bases de données

Bases de Donnes

Kokou Ytongnon

Richard Chbeir

Universit de Bourgogne

2

Credits and References

Crdits : Cours bass sur des notes

de lquipe de Bases de donnes de lEcole Polytechnique Fdrale de Lausanne

de Richard Chbeir, Kokou Ytongnon (quipe bases de donnes du Laboratoire LE2I)

Concepts gnraux

Les besoins Quest ce quun SGBD, une BD? Architecture dun SGBD Cycle de vie dune BD Plan du cours

4

Exemples classiques d'applications BD

Gestion des informations dune universit ou institut : personnels, tudiants, cours, inscriptions

Systme de rservation de train

Systme de rservation de billets d'avion

Systme de rservation de billets de spectacle

Gestion des comptes clients dune banque

Gestion des commandes Amazon.com

...

5

Exemple Rservation de train (fictif)

Billet = nom client

numro train

date

classe

no wagon

numros place

dpart: - gare

- heure

gare darrive

Train = numro train

gare dpart

heure dpart

destination finale

heure darrive jours

Gestion des rservations de billets de trains

Arrt = numro train

no arrt

gare

heure dpart

heure darrive

6

Bases de donnes

Bases de donnes traditionnelles donnes textuelles, numriques,

Bases de donnes multi-mdia donnes multi-mdia

Bases de donnes gographique donnes golocalises

Data warehouse (intgration de plusieurs bases de donnes)

7

Dfinition

Base de Donnes (Data Base)

Elle reprsente un ensemble de donnes de lentreprise mmoris par un ordinateur selon un modle de donnes.

Banque de donnes (Data Bank)

Elle reprsente lensemble des informations mmorises relatif un domaine de connaissances scientifique, conomique ou culturel, et cela, dune faon aussi exhaustive que possible.

Entrept de donnes (Data Warehouse)

Un ensemble de donnes de l'entreprise permettant de faciliter la prise de dcision : analyse en ligne, corrlation de donnes etc

Base de Connaissances (Knowledge Base)

Elle regroupe un ensemble de BD utilises par des systmes experts (intelligents).

Les besoins

9

Besoins de description

1 - Dcrire les donnes de lapplication (trains, trajets et rservations) sans faire rfrence une

solution informatique particulire

modlisation conceptuelle

2 - laborer une description quivalente pour le

stockage des donnes dans le SGBD choisi

modlisation logique

langage de description de donnes (LDD)

10

Besoins de manipulation

3a - Crer la base de donnes initiale avec les

donnes reprsentant le rseau train

langage permettant linsertion de donnes

3b - Crer au fur et mesure les donnes sur les

rservations. Modifier si besoin et ventuellement

supprimer toute donne dj rentre

langage de manipulation de donnes (LMD)

(insertion, modification, suppression)

11

Besoins dinterrogation

4 - Rpondre toute demande dinformation portant sur les donnes contenues dans la base. Par exemple:

a) Durand Julien a-t-il une rservation pour aujourdhui ?

Si oui, donner les informations connues sur cette rservation.

b) Quels sont les horaires des trains de Lausanne Montreux entre 9h

et 10h le dimanche ?

c) Donner les destinations au dpart de Lausanne sans arrts

intermdiaires.

Langage de requte (langage dinterrogation)

12

Besoins dexactitude / cohrence

5 Exprimer toutes les rgles qui contraignent les valeurs pouvant tre enregistres de faon viter toute erreur qui peut tre dtecte. Par exemple:

Il ne faut jamais donner la mme place dans le mme train 2 clients

Les arrts dun train sont numrots de faon continue (il ne peut y avoir pour un train donn un arrt no 3 sil n'y a pas un arrt no 2 et un arrt no 1)

La date de rservation pour un train doit correspondre un jour de circulation de ce train

Le numro de train dans une rservation / arrt doit correspondre un train existant

Lheure de dpart dune gare doit tre postrieure lheure darrive dans cette gare

Lheure darrive un arrt doit tre postrieure lheure de dpart de larrt prcdent

Langage dexpression de contraintes dintgrit

13

Besoins de garanties

6 - Il ne faut pas que les informations (par exemple, les rservations) soient perdues cause dun dysfonctionnement quelconque: erreur de programmation, panne systme, panne de lordinateur, coupure de courant,

Garantie de fiabilit

7 - Il ne faut pas quune action faite pour un utilisateur (par exemple, lenregistrement dune rservation) soit perdue du fait dune autre action faite simultanment pour un autre utilisateur (rservation de la mme place).

