Sviluppo di un database e dell interfaccia ottimizzata per immagini oftalmiche

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1 Università degli Studi di Firenze Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Informatica Sviluppo di un database e dell interfaccia ottimizzata per immagini oftalmiche Tesi di Laurea di Luca Fazzi Relatore: Prof. Romano Fantacci Anno Accademico 2003/04

2 Indice 1 Introduzione 1 2 Stato dell arte Introduzione Tecnologie utilizzate MySQL PHP Conoscenze iniziali Teoria sui database Perchè utilizzare un database Il modello relazionale Modelli logici nei sistemi di basi di dati Relazioni Informazioni incompleta e valori nulli Vincoli di integrità Chiavi SQL Definizione dei dati in SQL

3 Indice ii Domini elementari e schema Definizione delle tabelle Vincoli intrarelazionali Vincoli interrelazionali Interrogazioni in SQL Interrogazioni semplici Operatori aggregati Interrogazioni con raggruppamento Analisi del problema La struttura logica dell interfaccia La struttura logica del database Struttura del database La tabella Paziente La tabella immagine La tabella Associazione La tabella Patologia P La tabella Patologia Operazioni principali Inserimento Inserimento paziente La pagina insert paz Inserimento di un immagine Inserimento di un tipo di immagine o di una patologia La Ricerca La ricerca di un paziente La cancellazione

4 Indice iii 6.4 La Modifica Problemi incontrati Gestione dei valori di ritorno di un form Creazione e gestione del paziente anonimo Caricamento di un immagine remota Associazione di un paziente ad un immagine Aspetti per una successiva implementazione I semafori Restrizioni sui tipi da poter caricare Ampliamento ad uno studio medico in cui son presenti più dottori con privilegi differenti Automatizzazione del backup Utilizzo del codice md File di configurazione del database con procedura guidata Conclusioni 72

5 Capitolo 1 Introduzione In questa tesi sarà affrontato il problema dell archiviazione dei dati e delle immagini che affligge molte aziende, in particolare all interno del campo medico, successivamente sarà descritta la proposta che è stata sviluppata. Molte aziende ricorrono ancora al supporto cartaceo per archiviare le schede dei loro clienti e a fascicoli pieni di fotografie per classificare le loro immagini, ma l avvento dei computer,lo sviluppo di DBMS e le migliorie apportate ai nuovi linguaggi per la gestione delle banche dati aprono le porte ad una nuova prospettiva. Per non parlare dei problemi legati alla sicurezza e alla riservatezza dei dati personali che in formato cartaceo solitamente è molto bassa (raramente le aziende dispongono di stanze e archivi a cui accedono esclusivamente le persone autorizzate), infatti frequentemente più persone che condividono all interno dell azienda gli stessi strumenti e gli stessi luoghi avranno accesso alla conoscenza di alcuni dati riservati ad altro personale. La realizzazione di questo elaborato è rivolta alla creazione e allo sviluppo di un database e di un interfaccia che aiutino l utente nella gestione dei dati e attraverso restrizioni informatiche salvaguardino la loro riservatezza. A questo proposito è stata realizzato un esempio d interfaccia web atta alla

6 Capitolo 1. Introduzione 2 gestione di dati medici. L interfaccia e il database con l adozione di poche modifiche potrebbero essere adattate all archiviazione di immagini e schede clienti anche per ditte all esterno della sola area medica, ma l elaborato è stato realizzato per un immaginario studio medico in cui saranno inseriti dati relativi ai pazienti comprendenti patologie e immagini digitali. L elaborato è stato ottimizzato per un utenza non specializzata e quindi l interfaccia è stata semplificata in modo da essere molto intuitiva. Tutti i check e le modifiche che realmente avvengono sono nascoste all utilizzatore che riceve soltanto messaggi di conferma generici, o dettagliati messaggi di errore al termine dell operazione effettuata. Per quanto riguarda le risorse fisiche richieste è possibile affermare che sono veramente esigue, infatti per il suo funzionamento è sufficiente un elaboratore di media potenza e pochi MB liberi su hard-disk; il limite maggiore è rappresentato dall occupazione di spazio per mantenere in memoria le immagini acquisite. Anche l aspetto software risulta molto leggero, infatti basta avere installato un server web che supporti il PHP4 (consigliata una recente versione di Apache) e una recente versione di MySQL installata. Una cosa importante è che il funzionamento dell interfaccia e del database non è vincolato dal sistema operativo utilizzato poichè il MySQL non presuppone l utilizzo in nessuna architettura proprietaria. Un alternativa sarebbe stata quella di sviluppare un interfaccia in ASP.NET ma avrebbe vincolato l utilizzazione di un ambiente Microsoft e ciò va contro i presupposti di flessibilità che erano stati prefissati per questa tesi. L interfaccia proposta è frutto del superamento di molti problemi, e la sua semplicità di utilizzo deriva dal raffinamento di diverse versioni precedenti. Il database è stato realizzato utilizzando la versione del MySQL

