Introduzione alle basi di dati (seconda parte)

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1 Introduzione alle basi di dati (seconda parte) Università degli Studi di Salerno Corso di Laurea in Scienze della Comunicazione Informatica generale (matr. Dispari) Docente: Angela Peduto A.A. 2007/2008 Le basi di dati sono condivise Una base di dati e' una risorsa integrata, condivisa fra applicazioni conseguenze Attivita' diverse su dati condivisi: meccanismi di autorizzazione Accessi di più utenti ai dati condivisi: controllo della concorrenza 1

2 I DBMS garantiscono... privatezza Si possono definire meccanismi di autorizzazione l'utente A è autorizzato a leggere tutti i dati e a modificare quelli sul ricevimento l'utente B è autorizzato a leggere i X e a modificare Y I DBMS garantiscono... affidabilità Affidabilità (per le basi di dati): resistenza a malfunzionamenti hardware e software Una base di dati è una risorsa pregiata e quindi deve essere conservata a lungo termine Tecnica fondamentale: gestione delle transazioni 2

3 Transazione Insieme di operazioni da considerare indivisibile ("atomico"), corretto anche in presenza di concorrenza e con effetti definitivi Le transazioni sono atomiche La sequenza di operazioni sulla base di dati viene eseguita per intero o per niente: trasferimento di fondi da un conto A ad un conto B: o si fanno il prelevamento da A e il versamento su B o nessuno dei due 3

4 Le transazioni sono concorrenti L'effetto di transazioni concorrenti deve essere coerente (ad esempio "equivalente" all'esecuzione separata) se due assegni emessi sullo stesso conto corrente vengono incassati contemporaneamente si deve evitare di trascurarne uno I risultati delle transazioni sono permanenti La conclusione positiva di una transazione corrisponde ad un impegno (in inglese commit) a mantenere traccia del risultato in modo definitivo, anche in presenza di guasti e di esecuzione concorrente 4

5 Modello dei dati Il WWW è una base di dati? Il WWW è un immenso documento ipertestuale multimediale distribuito. Quindi non è un base di dati. Tuttavia è istruttivo analizzare il modo utilizzato dal WWW per organizzare i dati. Nel WWW i dati sono contenuti all interno di pagine che hanno un indirizzo univoco (URL). I dati che si trovano nella stessa pagina o in pagine diverse sono correlati attraverso tali indirizzi. Modello dei dati (2) L approccio di correlare i dati attraverso i link rende l accesso ai dati legato all indirizzo in cui sono memorizzati (URL). In questo caso lo spostamento di una pagina da un certo indirizzo ad un altro, senza alcuna modifica dei dati, rende inaccessibile i dati della pagina se non vengono anche aggiornati con il nuovo indirizzo tutti i link che puntano a tale pagina. Questo ci porta ad affermare che i dati nel WWW sono correlati mediante delle informazioni aggiuntive (URL). 5

6 Modello dei dati (3) L insieme dei concetti utilizzati per organizzare i dati di interesse e descriverne la struttura in modo che risulti comprensibile ad un computer prende il nome di modello dei dati. I tipi di modelli dei dati sono: modello reticolare, basato sull uso di grafi in modo analogo al modo di organizzare le pagine web; modello gerarchico, basato sull uso di strutture ad albero (e quindi gerarchie, da cui deriva il nome) tuttora utilizzato in alcune vecchie basi di dati; modello relazionale, basato sul costrutto di relazione (rappresentato mediante una tabella), è il modello più utilizzato e su cui ci concentreremo in questo modulo; modello a oggetti, estende alle basi di dati il paradigma di programmazione a oggetti; Due tipi (principali) di modelli modelli logici: indipendenti dalle strutture fisiche ma disponibili nei DBMS. Es. reticolare (network), gerarchico (hierarchical), relazionale (relational), ad oggetti (object) modelli concettuali: indipendenti dalle modalità di realizzazione, hanno lo scopo di rappresentare le entità del mondo reale e le loro relazioni nelle prime fasi della progettazione. Es. entità-relazioni (entityrelationship) 6