Garantie de contrle de concurrence

14

Besoins de confidentialit

8 - Toute information doit pouvoir tre protge

contre laccs par des utilisateurs non autoriss - en lecture

- en criture

Interdire par exemple aux clients de modifier les

numros des trains ou les horaires ou leur

rservation.

Garantie de confidentialit (privacy)

15

Besoin defficacit

9-10

Le temps de rponse du systme doit tre conforme aux besoins: en intractif: pas plus de 3 secondes en programmation: assez rapide pour assumer la charge de travail attendue (nombre de transactions par jour) Mcanismes doptimisation

ventuellement, rpartition / duplication des donnes sur plusieurs sites

Dfinitions

Dfinitions et Terminologie

Quest ce quun SGBD, une BD?

17

Dfinition

Systme Quelque chose, qui fait quelque chose, est dot dune structure, volue dans le

temps, dans un environnement, pour quelque chose (Lemoigne)

Donne Ensemble de valeurs dont on ne connat pas les interrelations (Ex: 1982 Jean)

Information Ensemble de valeurs porteur dune signification (Ex: Jean est n en 1982 )

18

Dfinition

Modle de donnes Ensemble de concepts et de rgles permettant de dcrire un

systme dinformation

Les modles les plus connus Modle hirarchique

Modle rseau

Modle E-A (ou modle ER)

Modle relationnel

Object Modeling Technique (OMT)

Unified Modeling Language (UML)

19

Le modle Entit-Association

Dfini en 1975 par P. Chen Largement utilis dans les mthodes de conception de SI

(dont MERISE)

Concepts:

Types dentit

Types dassociation

Attributs rattachs aux types dobjets ou associations

Cardinalits min-max des types dassociation

Identifiant

orchestre

nom-formation

nom-chef

concert

date

lieu

soliste

nom-soliste

spcialit

uvre

titre

compositeur

0-N 0-N

0-N

Association

cardinalit

mini

cardinal.

maxi

Entit

attribut

20

Le modle Entit-Association

Dfini en 1975 par P. Chen Largement utilis dans les mthodes de conception de SI

(dont MERISE)

Concepts:

Types dentit

Types dassociation

Attributs rattachs aux types dobjets ou associations

Cardinalits min-max des types dassociation

Identifiant

orchestre

nom-formation

nom-chef

concert

date

lieu

soliste

nom-soliste

spcialit

uvre

titre

compositeur

0-N 0-N

0-N

Association

cardinalit

mini

cardinal.

maxi

Entit

attribut

21

Le modle relationnel

Notions de base

EMPLOYE nEmploy nomEmpl qualif codeFct

125 Dupond OP1 AM2

134 Durand OQ2 AP3

145 Dupond OP3 BM2 Relation ou table

22


Notions de base


125 Dupond OP1 AM2

134 Durand OQ2 AP3

145 Dupond OP3 BM2 Nom de la

Relation ou table

23


Notions de base


125 Dupond OP1 AM2

134 Durand OQ2 AP3

145 Dupond OP3 BM2 Attribut (champ

ou rubrique)

Bases de donnes (BD)

BD = Ensemble de donnes relies entre elles et utilisables avec un programme particulier appel : Systme de Gestion de Bases de Donnes

Ensemble de donnes : Structur

Cohrent L'ensemble des donnes a une signification (pas n'importe quelles

donnes)

Intgr elles sont regroupes au sein dun mme ensemble

Partag utilises par plusieurs utilisateurs et/ou types dutilisateurs

Dfini pour les besoins dune application Univers du discours

25

Systme de Gestion de Bases de Donnes (SGBD)

SGBD: ensemble de programmes i.e. software permettant de :

Dfinir la BD Spcifier les types de donnes, la structure, contraintes

ex: structure de Billet, de ses champs,

Construire la BD: Stocker les donnes sur disque

Manipuler la BD Rcuprer des donnes stockes (requtes sur la BD)

ex: liste des billets de train

Mettre jour les donnes ex: changer l'heure de dpart d'un train

Maintenir la BD Gestion des donnes (concurrence, fiabilit,) et des utilisateurs (droits)

26

Les 7 caractristiques dun SGBD

1. Persistance

2. Gestion du disque et de la mmoire

3. Partage des donnes

4. Fiabilit

5. Scurit

6. Indpendance Logique / Physique

7. Langage de requtes ad hoc

27

1. Persistance

crit sur le disque

Les SGBDs ne connaissent pas les donnes

temporaires.