7 Capitolo 1. Introduzione 3 in modo da poter funzionare anche su sistemi più vecchi che abbiano già installato questa versione. Questo ha comportato alcuni problemi, come l impossibilità di utilizzare le query nidificate e le transazioni che sono state implementate solamente dalla versione 4.0.xx in poi. Le conoscenze possedute all inizio della tesi erano molto esigue, specialmente riguardo la parte del php, ma ben presto tramite un lungo studio su alcuni siti internet che offrivano tutorial e forum sono state assimilate le conoscenze per una buona realizzazione dell elaborato. Una parte che ha creato molte difficoltà è stata quella del passaggio dei parametri tra le varie pagine, ma ben presto è stata risolta come trattato nei capitoli successivi. La scelta di realizzare questa tesi è nata dal fatto che effettuando ricerche su internet sono stati trovati solamente sistemi chiusi e a pagamento adatti a gestire una situazione del genere. Questo situazione porta piccole aziende che necessitano di una semplice utilità di gestione, a dover spendere migliaia di euro per comperare un prodotto che utilizzeranno solo parzialmente poichè sicuramente mette a disposizione molte funzioni inutili per quella azienda. Questo elaborato offre delle basi freeware già completamente funzionanti su cui poter realizzare il software adatto alla propria azienda con piccole personalizzazioni. La tesi si suddivide in otto capitoli, in cui subito dopo una breve presentazione vengono trattate in modo sintetico le tecnologie utillizzate per la sua realizzazione che saranno ampliate nei capitoli successivi. Il terzo capitolo rappresenta una introduzione teorica alla realizzazione di una base dati e fa comprendere meglio il perchè i DBMS hanno riscontrato un così grande successo negli ultimi anni. Il quarto capitolo serve ad introdurre la trattazione della parte pratica, introducendo una spiegazione di come sono stati strutturati l interfaccia e il database da un punto di vista logico, soffermandosi

8 Capitolo 1. Introduzione 4 particolarmente sul ruolo giocato dalle varie tabelle e dalle varie pagine php. I due capitoli successivi analizzano nello specifico le funzionalità offerte e il come queste vengono realizzate, prima nel database e poi descrivendo accuratamente le varie funzioni richiamate per lo svolgimento dei vari compiti da parte dell interfaccia. Il capitolo precedente alle conclusioni è interamente dedicato a proposte utilizzabili per innalzare la sicurezza e ad introdurre alcuni raffinamenti che possono migliorare l integrazione in determinati ambienti di lavoro.

9 Capitolo 2 Stato dell arte 2.1 Introduzione Il database d immagini che è stato realizzato rappresenta uno studio per mettere in luce le potenzialità e per stimarne i costi di produzione dello sviluppo e del mantenimento. Alcuni aspetti sono stati approfonditi nello specifico, mentre altri sono stati solo illustrati perchè servono solo di spunto per uno studio futuro del problema, in quanto non era necessaria la loro implementazione in questa sede. Il limite maggiore di molte architetture preesistenti sono proprio i costi: la maggior parte del codice è proprietario e spesso sono vincolati a particolari ambienti di utilizzo, per esempio il linguaggio ASP.Net presuppone di lavorare sotto Windows e di dover utilizzare un IIS come server web. Un altro grosso limite è rappresentato dal fatto che spesso una distribuzione già esistente ha un costo minore di una soluzione personalizzata, ma così l acquirente deve pagare anche alcune utility che non saranno mai utilizzate all interno dell azienda. La soluzione proposta permette di mantenere molto bassi i costi perchè è interamente composta da software freeware e può funzionare anche su un

10 Capitolo 2. Stato dell arte 6 sistema operativo a costo zero come per esempio alcune distribuzioni di Linux. 2.2 Tecnologie utilizzate Per realizzare l elaborato è stata utilizzata un architettura basata sul linguaggio interrogativo MySQL, un server web (Apache) e un interfaccia realizzata in HTML con l adozione del PHP4 per recuperare dati dal database. La scelta è caduta su questi prodotti in modo da limitare i costi finali (che idealmente sono nulli) e per l ottima interazione che il php offre per la gestione di database realizzati in MySQL anche grazie al largo numero di funzioni già implementate. É proprio utilizzando queste funzioni che sono state risolti la maggioranza dei molti problemi che si sono presentati MySQL Il MySQL è il linguaggio con cui viene gestito il database e si basa sul linguaggio interrogativo SQL (acronimo di Structured Query Language) che è stato sviluppato dall IBM nella seconda metà degli anni Settanta. L SQL è largamente diffuso e riveste una notevole importanza nel mondo delle applicazioni per basi di dati. Tale diffusione nasce principalmente dalla sua standardizzazione che lo pone come il linguaggio universale di accesso ai database. Infatti quasi tutti i DBMS, nonostante abbiano delle caratteristiche proprietarie, riconoscono i comandi SQL in modo che ci si possa interfacciare con essi in modo univoco. La scelta del linguaggio per interrogare il database è caduta sull Mysql proprio in virtù della sua universalità che si adatta perfettamente per questo studio. Comunque questa ha portato con se anche vari problemi, poichè seppur derivato dal linguaggio SQL molte delle funzioni di quest ultimo non sono

11 Capitolo 2. Stato dell arte 7 implementate (almeno nella versione che è stata utilizzata) e così spesso sono stati necessari accorgimenti da interfaccia per supplire a queste lacune. Per esempio le query nidificate son state eseguite separatamente poichè non venivano riconosciute dalla versione installata (11.16 distribuzione ). Non è stata scelta di proposito l ultima versione di MySQL per aumentare la versatilità del tutto, cioè per utilizzare il software proposto senza necessariamente dover cambiare la versione utilizzata del MySQL. L architettura così definita garantisce l indipendenza dei dati, che è la principale proprietà caratterizzante i DBMS. Questa proprietà permette agli utenti ed ai programmi applicativi di utilizzare una base di dati ad un elevato livello di astrazione, che prescinde dai dettagli realizzativi utilizzati per la base di dati. In particolare, l indipendenza dei dati può essere caratterizzata ulteriormente come indipendenza fisica e logica: L indipendenza fisica consente di interagire con il DBMS in modo indipendente dalla struttura fisica dei dati. In base a questa proprietà è possibile modificare le strutture fisiche senza influire sulle descrizioni dei dati ad alto livello e quindi sui programmi che utilizzano i dati stessi. L indipendenza logica consente di interagire con il livello esterno della base di dati in modo indipendente dal livello logico. É proprio questa particolarità del linguaggio Sql a minimizzare i problemi di trasportabilità da un calcolatore ad un altro poichè dopo che il DBMS è configurato non ha rilevanza come sono organizzati i dati al livello fisico. É importante precisare che SQL esprime le interrogazioni in modo dichiarativo : si specifica l obiettivo dell interrogazione e non il modo con cui