7 Modello reticolare I dati sono rappresentati come una collezione di record di tipo omogeneo Le relazioni binarie sono rappresentate come link (implementati come puntatori = dipendenza dalla struttura fisica della base di dati) Il modello è rappresentato come una struttura a grafo dove : Nodi = record Archi = link Il più popolare modello reticolare: CODASYL Modello gerarchico Tipo ristretto di modello reticolare: Gerarchia = reticolo composto da una collezione di alberi (foresta) Ogni nodo ha un solo genitore 7

8 Modello relazionale Dati e relazioni sono rappresentati come valori Non ci sono riferimenti espliciti, cioè puntatori come nei modelli reticolare e gerarchico => rappresentazione di livello più alto Tabella = Insieme di record di tipo omogeneo Tabella STAFF = Insieme di record di tipo Membro dello Staff CODICE COGNOME NOME RUOLO ASSUNZIONE COD1 Rossi Mario Analista 1995 COD2 Bianchi Pietro Analista 1990 COD3 Neri Paolo Amministr atore

9 Esempio di un DB relazionale STUDENTI Matricola Cognome Nome DataNascita Smith Mary 25/11/ Black Anna 23/04/ Verdi Paolo 12/02/ Smith Lucy 10/10/ Brown Mavis 01/12/1980 CORSI ESAMI Codice Titolo Tutor Stud Voto Corso 01 Physics Grant C Chemistry Beale B Chemistry Clark B B 04 Esempio di DB relazionale STUDENTI Matricola Cognome Smith Black Verdi Smith Brown Nome Mary Anna Paolo Lucy Mavis DataNascita 25/11/ /04/ /02/ /10/ /12/1980 CORSI ESAMI = relazione tra studenti e corsi Codice Titolo Tutor Stud Voto Corso 01 Physics Grant C Chemistry Beale B Chemistry Clark B B 04 9

10 STUDENTI Matric Cognome Nome DataNasci Smith Mary 25/11/ Black Anna 23/04/ Verdi Paolo 12/02/ Smith Lucy 10/10/ Brown Mavis 01/12/1980 ESAMI Stud Voto Corso CORSI Codice 01 C B B B Titolo Physics Tutor Grant Esempio di DB reticolare 03 Chemistry Beale 04 Chemistry Clark Modello a oggetti Modello più recente: basato su oggetti, classi, ecc. Attributi: descrivono lo stato di un oggetto Metodi (azioni) descrivono il comportamento di un oggetto L oggetto incapsula sia stato che comportamento Non esiste ancora un modello universalmente riconosciuto Lo sviluppo di OODBMS (Object Oriented Database Management System) è ancora un argomento di ricerca 10

11 Schema e istanza Nelle basi di dati esiste una parte sostanzialmente invariante nel tempo detta schema della basi di dati, costituita dalle caratteristiche dei dati, e una parte variabile nel tempo, detta istanza o stato della base di dati, costituita dai valori effettivi. Negli esempi precedenti le relazioni (o tabelle) hanno una struttura fissa. Ad esempio lo schema della tabella studenti è costituito dall intestazione: studente(matricola, Cognome, Nome, DataNascita) Al contrario, le righe della tabella che non formano lo schema della tabella variano nel tempo, e contengono la matricola, cognome e nome e data di nascita. Ad esempio l istanza della tabella studenti è: Smith Mary 25/11/ Smith Lucy 10/10/ Brown Mavis 01/12/1980 Schema e istanza (2) La nozione di schema di tabella e di istanza di tabella si estende a quello di basi di dati considerando le tabelle che formano una certa base di dati. Durante la vita della basi di dati le righe che formano l istanza variano nel tempo mediante aggiunte di nuovi valori, rimozioni o modifiche anche parziali, mentre lo schema tende a non variare. 11