Une donne est persistante si elle survit la fin du

programme qui la cre.

Dans les SGBD classiques, la persistance est

systmatique.

28

2. Gestion du disque et de la mmoire

Masse de donnes trop importante pour tre

stocke en mmoire centrale.

=> Mise en place de techniques pour minimiser les accs

disques (optimisation des performances) :

Gestion de buffers / cache,

regroupement des donnes sur le disque,

optimisation des requtes,

index...

29

3. Partage des donnes

Concurrence au niveau des donnes, des schmas

et des index.

Donnes utilises par beaucoup dutilisateurs.

Chacun doit avoir limpression quil est seul

Mais les donnes doivent rester cohrentes

30

4. Fiabilit

Les donnes doivent tre durables et fiables.

Proposer des mcanismes de dtection des erreurs algorithmes RAID

Contraintes

Offrir des mcanismes de rcupration des donnes Journalisation,

Procdure de reprise aprs panne,

31

5. Scurit

Nimporte qui ne doit pas pouvoir faire nimporte quoi sur nimporte quelles donnes.

Identification et droits des utilisateurs

Autorisations : lire, crire

Classification des donnes (protection)

32

6. Indpendance Logique / Physique

Organisation physique de la BD transparente aux

programmeurs dapplications

Lorganisation des donnes doit tre modifiable sans reprendre les applications qui les utilisent

33

7. Langage de requtes ad hoc

Les requtes doivent tre:

simples crire,

dclaratives (juste dire ce quon veut sans prciser comment cest obtenu),

optimises automatiquement par le processeur de

requtes

Architecture dun SGBD

35

Architecture dun SGBD

SGBD

Interface utilisateur

Interface daccs

physique

Stockage / accs aux donnes

Objectif: Optimisation des performances

Dfinition contenu BD/ Interrogation BD/MAJ BD

Objectifs: Convivialit de l'interface, puissance des langages de dfinition et manipulation donnes

BD

SGBD: Boite noire interagissant d'un ct avec utilisateurs et de l'autre avec la base de donnes

36

Objectif fondamental du SGBD

Indpendance Programme/donnes: Indpendance entre donnes sur disque et utilisateurs (programmes,

humains) des donnes

Possibilit pour un administrateur systme de modifier ses choix en

matire d'organisation des donnes, pour amliorer les performances, sans que cela ait un impact sur les utilisateurs (leurs requtes d'interrogation ou de mise jour, ou leurs programmes d'application qui utilisent la base de donnes).

Possibilit pour un utilisateur de modifier sa vue de la base et ses traitements sans avoir se soucier des choix qui ont t oprs au niveau interne en matire de fichiers

-> Vision plus fine de l'architecture

37

Trois couches

Stockage

Contrle

Dialogue

Couche

externe

Couche

logique

Couche

interne

Utilisateurs Donnes

BD

SGBD

38

Trois couches

Niveau externe

dialogue avec les utilisateurs

analyse des demandes de l'utilisateur

contrle des droits d'accs de l'utilisateur

prsentation des rsultats

Niveau interne stockage des donnes dans les supports physiques

gestion des structures de mmorisation (fichiers)

gestion des accs (gestion des index, des cls, ...)

niveau intermdiaire:

fonctions de contrle global:

optimisation globale des requtes

gestion des conflits d'accs simultans de la part de plusieurs utilisateurs

contrle gnral de la cohrence de l'ensemble

coordination et suivi des processus en cours

garantie du bon droulement des actions entreprises mme en cas de panne

39

Pour chaque couche

Modle de donnes

ensemble des concepts qui permettent de dcrire les

donnes d'une base et les rgles d'utilisation de ces

concepts.

