ABD5501 01 Sem 01 Introduccion a Las Bases de Datos

01: Introducción a las Bases de

datos

DuocUCABD5501 Administración de Base de Datos (OCA DBA) Sem 01 Marzo/2010

Manuel Pérez Pezoa

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AgendaAgenda� Qué es una base de datos

� Tipos de Bases de Datos

� Ventajas de DBMS v/s Archivos

DuocUCABD5501 Administración de Base de Datos (OCA DBA) Marzo/2010

� Ventajas de DBMS v/s Archivos

� Modelos de abstracción en un DBMS

� Consultas en un DBMS

IntroducciónIntroducción� Hoy dia la mayor parte de la información útil tanto

en la web como en las organizaciones se encuentra en bancos de datos o bases de datos.


en bancos de datos o bases de datos.

� El éxito (fracaso) de las organizaciones depende de su habilidad de adquirir datos en forma precisa y oportuna sobre sus operaciones, de administrar apropiadamente estos datos, y de la capacidad de analizarlos y a partir de este análisis, guiar a la organización.

IntroducciónIntroducción� La información ha crecido en forma exponencial en los

últimos 40 años y esta información se ha transformado en un activo estratégico a la hora de tomar decisiones.

� Aun cuando no se tenga la capacidad de administrar la


� Aun cuando no se tenga la capacidad de administrar la vasta cantidad de información y de encontrar rápidamente la información que es relevante para una pregunta dada, a medida que la cantidad de información aumenta, esta tiende a transformarse en una distracción y en una desventaja en vez de un activo.

� Esta paradoja conduce la necesidad creciente de sistemas poderosos y flexibles de administración de bases de datos.

Definición: Base de DatosDefinición: Base de Datos• ES UNA COLECCIÓN DE DATOS, TIPICAMENTE

DESCRIBEN LAS ACTIVIDADES DE UNA ORGANIZACIÓN. POR EJEMPLO UNA BASE DE DATOS DE UN INSTITUTO COMO EL DUOC PODRIA CONTENER INFORMACION DEL SIGUIENTE TIPO:


DE UN INSTITUTO COMO EL DUOC PODRIA CONTENER INFORMACION DEL SIGUIENTE TIPO:

• ENTIDADES, TALES COMO ALUMNOS, PROFESORES, CURSOS, SALAS DE CLASES.

• RELACIONES ENTRE ENTIDADES TALES COMO INSCRIPCIONES DE ALUMNOS EN CURSOS, PROFESORES QUE DICTAN CURSOS, Y EL USO DE SALAS PARA CURSOS.

Por que utilizar Bases de Datos?Por que utilizar Bases de Datos?� Control centralizado� Se reduce la redundancia� Puede evitarse la inconsistencia


� Puede evitarse la inconsistencia� Los datos pueden compartirse � Pueden hacerse cumplir las normas

establecidas� Pueden aplicarse restricciones de seguridad� Puede conservarse la integridad (PK, FK, UK,

otras restricciones de integridad)

Por que utilizar Bases de Datos?Por que utilizar Bases de Datos?� Pueden equilibrarse requerimientos

contradictorios (aplicaciones OLTP versus aplicaciones de Gestión)


� Aseguran independencia de la aplicación sobre como se organizan físicamente los datos.

� Se independiza la aplicación de los métodos de acceso a los datos (Independencia de datos)

Independencia de los datosIndependencia de los datos� Las aplicaciones 3GL (COBOL, C y otros)

no son independientes de los datos. La lógica de la aplicación se mezcla con la


lógica de la aplicación se mezcla con la técnica de acceso (acceso secuencial, acceso por llave A, etc). La aplicación debe saber que el índice existe, y conocer la secuencia del archivo, de modo que la estructura interna de la aplicación se construirá en base a este conocimiento

Independencia de los datosIndependencia de los datos� Se dice que una aplicación es dependiente de los

datos porque es imposible cambiar la estructura de almacenamiento (la manera como están físicamente


almacenamiento (la manera como están físicamente registrados los datos) o la estrategia de acceso (la manera como se accesan) sin afectar la aplicación

� Las bases de datos modernas proveen independencia de los datos, en el sentido del punto anterior. La lógica de la aplicación es independiente de los métodos de accesos a los datos.