12 Indipendenza dei dati L indipendenza dei dati è una proprietà importante delle basi di dati che utilizzano il modello dei dati relazionale. Essa consente ad utenti e programmatori di interagire ad un elevato livello di astrazione che prescinde dai dettagli realizzativi utilizzati nella costruzione della base di dati. In particolare, l indipendenza (fisica) dei dati consente di interagire con il DBMS in modo indipendente dalla struttura fisica dei dati. Indipendenza e portabilità dei dati In base a questa proprietà è possibile modificare le strutture fisiche (ad esempio le modalità di organizzazione dei file gestiti dal DBMS o la allocazione fisica dei file sui dispositivi di memorizzazione) senza influire sulle descrizioni dei dati e quindi sui programmi che utilizzano tali dati. Questa proprietà consente e favorisce la portabilità dei dati. Per portabilità dei dati si intende che è possibile, ad esempio, scambiare i dati tra una base di dati realizzata con Oracle ed una realizzata in DB2. 12

13 I 3 livelli di astrazione di un DB utente utente utente utente utente utente SCHEMA ESTERNO SCHEMA ESTERNO SCHEMA ESTERNO SCHEMA LOGICO SCHEMA INTERNO DATA BASE I 3 livelli di astrazione di un DB Schema esterno: descrizione di una porzione della base di dati in un modello logico attraverso viste parziali, o derivate, che possono prevedere organizzazioni dei dati diverse rispetto a quelle utilizzate nello schema logico, e che riflettono esigenze e privilegi di accesso di particolari tipologie di utenti; ad uno schema logico si possono associare più schemi esterni Schema logico: descrizione dell intera base di dati nel modello logico principale del DBMS, ad esempio la struttura delle tabelle Schema fisico: rappresentazione dello schema logico per mezzo di strutture fisiche di memorizzazione, cioè i file 13

14 Accesso alla Base di Dati Gli accessi alla base di dati avvengono solamente attraverso lo schema esterno, che può coincidere completamente con lo schema logico. Indipendenza dei dati Indipendenza fisica il livello logico e quello esterno sono indipendenti da quello fisico una relazione è utilizzata nello stesso modo qualunque sia la sua realizzazione fisica (organizzazione dei file e loro allocazione fisica) la realizzazione fisica può cambiare senza che debbano essere modificati i programmi 14

15 Indipendenza dei dati (2) Indipendenza logica il livello esterno è indipendente da quello logico aggiunte o modifiche alle viste non richiedono modifiche al livello logico modifiche allo schema logico che lascino inalterato lo schema esterno sono trasparenti Personaggi e interpreti progettisti e realizzatori di DBMS progettisti della base di dati e amministratori della base di dati (DBA) progettisti e programmatori di applicazioni utenti utenti finali (terminalisti): eseguono applicazioni predefinite (transazioni) utenti casuali: eseguono operazioni non previste a priori, usando linguaggi interattivi 15

16 Database administrator (DBA) Persona o gruppo di persone responsabile del controllo centralizzato e della gestione del sistema, delle prestazioni, dell affidabilità, delle autorizzazioni Le funzioni del DBA includono quelle di progettazione, anche se in progetti complessi ci possono essere distinzioni Transazioni (per l'utente) Programmi che realizzano attività frequenti e predefinite, con poche eccezioni, previste a priori. Esempi: versamento presso uno sportello bancario emissione di certificato anagrafico dichiarazione presso l ufficio di stato civile prenotazione aerea Le transazioni sono di solito realizzate in linguaggio ospite (tradizionale o ad hoc) 16

17 Transazioni, due accezioni Per l'utente: programma a disposizione, da eseguire per realizzare una funzione di interesse Per il sistema: sequenza indivisibile di operazioni (cfr. affidabilità) Vantaggi e svantaggi dei DBMS (1) Pro dati come risorsa comune, base di dati come modello della realtà gestione centralizzata con possibilità di standardizzazione ed economia di scala disponibilità di servizi integrati riduzione di ridondanze e inconsistenze indipendenza dei dati (favorisce lo sviluppo e la manutenzione delle applicazioni) 17

18 Vantaggi e svantaggi dei DBMS (2) Contro costo dei prodotti e della transizione verso di essi non scorporabilità delle funzionalità (con riduzione di efficienza) Linguaggi per le basi di dati data definition language (DDL) per la definizione di schemi (logici, esterni, fisici) e altre operazioni generali data manipulation language (DML) per l interrogazione e l aggiornamento di istanze di basi di dati (inserire, modificare, cancellare dati) In SQL i due tipi di funzionalità sono integrate in un unico linguaggio di comandi 18