Consultoria de Sistemas BANCO DE DADOS (Fundamentos e Projeto) Asterio K. Tanaka http://www.uniriotec.br/~tanaka tanaka@uniriotec.br ORÁCULO Consultoria de Sistemas Rio de Janeiro Utilização por terceiros autorizada com citação da fonte.

Sistema de informação: - Organização - Pessoas - Tecnologia - hardware - software - telecomunicações Sistema é um dos termos mais sobrecarregados quanto ao significado, podendo ser utilizado praticamente em qualquer contexto. 1. Conjunto de elementos, materiais ou ideais, entre os quais se possa encontrar ou definir alguma relação. 2. Disposição das partes ou dos elementos de um todo, coordenados entre si, e que funcionam como uma estrutura organizada. (Dicionário Aurélio) Um grupo de elementos interativos, interrelacionados e interdependentes formando um todo complexo. (The American Heritage Dictionary) Em nosso contexto, trataremos de Sistema de Informação como uma coleção de processos manuais e informatizados, portanto envolvendo PESSOAS e TECNOLOGIA de hardware, software e telecomunicações, projetado e construído para satisfazer a necessidades funcionais da ORGANIZAÇÃO em que é implantado. Nosso conceito de sistema restringe-se aos sistemas de informação com apoio de tecnologia de computação. As organizações necessitam desses sistemas para atingir seus objetivos de negócios, seja como apoio às suas atividades fim ou meio, ou como apoio à tomada de decisões. SISTEMA DE INFORMAÇÃO SGBD Programa de aplicação de BD Programa de aplicação de BD Programa de aplicação dados e regras

Evolução dos Sistemas de Informação 50-60’s: programas com dados armazenados 60-70’s: sistemas de arquivos 70-90’s: sistemas de bancos de dados 90’s - ? (depois da WWW): sistemas de informações para Web (WIS)

Programa com dados armazenados Programa com dados armazenados gerência de arquivos Programa com gerência de arquivos Programa com gerência de arquivos arquivos de dados Sistema de Gerência de BD Programa de aplicação de BD Programa de aplicação de BD banco de dados Programa de aplicação de BD Middle Ware Middle Ware Programa de aplicação de BD Middle Ware Programa de aplicação de BD Aplicações Fontes de dados

Banco de Dados Conceitos Básicos Coleção autodescritiva de dados relacionados, logicamente coerentes e com algum significado inerente. Projetado, construído e povoado com dados para um propósito específico. Grupo de usuários e Aplicações pré-concebidas. Usuários Mini-mundo Banco de Dados Aplicações

Um Ambiente (simplificado) de Sistema de Banco de Dados Usuários / Programadores Sistema de BD Consultas / Programas de Aplicação SGBD Software para processar consultas / programas Software para acessar dados armazenados Definição do BD (Metadados) BD armazenado

Componentes de um SGBD Banco de dados armazenado programadores de aplicações ABD e equipe usuários ocasionais usuários paramétricos Consulta de alto nível Programas de aplicação Comandos em LDD Comandos privilegiados Pré-compilador Compilador da linguagem hospedeira Processador de consultas Comandos em LMD Catálogo/ Dicionário de Dados Transações compiladas Compilador da LDD Compilador da LMD Processador do BD em tempo de execução Gerenciador dos dados armazenados Subsistema de controle de concorrência / backup / restauração Banco de dados armazenado

Processamento de uma Aplicação

Características dos Sistemas de Bancos de Dados versus Sistemas de Arquivos Natureza auto-contida de um sistema de banco de dados metadados armazenados num catálogo ou dicionário de dados Independência entre programas e dados estrutura dos arquivos de dados armazenada no catálogo separadamente dos programas de acesso Abstração de dados representação conceitual dos dados através de modelos de dados Suporte de múltiplas visões de dados diferentes perspectivas ou visões de usuários Suporte a transações compartilhamento de dados e processamento multiusuário

A Arquitetura de Três Esquemas Usuários finais . . . Visão Externa 1 Visão Externa n NÍVEL EXTERNO mapeamento externo/conceitual Esquema Conceitual NÍVEL CONCEITUAL mapeamento conceitual/interno Esquema Interno NÍVEL INTERNO