Schma dune BD

Description dune base de donnes obtenues en employant un modle de donnes.

40

Modles

Un modle diffrent pour:

Niveau externe

Niveau logique

Niveau physique

+ niveau conceptuel

41

Niveau logique

Schma logique: description des donnes

prsentes dans la base de donnes dans les

concepts du modle utilis par le SGBD choisi

On appelle modle logique le modle sur lequel est

construit un SGBD.

relationnel

objet ...

42

Exemple de schma logique

Un institut de formation permanente

Schma logique (SL) relationnel:

tudiant ( nom, prnom, date naissance, ntudiant)

Enseignant (nom, prnom, statut, no_compte)

Cours ( nomC, cycle, nom_enseignant)

Inscription ( ntudiant, nomC, note1, note2)

43

Exemple


Schma conceptuel (SC) entit-association

tudiant Enseigna

nt

Cours Inscrit Enseigne notes

nom, prnom,

date de

naissance,

ntudiant

nom, prnom,

statut,

ncompte_bancair

e

nomC, cycle

44

Niveau externe

Un schma externe par groupe dutilisateurs, dfinissant la vue de la base pour ces utilisateurs

Avantages de cette approche : simplicit

protection (confidentialit)

Dans les SGBD actuels, le modle de donnes

employ pour dcrire les schmas externes est le

mme que celui du schma logique

45

Exemple de schmas externes

Schma logique: tudiant ( nom, prnom, date naissance, ntudiant)

Enseignant (nom, prnom, statut)

Cours ( nomC, cycle, nom_enseignant)

Inscription ( ntudiant, nomC, note1, note2)

Schma externe du professeur de base de donnes : tudiantBD (nom, prnom, note1, note2, note_finale)

tel que tudiant _BD rsulte de la combinaison de tudiant et Inscription du SL, tels qu'il existe une Inscription de cet tudiant pour le cours BD (ntudiant dans tudiant = ntudiant dans Inscription et nomC dans Inscription = BD),

et tel que note_finale = (note1 + note2)/2

46

Schmas externes: le service personnel

Schma externe du service de gestion du

personnel enseignant : Professeur (nom, prnom, nocompte, nombre_de_cours,

liste(nom_cours))

tel que Professeur rsulte de la combinaison de Enseignant et

Cours du SL,

tels que liste(nom_cours) est la liste de nomC qui se

trouvent dans Cours tel que nom_enseignant dans

Cours = nom dans Enseignant, et

tel que nombre_de_cours = Cardinalit (liste(nom_cours))

47

Niveau interne

Choix des structures de stockage des donnes par

les administrateurs systme

Schma interne : description des choix

denregistrement des donnes dans les fichiers.

Fait appel un nouveau modle, le modle interne,

o les concepts sont ceux de fichier, organisation de

fichier, index, chemin d'accs, cl, ...

48

Schma interne: exemple

tudiant : fichier FEtud,

contenu : nom, prnom, date de naissance, ntudiant

index sur ntudiant,

index secondaire sur nom+prnom

Enseignant + Cours : fichier FEnsCours,

contenu : nom, prnom, statut, ncompte_bancaire, liste(nomC, cycle)

tel que nom_enseignant dans Cours = nom dans Enseignant

index sur nom,

deux index secondaires, l'un sur nomC, l'autre sur cycle

Inscription : fichier FInscrits,

contenu : ntudiant, nom_cours, note1, note2

index sur ntudiant,

index secondaire sur nom_cours

49

Stockage Contrle Dialogue

Couche externe Couche logique Couche interne

SGBD

Schma logique (SL)

Etudiant (nom, ..., ntudiant

Enseignant(nom...,statut, ncpte

Cours(nomC, cycle, nom_ensgt

Inscription(ntud,cours,note1...

Schma interne (SI)

Etudiant:fichier FEtud, contenu : nom...

index sur ntudiant...