12 Capitolo 2. Stato dell arte 8 ottenerlo; in questo si contrappone ai linguaggi di interrogazione procedurali, come l algebra relazionale, in cui si specifica il modo in cui l interrogazione deve essere eseguita. Per l esecuzione di un interrogazione questa prima deve essere analizzata dall interprete SQL (che è un componente del DBMS) per essere tradotta in un interrogazione equivalente in linguaggio procedurale PHP4 Il Php è un linguaggio che si integra facilmente con il codice HTML, infatti all interno della stessa pagina possono essere fatte più inserimenti di codice php attraverso i relativi caratteri di escape (per esempio <? per iniziare e?> per concludere). Il Php viene processato dal server e ciò che viene mostrato sul video è semplice codice HTML per il browser, in questo modo vengono aggiunte funzionalità dal lato sever mantenendo tutte quelle lato client. Il php è stato utilizzato per realizzare delle pagine dinamiche in cui vengono richiamate funzioni o dati dal database in tempo reale. Un aspetto molto interessante del php è l utilizzo degli array associativi, che permettono di associare i valori sia a stringhe (chiavi) che a indici numerici. Un loro utilizzo è stato nel momento di inserire/cancellare le patologie da una scheda di un paziente, poichè i dati sono passati da un form in cui l inserimento avviene attaverso dei campi di scelta multipla che memorizzano i dati in array associativi. Questo tipo di array è molto utile dato che può essere istanziato senza dover fornire precedentemente la dimensione finale, ma aggiungendo nuovi campi qualora si rendano necessari. Altro aspetto degno di nota del php è la creazione e l utilizzo delle funzioni, che in questo caso risiedono tutte in un file chiamato common.php. Il file common.php viene incluso dalla pagina di index.php e tutte le funzioni possono essere richiamate in ogni parte del sito dato che tutte le pagine son

13 Capitolo 2. Stato dell arte 9 caricate all interno dell index.php, ma questo verrà trattato in seguito. Il passaggio di parametri ad una funzione avviene tramite passaggio per valore così da rendere modificabile il il valore passato dall interno della funzione. All interno di una funzione possono essere richiamate anche variabili globali, è un esempio la funzione che permette di aprire una connessione al database ( datab open() ) che richiama lo user e la password direttamente dal contenuto della configurazione. Molto importante è stato anche minimizzare il tempo di chiamata al database, infatti la connessione viene aperta solo nel momento in cui è necessario interagire con il database e viene chiusa appena questa necessità viene a mancare. In questo modo il database server può servire molti più client perchè non ci sono applicazioni che sprecano le sue risorse. Il php inoltre offre una buona sicurezza proprio in virtù del fatto che elabora tutte le istruzioni prima di trasformarle in HTML in modo da rendere quasi impossibile manomettere i valori passati, anche perchè il passaggio viene fatto tramite il metodo POST che non visualizza i parametri sulla barra del browser e quindi non possono essere copiati. 2.3 Conoscenze iniziali Nel momento in cui è iniziata la stesura del codice di questo elaborato non erano possedute molte conoscenze nè di Php nè del linguaggio MySQL, almeno sotto l aspetto pratico. Migliorando lo stile di programmazione è risultato evidente come strutturare il database e quali migliorie apportare all interfaccia. Molta della documentazione sugli standard e su come strutturare l interfaccia è derivata da un lungo studio delle pagine tematiche di siti similari a quello da realizzare trovate su internet. Ne è un esempio la scelta dei colori utilizzati nell interfaccia. Per effettuare una scelta sono sta-

14 Capitolo 2. Stato dell arte 10 te visitate le pagine di molti siti medici e così è stato scoperto che il colore preponderante è il bianco (sinonimo di pulizia) e il celeste chiaro, così sono diventati i due colori principali dell interfaccia. Anche la disposizione dei menù non è stata lasciata al caso, visualizzarlo sulla sinistra è la scelta migliore se si presuppone un utilizzo da parte di un personale non molto esperto nella navigazione sul web, perchè è il posto più comune dove trovarlo e perchè noi occidentali leggiamo da sinistra a destra. Se il menù fosse stato visualizzato a destra avrebbe dato un senso di soffocamento alla pagina perchè viene inteso come un limite massimo oltre cui la pagina non può andare e questo provoca uno stato di angoscia nell utente. Il menù di navigazione resta sempre uguale senza che alcune voci si espandano per visualizzare i sottomenù che sono caricati nella finestra di destra per non confondere l utente. Tramite i titoli delle sezioni si può risalire in ogni momento in che punto del sito ci si trova, e di conseguenza il cammino che è stato fatto per giungervici. Non esistono dead end document, ovvero non sono presenti pagine del sito da cui si possa tornare indietro soltanto attraverso pulsanti offerti dal browser, ma (nella finestra di destra) è sempre presente un link che rimanda almeno alla sezione precedente. Ogni pagina (escluso quelle in cui si visualizza l immagine a tutto schermo) viene caricata all interno dell index.php e quindi è sempre presente il menù di navigazione.

