Lezione 3. Il modello relazionale

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1 Lezione 3 Il modello relazionale Pag.1

2 Perché studiare il Modello Relazionale? E un modello dati vicino alla logica di funzionamento del DBMS È il modello più largamente usato Produttori: IBM, Microsoft, Oracle, Sybase, etc. Sistemi proprietari nei modelli più vecchi ad esempio IMS dell IBM vs. standardizzazione: Data Definition Language (DDL) standard all interno del SQL (Structured Query Language) Pag.2

3 Basi di dati relazionali: definizioni Base di dati relazionale: basato sul concetto di relazione Relazione: consiste di due parti: schema: specifica il nome della relazione, più il nome e il tipo (appartenenza a un dominio) di ciascuna colonna ad esempio: Studenti(sid:string, nome:string, login:string, età:integer, media:real) istanza: una tabella, con righe (tuple o record) e colonne. #tuple = cardinalità, #campi = grado/arità, le tuple devono essere distinte (non esisteranno due tuple uguali) Pag.3

4 Esempio di istanza della relazione Studenti sid nome login età Media Mauro 19 19, Lucilla 21 27, Marcello 18 26,3 Cardinalità = 3, grado = 5, tutte le righe sono distinte Devono essere anche distinte tutte le colonne nell istanza di una relazione? Pag.4

5 Basi di dati relazionali: definizioni (2) Base di dati relazionale = collezione di relazioni (schema + istanza) con nomi di relazione distinti Schema di base di dati relazione = collezione degli schemi delle relazioni partecipanti Istanza di base di dati = insieme di istanze di relazione Pag.5

6 Vincoli di integrità (VI) VI: condizione che deve essere vera per qualunque istanza della base di dati; ad esempio vincoli di dominio I VI sono specificati quando si definisce lo schema I VI sono controllati quando si modificano le relazioni Una istanza legale di una relazione è una istanza che soddisfa tutti i VI specificati I DBMS non dovrebbero permettere istanze illegali Se il DBMS controlla i VI, i dati memorizzati sono più fedeli al significato nel mondo reale Si evitano anche gli errori di inserimento! Pag.6

7 Vincoli di chiave primaria Un insieme di campi è una chiave per una relazione se: due tuple distinte non possono avere gli stessi valori in tutti i campi chiave, e ciò non è vero per qualunque sottoinsieme della chiave La condizione 2 è falsa? Si ha una superchiave Se c è più di una chiave per una relazione (chiavi candidate), il DBA sceglie una delle chiavi come chiave primaria. Ad esempio, sid è una chiave per Studenti (che si può dire di nome?). L insieme {sid, login} è una superchiave Pag.7

8 Chiavi primarie e candidate Sono possibili molte chiavi candidate, una delle quali viene scelta come chiave primaria La chiave primaria è intuitivamente la chiave di accesso alla tabella (potrò far riferimento altrove alle informazioni della tabella facendo riferimento solo alla chiave) Usato a sproposito, un VI può impedire la memorizzazione di istanze della base di dati che si presentano nella pratica! Esempio: Per un dato studente e un dato corso, c è una singola classe Gli studenti possono seguire solo un corso, e ricevere un singolo voto per quel corso; inoltre, nessuna coppia di studenti in un corso riceve lo stesso voto Pag.8

9 Il modello relazionale e SQL Linguaggio di definizione dati (Data-definition language, DDL): Crea/distrugge/modifica relazioni e viste Definisce vincoli di integrità (VI) Consente di definire nuovi domini Linguaggio di aggiornamento Inserisce/cancella/modifica (aggiorna) tuple Interagisce strettamente con i VI Controllo di accesso: Può garantire/revocare il diritto di accesso e di manipolazione delle tabelle (relazioni/viste) Pag.9

10 Relazioni, chiavi primarie, chiavi candidate in SQL Il costrutto SQL per creare una relazione è CREATE TABLE Per ciascuna colonna dello schema deve essere indicato: Il nome e il dominio E possibile per default che campi di un istanza possano essere non valorizzati (valore null), NOT NULL inibisce questa possibilità Chiave di una relazione: insieme minimo di campi tale che in ogni istanza legale due tuple distinte siano diverse nei valori dei campi chiave. Eventualmente molte chiavi candidate (specificate usando UNIQUE), una delle quali viene scelta come chiave primaria (costrutto PRIMARY KEY) I campi della chiave primaria non possono contenere valori null CREATE TABLE Studenti (sid INTEGER, nome CHAR(20), login CHAR(20), eta INTEGER, media REAL) CREATE TABLE Studenti (sid INTEGER, nome CHAR(20) NOT NULL, login CHAR(20) UNIQUE, eta INTEGER, media REAL, PRIMARY KEY (sid)) Pag.10