Independencia de los datosIndependencia de los datos� El DBA debe tener la libertad de modificar la

estructura de almacenamiento o la estrategia de acceso (o ambas) en respuesta al cambio


de acceso (o ambas) en respuesta al cambio de necesidades, sin tener que alterar las aplicaciones existentes.

Archivos versus DBMSArchivos versus DBMS� PROBLEMA: Una empresa tiene 500GB de

datos de empleados, departamentos, productos, ventas, etc. Estos datos son accesados concurrentemente por varios


accesados concurrentemente por varios empleados. Debe ser restringido el acceso a ciertas partes de los datos (ej: sueldos). Las consultas deben ser respondidas rápidamente. Los cambios que se hagan a los datos por diferentes usuarios deben ser aplicados consistentemente.

Archivos versus DBMSArchivos versus DBMS� Podemos tratar de resolver el problema de

administración de datos por medio de una colección de archivos. Desventajas de esta


colección de archivos. Desventajas de esta alternativa?

Archivos versus DBMSArchivos versus DBMS� Desventajas de esta alternativa?

◦ Probablemente no tengamos 500GB de memoria principal para mantener toda la base de datos. Por lo tanto debemos


para mantener toda la base de datos. Por lo tanto debemos guardar los datos en disco y cargar en memoria los datos relevantes a medida que se requiera su procesamiento.

◦ Debemos tener un método de identificar cada item de datos

◦ La seguridad de sistema operativo no es suficientemente flexible para reforzar las políticas de seguridad en las cuales diferentes usuarios tienen diferentes permisos para acceder a diferentes subconjuntos de datos.

Archivos versus DBMSArchivos versus DBMS� Desventajas de esta alternativa?

◦ Debemos escribir pequeños programas para responder a cada consulta de usuario. Estos programas serán complejos


cada consulta de usuario. Estos programas serán complejos debido al tamaño de volumen de datos a accesar.

◦ Debemos proteger datos de cambios inconsistentes realizados por diferentes usuarios en forma concurrente. Si se programa teniendo en cuenta este factor se producirán programas de alta complejidad.

◦ Debemos asegurar que los datos de recuperen en un estado consistente si se cae el sistema en medio de un proceso o transacción.

Qué es un DBMSQué es un DBMS� Un DBMS (Database Managament System) es un

software diseñado para asistir en la manipulación y utilización de grandes colecciones de datos.La necesidad de estos sistemas ha crecido


� La necesidad de estos sistemas ha crecido rápidamente.

� La alternativa al uso de DBMS se encuentra en los lenguajes de tercera generación (COBOL, C, ETC) en que se deben codificar aplicaciones especificas para administrar los datos. Naturalmente esto hoy día es muy inconveniente y peligroso y no se justifica desde un punto de vista económico.

Modelos de Bases de DatosModelos de Bases de Datos� Flat model (spreadsheet)

� Hierarchical model

Network model


� Network model

� Relational model (el modelo dominante en la actualidad y el que veremos en el curso)

� Object Oriented Model

� Ver mas detalle en http://en.wikipedia.org/wiki/Database

El modelo RelacionalEl modelo Relacional� Ver apuntes “Conceptos de Modelamiento de

Datos” subidos a TopClass para mayor profundización.


profundización.

Niveles de abstracción en un DBMSNiveles de abstracción en un DBMS

Esquema Externo 1 Esquema Externo 2 Esquema Externo 3


Esquema Conceptual

Esquema Físico

DISCO

Esquema Conceptual (Esquema Lógico)Esquema Conceptual (Esquema Lógico)� Describe los datos almacenados en términos de modelo de datos del DBMS. En

un DBMS relacional (RDBMS) el esquema conceptual describe todas las relaciones (tablas) que están almacenadas en base de datos.