15 Capitolo 3 Teoria sui database In questo capitolo sarà trattata un pò della storia dei database e i punti principali del mysql così da capire meglio gli strumenti adottati per la strutturazione del database. 3.1 Perchè utilizzare un database La prima apparizione delle basi di dati si ha verso la fine degli anni Settanta e ancora oggi alcune applicazioni non ne fanno uso. In assenza di software specifico i dati vengono gestiti da applicazioni realizzate con i tradizionali linguaggi di programmazione come il C e il Fortran, o con i più moderni C++ e Java. Inizialmente era utilizzato un approccio più convenzionale che sfruttava la presenza di file per memorizzare i dati in modo persistente sulla memoria di massa. Il problema è che in questo modo venivano forniti solo semplici meccanismi di accesso e condivisione anche se va benissimo dal punto di vita della memorizzazione. Tutto ciò incrementava la ridondanza dei dati perchè tutti i dati di interesse per più programmi venivano replicati tante volte quanti i programmi che le utilizzavano, ed è proprio per questo

16 Capitolo 3. Teoria sui database 12 fatto che sono state realizzate le basi di dati. Un sistema di gestione di basi di dati (DBMS Data Base Management System) è un sistema software in grado di gestire collezioni di dati che siano grandi,condivise e persistenti, assicurando la loro affidabilità e privatezza. Come ogni prodotto informatico, un DBMS deve essere efficiente ed efficace. Una base di dati è una collezione di dati gestita da un DBMS. Vediamo di spiegare questa definizione del DBMS. Grandi Nel senso che possono avere anche dimensioni molto maggiori della memoria centrale disponibile e proprio per questo devono prevedere una gestione dei dati in memoria secondaria. Condivise Utenti e applicazioni differenti devono poter accedere nello stesso momento agli stessi dati, in questo modo si riduce la ridondanza e anche l inconsistenza poichè non esistono più copie degli stessi dati. Persistenti Il tempo di vita dei dati memorizzati non è limitato a quello dell esecuzione dei programmi che li utilizzano, ma rimangono memorizzati anche quando il programma cessa di essere operativo. Affidabilità Cioè la capacità del sistema di conservare intatto il contenuto della base di dati (o almeno di permetterne la ricostruzione tramite backup o recovery) anche in caso di malfunzionamenti hardware o software. Privatezza Intesa come privatezza dei dati, cioè ciascun utente può svolgere solo i compiti che gli competono, tutto ciò è realizzato tramite meccanismi di autorizzazioni e permessi.

17 Capitolo 3. Teoria sui database 13 Efficienza Intesa come la capacità di operare utilizzando un insieme di risorse (tempo e spazio) che siano accettabili per gli utenti. Efficacia La capacità delle basi di dati di rendere produttive le attività dei suoi utenti. Un limite dei DBMS è spesso il prezzo, poichè vengono venduti in pacchetti in cui sono presenti mote funzionalità non richieste dall utente,ma che vengono pagate lo stesso perchè questa distribuzione risulta spesso più economica di una soluzione creata ad hoc da un azienda. Le basi di dati utilizzano vari tipi di modelli di dati definiti come: Insieme di concetti utilizzati per organizzare i dati di interesse e descriverne la struttura in modo che essa risulti comprensibile ad un elaboratore. Ogni modello di dati fornisce meccanismi di strutturazione, analoghi ai costruttori di tipo dei linguaggi di programmazione, che permettono di definire nuovi tipi sulla base di tipi elementari predefiniti. Il modello relazionale dei dati (modello su cui si concentra l attenzione di questo project work) permette di definire tipi per mezzo del costruttore di relazione, che consente di organizzare i dati in insiemi di record a struttura fissa. Una relazione viene spesso rappresentata mediante una tabella in cui le righe rappresentano i specifici record e le colonne corrispondono ai campi dei record. Tra i più importanti modelli di dati ci sono: Modello relazionale che è quello attualmente più diffuso,permette di definire tipi per mezzo del costruttore di relazione, che consente di organizzare i dati in insiemi di record a struttura fissa. Una relazione viene spesso rappresentata mediante una tabella in cui le righe rappresentano i specifici record e le colonne corrispondono ai campi dei record.

18 Capitolo 3. Teoria sui database 14 Modello gerarchico Basato sull uso di strutture ad albero, in cui c è una gerarchia tra gli elementi ed ancora ampiamente utilizzato. Modello reticolare Che è basato sull utilizzo di grafi ed è stato sviluppato dopo quello gerarchico. Modello a oggetti É l ultimo nato tra i quattro modelli e risale agli anni Ottanta; è basato sul modello relazionale ma integra il paradigma di programmazione ad oggetti. Tutti i modelli di basi di dati sono accomunati da dalla presenza di una parte che rimane invariata nel tempo, detta schema, e da una parte, detta istanza variabile nel tempo. Lo schema di una relazione è costituito dalla sua intestazione, cioè dal nome della relazione seguito dai nomi dei vari campi. L istanza invece è formata dall insieme dei dati raccolti che riempiono i vari campi della tabella, che raggruppati in righe formano il record che costituisce ciò che successivamente sarà letto dal database. Per comprendere in modo migliore il linguaggio SQL è necessario introdurre alcuni concetti chiave dei modelli che hanno portato alla sua realizzazione ed è per questo che nel paragrafo seguente viene brevemente trattato il modello relazionale. 3.2 Il modello relazionale Vengono qui illustrate le modalità secondo cui questo modello permette di organizzare i dati, come il concetto di relazione possa essere mutuato dalla teoria degli insiemi ed utilizzato, con le debite varianti per rappresentare le informazioni di interesse in una base di dati. Vengono approfonditi i con-

19 Capitolo 3. Teoria sui database 15 cetti di corrispondenza fra dati in strutture diverse, informazione completa e vincoli di integrità Modelli logici nei sistemi di basi di dati Il modello relazionale si basa su due concetti fondamentali : la relazione e la tabella. Mentre il concetto di tabella è facilmente intuibile, quello di relazione proviene dalla matematica, ed in particolare dalla teoria degli insiemi. É opinione diffusa che parte del successo del modello relazionale derivi dalla presenza contemporanea di questi due concetti, uno intuitivo ed uno formale. Infatti, mentre le tabelle risultano naturali e facilmente comprensibili le relazioni garantiscono una formalizzazione semplice e chiara che ha permesso uno sviluppo teorico del modello finalizzato al raggiungimento di risultati di interesse concreto. Il modello relazionale risponde al requisito dell indipendenza dei dati e, pertanto, prevede un livello fisico ed un livello logico. Utenti e programmatori interagiscono solo col livello logico e quindi non è necessario che essi conoscano le strutture fisiche della base di dati. Anche questo aspetto è responsabile del suo successo dato che i suoi principali concorrenti (reticolare e gerarchico) obbligavano gli utilizzatori a conoscerne, almeno a grandi linee, la struttura realizzativa Relazioni Il concetto di relazione è legato al concetto puramente matematico di prodotto cartesiano tra due insiemi. Avendo due insiemi D1 e D2 il prodotto cartesiano (D1 x D2) è l insieme delle coppie ordinate (v1 e v2) tale che v1 è un elemento di D1 e v2 è un elemento di D2. Quindi il prodotto cartesiano è l insieme di tutti le possibili combinazioni tra gli insiemi dati. La relazione è