11 Distruzione e modifica di relazioni DROP TABLE Studenti Distrugge la relazione Studenti. Le informazioni sullo schema e le tuple vengono cancellate ALTER TABLE Studenti ADD COLUMN muppet_preferito:char(20) Lo schema di Studente viene modificato con l aggiunta di un nuovo campo; ogni tupla nell istanza corrente viene estesa con un valore null nel nuovo campo. Pag.11

12 Inserimento di nuovi record Inserimento di un singolo record: INSERT INTO Velisti (vid, vnome, esperienza, età) VALUES (12, Emanuele, 5, 21.0) Selezione di record: SELECT * FROM Velisti V WHERE esperienza >= 5 SELECT V.vid, V.nome FROM Velisti V WHERE V.eta < 18 Inserimento di più record: INSERT INTO Velisti (vid, vnome, esperienza, età) SELECT S.vid, S.nome, null, S.età FROM Studenti S WHERE S.età >= 18 Un comando INSERT che causa una violazione di un VI viene rifiutato Pag.12

13 Cancellazione di record Si possono cancellare tutte le tuple che soddifano una condizione in una clausola WHERE: DELETE FROM Velisti V WHEREV.esperienza IS NULL L esempio cancella tutti i velisti inesperti Pag.13

14 Modifica di record Per modificare i campi di tuple esistenti si usa il comando UPDATE La clausola WHERE viene applicata per prima e determina i campi da modificare. La clausola SET determina i nuovi valori Se il campo da modificare è usato anche per determinare il nuovo valore, il valore usato nella WHERE è il vecchio. UPDATE Velisti V SET V.esperienza = V.esperienza 1 WHERE V.esperienza < 15 vid vnome esperienza età 22 dustin lubber rusty rusty UPDATE Velisti V SET V.esperienza = V.esperienza 1 WHERE V.esperienza >= 8 vid vnome esperienza età 22 dustin lubber rusty rusty Pag.14

15 Chiavi esterne, integrità referenziale Chiave esterna: insieme di campi in una relazione che viene usato per riferirsi a una tupla in un altra relazione (deve corrispondere alla chiave primaria della seconda relazione). Simile a un puntatore logico Se tutti i vincoli di chiave esterna sono garantiti, si raggiunge l integrità referenziale, cioè nessuna referenza irrisolta Pag.15

16 Chiavi esterne (esempio) Iscrizioni (relazione referenziante) cid A112 B213 C123 Studid Voto cid Titolo C123 Marketing con la Pimpa B213 Fondamenti di sushi Z921 Aramaico for dummies A112 Basi di dati Corsi (relazione referenziata) sid nome Media Mauro 19, Matilde Null Lucilla 27, Michele 21, Marcello 26,3 Studenti (relazione referenziata) Pag.16

17 Chiavi esterne in SQL Chiave esterna: insieme di campi in una relazione R che viene usato per far riferimento a tuple in un altra relazione S. I campi dovrebbero essere una chiave (idealmente primaria) di S Nelle tuple di R, i valori dei campi devono essere uguali ai valori di qualche tupla di S, oppure essere null CREATE TABLE Studenti (sid INTEGER, nome CHAR(10), media real, PRIMARY KEY (sid)) CREATE TABLE Corsi (cid CHAR(4), titolo CHAR(20), PRIMARY KEY (cid)) CREATE TABLE Iscritti (cid CHAR(4), studid INTEGER, voto INTEGER, PRIMARY KEY (cid, studid), FOREIGN KEY (cid) REFERENCES Corsi(cid), FOREIGN KEY (studid) REFERENCES Studenti(sid)) Pag.17

18 CONSTRAINT, DEFERRED, IMMEDIATE Il costrutto CONSTRAINT associa a un vincolo una stringa che verrà riportata dal DBMS assieme al messaggio di errore nel caso in cui il vincolo venga violato. La coppia di attributi DEFERRED/IMMEDIATE consente nel caso in cui le attività sul DB siano transazioni di attendere il completamento della transazione (commit) per verificare violazioni di integrità e, in tal caso, riportare il DB a una situazione di integrità (rollback). CREATE TABLE Iscritti (cid CHAR(4), studid INTEGER, voto INTEGER, PRIMARY KEY (cid, studid), CONSTRAINT e_corso FOREIGN KEY (cid) REFERENCES Corsi(cid), CONSTRAINT e_stud FOREIGN KEY (studid) REFERENCES Studenti(sid)) Pag.18

19 Garantire l integrità referenziale Consideriamo Studenti e Iscritti; sid in Iscritti è una chiave esterna che si riferisce a Studenti Che cosa si dovrebbe fare se viene inserita in Iscritti una tupla con un ID studente che non esiste? (Rifiutarla!) Che cosa si dovrebbe fare se viene cancellata una tupla di Studenti? Cancellare anche le tuple di Iscritti che vi fanno riferimento Non permettere la cancellazione di tuple di Studenti cui si fa riferimento da Iscritti Impostare a un sid predefinito il sid delle tuple di Iscritti che puntano a Studenti (In SQL, anche: impostare al valore speciale null, che denota sconosciuto, o inapplicabile, il sid delle tuple di Iscritti che si riferiscono a Studenti) Analogo se la chiave primaria nelle tuple di Studenti viene aggiornata Pag.19

