Iniciando Banco de Dados Conceitos gerais Márcia Jacyntha N. Rodrigues DIMAp/UFRN

Parte 1 - Contextualização Introdução Evolução de Sistemas BD Sistemas de Banco de Dados Relacionais Pequenos e Grandes Sistemas Arquitetura Cliente-Servidor X Multi-camadas Dados Multimídia

Introdução Os Banco de Dados: São utilizados em muitos ramos de negócio Registrar fatos que serão posteriormente a consumidores de informação na Web Parte central de investigações científicas (genoma, bioquímica, astronomia) Uso de Banco de Dados surgiu do aperfeiçoamento de um software especializado o SGBD ou Sistema de Banco de Dados

Introdução SGBD – ferramenta para criar e gerenciar uma grande quantidade de dados de forma eficiente e tornando-os persistente e segura. Armazenamento persistente – fornece estruturas de dados para viabilizar um acesso eficiente Interface de Programação – permite um usuário ou aplicação modificar dados através de um linguagem de consulta Gerenciamento de transação – acesso concorrente ao dados (diferentes processos ou transações sendo executados simultaneamente e a durabilidade dos dados)

Exemplos Sistema Bancário Indústria (Vendas, Produção, Compras) Dados = informações de contas, clientes, balanços, taxas, históricos de transação Muitos gigabytes, persistência de dados, multi-usuário (controle de transação) Indústria (Vendas, Produção, Compras) Problemas de redundância de dados, inconsistência, entrada repetida de informações

Evolução de Sistemas Banco de Dados BD – é uma coleção de dados que persistem em um longo período de tempo gerenciado por um SGBD. Tarefas do SGBD são: criar novos bancos de dados e definir seus esquemas (estrutura lógica dos dados) usando uma linguagem de definição Consultar e modificar dados usando uma linguagem de consulta Armazenar dados de forma segura (contra acidentes ou uso indevido) e permitir acesso eficiente Acesso controlado aos dados concorrente

Evolução de Sistemas Banco de Dados Início dos SGBDs 1960 – melhoramento dos sistemas de arquivo; Os dados eram visualizados como eram armazenados Usavam modelos de dados para descrever a estrutura de informação no banco de dados Modelo Hierárquico baseado em árvore Modelo Rede baseado em grafo Estes modelos não dão suporte a linguagem de consulta de alto nível

Evolução de Sistemas Banco de Dados Sistemas de Banco de dados relacional 1970 - Ted Cood – mudança significante nos Sistemas de BD Usuário tem uma visão de dados organizados como tabelas ou relações (por trás um estrutura de dados complexa que permita consultas eficientes) Enfoque quais dados acessados e não como acessar os dados. Linguagem de acesso livre de detalhes de implementação

Evolução de Sistemas Banco de Dados Exemplo de modelo Relacional – tabela contas Select saldo FROM contas WHERE numconta=123342 NumConta Saldo tipo 1000.00 3443.99 ..... 123342 908333 Poupança Contacorrente .....

Pequenos e Grandes Sistemas No início os SGBDs eram grandes, caros e rodavam em grandes sistemas Hoje muitos gigabytes cabem em um simples disco e os SGBDs rodam em um PC No entanto um gigabyte não é mais considerado muita coisa. BD coorporativos ocupam centenas de gigabytes. Sistemas comerciais de varejo podem necessitar de Terabytes (1000 gigabytes – 1012 bytes) Armazenamento de videos, audio, imagens satélites – petabytes (1000 terabytes ou 1015 bytes) Crescente tecnologia de dispositivos de armazenamentos (discos rígidos)

Arquiteturas Cliente Servidor e Multi-camada Processo (o cliente) enviar dados a outro processo (o servidor) Arquitetura multi-camada – divisão do processamentos –gerenciamento de conexão, gerenciamento de dados, entrada de dados

Dados Multimídia Formas comum de multimídia incluem video, audio, sinais de radar, imagens satélite e documentos e figuras em vários formatos. Incorporar novas capacidades para manipular dados não convencionais – SGBD OO ou Objeto-relacional