20 Capitolo 3. Teoria sui database 16 un sottoinsieme della relazione matematica tra due insiemi, detti domini della relazione, rappresentato da un insieme di tuple omogenee, dove per tuple si intende un elemento definito tramite i suoi attributi. Le tuple sono in questo aspetto sono diverse dal concetto matematico di n-uple, elemento individuato tramite posizione, e tupla, in cui l elemento è individuato tramite i suoi attributi. Ad esempio dati due insiemi A e B dove A= 1,2,3 e B=h,k il prodotto cartesiano è uguale all insieme A x B=(1,h),(2,h),(3,h),(1,k),(2,k),(3,k) mentre una relazione possibile è (1,h),(1,k),(3,h). Generalizzando la relazione ad un numero di insiemi n>0 avremmo D1,D2,...,Dn il prodotto D1 x D2 x... x Dn ed un sottoinsieme che descriverà la relazione. Il numero n delle componenti dell insieme è chiamato grado del prodotto cartesiano e della relazione. Il numero degli elementi della relazione è detto cardinalità della relazione. Le tabelle nascono dall esigenza di rappresentare graficamente le relazioni presentandole in una forma più facilmente comprensibile: le righe della tabella saranno rappresentate dalle tuple, mentre le colonne rappresentano i vari campi degli attributi. É importante chiarire che in una relazione, in quanto insieme, non vi è alcun ordinamento fra le tuple che lo compongono; nelle tabelle che la rappresentano l ordine c è per necessità, ma è solo occasionale in quanto due tabelle con le stesse righe, ma in ordine diverso, rappresentano la stessa relazione. Inoltre le tuple di una relazione sono distinte l una dall altra, in quanto tra gli elementi di un insieme non possono essere presenti due elementi uguali; da cui si deduce che una tabella può rappresentare una relazione solo se le righe che la formano sono diverse l una dall altra.

21 Capitolo 3. Teoria sui database Informazioni incompleta e valori nulli Un altra caratteristica importante dei sistemi relazionali è la presenza di un particolare valore che può assumere un istanza di una tabella. Tale valore è detto null e viene utilizzato per indicare una serie di situazioni che è possibile trovare in un campo di una tabella. Il valore null indica tre possibili situazioni: Valore sconosciuto, Valore inesistente, Senza informazione. Quindi nel caso di un valore null dobbiamo, se ne abbiamo gli strumenti, valutare in quale di queste tre situazioni ci possiamo trovare Vincoli di integrità I vincoli di integrità sono quei vincoli, caratteristica fondamentale delle basi di dati relazionali, che indicano la bontà delle informazioni. Ci possono essere, infatti, casi in cui i dati non rispettino, per una serie di motivi che andremo ad analizzare, l integrità logica del database che, in quanto insieme formalizzato di informazioni, ha delle regole molto precise che devono essere obbligatoriamente rispettate. I vincoli di un DBMS si dividono in intrarelazionali, se riguardano l interno nella relazioni, ed interrelazionali, che riguardano legami fra le relazioni. L esempio caratterizzante di violazione di un vincolo interrelazionale si ha qualora non vi sia corrispondenza tra le istanze di due tabelle che, per ragioni intrinseche allo schema della base di dati, sono legate tra loro da un vincolo detto di integrità referenziale, che impone che per ogni valore di una tabella vi sia un corrispondente nell altra.

22 Capitolo 3. Teoria sui database 18 Un vincolo intrarelazionale, al contrario, trova il suo soddisfacimento rispetto alle singole relazioni ed è limitato ad una singola tabella e non al come è rapportata alle altre. Esistono tre tipo di vincolo inttrarelazionale: vincolo di tupla esprime delle condizioni sui valori di ciascuna tupla, indipendentemente dalle altre tuple; vincolo su valori impone che soltanto alcuni valori possano essere ritenuti legali per quel campo. vincolo di chiave che è il vincolo intrarelazionale più importante, che specifica che in un campo non possono esistere due valori uguali o che non può mancare il valore su quell attributo Chiavi Una chiave è un insieme di attributi (anche uno solo) utilizzato per identificare in maniera unica le tuple di una relazione. Esaminando i valori di una tabella è possibile trovare molteplici chiavi, ma nella scelta di una chiave bisogna pensare anche ai valori immessi in futuro,per esempio è possibile che due campi (Nome e Cognome) costituiscano una chiave per i valori presenti in una certa tabella, ma in generale non possono essere scelti come chiave. Definendo una superchiave come come un insieme di attributi in cui un insieme di tuple non assumono lo stesso valore all interno di una relazione, possiamo definire la chiave come la superchiave minimale, cioè quella per cui non esistono altre superchiavi contenute in essa.