20 Integrità referenziale in SQL/92 SQL/92 supporta tutte le 4 opzioni sulle cancellazioni e sugli aggiornamenti Il valore predefinito è NO ACTION (la cancellazione/la modifica vengono rifiutate) CASCADE (cancella anche tutte le tuple che fanno riferimento alla tupla cancellata) SET NULL / SET DEFAULT (imposta al valore nullo o ad un valore di default il valore della chiave esterna delle tuple che fanno riferimento alla tupla cancellata) CREATE TABLE Iscritti (cid CHAR(4), studid INTEGER, voto INTEGER, PRIMARY KEY (cid, studid), CONSTRAINT ChiaveCorso FOREIGN KEY (cid) REFERENCES Corsi(cid), CONSTRAINT ChiaveStud FOREIGN KEY (studid) REFERENCES Studenti(sid) ON DELETE CASCADE) Pag.20

21 Da dove vengono i VI? I VI sono basati sulla semantica dell organizzazione del mondo reale che viene descritta nelle relazioni della base di dati Possiamo controllare l istanza di una base di dati per vedere se un VI viene violato, ma non possiamo MAI inferire che un VI è vero solo esaminando un istanza Un VI è una asserzione su tutte le possibili istanze! Analizzando l esempio si può scoprire che nome non è una chiave, ma è necessario ci sia un asserzione per stabilire che sid è una chiave VI su chiavi e su chiavi esterne sono i più comuni; sono supportati anche VI più generali Pag.21

22 Vincoli generali Utili quando sono coinvolti VI più generali delle chiavi Per es. vincolo CHECK su campo CREATE TABLE Velisti (vid INTEGER, vnome CHAR(10), esperienza INTEGER CHECK (esperienza >= 1 AND esperienza <= 10), età REAL, PRIMARY KEY (vid)) Pag.22

23 Viste Una vista non è che una relazione, ma ne viene memorizzata la definizione, piuttosto che l insieme di tuple CREATE VIEW VelistiAttivi (nome, età, giorno) AS SELECT V.vnome, V.età, P.giorno FROM Velisti V, Prenota P WHERE V.nome = P.vnome AND V.età > 6 Le viste possono essere cancellate usando il comando DROP VIEW Come gestire DROP TABLE se c è una vista su quella tabella o vincoli di chiave esterna? Aggiungo RESTRICT se voglio che non venga eseguita Aggiungo CASCADE se voglio distruggere anche tutte le viste e i vincoli di integrità collegati Pag.23

24 Viste e sicurezza Le viste possono essere usate per presentare le informazioni necessarie (o un loro riassunto), nascondendo al contempo i dettagli della/e relazione/i sottostante/i Data VelistiAttivi, ma non Velisti o Prenota, possiamo trovare i velisti che hanno una prenotazione, ma non i bid delle barche che sono state prenotate. I comandi GRANT/REVOKE possono essere usati per controllare l accesso alle relazioni e alle viste Insieme all abilità di definire le viste, questo fornisce un meccanismo di controllo di accesso molto potente Pag.24

25 Linguaggi di Interrogazione Relazionali Uno dei punti di forza del modello relazionale: supporta un semplice ma potente linguaggio di interrogazione dei dati. Le interrogazioni possono essere scritte in maniera intuitiva, e il DBMS è responsabile di una valutazione efficiente Fattore chiave: semantica precisa per le interrogazioni relazionali -> algebra relazionale e linguaggio formale (SQL DML) Permette all ottimizzatore di riordinare estensivamente le operazioni, garantendo che la risposta non cambi Pag.25

26 Modello relazionale: sommario Una rappresentazione tabellare dei dati Semplice e intuitivo, attualmente il più usato Il DBA può specificare vincoli di integrità basati sulla semantica dell applicazione. Il DBMS controlla eventuali violazioni Due VI importanti: chiavi primarie e chiavi esterne Inoltre abbiamo sempre vincoli di dominio E relativamente semplice rappresentare un DB con i costrutti del modello a partire dalla suo schema ER Esistono linguaggi di interrogazione potenti e naturali Pag.26

27 Dove andiamo da qui? Come traduciamo schemi del modello ER in schemi relazionali? Come possiamo migliorare la qualità della nostra traduzione? Quali sono i formalismi per interrogare efficacemente e in modo semanticamente preciso la base di dati? Algebra relazionale SQL DML Come utilizziamo tutto questo per scrivere programmi? Cosa c è dentro al cofano? Pag.27