TEMA 2 ARQUITECTURA. 1. Arquitectura ANSI-SPARC El DBA y el SGBD Arquitectura back-end / front-end... 31

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1 TEMA 2 ARQUITECTURA 1. Arquitectura ANSI-SPARC El DBA y el SGBD Arquitectura back-end / front-end

2 Arquitectura de un Sistema de Base de Datos: Estructuración de los módulos de un Sistema de BD, sus funciones y relaciones entre ellos. Dos arquitecturas más usuales: Arquitectura ANSI/SPARC (Study Group on Database Management System) Arquitectura back-end / front-end Sistemas pequeños basados en PC: Usualmente no incorporan estas arquitecturas Arquitectura más simplificada 2

3 Arquitectura ANSI/SPARC Dividida en tres niveles: 1. NIVEL INTERNO 2. NIVEL EXTERNO 3. NIVEL CONCEPTUAL 3

4 1. NIVEL INTERNO Más próximo a almacenamiento físico. Se ocupa de organizar y almacenar los datos físicamente. 2. NIVEL EXTERNO Más próximo a usuarios. Se ocupa de la forma com los usuarios individuales perciben los datos. 3. NIVEL CONCEPTUAL Nivel intermedio entre los dos n vistas 1 vista 1 vista externas conceptual interna (Nivel abstracciones (Nivel abstracción (Nivel Externo) Conceptual) Interno) 4

5 Ejemplo: PASCAL: C: NIVEL EXTERNO PROFESOR: codi CHAR(6) gent REAL PROFESOR: codi prof CHAR(8) lloc CHAR(6) alumnes CHAR(3) NIVEL CONCEPTUAL PROFESOR codigo aula alumnos asignatura CHAR(6) CHAR(6) NUMBER(3) CHAR(8) NIVEL INTERNO PROFE FÍSIC prefijo codi assig aula alum LENGHT=27 TYPE=BYTE(6), OFFSET=0 TYPE=BYTE(6), OFFSET=6, INDEX=CODI.NDX TYPE=BYTE(3), OFFSET=12 TYPE=BYTE(6), OFFSET=15 TYPE=WORD, OFFSET=21 5

6 Nivel Externo: Diferentes vistas codigo, gente (PASCAL) codigo prof, lugar, alumnos (C) Entidades IGUALES semánticamente pueden tener DIFERENTES nombres en diferentes niveles. Es importante establecer las correspondencias entre los nombres. N. EXTERNO N. CONCEPTUAL N. INTERNO codi codi codi gent alumnes alum lloc aula aula 6

7 Consideraciones: NIVEL CONCEPTUAL: RELACIONAL Tablas, operadores, relaciones NIVEL EXTERNO: RELACIONAL Declaraciones PL/I, COBOL, PASCAL equivalentes a tabla relacional sobre respectivos lenguajes. NIVEL INTERNO: NO RELACIONAL Estructura de bajo nivel (registros, apuntadores, índices,etc.) 7

8 ESQUEMA DE LA ARQUITECTURA ANSI/SPARC 8

9 Módulos importantes del esquema: Nivel Externo Nivel Conceptual Nivel Interno Correspondencias 9

10 NIVEL EXTERNO Nivel de usuarios individuales donde cada usuario tendrá ciertos lenguajes a su disposición Usuario Final Lenguaje de consulta (cuarta generación): SQL Lenguaje de la aplicación (menús, comandos, sistemas ventanas, etc.) Programador de aplicaciones DBA Lenguaje de consulta (cuarta generación): SQL Lenguaje de programación de alto nivel (C, PL/I, COBOL, PASCAL...) Todos los lenguajes utilizados por los anteriores usuarios. Estos lenguajes han de incluir un sublenguaje de datos (DSL - Data SubLanguage): Encargado de interactuar con la Base de Datos Sublenguaje dentro del lenguaje de alto nivel (lenguaje anfitrión: C, COBOL, BASIC, etc.) DSL proporciona acceso a los datos Lenguaje anfitrión proporciona las estructuras de control y las variables 10

11 DSL - Data SubLanguage: Dividido en dos partes: DDL -Data Definition Language Definición/declaración de los objetos a la Base de Datos DML -Data Manipulation Language Manipulación/procesamiento de los objetos definidos en la Base de Datos Relación entre DSL y lenguaje anfitrión: formas: De dos DSL añadido: Nuevas funciones DSL llamadas por librería con parámetros. table function SQLSelect(par1,par2,...,parn); DSL Inmerso: Poner sentencias DSL directamente dentro del programa fuente, indicando al compilador que han de ser pasadas al módulo del DBMS para ser interpretadas. (Ejemplo: SQL Inmerso) Compilador del lenguaje anfitrión no ha de generar código sobre ellas. /* SQL SELECT... FROM... WHERE... */ 11