� En el caso del modelo de un INSTITUTO como el DUOC, se tienen las siguientes relaciones (tablas) del ESQUEMA CONCEPTUAL:


relaciones (tablas) del ESQUEMA CONCEPTUAL:◦ ESTUDIANTES(eid: integer, nombre: string, rut: string, fecha nacimiento: date)◦ PROFESOR (pid: integer,pnombre: string, rut: string, fecha nacimiento: date, sueldo

integer)◦ CURSOS(cid: integer, cnombre: string, creditos: integer)◦ SALAS(sid: integer, direccion: string, capacidad: integer)◦ INSCRIPCIONES(cid: integer, eid: integer, nota: real)◦ ENSEÑA(pid: integer, cid: integer)◦ ASIGNACION_SALA(cid: integer, sid: integer, dia_semana: integer,

bloque_horario_desde: integer, bloque_horario_hasta: integer)

Esquema FísicoEsquema Físico� Especifica detalles adicionales del almacenamiento

de datos, tales como la organización de archivo usada, y las estructuras de datos auxiliares usadas para realizar recuperaciones rápidas (índices, cluster,


para realizar recuperaciones rápidas (índices, cluster, etc, histogramas)

� El esquema físico resume como se mapean las relaciones del ESQUEMA CONCEPTUAL a unidades de almacenamiento secundario, tales como discos o cintas.

Esquema Físico (cont.)Esquema Físico (cont.)� Ejemplo de Esquema Físico

◦ Almacenar todas las relaciones como archivos de registros no ordenados. (Un archivo en un DBMS es ya sea una colección de registros o una colección de páginas o


colección de registros o una colección de páginas o bloques). En sistemas operativos se representan como una cadena de caracteres. En el caso de ORACLE la unidad básica de input/ouput es el bloque cuyo tamaño es variable de acuerdo a las necesidades del sistema.

◦ Crear índices (ver nota) sobre la primera columna de las relaciones ESTUDIANTES, PROFESORES, CURSOS, sobre la columna sueldo de PROFESORES y la columna capacidad de la relación SALAS.

Esquema ExternoEsquema Externo

� Los esquemas externos, permiten personalizar el acceso a los datos a nivel de usuario individual o grupos de usuarios.


usuario individual o grupos de usuarios. Cualquier base de datos tiene un esquema conceptual y un esquema físico, porque existe solo un conjunto de relaciones, pero puede tener muchos esquemas externos, cada uno ajustado a un grupo particular de usuarios.

Esquema ExternoEsquema Externo� Cada ESQUEMA EXTERNO consiste en una colección de

una o más vistas (*) y relaciones del esquema conceptual.� El diseño de esquema externo es guiado por los

requerimientos del usuario final. Por ejemplo, podríamos


requerimientos del usuario final. Por ejemplo, podríamos querer permitir a los estudiantes consultar los nombres de los profesores que dictan cursos, como también la cantidad de alumnos inscritos en el curso.◦ INFO_CURSO(cid: integer, pnombre: string,

cantidad_inscritos:integer)

◦ Qué problema se generaría si hubiéramos incluido la relación anterior como parte del esquema conceptual? Explique.

Independencia de los DatosIndependencia de los Datos� Como ya se ha explicado el uso de DBMS ofrece

independencia de los datos. Vale decir, en teoría, los programas de la aplicación están aislados de los cambios en la forma en que los datos son


cambios en la forma en que los datos son estructurados y almacenados. Muchas veces los programadores se las arreglan para romper esta ventaja de los DBMS ☺

� La independencia se logra a través del uso de tres (3) niveles de abstracción de datos; en particular el esquema conceptual y el esquema externo provee distintos beneficios en esta área.