Inscription:fichierFInscrits contenu : ntud, nom... index sur ntudiant B

D

Schma externe: prof BD

Etudiant _BD : nom,...

note1 tel que: note=(note1+note2)/2

Schma externe: SGP Professeur : nom, prnom

tel que Prof est combinaison

de Enseignant et Cours

Rsum: 3 types de schmas

50

En rsum Comment un SGBD gre les donnes? 3 Schmas

Schma Conceptuel (La ralit)

Schma interne (La technique)

Schma externe (Linterprtation)

Utilisateurs Concepteur (Designer) Administrateur (DBA)

mapping mapping

Schma Interne

Schma conceptuel

Schma externe 3

Schma externe 2

Schma externe 1

description de la structure physique de rangement de la base

gestion des liens entre les donnes

utilisation dun modle physique dcrivant le mode de rangement et daccs des donnes (ex: modle relationnel)

description des entits, de leurs relations et de leurs contraintes

utilisation dun modle conceptuel (ex: ER)

schma global

prsentation des programmes aux applications

portion du schma conceptuel adapt une classe dusagers

51

Principe de fonctionnement du SGBD : un exemple avec le parcours dune requte

Niveau externe: 1) Analyse syntaxique et smantique dune requte par rapport au

schma externe

Niveau logique: 2) Traduction des lments du schma externe en lments du

schma logique dans la requte

3) Contrles de confidentialit, concurrence...

4) Si la requte est accepte, optimisation et dcoupage en sous-requtes lmentaires transfres au niveau interne

Niveau interne Traduction des sous-requtes en requtes physiques

correspondantes.

52

Comment un SGBD gre les donnes? 3 Schmas

Schma Conceptuel (La ralit)

Schma interne (La technique)

Schma externe (Linterprtation)

Utilisateurs Concepteur (Designer) Administrateur (DBA)

mapping mapping

Schma Interne

Schma conceptuel

Schma externe 3

Schma externe 2

Schma externe 1

description de la structure physique de rangement de la base

gestion des liens entre les donnes

utilisation dun modle physique dcrivant le mode de rangement et daccs des donnes (ex: modle relationnel)

description des entits, de leurs relations et de leurs contraintes

utilisation dun modle conceptuel (ex: ER)

schma global

prsentation des programmes aux applications

portion du schma conceptuel adapt une classe dusagers

Cycle de vie d'une base de

donnes

54

Cycle de vie d'une base de donnes

4 phases: Conception de la base

-> Schma Conceptuel

Implantation des donnes -> Schma Logique, Schma Interne, population de la BD

Utilisation -> Schmas Externes

interrogation

dveloppement des programmes dapplication

mises jour

Maintenance (correction, volution)

55

Phase 1: Conception

Phase de rflexion et d'analyse sur la manire de structurer

les donnes en fonction des besoins de lapplication

Objectif: Dterminer et dcrire le futur contenu de la BD:

Quelles sont les infos importantes pour lapplication?

Quelles sont leurs proprits ?

Ncessite un accord des utilisateurs sur la nature et les

caractristiques des informations

Rsultat: SCHEMA CONCEPTUEL

56

Exemple


Schma conceptuel (SC) entit-association

tudiant Enseigna

nt

Cours Inscrit Enseigne notes

nom, prnom,

date de

naissance,

ntudiant

nom, prnom,

statut,

ncompte_bancair

e

nomC, cycle

57

Phase 2: Implantation

Transmission de la description des donnes au

SGBD choisi

schma conceptuel -> schma logique

schma logique -> schma interne

Au moyen dun langage de description de donnes (LDD) spcifique du SGBD choisi

Insertion des donnes

58

Phase 3: Utilisation

Dfinition des schmas externes

Requtes d'interrogation Paul est il inscrit au cours de BD?

Quelle est la date de naissance de Paul ?