12 Definiciones importantes en el Nivel Externo: VISTA EXTERNA: Contenido de la Base de Datos tal y como es vista por un usuario concreto. Formada por una colección de registros externos (o lógicos). No han de coincidir con registros internos. DML trabaja sobre registros externos. ESQUEMA EXTERNO: Definiciones de los registros externos que forman una vista externa. Esquema definido en lenguaje DDL Ha de existir correspondencia entre Esquema Externo Esquema Conceptual 12

13 NIVEL CONCEPTUAL VISTA CONCEPTUAL: Representación de TODO el contenido de la Base de Datos. Representación abstracta de los datos. NO coincide con la representación física. NO coincide con vista externa. Vista formada por el conjunto de REGISTROS CON- CEPTUALES que definen entidades y relaciones entre entidades. Registros conceptuales no han de coincidir con registros externos o registros internos. Vista definida mediante ESQUEMA CONCEPTUAL. ESQUEMA CONCEPTUAL: Definición de cada tipo de registro conceptual. Definido mediante DDL CONCEPTUAL (Data Definition Language). Definición del contenido de información. No se han de incluir relaciones con el nivel interno (estructura de almacenamiento, técnicas de acceso, campos y registros físicos). Se especifican controles de integridad y de seguridad. 13

14 NIVEL INTERNO VISTA INTERNA: Representación de bajo nivel de la Base de Datos. Vista más cercana a la máquina, a un paso del nivel físico. No manipula registros físicos. Supone espacio lineal en direccionamiento. No se especifica correspondencia entre este espacio y los dispositivos lógicos. Vista compuesta de ocurrencias de diferentes tipos de REGISTROS INTERNOS. Vista definida mediante ESQUEMA INTERNO. ESQUEMA INTERNO: Definiciones de los registros internos, índices y campos. Definido mediante DDL INTERNO. 14

15 CORRESPONDENCIAS Tres niveles de correspondencias: Correspondencia conceptual/interna Correspondencia externa/conceptual Correspondencia externa/externa 1. Correspondencia conceptual/interna Correspondencia entre vista conceptual y la Base de Datos. Controlada por el DBA. Especifica com se estructuran los registros y campos conceptuales en el nivel interno. Si se modifica la estructura de la Base de Datos física se ha de modificar la correspondencia conceptual/interna. 15

16 2. Correspondencia externa/conceptual Correspondencia entre la vista externa y la vista conceptual. Permite especificar campos con diferentes tipos de datos. El campo conceptual está especificado en un solo tipo. Nombre de campos y registros pueden ser diferentes entre diferentes vistas. Diversos campos conceptuales un sólo campo externo. Pueden existir n vistas externas. Una vista externa puede ser compartida por m usuarios. 3. Correspondencia externa/externa Expresar una vista externa en términos de otras vistas externas. Útil si existe relación estrecha entre vistas externas. 16

17 El DBA y el SGBD Partes importantes en la gestión de la Base de Datos: Administrador de la Base de Datos (DBA) Sistema Gestor de la Base de Datos (DBMS) 17

18 ADMINISTRADOR DE LA BASE DE DATOS (DBA) Encargado del control general a nivel técnico. Por debajo del ADMINISTRADOR DE DATOS: Persona que toma las decisiones estratégicas y de poĺıtica respecto la información de la empresa. Funciones del DBA: 1. Definir el Esquema Conceptual 2. Definir el Esquema Interno 3. Relacionarse con los usuarios 4. Definir controles de integridad y de seguridad 5. Gestionar las copias de seguridad 6. Controlar el rendimiento del sistema 18

19 1. Definir el Esquema Conceptual ADMINISTRADOR DE DATOS: Realizar el diseño lógico de la Base de Datos. DISEÑO LÓGICO DE LA BASE DE DATOS: Nivel relacional. Definir las relaciones (tablas) que interesan a la organización (empresa). Definir la información que ha de ir en las tablas. TAREAS DEL DBA: Definir el Esquema Conceptual a partir del Diseño Lógico. El Esquema Conceptual se define mediante el DDL Conceptual. DBMS utiliza la versión objeto del Esquema Conceptual para responder a solicitudes de acceso. Versión fuente del Esquema Conceptual utilizado por usuarios del sistema. 19

