INTRODUZIONE. Data Base Management Systems evoluzione tecniche gestione dati

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1 INTRODUZIONE Accesso ai dati tramite DBMS Livelli di astrazione Modello dei dati: schema / istanza / metadati Alcuni modelli dei dati Linguaggi per DBMS Architettura di base di un DBMS cesarini - BDSI introduzione 1 Data Base Management Systems evoluzione tecniche gestione dati Applicazione 1.. Applicazione k S O archivio1 archiviok cesarini - BDSI introduzione 2

2 Gestione dati senza DBMS Ogni applicazione gestisce i propri dati Archivio1 rappresenta l insieme dei file gestiti da Applicazione1, Se due applicazioni fanno riferimento agli stessi dati, questi sono duplicati Le applicazioni sono sviluppate con linguaggi di programmazione: COBOL, C, C++, I dati sono gestiti con le modalità offerte dal sist.op. cesarini - BDSI introduzione 3 Data Base Management Systems evoluzione tecniche gestione dati applicazione1 applicazionek vista 1 vista k DBMS Schema logico dei dati S. O. Data Base cesarini - BDSI introduzione 4

3 Gestione dati con DBMS Data base: tutte le applicazioni fanno riferimento alla stessa collezione di dati memorizzata su disco Schema logico dei dati: tramite il DBMS è possibile vedere i dati in modo astratto, per es. organizzati in tabelle, indipendentemente dai file in cui sono archiviati Vista: di tutti i dati che il DBMS gestisce, una applicazione può vederne solo una parte, magari riorganizzata secondo propri criteri, per es. sottotabelle o tabelle con altre colonne appositamente calcolate Le applicazioni sono costruite con le modalità offerte dal DBMS cesarini - BDSI introduzione 5 Obbiettivi di un DBMS Modalità di accesso generale ad archivi integrati Sicurezza dei dati security meccanismi di protezione (es. chiavi di accesso) Integrità dei dati integrity vincoli di consistenza (condizioni che devono essere soddisfatte) Accesso concorrente ai dati concurrency modifiche in mutua esclusione Ripristino dei dati recovery backup (salvataggio) giornale, log (diario di tutte le modifiche fatte a partire dall ultimo backup) cesarini - BDSI introduzione 6

4 Livelli di astrazione CODASYL Data Base Task Group 1971 Applic 1 Vista 1... Applic N Vista N livello esterno Data Base logico livello logico livello fisico Data Base fisico cesarini - BDSI introduzione 7 Livelli di astrazione Livello logico modello di dati gerarchico, reticolare, relazionale, a oggetti schema logico: descrizione della struttura dei dati secondo il modello utilizzato es. modello relazionale: descrizione della struttura delle tabelle Livello fisico schema fisico, descrizione dei file utilizzati per la memorizzazione dei dati esempio: descrizione degli indici costruiti Livello esterno vista (sottoschema): sottoparte del database logico o astrazione di una sottoparte Il livello esterno può coincidere con il livello logico la vista non è stata definita l applicazione vede direttamente lo schema logico (es. tutte le tabelle così come sono state originariamente definite) cesarini - BDSI introduzione 8

5 Livelli di astrazione indipendenza logica e fisica dei dati Indipendenza fisica deriva dall uso di un modello logico dei dati gli utenti e le applicazioni interagiscono con il data base secondo la sua struttura logica è possibile cambiare la struttura fisica senza modificare l applicazione ad es. è possibile aggiungere o togliere un indice al data base senza cambiare il programma di interrogazione dei dati Indipendenza logica deriva dall uso delle viste se un applicazione interagisce con il data base attraverso le viste è possibile modificare il livello logico senza modificare l applicazione purché le viste rimangano inalterate Ad es. è possibile suddividere una tabella in due tabelle purché per l applicazione sia definita una vista che vede una unica tabella cesarini - BDSI introduzione 9 Modello dei dati modello dei dati insieme di concetti per organizzare i dati di interesse e descriverne la struttura es: concetto di tabella (con tutte le sue caratteristiche) nel modello relazionale insieme di costruttori che permettono di definire nuovi tipi a partire da tipi elementari schema descrizione della organizzazione dei dati di interesse in accordo al modello considerato es: descrizione delle tabelle che vogliamo usare in accordo al modello relazionale istanza contenuto corrente della base di dati es: contenuto effettivo delle tabelle cesarini - BDSI introduzione 10

6 Modello dei dati dizionario dei dati / metadati il sistema mantiene un catalogo di tutte le strutture definite nel data base con le loro caratteristiche es: elenco di tutte le tabelle definite, ognuna con i nomi delle colonne che la compongono es: elenco di tutti gli indici definiti il dizionario è strutturato secondo il modello logico es: strutturato in tabelle (tabella che contiene tutti i nomi delle tabelle definite, ) Il dizionario è accessibile con gli stessi strumenti con cui si accede ai dati es: con una query SQL si può avere l elenco dei nomi delle tabelle definite cesarini - BDSI introduzione 11 Modelli dei dati modello gerarchico primi DBMS anni 60 basato su alberi modello reticolare CODASYL 1973 basato su grafi nasce come estensione del COBOL modello relazionale Relational DBMS Codd 1970 primi DBMS commerciali inizi 80 relazione: insieme di record (tuple) a struttura fissa tabelle e relazioni tra tabelle (vincoli integrità referenziale) cesarini - BDSI introduzione 12