23 Capitolo 3. Teoria sui database SQL In questo paragrafo verranno trattate le istruzioni principali del linguaggio Sql soffermandosi in particolare modo su quelle che sono state utilizzate nella gestione del database. Proprio per questo motivo non saranno descritte le viste e le query nidificate. La prima definizione di standard SQL è stata diffusa nel 1986 dall ANSI; una seconda versione è stata fatta nel 1992 chiamata SQL-92 o anche SQL-2 e infine l ultima versione rilasciata nel 1999 chiamata SQL-3 che aggiunge nuove funzionalità alle versioni precedenti. A seconda dei costrutti supportati i sistemi basati sul SQL sono suddivisi in tre livelli: Entry SQL; Intermediate SQL; Full SQL; Ancora nessun sistema in commercio utilizza tutte le funzionalità previste dal linguaggio ed è stato proprio questo uno dei problemi incontrati per adattare ciò che avevo studiato a ciò che dovevo realizzare. 3.4 Definizione dei dati in SQL Domini elementari e schema Innanzitutto illustriamo come SQL si occupi della definizione degli schemi delle basi dati. SQL mette a disposizione sei famiglie di domini elementari, dove come domini elementari si intendono i domini dai quali si può partire per costruire i domini da associare agli attributi dello schema. Infatti SQL

24 Capitolo 3. Teoria sui database 20 fornisce gli strumenti per creare nuovi tipi di domini, ma per la realizzazione del database sono bastati alcuni tra quelli elementari. Carattere singoli caratteri oppure stringhe (lunghezza fissa o variabile); Bit per valori 0/1 (può essere utilizzato anche per stringhe di bit in cui memorizzare più dati 0/1). Introdotto con SQL-2; Tipi numerici esatti per i valori interi o per valori decimali a virgola fissa. Suddiviso a sua volta in: Numeric; Decimal; Integer; SmallInt. Tipi numerici approssimativi utilizzati ad esempio per la rappresentazione di grandezze fisiche.anche questo tipo è suddiviso in altri 3 tipi: Float; Double precision; Real. Data e ora ; Intervalli temporali Introdotto con SQL-2. Per creare un dominio occorre usare la sintassi: Create domain \emph{nomedominio} as TipoDiDato [valore di default] [vincolo]

25 Capitolo 3. Teoria sui database 21 In questo caso l operazione è concettualmente simile alla definizioni dei tipi di dato in linguaggi evoluti tipo il C (o Pascal, VB ecc.). Al contrario i vincoli sui domini in SQL non hanno un corrispondente nei linguaggi evoluti. Quindi SQL permette di definire lo schema di una base di dati come una collezione di oggetti; ogni schema è costituito da un insieme di famiglie di caratteri, domini, tabelle (=relazione), indici, asserzioni, viste e privilegi. La sintassi è : Create schema \emph{nomeschema }[autorizzazione] dove autorizzazione rappresenta il nome dell utente proprietario dello schema. Una volta creato lo schema occorre definire i suoi componenti, anche se non è necessario che venga fatto contemporaneamente alla creazione e può avvenire in fasi successive Definizione delle tabelle Una tabella SQL è costituita da una collezione di attributi da un insieme (eventualmente vuoto) di vincoli. La sintassi è : create table NomeTabella ( NomeAttributo Dominio [valore di default] [vincoli] { etc. } ) quindi una tabella viene definita associandole un nome ed elencandone gli attributi che ne compongono lo schema. I valori di default sono i valori che deve assumere l attributo quando viene inserita una riga nella tabella senza che venga specificato il valore dell attributo stesso. Sia nella definizione dei vincoli che in quella delle tabelle è possibile

26 Capitolo 3. Teoria sui database 22 stabilire dei vincoli; per vincoli si intendono delle proprietà che devono essere verificate da ogni istanza della tabella. Esistono vincoli intrarelazionali, ovvero interni alla tabella, e vincoli interrelazionali, che rappresentano i vincoli di integrità referenziale (detti anche vincoli di riferimento) Vincoli intrarelazionali In SQL i vincoli intrarelazionali che possono essere definiti sugli attributi di una tabella sono i vincoli di not null, unique e primary key. Not null significa che l attributo deve essere sempre specificato. Unique si applica ad uno o più attributi imponendo che righe differenti abbiano valori differenti. Viene fatta eccezione solo per il valore null che può comparire più volte su quell attributo. Nel caso che sia definito su più attributi deve essere posto in fondo alla tabella. Primary Key specifica quali attributi rappresentano la chiave primaria. Mentre i vincoli not null e unique possono essere definiti n volte, la primary key può essere definita una volta sola (sia che sia specificata a livello di attributo che per indicare una serie di attributi) Vincoli interrelazionali In SQL tali vincoli si definisco tramite l apposito costrutto della chiave esterna (foreign key). Questo vincolo impone che ogni valore dell attributo di una tabella (se diverso da null) sia presente tra i valori di un attributo delle righe appartenenti ad un altra tabella (detta tabella esterna). Questo vincolo può essere definito in due modi : con l uso del costrutto sintattico

27 Capitolo 3. Teoria sui database 23 references, con il quale si specificano la tabella esterna con il quale l attributo deve essere legato, oppure con l uso del costrutto foreign key. Il costrutto foreign key (posto non a livello di attributo ma in calce) offre delle possibilità maggiori. Innanzitutto permette di definire dei vincoli per un insieme di attributi; inoltre permette di definire la reazione del DBMS ad eventuali forzature dei vincoli di integrità referenziale. Infatti, trovandosi di fronte ad una relazione tra tabelle, occorre prendere in considerazione quale sarà la reazione della tabella interna (o master) all atto della modifica di una riga della tabella esterna (detta slave). Le operazioni che possono mettere in crisi il nostro sistema di vincoli sono, ovviamente, le operazioni di cancellazione e modifica sulla tabella esterna, operazioni alle quali la tabella interna dovrà adeguarsi. SQL ci permette di definire, come opzioni del costrutto foreign key, quattro reazioni del DBMS del caso di modifica (update) e cancellazione (delete): Vediamo adesso cosa accade nei vari casi a second che ci si riferisca alla modifica o alla cancellazione. Modifica: Cascade Il nuovo valore viene riportato su tutte le relative righe della tabella master Set default Nella tabella master viene inserito il valore di default al posto dei valori relativi all attributo modificato. Set null Nella tabella master viene inserito null al posto dei valori relativi all attributo modificato. No action Non viene eseguita alcuna operazione. Il DBMS respinge la richiesta di update. Cancellazione:

28 Capitolo 3. Teoria sui database 24 Cascade Tutte le relative righe della tabella master vengono cancellate. Set default Nella tabella master viene inserito il valore di default al posto dei valori relativi all attributo modificato. Set null Nella tabella master viene inserito null al posto dei valori relativi all attributo modificato. No action Non viene eseguita alcuna operazione. Il DBMS respinge la richiesta di cancellazione. 3.5 Interrogazioni in SQL La parte di SQL dedicata all interrogazione del DBMS è probabilmente la parte più importante ed utilizzata del linguaggio. Innanzitutto bisogna precisare che SQL esprime le dichiarazioni in modo dichiarativo, ovvero si specifica l obiettivo dell interrogazione e non il modo con cui ottenerlo; in questo si contrappone ai linguaggi di interrogazione procedurali, come l algebra relazionale, in cui si specifica il modo in cui l interrogazione deve essere eseguita. Per essere eseguita l interrogazione deve essere analizzata dall interprete SQL ( che è un componente del DBMS) che la traduce in un interrogazione equivalente in linguaggio procedurale Interrogazioni semplici Le interrogazioni in SQL sono specificate tramite l uso dell istruzione select la cui struttura essenziale è la seguente : Select ListaAttributi From ListaTabelle

29 Capitolo 3. Teoria sui database 25 [ where Condizione ] L interrogazione SQL seleziona, tra le righe che appartengono al prodotto cartesiano delle tabelle elencate nella clausola from, quelle che soddisfano la clausola where (se è assente vengono selezionate tutte le righe). Su ciascuna riga vengono considerati solo i campi che compaiono nel select (tutte se è specificato il carattere jolly *). Nella clausola select detta anche target list possono essere inserite anche espressioni generiche (addizione, sottrazione, moltiplicazione ecc.), o anche ridenominazioni dei vari campi che non hanno effetto sulla tabella ma sostituiscono i nomi dei campi scelti nella visualizzazione dei risultati. Per quanto riguarda la clausola from essa rappresenta l insieme delle tabelle a cui si vuole accedere, e delle quali verrà eseguito il prodotto cartesiano. Nel caso di più tabelle il join (unione) viene eseguito specificando nella clausola where il legame tra le tabelle. In questa tabella è possibile associare degli alias a delle tabelle in modo che sia più veloce richiamarle. Una volta associato un alias ad una tabella per richiamare un suo campo la sintassi è alias.campo (in piena sintassi OOP). La clausola where ammette una serie di espressioni booleane (=logiche); al suo interno è possibile combinare predicati semplici con gli operatori logici and, or e not. Ciascun predicato semplice confronta (con gli operatori =,<>,<,>,<= e >=) una espressione costruita a partire dai valori degli attributi per la riga o con un valore costante o con il risultato della valutazione di un altra espressione. Oltre agli operatori standard già citati SQL mette a disposizione l operatore like per il confronto di stringhe. Tale operatore si comporta come l operatore di uguaglianza ma, a differenza di quest ultimo, supporta anche

30 Capitolo 3. Teoria sui database 26 i caratteri % (percentuale) e (trattino sottolineato). Il primo rappresenta un solo carattere arbitrario mentre il secondo una stringa arbitraria (anche vuota). Riveste una particolare importanza la gestione dei valori null nella valutazione dei predicati. Infatti nell algebra booleana convenzionale si prendono in considerazione unicamente due valori (vero o falso) mentre avendo a che fare con delle basi di dati, possiamo avere anche il valore null (=sconosciuto). Le ultime versioni di SQL gestiscono i campi null considerandoli nella valutazione di relazioni complesse, estendendo a tre valori, vero falso null, il possibile risultato. Ultima precisazione riguarda la selezione dei campi null che si effettua tramite la sintassi: Attributo is [not] null Tale predicato risulta vero solo se il valore è null. Il predicato not null è il suo contrario Operatori aggregati Tali operatori sono una serie di parole chiave del linguaggio SQL dedicate all aggregazione dei dati grazie ai quali è possibile definire interrogazioni di notevoli interesse applicativo. É necessario ricorrere a questi operatori ogni qual volta occorra valutare delle proprietà che dipendono da insiemi di righe e non dalla singola riga. Lo standard SQL prevede cinque operatori aggregati, divisibili in due gruppi: count da una parte e sum, max, min, avg dall altra. L operatore count permette di determinare il numero di righe di una interrogazione; la sintassi è la seguente:

31 Capitolo 3. Teoria sui database 27 Count ( * [ distinct ] [ all ] ListaAttributi ) L opzione * restituisce il numero delle righe; l opzione distinct, invece, restituisce il numero dei diversi valori degli attributi mentre l opzione all (impostata di default) restituisce il numero dei valori diversi da null. Gli altri operatori di aggregazione richiedono, invece, solo un attributo o un espressione, eventualmente preceduta dalle parole chiave distinct o all. Le funzioni sum ed avg ammettono come argomento solo espressione numeriche mentre max e min accettano anche intervalli di tempo e stringhe. Ecco brevemente illustrato il significato dei vari attributi: Sum Restituisce la somma dei valori posseduti dall attributo su tutte le righe che soddisfano la clausola where. Max e min Restituiscono il massimo ed il minimo valore tra quelli di ciascuna riga (su questi operatori distinct o all non hanno alcun effetto). Avg Restituisce il valore medio tra quelli scelti Interrogazioni con raggruppamento Qualora occorra produrre delle aggregazioni a dei sottoinsiemi di righe occorre fare ricorso alla clausola group by. Questa istruzione permette di creare dei raggruppamenti parziali, mostrando una sola riga per ogni insieme che ha uno stesso valore nell attributo passato come parametro.