Independencia de los DatosIndependencia de los Datos� Las relaciones en el Esquema Externo (relaciones vistas), se

generan a pedido desde las relaciones del esquema conceptual. Por ejemplo supongamos que la relacion PROFESORES es reemplazada por las siguientes relaciones:◦ PROFESORES-PUBLICO (pid: integer, pnombre: string, escuela:


◦ PROFESORES-PUBLICO (pid: integer, pnombre: string, escuela: integer)◦ PROFESORES-PRIVADO (pid: integer, sueldo: integer)

� La información confidencial ha sido ubicada en una relación separada de la información pública.

� La relación vista INFO_CURSO puede ser redefinida en base a las relaciones PROFESORES-PUBLICO y PROFESORES-PRIVADO, que en conjunto tienen toda la información de profesores, por lo que los usuarios que consultaban INFO_CURSO seguirán teniendo los mismos resultados que antes.

Consultas en un DBMSConsultas en un DBMS� ¿Cual es el nombre del estudiante con id=12?� ¿Cuál es el sueldo promedio de los profesores con

apellido PEREZ?


apellido PEREZ?� ¿Cuál es el sueldo promedio de los profesores que

dictan el curso DABF750?� ¿Cuántos estudiantes están inscritos en el curso

ABD5501?� ¿Qué porcentaje de estudiantes sacaron una nota

superior a 5?

Consultas en un DBMSConsultas en un DBMS� Estas preguntas que involucran datos

almacenados en un DBMS se llaman consultas o queries. Un DBMS posee un lenguaje


queries. Un DBMS posee un lenguaje especializado para hacer consultas. En el caso de las bases de datos relacionales este lenguaje es el SQL (Structured Query Language). Una característica muy poderosa del modelo relacional es que soporta poderosos lenguajes de consulta.

Consultas en un DBMSConsultas en un DBMS� El cálculo relacional es un lenguaje formal de

consulta basado en lógica matemática, y las consultas en este lenguaje tienen un significado


consultas en este lenguaje tienen un significado preciso e intuitivo.

� El álgebra relacional es otro lenguaje formal de consulta basado en una colección de operadores para manipular relaciones (tablas), que es equivalente en poder al cálculo.

Las Propiedades ACIDLas Propiedades ACID� En bases de datos se denomina ACID a un conjunto de

características necesarias para que una serie de instrucciones puedan ser consideradas como una transacción Así pues, si un sistema de gestión de Base de Datos es ACID compliant


un sistema de gestión de Base de Datos es ACID compliantquiere decir que el mismo cuenta con las funcionalidades necesarias para que sus transacciones tengan las características ACID.

� En concreto ACID es un acrónimo de Atomicity, Consistency, Isolation and Durability: (Atomicidad, Consistencia, Aislamiento y Durabilidad en español).

Las Propiedades ACIDLas Propiedades ACID� Atomicidad. Cada transacción del usuario debe

tratarse de forma atómica. O se ejecuta todo o nada. En todo sistema la información es muy


nada. En todo sistema la información es muy importante y no es posible realizar una transacción a medias. Una transacción se ejecuta exactamente una vez y tiene carácter “atómico” (de subdivisión), es, decir, el trabajo se realiza en su totalidad o no se realiza en ningún caso.

Las Propiedades ACIDLas Propiedades ACID� Consistencia. Las transacciones han de cumplir las

restricciones definidas dentro la base de datos. Si no las pueden cumplir, se evita su ejecución. De esta


las pueden cumplir, se evita su ejecución. De esta forma se conserva la integridad y coherencia de los datos.

Las Propiedades ACIDLas Propiedades ACID� Aislamiento. Una transacción es una unidad de

aislamiento, permitiendo que transacciones concurrentes se comporten como si cada una fuera


concurrentes se comporten como si cada una fuera una única transacción que se ejecuta en el sistema. Las transacciones alcanzan el nivel más alto de aislamiento cuando se pueden serializar. En este nivel, los resultados obtenidos de un conjunto de transacciones concurrentes son idénticos a los obtenidos mediante la ejecución en serie de las transacciones.

