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GES013 – Sistema de Banco de Dados

Introdução

Ilmério Reis da Silvailmerio arroba ufu.brwww.facom.ufu.br/~ilmerio/sbdUFU/FACOM

Definição BD

Def. Banco de Dados

“ é uma coleção de itens de dados relacionados”

Propriedades implícitas de um BD:

representa uma realidade,

tem um significado

é projetado com objetivos definidos

Em geral o conceito é aplicado para armazenamento e manipulação de grande volumes de dados.

Esquema, Instância e Estado de um BD

Def. Esquema do Banco de Dados: em qualquer modelo de dados o esquema é uma descrição do banco de dados

Def. Instância: é a ocorrência de um dado no banco de dados, por exemplo, um registro de empregado

Def. Estado de um Banco de Dados: é o conjunto de instâncias de um banco de dados em um determinado momento

Exemplos de BD

• Banco de dados de uma empresa, contendo dados de clientes, funcionários e produtos.

• Banco de dados de uma universidade, contendo dados de cursos, alunos, professores e técnicos-administrativos

Para pensar:

As páginas da Web formam um BD?

Definição SGBD

Def. Sistema Gerenciador de Banco de Dados

“Um Sistema Gerenciador de Banco de Dados(SGBD) é um software que gerencia um ou mais bancos de dados”

Ex: Oracle; PostgreSql; MySql; Sybase; MS Sql Server; MS Access; Firebird.

Definição SBD

Def. Sistema de Banco de Dados (SBD)

SBD = BD + SGBD + Aplicação

Alternativa à abordagem de BD

Uso de arquivos com gerenciamento por programas próprios, aqui chamados de Arquivos Convencionais

Problemas com Arquivos Convencionais

• Inconsistência e redundância de dados

• Acesso aos dados

• Isolamento de dados

• Integridade

• Atomicidade

• Acesso concorrente

• Escalabilidade

• Segurança

Inconsistência e Redundância

Def. Consistência: o dado armazenado deve representar um fato ou atributo da realidade modelada pelo sistema.

Def. Redundância: o mesmo dado é armazenado em mais de um arquivo

Problemas em arquivos criados por vários programadores:

• Formatos distintos

• Linguagens distintas

• Atributos replicados em arquivos diferentes

• Alto custo de armazenamento e manutenção de consistência entre as cópias

Exemplo de redundância/inconsistência:

Alteração do número de telefone do funcionário em um arquivo, sem alterá-lo em outro(s).

Qual representa a realidade?

Dificuldade de acesso aos dados

O acesso é exclusivo por programas específicos.

Nova funcionalidade => escrever novo programa.

Exemplo: uma consulta aos dados de clientes de um determinado CEP

Problemas com Isolamento de Dados

• Os formatos dos dados dependem de programas específicos

• Não há isolamento de dados e programas

Problemas com Integridade

• As restrições são totalmente implementadas por códigos próprios

• Difícil implementação das restrições, pois, muitas vezes a manutenção da consistência exige acesso a vários arquivos, inclusive gerados por programas escritos em diferentes linguagens.

Problemas com Atomicidade

• Atomicidade significa que um conjunto de operações devem ser executado por completo ou nenhuma operação do conjunto deve ser executada.

• Em caso de falha durante a execução do conjunto de operações deve-se garantir a atomicidade

• Isso é difícil de manter em arquivos gerenciados por programas próprios

Exemplo: Transferir o valor X da conta A para a conta B.

Seja SA o saldo da conta A e SB o saldo da conta B, então o conjunto de operações é dado por:

1) SA = SA – X;

2) SB = SB + X;

É difícil garantir a atomicidade em caso de falhas após a execução da operação 1) débito e antes da execução da operação 2) crédito

Problemas com acesso concorrente

• Vários sistema exigem o acesso simultâneo, ou seja, concorrente, aos dados

• Exemplo: Seja uma conta corrente A com Saldo SA=500 e duas retiradas simultâneas em tarefas T1 e T2, cada uma de 100, cuja execução ocorre na seguinte ordem temporal:

T1: Obtem SA;

T2: Obtem SA;

T1: SA=SA-100;

T2: SA=SA-100;

T1: grava SA;

T2: grava SA;

É difícil garantir a consistência dos dados em caso de acesso concorrente a arquivos convencionais. No caso acima SA será 400, mas deveria ser 300.