32 Capitolo 4 Analisi del problema Questo capitolo tratta il funzionamento logico in base al quale sono stati concepiti l interfaccia, il database e le scelte utilizzate per farli interagire nel modo migliore. Questo serve ad offrire un quadro generale in modo da comprendere il funzionamento delle varie istruzioni realizzate e in quale parte di codice queste intervengono. Infatti specialmente l interfaccia è strutturata in maniera differente da come appare, in particolare sembra formata da un insieme di frames ma non è così. 4.1 La struttura logica dell interfaccia Il cuore dell interfaccia è costituito dalla pagina index.php che offre il background e definisce la struttura di tutte le altre pagine. La index.php è costituita da poche linee di codice, in cui nelle prime è presente l inclusione della pagina common.php che racchiude sia il codice di tutte le funzioni PHP utilizzate nell interfaccia, che le variabili globali utilizzate. É stata creata la pagina common.php contenente tutte le funzioni poichè esiste ridondanza tra alcune righe di codice nelle varie pagine e con l introduzione di questa nuova

33 Capitolo 4. Analisi del problema 29 pagina si evita di scrivere ogni volta lo stesso codice con differenza solo nei parametri passati. Le righe successive della pagina index.php specificano il linguaggio utilizzato, lo standard di caratteri e la posizione del foglio di stile. Viene utilizzato un foglio di stile per scindere l informazione dalla rappresentazione in modo da rendere più semplice successive modifiche nel contenuto o nella grafica. Infatti nell progettazione del sito sono state rispettate alcune delle principali guidelines del W3C che permettono di rendere un sito accessibile e usabile; di questo ne è un esempio l adozione dei fogli di stile. Riguardo alla struttura tutte le pagine sono simili per dare maggiore fiducia all utente, infatti la disomogeneità tende a confondere e quindi a perdere la sicurezza di poter trovare ciò che si cerca. La pagina è suddivisa in quattro aree chiamate div ed è proprio su queste che agiscono i css, permettendo di variare qualsiasi cosa riguardi la grafica del sito. Ogni div può avere colori (del carattere, dello sfondo, dei bordi... )completamente differenti dagli altri. Il div superiore è chiamato header ed è largo quanto tutta la pagina, sarà utilizzato per includere il logo dell azienda così da focalizzare subito l attenzione sul nome della ditta e su cosa produce. La parte centrale della pagina ospita due div sulla sinistra, uno sotto l altro, contenenti i due menù di navigazione che non risiedono nella index.php ma sono caricati da altre due pagine (menu.php e menu help.php) in modo da poter aggiungere nuove voci ai due menù senza dover modificare l index.php e di conseguenza interrompere in servizio web. Il primo menù è formato da cinque voci: Home; Ricerca; Inserimento;

34 Capitolo 4. Analisi del problema 30 Cancellazione; Modifica; che rappresentano le varie aree tematiche dell interfaccia, attraverso queste è possibile la modifica, l inserimento e la cancellazione di tutti i dati presenti all interno del database. Il secondo menù è di supporto nel caso di problemi o informazioni mancanti, infatti è composto da solo due voci: Codice Fiscale; Help. La prima voce è un riferimento ad un utility trovata in rete all indirizzo ( che serve a ricavare il codice fiscale dai dati personali di un paziente, in modo da riempirne il campo relativo al codice fiscale. Il secondo collegamento porta alla pagina in cui sono presenti le principali spiegazioni per l utilizzo del sito e serve prevalentemente ad un utenza che non ha molta dimestichezza con il computer o ad interpretare in modo migliore i messaggi di errore che si potrebbero presentare. Ognuna delle quattro sezioni principali fa riferimento a varie sottosezioni in modo da ridurre i possibili errori nel trasferimento dei parametri. In questo modo le pagine di gestione del paziente sono divise da quelle relative alle immagini o alle patologie e viene ridotto considerevolmente il numero degli errori possibili. Il codice risulta semplificato senza peraltro appesantire l esplorazione del sito dato che le funzioni e la grafica utilizzate risiedono nella cache del computer poichè come già menzionato tutto l aspetto relativo alla grafica viene caricato dai css all interno della index.php che fa da background a tutte le altre.

35 Capitolo 4. Analisi del problema 31 Semplificando il codice risulta molto più agevole effettuare sia il debug che gli aggiornamenti futuri, i quali richiederebbero un periodo di tempo maggiore per comprendere il funzionamento delle varie funzioni e l immissione di nuove variabili. Per fare un esempio basta pensare che la sola pagina di inserimento di un immagine contiene circa sessanta variabili, quindi l ipotetica pagina di inserimento collettivo, che raggruppa tutti i vari tipi di inserimento, dovrebbe contenerne circa duecento ed è anche per questo che mi sono orientato verso una soluzione con un numero maggiore di pagine. La struttura del sito può essere pensata come fatta ad albero, che si snoda nelle quattro sezioni principali, ognuna delle quali si suddivide in un numero variabile di parti. Le quattro sezioni servono per effettuare una modifica su una delle varie tabelle prodotte, ma solo nella seconda sezione avviene l immissione dei dati che poi andranno a riempire/modificare le varie tabelle. Da questa pagina i valori vengono passati ad un nuova pagina che gli elabora e se superano i vari check introdotti per scongiurare alcuni dei più frequenti errori, li inserisce nel database. 4.2 La struttura logica del database Nel prossimo capitolo verrà trattata la realizzazione e l implementazione del database nello specifico, mentre in questa sezione sarà menzionata solo la sua struttura logica. Il database serve a tenere memoria di tutti i dati personali dei vari pazienti e per effettuare una rapida ricerca senza utilizzare una quantità eccessiva delle risorse del calcolatore. Il database realizzato è suddiviso in sette tabelle di cui tre servono per mettere in relazione tabelle differenti. La tabella principale è sicuramente quella del Paziente in cui sono memorizzati tutti i dati sensibili che in questa versione di prova risiede sulla