Las Propiedades ACIDLas Propiedades ACID� Durabilidad. Una vez se ha completado la

transacción, los resultados de la misma han de ser permanentes y sobrevivir a posibles caídas del


permanentes y sobrevivir a posibles caídas del sistema o la base de datos.

Las Propiedades ACIDLas Propiedades ACID� Una transacción es un conjunto de procesos que

se ejecutan uno después del otro, este conjunto de procesos que deben ejecutarse una sola vez en


procesos que deben ejecutarse una sola vez en forma completa, si algún subproceso falla, lo realizado anteriormente debe reversarse para que los datos no se alteren, a este comportamiento se lo denomina Todo o nada.

Componentes principales de una BDComponentes principales de una BDa) Hardware

El hardware se refiere a los dispositivos de almacenamiento en donde reside la base de datos,


almacenamiento en donde reside la base de datos, así como a los dispositivos periféricos (unidad de control, canales de comunicación, etc.) necesarios para su uso.

Componentes principales de una BDComponentes principales de una BDb) Software

� Está constituido por un conjunto de programas que se conoce como Sistema Manejador de Base de


se conoce como Sistema Manejador de Base de Datos (DMBS: Data Base Management System). Este sistema maneja todas las solicitudes formuladas por los usuarios a la base de datos.

Componentes principales de una BDComponentes principales de una BDc) Usuarios

Existen tres clases de usuarios relacionados con una Base de Datos:


Datos:

• El programador de aplicaciones, quien crea programas de aplicación que utilizan la base de datos.

• El usuario final, quien accesa la Base de Datos por medio de un lenguaje de consulta o de programas de aplicación.

• El administrador de la Base de Datos (DBA DataBase Administrator), quien se encarga del control general del Sistema de Base de Datos.

El administrador de la BDEl administrador de la BDEl DBA es la persona encargada de definir y controlar

las bases de datos corporativas, además proporciona asesoría a los usuarios y ejecutivos que la requieran.


asesoría a los usuarios y ejecutivos que la requieran.

Las principales funciones del administrador son:

• La estructura de la base de datos en el sentido de determinar que información va a ser necesario almacenar en la misma, después de haber analizado los requerimientos de los usuarios.

El administrador de la BDEl administrador de la BD• Los estándares por los que se va a regir la organización en

cuanto a documentación de la base de datos, metodologías de diseño de la misma.

• La estrategia de transición del sistema existente al nuevo


• La estrategia de transición del sistema existente al nuevo sistema de información soportado en una base de datos. El DBA deberá decidir sobre la posible puesta en marcha en paralelo del nuevo sistema con el antiguo, las fases de implantación del mismo, los controles necesarios. Todas estas decisiones habrán de tomarse en función de los objetivos marcados y de forma que se cause el mínimo trastorno a los usuarios.

El administrador de la BDEl administrador de la BD� • Los permisos de explotación y uso, es decir, establecer la

normativa necesaria para la utilización de la base de datos, el modo de solicitar el acceso a la misma, su actualización, etc.

• Los aspectos relativos a la seguridad, incluidos los


� • Los aspectos relativos a la seguridad, incluidos los procedimientos de control y las auditorias.

El administrador de la BDEl administrador de la BD• Mantenimiento rutinario. Algunos ejemplos de actividades

rutinarias que el administrador de la base de datos debe revisar que se cumplan son:

• Copia de seguridad periódica de la base de datos, bien sobre cinta o


• Copia de seguridad periódica de la base de datos, bien sobre cinta o sobre servidores remotos, para prevenir la pérdida de datos en caso de desastres o imprevistos.

• Asegurarse de que exista suficiente espacio libre en el disco duro para las operaciones normales y aumentar el espacio en el disco en caso de ser necesario.

• Supervisión del los trabajos que se ejecuten sobre la base de datos y sobre todo asegurarse que el rendimiento no se degrade por tareas muy costosas realizadas por algunos usuarios.

El administrador de la BDEl administrador de la BDPara que el DBA pueda cumplir con todas estas funciones deberá

interactuar contodo el personal de la organización como se explica en la figura:


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