Independência de Dados Capacidade de mudar o esquema num nível de um sistema de banco de dados sem ter que mudar o esquema no nível seguinte mais alto. Independência lógica de dados: Capacidade de mudar o esquema conceitual sem ter que mudar esquemas externos ou programas de aplicação. Independência física de dados: Capacidade de mudar o esquema interno sem ter que mudar o esquema conceitual

MODELOS DE DADOS Uma coleção de conceitos, construídos com base em mecanismos de abstrações, que são usados para descrever um conjunto de dados e as operações para manipular os dados. Representação: sintaxe de linguagem notação gráfica

Categorias de Modelos de Dados Modelos conceituais: representam a realidade a um nível alto de abstração (ex: ER, modelos semânticos, OO) Modelos lógicos ou de implementação: suportam descrições de dados que possam ser processadas por computador (ex: hierárquico, em rede, relacional, relacional-objeto, OO). Modelos físicos: descrevem como os dados são armazenados no computador através de informações como tipos de arquivos, formatos e ordenação de registros, caminhos de acesso (ex: várias formas de estruturas de arquivos).

Esquema Conceitual Entidade-Relacionamento CPF Nome Data nascimento Sexo Endereco Salario emprega Número Nome (1,1) (1,N) DEPARTAMENTO Data início EMPREGADO gerencia (0,N) (0,N) (0,N) controla supervisor supervisionado (0,N) trabalha (0,N) supervisiona (0,1) (1,N) (1,1) (0,N) Horas possui PROJETO Numero Nome Local (1,1) Nome Sexo data nascimento Relacionamento DEPENDENTE

Esquema Conceitual Diagrama de Classes - UML

Um esquema de banco de dados relacional EMPREGADO Nome CPF Data-Nasc Endereço Sexo Salário Supervisor Dept DEPARTAMENTO Nome Número LOCALIZACAO GERENCIA Num-Dept Localidade Gerente Num Dept Data-Inicio PROJETO Nome Número Local Dept TRABALHO CPF-Emp Num-Proj Horas DEPENDENTE CPF-Emp Nome-Dep Sexo Data-Nasc Relacionamento

Uma instância de banco de dados relacional EMPREGADO Nome CPF Data-Nasc Endereço Sexo Salário Supervisor Dept LOCALIZACAO Joao Frank Alicia Jane Ramon Joyce Ahmad James 123456789 333445555 999887777 987654321 666884444 453453453 987987987 888665555 09Jan55 08Dez45 19Jul58 20Jun31 15Set52 31Jul62 29Mar59 10Nov27 Santos,SP Tatui,SP Lins,SP Marilia,SP M F 30000 40000 25000 43000 38000 55000 333445555 888665555 987654321 nulo 5 4 1 Num-Dept Localidade 1 4 5 Santos Campinas Lins Bauru GERENCIA Num CPF Inicio PROJETO 5 4 1 333445555 987654321 888665555 22Mai88 01Jan92 19Jun91 TRABALHO Nome Núm Local Dept CPF-Emp Num-Proj Horas ProdutoX ProdutoY ProdutoZ Informat. Reorgan. Beneficios 1 2 3 10 20 30 Lins Bauru Santos Campinas 5 4 1 DEPARTAMENTO 123456789 666884444 453453453 333445555 999887777 987987987 987654321 888665555 1 2 3 10 20 30 32,5 7,5 40,0 20,0 10,0 30,0 35,0 5,0 15,0 nulo Num Nome 5 4 1 Pesquisa Administracao Sede DEPENDENTE CPF-Emp Nome-Dep Sexo Data-Nasc Relacionamento 333445555 987654321 123456789 Alice Teo Joy Abner Miguel Beth F M 05Abr76 25Out73 03Mai48 29Fev32 01Jan78 31Dez78 05Mai57 Filha Filho Esposa Esposo

Funcionalidades de um SGBD Controle de redundância Compartilhamento de dados Controle de acesso Múltiplas interfaces Representação de relacionamentos Cumprimento das restrições de integridade Capacidade de “backup” e restauração

Controle de Redundância Redundância de dados Problemas da redundância de dados: duplicação de esforço para manter os dados atualizados; desperdício de espaço de armazenamento; possibilidade de inconsistência dos dados Armazenamento em um único local no banco de dados X Redundância para melhorar o desempenho das consultas.