Problemas com Escalabilidade

• Acesso aos dados pode se tornar ineficiente com o crescimento do volume de dados

• Crescimento de funcionalidades pode ser difícil de implementar

Problemas de segurança

• Grandes sistemas têm vários usuários

• O acesso deve ser restrito às função do usuário

• É difícil controlar o acesso em Arquivos Convencionais

Como um SGBD lida com esses Problemas

• Inconsistência e redundância de dados: independência dados/programas

• Dificuldade de acesso aos dados: algoritmos sofisticados implementando linguagens declarativas de consulta/acesso aos dados

• Isolamento de dados: independência dados/programas

• Problemas de Integridade: várias restrições implementadas pelo SGBD

• Problemas de atomicidade: controle de transações

• Anomalias no acesso concorrente: controle de concorrência

• Escalabilidade: algoritmos sofisticados de otimização de consultas

• Problemas de segurança: controle de acesso pelo SGBD

Componentes de um SBD

Sistema de Banco de Dados (SBD)

Capacidades de um SGBD

• controle de transações

• controle de acesso

• controle de redundância

• garantia de restrições de integridade

• backup e recuperação

Características e Viabilidade

CARACTERÍSTICAS DA ABORDAGEM BASEADA EM BD

• repositório para diversas aplicações

• dados e metadados

VIABILIDADE

• investimento em HW e SW

• porte de aplicações

• necessidade de concorrência (transações)

Níveis de Abstração

Exemplo Nível Conceitual

Exemplo Nível Físico

Exemplo Nível Externo

Exemplos Redundância

Independência de Dados

• Independência Lógica: alterações no nível lógico não afetam os programas

Exemplo: inserção de uma nova tabela

• Independência Física: alterações na estrutura de arquivos e índices não afetam o nível lógico

Exemplo: criação de um índice para melhoria do desempenho

Profissionais envolvidos

• Implementadores de BD

• Projetistas de BD Lógico

• Projetistas de BD Físico

• Administradores de banco de dados (DBA)

• Programadores de aplicativos

• Usuários finais.

Histórico de SBD e Arquitetura de BD

Sistemas monolíticos centralizados

Arquitetura cliente/servidor em duas camadas

Arquitetura cliente/servidor em três camadas:• Cliente => GUI/Apresentação • Servidor Web => Aplicação/Lógica; e • Servidor de BD => SGBD/Serviços BD

BD e mobilidade => devido à possibilidade de desconexão, o conceito de trabalho offline seguido de sincronização é importante

Linguagens de Definição e Manipulação

• DDL define:

esquema conceitual

esquema interno e

esquema externo

• DML manipula:

busca

inserção

modificação e

remoção

Outras Linguagens

API:

• ODBC

• JDBC e

• Outros Drivers

INTERFACE:

menus

formulários

gráficas

administração

Outras funcionalidades

UTILITÁRIOS:

carga

backup

recuperação

monitoração

Arquitetura de um SGBD Relacional

Modelo de Dados

Def. Modelo de Dados:

Um modelo de dados é um conjunto de ferramentas conceituais para descrição de dados, incluindo relacionamentos e restrições de integridade.

Modelo de Dados – (Paradigmas de SGBD)

• Modelo de Entidade-Relacionamento - ER(*)

• Modelo Orientado a objetos

• Modelo Semântico de Dados

• Modelo Hierárquico

• Modelo de Redes

• Modelo Relacional (*)

• Modelo Relacional – Orientado a objeto

(*) O Modelo ER e o Modelo Relacional serão estudados em detalhe e usados como ferramento de projeto de BD nessa disciplina

Bibliografia/Exercícios

• [EN] Capítulos 1 e 2

• [RG] Capítulo 1

• [SK] Capítulo 1

• Resolva os exercícios no final de cada capítulo acima.

• Sugestão de leitura recente:

Helland, P., “The Singular Success of SQL” in Communications Of The ACM, August 2016, Vol. 59, No. 8, pages 38-41.

FIM - Introdução

FIM - Introdução

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