Computação Paralela Aumentar a rapidez do acesso a grande quantidade de dados Leitura paralela de discos Quebrar as consultas usando computação paralela ou computação distribuída tornando eficiente o uso de recursos

Data Warehouse DW: informações provenientes de BDs herdados (legacies) que é copiada para um BD central Para que serve: serviço de catálogo on-line através da Web Analistas querem rodar consultas procurando tendências de mercado – Data Mining

Parte 2 - SGBD Visão geral Sistema Gerenciador de Banco de Dados Processamento de Consulta Gerenciamento de Buffer e Armazenamento Processamento de transação Processador de Consultas

Visão geral de um SGBD Existem 2 fontes de comando para o SGBD: Usuários/aplicações procuram/modificam dados DBA: responsável pela estrutura do BD ( esquema / meta-dados) Linguagem de Definição de Dados (DDL) usada para alterar e criar o meta-dados do sistema Decisões como: quais tabelas e colunas para identificar uma informação, restrições das informações utilizadas.

Processamento de Consulta 1/2 Afeta o conteúdo (modificação ou extração de dados) Linguagem de Manipulação de Dados (DML) Comandos DML são usados por 2 componentes: Compilador de Consulta – parser e otimização -> tendo como resultado um plano de consulta Máquina de execução distribui uma seqüência de requisições de pedaços de dados(registros de relações) para o gerenciador de Recursos

Processamento de Consulta 2/2 O gerenciador de recursos sabe onde encontrar os arquivos de dados(onde estão as relações), arquivos de índice e as requisições recebidas são traduzidas em páginas e são passadas para o gerenciador de buffer. O gerenciador de buffer comunica com o gerenciador de armazenamento para trazer os dados do disco.

Gerenciamento de Buffer e Armazenamento 1/3 Seu papel é trazer uma apropriada porção de dados a partir do disco para a memória principal (buffer). Bloco de disco é a unidade de transferência entre o buffer e o disco Gerenciador de Armazenamento (GA): controlar o local do dado no disco e sua transferência entre memória principal e disco

Gerenciamento de Buffer e Armazenamento 2/3 SGBD controla diretamente o armazenamento no disco. O GA possui a localização de arquivos no disco e obtém os blocos através do gerenciador de buffer (GB). Bloco de disco – 212 / 214 bytes GB – responsável por particionar a memória disponível em buffers que são regiões de tamanho de página para o qual os blocos de disco são transferidos.

Gerenciamento de Buffer e Armazenamento 3/3 Os tipos de informação que os componentes do SGBD podem necessitar são: Dados: conteúdos do BD Metadados: esquema e restrições Estatísticas: armazenam informações relativas aos dados contidos no BD Índices: estruturas de dados para otimizar o acesso aos dados

Processamento de Transação Transação: conjunto de operações que forma uma unidade para processamento – deve ser executada atomicamente e isolada. SGBD deve garantir a durabilidade da transação Logging: toda mudança no BD é armazenada em log para posterior uso caso ocorra falha Controle de Concorrência: execucao isolada das transações. Uso de locks. Resolução de conflitos – cancelar uma ou mais transações.

Processador de Consultas 1/2 Composto por 2 componentes: Compilador de consultas: que traduz a consulta em plano de consulta – sequencia de operações a serem executadas nos dados. Uso de op. álgebra relacional. Parser – constrói uma estrutura em árvore; Preprocessador: que executa checagem semântica Otimizador de consulta – transforma o plano de consulta inicial em uma melhor sequencia.

Processador de Consultas 2/2 2. Máquina de execução(ME): executa cada um dos passos escolhidos no plano de consulta. A ME interage com vários componentes do SGBD.

Parte 3 – Estudos de Banco de Dados Projeto de Banco de Dados Como desenvolver um útil? Que tipo de informação precisa? Como a informação é estruturada ? Como os dados são conectados ? Quais são os tipos e valores ? Programação de Banco de Dados Como expressar consultas e outras operações ? Como usar outras capacidades de SGBD como transações ou restrições? Implementação de Sistema de Banco de Dados Como construir um SGBD?