Introdução - Facom

GES013 – Sistema de Banco de Dados
Introdução
Ilmério Reis da Silva
ilmerio arroba ufu.br
www.facom.ufu.br/~ilmerio/sbd
UFU/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.
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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
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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 técnicosadministrativos
Para pensar:
As páginas da Web formam um BD?
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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.
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Definição SBD
Def. Sistema de Banco de Dados (SBD)
SBD = BD + SGBD + Aplicação
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Alternativa à abordagem de BD
Uso de arquivos com gerenciamento por programas próprios,
aqui chamados de Arquivos Convencionais
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Problemas com Arquivos Convencionais
•
•
•
•
•
•
•
•
Inconsistência e redundância de dados
Acesso aos dados
Isolamento de dados
Integridade
Atomicidade
Acesso concorrente
Escalabilidade
Segurança
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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?
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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
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Problemas com Isolamento de Dados
•
Os formatos dos dados dependem de programas específicos
•
Não há isolamento de dados e programas
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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.
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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
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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.
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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
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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
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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
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Componentes de um SBD
Sistema de Banco de Dados (SBD)
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Capacidades de um SGBD
•
•
•
•
•
controle de transações
controle de acesso
controle de redundância
garantia de restrições de integridade
backup e recuperação
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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)
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Níveis de Abstração
Página 21
Exemplo Nível Conceitual
Página 22
Exemplo Nível Físico
Página 23
Exemplo Nível Externo
Página 24
Exemplos Redundância
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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
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Profissionais envolvidos
•
•
•
•
•
•
Implementadores de BD
Projetistas de BD Lógico
Projetistas de BD Físico
Administradores de banco de dados (DBA)
Programadores de aplicativos
Usuários finais.
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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
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Linguagens de Definição e Manipulação
• DDL define:
 esquema conceitual
 esquema interno e
 esquema externo
• DML manipula:
 busca
 inserção
 modificação e
 remoção
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Outras Linguagens
API:
•
ODBC
•
JDBC e
•
Outros Drivers
INTERFACE:
 menus
 formulários
 gráficas
 administração
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Outras funcionalidades
UTILITÁRIOS:
 carga
 backup
 recuperação
 monitoração
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Arquitetura de um SGBD Relacional
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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.
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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
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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.
Página 35
FIM - Introdução
FIM - Introdução
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