20 2. Definir el Esquema Interno DBA ha de realizar el Diseño Físico: Representación de la información física de la BD. DBA define el Esquema Interno: Definición de la estructura física correspondiente. Descrito mediante el DDL interno. DBA define la correspondencia entre el Esquema Interno y el Esquema Conceptual mediante DDL Conceptual (especialmente) DDL Interno Ambas tareas del DBA (crear Esquema Interno y definir correspondencias) son claramente separables. Esquema Interno y correspondencias existirán en versión fuente y versión objeto. 20

21 3. Relacionarse con los usuarios DBA ha de estar en comunicación con los usuarios para definir Esquemas Externos (con DDL externo). Correspondencias entre Esquema Externo / Esquema Conceptual (con DDL Externo). Ambas tareas del DBA (crear Esquema Externo y definir correspondencias) son claramente separables. Esquema Externo y correspondencias existirán en versión fuente y versión objeto. Otras funciones del DBA para los usuarios: Consultas sobre el diseño de las aplicaciones. Instrucción técnica. Localización y solución de problemas que tengan los usuarios. 4. Definir controles de integridad y seguridad Definidas dentro el Esquema Conceptual, mediante el DDL Conceptual. 21

22 5. Gestionar las copias de seguridad La utilización de la BD depende del funcionamiento correcto del sistema. Importante poder restaurar información en caso de fallo humano o del sistema. Es necesario reparar la información en: Mínimo retraso. Afectando el minimo posible el resto de los usuarios y del sistema. DBA ha de definir poĺıticas de recuperación de información: Vaciado periódico de la BD en sistema secundario (disco). Carga de la BD a partir del último vaciado. Almacenar transacciones. 6. Controlar el rendimiento del sistema Es responsabilidad del DBA: Organizar el sistema para obtener el máximo rendimiento. Ajustar el sistema si cambian los requerimientos para poder garantizar el rendimiento máximo: Cambios de las vistas internas. Realizar backup y restore de la información para reorganizar los datos. 22

23 UTILIDADES DEL DBA Ayudas al DBA en su tarea de administración de la Base de Datos. Algunas utilidades trabajan sobre nivel interno. Utilidades proporcionadas por el fabricante del sistema. Ejemplos: Rutinas de carga (load): Introducir información a la BD contenida en ficheros de otras aplicaciones. Rutinas de backup: Realizar copias de seguridad y restaurarlas (restore). Rutinas de reorganización: Reorganizar los datos y evitar la fragmentación. Rutinas estadísticas: Realizar cálculos estadísticos de comportamiento del sistema para mejorarlo. 23

24 SISTEMA GESTOR DE BASE DE DATOS (DBMS) Conjunto de programas que controla todo el acceso a la BD. Interfície entre el usuario y el Sistema de Base de Datos. 24

25 PROCESO: DBMS inspecciona Petición de acceso por parte de un usuario (sublenguaje de acceso SQL) DBMS interpreta y analiza la petición 1. Esquema Externo del usuario 2. Correspondencia (mapping) con el Esquema Conceptual 3. Esquema Conceptual 4. Correspondencia (mapping) con el Esquema Interno 5. Esquema Interno DBMS ejecuta operaciones sobre la BD física Acceso 1 registro externo n registros conceptuales Acceso 1 registro conceptual m registros internos Construir registro conceptual de los m registros internos leídos Construir registro externo de los n registros conceptuales 25

26 Funciones del DBMS: I. Definición de los Datos II. Manipulación de los Datos III. Seguridad e Integridad de los Datos IV. Proveer de mecanismos de recuperación y concurrencia de los datos V. Diccionario de Datos VI. Rendimento 26

27 I. Definición de los Datos DBMS ha de aceptar definiciones de los datos Esquemes Externos Esquema Conceptual Esquema Interno Correspondencias Ha de interpretar definiciones DDL para poder interpretar y responder solicitudes de los usuarios. 27

28 II. Manipulación de los Datos DBMS ha de atender solicitudes de usuario para * recuperar * modificar * insertar INFORMACIÓN * borrar Solicitudes hechas en DML. DBMS ha de interpretar DML. Peticiones en DML pueden ser: PREVISTAS: Peticiones que ya se planificaron en el sistema, de forma que el diseño está afectado por estas peticiones con el fin de mejorar el rendimiento. Peticiones realizadas normalmente en programas de aplicación. IMPREVISTAS: Peticiones no planificadas en el diseño, poco frecuentes. Diseño físico puede ser que se adapte o no a la petición. Usualmente la respuesta de estos comandos es pobre. Peticiones realizadas normalmente de forma interactiva (SQL). 28