Requtes de mise jour ajouter de nouvelles informations,

supprimer des informations primes,

modifier le contenu des informations

Au moyen d'un langage de manipulation de donnes (LMD)

59

Phase 4: Maintenance

Corrective

Supprimer les donnes errones, redondantes...

volutive

Faire voluer la structure des donnes

ex: Ajouter la colonne "adresse" tudiant

60

Architecture Fonctionnelle dun SGBD

Programmeur

dapplication

Exploitant

Utilisateur

occasionnel

Administrateur

de la base

Compilateur

Langage de Manipulation

de Donnes

Optimiseur de

requtes

Compilateur du

LDD

Module de confidentialit

et dintgrit

Module

dimplantation

Physique

Gestion buffers,

accs concurrents,

Journalisation,

Validation des donnes

Scurit des donnes

Sauvegarde

et rcupration,

Gestionnaire

de fichiers

Fichiers

Dictionnaire

de donnes Schma

Requte

Fonctions

Systme

Programme

dapplication

SGBD Interface

Utilisateur Traitement des Requtes

Utilisateurs

Varis

Diverses architectures de

SGBD

62

Architecture centralise

Dfinition: Centralisation des traitements et des donnes

Avantages Administration facile

Inconvnients: Tout dpend du serveur

DB SGBD Serveur

Terminal 1 Terminal 2

Terminal 3

63

Architecture distribue client/serveur pour les BD

Dfinition:

Centralisation des donnes

Rpartition des traitement

DB SGBD

Windows, UNIX, NOVELL

Clients

Rseau

local

Serveur

RESULTAT REQUETE

Outil de connectabilit

Outil de connectabilit Outil de connectabilit Outil de connectabilit

REQUETE

64

Architecture distribue client/serveur pour les BD

Avantages Partage des donnes par plusieurs utilisateurs gographiquement

parpills

Dcharger le serveur des traitements propres aux applications (calcul,

affichage, etc.)

Dcharger les postes de travail de la gestion des donnes

Possibilit dutiliser des outils non disponibles (ou non compatibles) sur le serveur

Administration facile: scurit, intgrit, rplication, etc.

65

Architecture rpartie client/serveur pour les BD

Dfinition:

Rpartition des donnes

Rpartition des traitement

DB SGBD NOVELL

Clients

Rseau

local

Serveur

RESULTAT REQUETE





SGBD NT

DB


66


Avantages

Les bases de donnes peuvent tre

Homognes (mme SGBD)

Htrognes (SGBD diffrents)

Dcharger le serveur des traitements propres aux

applications (calcul, affichage, etc.)

Dcharger les postes de travail de la gestion des

donnes

Possibilit dutiliser des outils non disponibles (ou non compatibles) sur le serveur

67


Difficults Gestion de la rpartition des donnes. Deux mthodes

Sans duplication

Avec duplication. Certaines donnes peuvent tre dupliques sur certains sites (cache)

Avantages

Minimiser les cots de communications

Augmenter la disponibilit des donnes

Inconvnient

Mise jour des donnes

68

BD et Internet (ici)

SGBD Access

Serveur Web IIS, Apache

Opera Internet Explorer Netscape

Internet

SGBD Oracle

http://mon_serveur.iut-dijon.fr ??? ???

ASP, VBScript Java, PHP

69

Historique

3 gnrations SGBD orient-rseau ou hirarchique (1960)

SGBD Relationnel (1970): Microsoft Access, Oracle, SQL Serveur, DbaseIV, OpenIngres, Sybase, Informix, etc.

SGBD avancs (1980) : (Orient-objets, Multimdia, Dductifs, Rpartis, etc.). Exemple : O2.

Actuellement, ce sont les SGBD Relationnel-Objets qui dominent (Oracle 8i et 9i, DB2, etc.)

70

Types des SGBD et Etat du march

Sous Windows Access

Oracle

SQL Serveur

DbaseIV

Paradox

Sous Unix Oracle

MySQL (OpenSource)

Postgres (Gratuit)

Informix

Sybase

Sous Mac OS Quatrime dimension

1992

2000

28

1230

8

22 Oracle

IBM

Microsoft

Sybase

Autres

35

25

15

10

15 Oracle

IBM

Microsoft

Sybase

Autres

Description du cours

72

Description du cours:

Conception de la base de donnes

description des donnes : schma conceptuel

formalisme conceptuel : modle entit-association (EA)

Implantation de la base de donnes

formalisme logique : le modle relationnel

sa partie structurelle : les relations

son langage de dfinition de donnes (DDL) SQL

ses rgles de normalisation

Traduction / transformation EA -> relationnel

73

Description du cours: 2me partie

Utilisation

Le langages relationnels

lalgbre relationnelle

les calculs relationnels

SQL

bases de données

Documents