Compartilhamento de Dados Sistemas multiusuários Controle de concorrência Transações atômicas

Controle de Acesso Segurança e autorização senhas para usuários e para grupos de usuários; restrição de acesso a parte do banco de dados; proibição de executar certas operações; acesso de usuários paramétricos restrito apenas a transações “enlatadas”; proibição de uso de software privilegiado, como o software de criação de contas.

Múltiplas Interfaces Linguagens de consulta para usuários casuais; Linguagens de programação para programadores de aplicações; Interfaces gráficas com formulários (telas) e menus para usuários paramétricos; Interfaces para administração do banco de dados; Linguagem natural.

Cumprimento das Restrições de Integridade Tipo de dado (domínio) Unicidade de itens de dados (chave) Integridade referencial Restrições derivadas da semântica dos dados Cumprimento automático pelo SGBD ou Especificação em programas de aplicação

Capacidade de Backup e Restauração Casos de falha de hardware ou de software. Backup e restauração (“recovery”) : consistência de estado do banco de dados.

Pessoal envolvido em grandes sistemas de bancos de dados Classe dos administradores administrador de sistema administrador de dados administrador de BD (ABD) pessoal de operação e suporte

Classe dos desenvolvedores projetistas do BD analistas de sistemas programadores de aplicações Classe dos usuários finais usuários ocasionais operadores de aplicações usuários sofisticados

Ambiente de BD - Papéis Administrador do Sistema Administrador do BD instala e mantém o SGBD necessário bom conhecimento do SO tem os mais altos privilégios Administrador do BD responsável por criar e manter BDs tem privilégios nos BDs que gerencia Administrador de Dados responsável pelo ambiente de dados da organização

AD versus ABD Administração de Dados está voltada para o planejamento conceitual e a organização dos recursos de dados modelagem de dados, desenvolvimento de políticas e padrões para uso e gerência dos dados, treinamento de usuários, coordenação de atividades com projetistas de sistemas e usuários Administração de Banco de Dados está voltada para aspectos técnicos associados a um ambiente específico de um sistema de gerenciamento de banco de dados, no que diz respeito à operação e manutenção física de um ou mais BDs.

Funções do Administrador de Dados Participar dos levantamentos de dados, eventos/funções e regras de negócio junto às áreas funcionais da Empresa; Elaborar e acompanhar a confecção dos modelos Conceituais de Dados; Participar da compatibilização do planejamento de sistemas com os modelos de Dados; Responsabilizar-se pela qualidade e compatibilidade dos modelos de dados com os modelos de implementação; Planejar e coordenar a evolução dos Banco de Dados da Empresa; Definir, manter e auditar os metadados do Dicionário de Dados; Participar da elaboração e ajuste da MDS; Disseminar pela organização a utilização da AD; Normatizar a administração e utilização dos dados em ambientes centralizado e cliente/servidor; Participar da pesquisa de softwares de apoio à AD, ADB e correlatos.

Funções do Administrador de Banco de Dados Definição e organização da Base de Dados Construir o Modelo Lógico/Físico da Base de Dados; Promover o Espaço Físico para o armazenamento; Manter a organização Física da Base de Dados; Manter o Dicionário/Diretório de Dados; Manter o nível de desempenho nas operações a Base de Dados. Proteção da Base de Dados Controlar as operações sobre a Base de Dados; Manter a integridade dos Dados; Controlar o uso correto de mecanismos de recuperação; Detectar violações de regras; Resolução de conflitos. Especificação da documentação Descrição da Base de Dados; Padrões; Procedimentos de Utilização; Senhas de Acesso; Estatísticas de Desempenho; Procedimentos de Recuperação; Facilidades para ambientes de teste; Diretrizes para Treinamento. Suporte Escolha, Instalação, Manutenção e suporte ao uso do SGBD; Participação na escolha do software SGBD e seus produtos afins; Contato com os Fornecedores.

Bancos de dados não são sempre a solução Sobrecustos Alto investimento inicial Custo da generalidade do SGBD “Overhead” de processamento Quando NÃO usar bancos de dados Volume de dados pequeno, aplicações simples, bem definidas. Mudanças não são esperadas. Requisitos estritos de tempo real. Acessos múltiplos e concorrentes não são necessários.