29 III. Seguridad e Integridad de los Datos DBMS ha de supervisar las solicitudes de acceso de los usuarios, para rechazar los intentos de violar las medidas de integridad y de seguridad definidas por el DBA. IV. Proveer mecanismos de recuperación y concur rencia de los Datos DBMS ha de cuidar el cumplimiento de los controles de recuperación y de concurrencia. Tarea que realiza el módulo del DBMS denominado ADMINISTRADOR DE TRANSACCIONES 29

30 V. Diccionario de Datos DBMS ha de mantener un diccionario de datos (o ME- TADATOS) METADATOS: Base de Datos sobre la Base de Datos Definiciones de los objetos del sistema (esquemas, correspondencias, etc.), tanto en versiones fuente como objeto. Referencias cruzadas para indicar qué programas usan ciertos datos qué usuarios requieren qué informes terminales conectados al sistema Información consultable como culaquier otra Base de Datos. Importante a la hora de saber el grado de afectación del sistema (qué programas o usuarios se ven afectados por una modificación del sistema). VI. Rendimiento DBMS ha de realizar todas las funciones anteriores de la forma más FIABLE y EFICIENTE possible. 30

31 Arquitectura back-end / front-end Visión diferente de la arquitectura de una BD. Visión desde el punto de vista del desarrollo y ejecución de aplicaciones sobre la BD. Sistema BD: Estructura formada por dos partes: back-end (sección posterior) n front-end s (secciones frontales) back-end: DBMS. Realiza todas las funciones descritas en el DBMS. front-end s: Diferentes aplicaciones ejecutadas en el DBMS ESCRITAS por los usuarios. INTEGRADAS: subministradas por el proveedor del DBMS. 31

32 Aplicaciones pueden dividirse en diferentes categorías: 1. Aplicaciones escritas por los usuarios. Escritas en lenguaje de alto nivel junto con DSL. 2. Aplicaciones integradas (herramientas). Ayudan a la creación y ejecución de otras aplicaciones. Tipos: Intérpretes de lenguajes de consulta Generadores de informes Sistemas de generación de gráficos Hojas de cálculo Procesadores de lenguaje natural Paquetes estadísticos Herramientass para administrar copias Generadores de aplicaciones Herramientas para desarrollar aplicaciones, herramientas CASE (Computer Aided Software Engineering) Número y calidad de estas herramientas es importante para evaluar el DBMS (o SGBD). Separación del back-end y el front-end en dos partes permite que cada parte pueda estar en nodos físicos diferentes. SISTEMAS DISTRIBUIDOS 32

33 Sistemas Distribuidos PROCESAMIENTO DISTRIBUIDO: Varias máquinas pueden conectarse entre sí en red. Tarea de procesamiento puede abarcar varias máquinas de la red. Diferentes estructuras: Sistema Cliente/Servidor Sistema completo de Base de Datos 33

34 SISTEMA CLIENTE/SERVIDOR Sección Posterior: Servidor, despachador. Ejecución del DBMS en una máquina. Sección Frontal: Cliente. Ejecución de la aplicación en otra máquina. 34

35 Ventajas: Paralelización: Procesamiento de la sección posterior y la sección frontal en paralelo, mejorando el tiempo de respuesta y el rendimiento. back-end especializado en Base de Datos. front-end: estación de trabajo personal, adaptada a las necesidades del usuario final. Varias máquinas cliente capaces de acceder a la misma máquina servidora, con lo cual únicamente se mantiene UNA SOLA BASE DE DATOS. 35

36 SISTEMA COMPLETO DE BASE DE DATOS Distribución física de los datos en computadores. Cada máquina contiene un Sistema de Base de Datos entero, con el cual funcionará como Servidor para ciertos usuarios Cliente para otros usuarios 36

37 Una sola máquina ha de ser capaz de acceder a diversos servidores. Dos posibilidades: 1. Aplicación front-end puede acceder a n máquinas pero sólo en una simultaneamente. Desventajas: No se pueden combinar datos de dos o más back-ends en una sola solicitud. Usuario ha de saber buscar información. 2. Aplicación front-end puede acceder a n máquinas simultaneamente. Se pueden combinar datos de varios back-end s en una sola solicitud. front-end Ve los n back-end s como un sólo back-end lógico. Usuario no ha de saber cuantos back-end s. SISTEMAS DE BD DISTRIBUIDOS 37

38 SISTEMAS DE BD DISTRIBUIDOS Implica que una sola aplicación será capaz de trabajar de forma transparente con Diferentes BD Diferentes SO Diferentes DBMS En realidad, aplicación trabaja desde un punt de vista lógico con Una sola BD Un sólo SO Un sólo DBMS 38