7 Modelli dei dati modelli semantici fine anni 70 vogliono superare i limiti del modello relazionale non DBMS commerciali modello Entity Relationship Chen 1976 progettazione concettuale di basi di dati cesarini - BDSI introduzione 13 Modelli dei dati modello a oggetti Object Oriented DBMS seconda metà anni : Bancilhon et al. manifesto delle basi dati a oggetti oggetti: identificatore, valore, metodi associati valore: costruttori di insieme e di tupla applicati ricorsivamente a partire da valori base e oggetti classe, tipo della classe, sottoclasse, ereditarietà Cattel et al The Object Data Base Standard: ODMG Object Definition Language, Object Query Language cesarini - BDSI introduzione 14

8 Modelli dei dati modello relazionale a oggetti ORDBMS integrazione di alcuni aspetti del mondo a oggetti nel modello relazionale RDBMS: elemento della tabella di tipo elementare ORDBMS: definizione di tipi astratti tabelle di tabelle, etc. identificatore, gerarchie, ereditarietà, funzioni Stonebraker et al. Third Generation Database System Manifesto 1990 SQL-3 compatibile con SQL-2 cesarini - BDSI introduzione 15 Modelli dei dati dati semistrutturati dati autodescriventi <persona><nome>francesca Cesarini<fine nome> <professione>professore associato<fine professione> <fine persona> dati rappresentati da grafi strutture senza vincoli nel nesting non si parla di schema e istanza flusso di byte che descrivono contestualmente i dati e il loro significato (la loro struttura) trasferimento di dati su WEB - XML cesarini - BDSI introduzione 16

9 XML Modelli dei dati Extensible Markup Language W3C (World Wide Web Consortium) Document Type Definition descrizione delle regole da seguire nel generare i documenti si riprende debolmente il concetto di schema proposte pubblicate da w3c XML - schema XML - QL linguaggio di interrogazione mapping XML RDBMS strumenti che consentono di trasformare dati XML in tabelle e viceversa cesarini - BDSI introduzione 17 Linguaggi per basi di dati Data Definition Language DDL definizione dello schema logico definizione schema fisico, schema esterno (viste) linguaggio dichiarativo es: SQL Data Manipulation Language DML inserimento, modifica, cancellazione, reperimento di dati opera sulla istanza di una base di dati query language es: SQL (è un linguaggio che offre le due funzionalità) cesarini - BDSI introduzione 18

10 Linguaggi per basi di dati linguaggio ospite -host language es. linguaggio C con possibilità di inserire nei programmi comandi SQL dati locali riferimenti a variabili locali programma applicativo data base data base calls comandi DML cesarini - BDSI introduzione 19 Accesso ai dati linguaggi di sviluppo ad hoc es: PL/SQL per ORACLE interfacce user friendly finestre, menu, icone dati su WEB Open Database Connectivity ODBC interfaccia proposta da Microsoft 1991 sottoinsieme del linguaggio SQL Java Data Base Connectivity JDBC protocollo per accedere a basi dati relazionali da Java cesarini - BDSI introduzione 20

11 Architettura DBMS query utente programma applicativo schema database query language processor compilatore DDL database manager metadati file manager database fisico autorizzazione concorrenza recovery cesarini - BDSI introduzione 21 Architettura DBMS Data Base Manager Visualizza il cuore del DBMS Accetta comandi per la gestione effettiva dei dati Interagisce con tutte le informazioni memorizzate su disco (dati e metadati) tramite il gestore dei file Gestisce i dati conoscendone la struttura rappresentata nei metadati (es. aggiorna lo stipendio di un impiegato sapendo quale è la colonna della tabella impiegato che rappresenta tale informazione) Mantiene informazioni interne che mappano le strutture logiche in quelle fisiche (es. descrizione del/dei file che memorizzano la tabella impiegato) cesarini - BDSI introduzione 22

12 Architettura DBMS Compilatore DDL / Query Language Processor La definizione e la gestione effettiva dei dati sono attività separate e possono essere effettuate tramite interfacce differenti Lo schema della base di dati è definito interfacciandosi con un modulo che produce una descrizione dello schema (metadati) secondo le modalità volute dal database manager La gestione dei dati può essere effettuata con comandi immessi direttamente dall utente oppure tramite programmi applicativi appositamente costruiti Un sistema generalmente supporta più QLP (es. modulo per interfaccia grafica e modulo per interfaccia SQL) Il modulo QLP genera comandi per il database manager cesarini - BDSI introduzione 23 Architettura DBMS Ricordiamo che un DBMS deve prevedere meccanismi per gestire la privatezza dei dati (autorizzazione degli accessi) meccanismi per il salvataggio e ripristino dei dati nel caso di accesso concorrente, meccanismi per il mantenimento della consistenza dei dati cesarini - BDSI introduzione 24