bajo)
• Utiliza sistema almacenamiento WISS
• Implementación dividida entre cliente y servido
• Servidor
• Maneja disco.
• Almacena páginas.
• Lee paginas.
• Controla recurrencia.
• Cliente
• Almacena en cache las paginas
• Pone las paginas al servicio de los módulos
  funcionales del nivel superior.

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O2

• Gestor objetos (nivel intermedio)
• Estructurar objetos y valores
• Forma grupos objetos relacionados en paginas en
  disco
• Mantiene la identidad de los objetos
• Efectúa operaciones con objetos
• Los identificadores de objetos se implementaron
  como _at_fis en disco de los objetos
• Los objetos complejos estructurados se
  descomponen en registros y se usan índices para
  acceso a estructuras de conjuntos o listas.

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O2

• Gestor esquemas (nivel mas alto)
• Lleva control definición
• Clases
• Tipos
• Métodos
• Provee los mecanismos de herencia
• Verifica la consistencia de las declaraciones de
  clase
• Hace posible la evolución de los esquemas

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Índice

• Introducción
• Historia de las BDOO
• Características de BDOO
• Obligatorias
• Opcionales y Abiertas
• Seguridad y otras funcionalidades
• Ventajas y posibles desventajas
• SGBDOO vs. SGBDR
• SGBDOO mas conocidos
• O2
• GemStone
• Conclusiones

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GEMSTONE

• GemStone permite a desarrolladores de
  aplicaciones escribir métodos, los cuales son
  almacenados y ejecutados directamente en la base
  de datos.
• Estos métodos pueden ser accesados ya sea
  internamente o por aplicaciones cliente externas
• Esto puede reducir significativamente el tráfico
  en la red y permitir a las aplicaciones tomar
  ventaja del poder superior de cómputo de el
  servidor

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GEMSTONE

• Concurrencia
• GemStone provee soporte concurrente para
  aplicaciones desarrolladas con Smalltalk, C, C
  y con la herramienta de desarrollo propia de
  GeODE.
• Todas las aplicaciones, independientemente del
  lenguaje en que estén escritas, pueden tener
  acceso simultáneo a los mismos objetos de la base
  de datos.
• La Interfaz C de GemStone es una librería de
  funciones que pueden ser llamadas desde lenguajes
  que permiten llamadas a funciones C, incluyendo
  Ada, COBOL, Pascal, FORTRAN, LISP, y C Objetivo.
• La Interfaz C de GemStone provee almacenamiento
  persistente para aplicaciones C.

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GEMSTONE

• Control de Transacciones
• Múltiples usuarios pueden operar en la base de
  datos simultáneamente, con una variedad de modos
  para el control de transacciones disponibles
  (como bloqueo optimista o pesimista
• Seguridad a Nivel de Objeto
• El control de autorización puede ser aplicado a
  cualquier objeto en la base de datos, permitiendo
  una refinación de la seguridad de objetos.

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GEMSTONE

• Esquema Dinámico y Evolución de Objetos
• GemStone soporta la modificación de esquema a
  través del versionamiento de clases y permite una
  total migración de objetos entre versiones de sus
  clases con un simple envío de mensajes. La
  migración es totalmente personalizable y puede
  ser revertida.
• Escalabilidad
• GemStone tiene la capacidad para soportar 1,000
  logins y 100 usuarios activos concurrentemente en
  un servidor SMP de tamaño mediano. Esta
  característica indica que GemStone es lo
  suficientemente poderoso por lo menos para
  aplicaciones departamentales

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GEMSTONE

• Gateways
• GemStone incorpora gateways o bridges (puentes)
  de datos que permiten a aplicaciones de objetos
  integrar datos válidos, en formatos SQL, IMS,
  VSAM y otros. El nivel de integración entre
  GemStone y datos válidos, y aplicaciones puede
  variar desde un simple query hasta una intensiva
  interoperabilidad de lectura/escritura. Esta
  nueva característica es particularmente útil en
  el papel que desempeña GemStone como servidor de
  aplicaciones, como una de las principales tareas
  de este servidor para mapear peticiones de
  clientes en una variedad de administradores de
  datos

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GEMSTONE

• ArquitecturaGemStone fue diseñado como un
  sistema cliente-servidor y consiste de dos tipos
  de procesos El Gem y el Stone, y el GemStone
  Smalltalk Interface (GSI).

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GEMSTONE

• El Gem
• Es el front-end, y puede correr ya sea en el
  cliente o en el servidor, esto dependiendo de
  consideraciones como el tráfico en la red y el
  rendimiento.
• Maneja la compilación Smalltalk y provee una
  librería de clases predefinidas de cerca de 500
  clases y 12,000 métodos.
• Cuando es remoto al Stone, el Gem puede ser
  configurado para buscar, almacenar en cache o
  bloquear páginas, objetos, o segmentos de datos
  completos.
• Cada Gem toma aproximadamente 1MB de RAM, y esto
  pone un límite práctico al número de usuarios
  simultáneos soportados.
• Una máquina de 32 bits tiene un espacio de
  direccionamiento virtual de 4GB, y puede tener
  hasta 1GB de RAM física. La mitad de la cual es
  asignada al cache, y los restantes 500MB son
  suficientes para 500 usuarios.

61
GEMSTONE

• El Stone
• Es el administrador de la base de datos.
• Se ejecuta siempre en el servidor.
• Las funciones como E/S de disco, concurrencia,
  transacciones, recuperación y seguridad son
  responsabilidades del Stone.
• Existe un Stone por base de datos.

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GEMSTONE

• El GSI
• Siempre se ejecuta en el cliente
• Traduce clases Smalltalk y mantiene la coherencia
  de cache.
• Dos versiones
• Una versión enlazada, la cual comparte el mismo
  espacio de direccionamiento con el Gem
• Una versión RPC, la cual permite al GSI ser
  ejecutado en una máquina remota.
• Los objetos son automáticamente recolectados a la
  basura cuando ya no son referenciados.

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Índice

• Introducción
• Historia de las BDOO
• Características de BDOO
• Obligatorias
• Opcionales y Abiertas
• Seguridad y otras funcionalidades
• Ventajas y posibles desventajas
• SGBDOO vs. SGBDR
• SGBDOO mas conocidos
• O2
• GemStone
• Conclusiones

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Conclusiones

• Son las que mejor pueden representar el mundo
  real
• Los SGBDOO se supone que son los SGBD del futuro
  (3ª generación)
• Aunque hoy en día sólo abarcan el 1 del mercado
• Versant y Ozone, dos de las más importantes,
  carecen de información para los usuarios externos