Bases de datos espaciales Tema 1: Introducción

Transcripción

1 Bases de datos espaciales Tema 1: Introducción ETSI en Topografía, Geodesia y Cartografía - UPM Contenido: definiciones y conceptos Fundamentos (conceptos) Visión y clasificación general de los SGBD Operaciones de las BBDD Arquitecturas Hw y Sw de BBDD Estructura de los datos 1

2 Fundamentos Data Set A logical collection of values or database objects Database A logical collection of information that is interrelated, managed, and stored as a unit A store for multiple data sets Fundamentos Data Model A conceptual description of the data elements/objects and their relationships that are to be represented in a database Data Dictionary A description of the contents of a database including data entity and attribute code definitions An important element of metadata (DDBB domain) 2

3 Ejemplo modelo de datos Ejemplo de diccionario de datos 3

4 Fundamentos Data Transparency Transparency means hiding the structure and relationships from applications When structure, relationships, or media change the impacts on applications are minimized Data Base Management System (DBMS) Provides for the input, storage, manipulation, query, and retrieval of data. A store for multiple databases Resumen: Base de datos y SGBD BBDD: Gran colección de datos interrelacionados almacenados en un ordenador que dota de persistencia (ante cambios de Sw y Hw) SGBD: Sistema que proporciona persistencia, concurrencia, escalabilidad de datos, seguridad, integridad y eficiencia en las consultas Los SGBD facilitan: definición (modelado), implementación, manipulación, consulta y actualización 4

5 Visión simplificada de SGBD Objetivo: Dotar de independencia sobre los datos Abstracción Nivel lógico Nivel físico Spatial database with application to GIS, Rigaux (pg 5) Clasificación de SGBD Spatial database Systems, Yeung(pg 27) Enlace recomendado: 5

6 Notas Los SGBD se pueden clasificar por: Los modelos de datos soportados: jerárquicos, en red, relacionales, objeto o objeto-relacional Función principal que desempeña la base de datos: Almacén de datos e inventario, sistema para manejar las transacciones (actividad) o un sistema de ayuda a la toma de decisiones Por la naturaleza de los datos: Sistemas de información espacial/geográfica y no geográfica Fines de la información: Registros de información y almacenes ordenados de datos o sistemas pensados para gestionar proyectos El tipo de plataforma hardware y su configuración: Sistema de sobremesa o un sistema distribuido (en red, nube, etc.) Objetivos de las BBDD (Índice) Almacenamiento y manipulación Seguridad e integridad Consulta Transacciones Respaldo (Backup) y recuperación Replicación y sincronización SQL 6

7 Notas Almacenar y manipular datos. Un ejemplo típico de este objetivo puede ser una base de datos en la que se registra información meteorológica observada en tiempo real para su posterior análisis y explotación. Seguridad e integridad. Cuando los datos deben mantenerse almacenados, manteniendo unos requisitos de integridad (que no se destruyan o deterioren, etc..) y el acceso a los datos debe estar controlado (no todos los usuarios pueden acceder a consultar o tratar de modificar la información) es un escenario de éste tipo. Consulta. Un almacén de datos histórico que utilizan los usuarios para obtener como respuesta a sus consultas la información que en él existe. Transacciones. Un ejemplo de este tipo de objetivos es el bancario. Se deben de registrar las operaciones monetarias que se realizan en las cuentas de sus clientes y éstas deben de realizarse de forma atómica, es decir, normalmente un decremento de saldo de una cuenta está relacionado indivisiblemente con un incremento en otra ( en el caso de una transferencia o pago). Si no se puede realizar algunas de las dos la operación debe considerarse abortada o no realizada. Respaldo y recuperación. Cuando la información que se gestiona es muy voluminosa, no es eficiente ni posible tenerla disponible indefinidamente. Además los sistemas de almacenamiento pueden averiarse o romperse y la información se perdería. Por esta razón y para dar respuesta a esta necesidad de disponer de sistemas de respaldo de la información la bases de datos implementan mecanismos que permiten realizar las dos operaciones. Replicación y sincronización. Cuando el nº de usuarios de las bases de datos es elevado, los sistemas no pueden dar respuesta a los usuarios en un tiempo adecuado. Para poder crecer (escalar) en usuarios las bases de datos y los sistemas de información utilizan la técnica de replicación, consistente en poner varias bases de datos a trabajar en paralelo y que cada una de ellas responda a un grupo de usuarios. El problema surge con las transacciones de datos y la consistencia de los datos. Las bases de datos deben de estar sincronizadas. SQL. Proporcionar un lenguaje de interrogación estandarizado. Almacenamiento y recuperación Tipos de almacenamiento: Primario Secundario Terciario Secundario y terciario: bloques de disco Primario: memoria principal y ficheros (buffer & file manager) 7

8 Almacenamiento Cinta Disco Óptico Respaldo de datos Disco Magnético Auditoria y tablas Memoria RAM Optimizar consultas Memoria Caché Fuente: (Carlos Castillo UPF 2007) Seguridad Seguridad: operaciones que puede realizar un perfil de usuario. Dos modelos: discrecional (operaciones que puede hacer un usuario sobre un determinado objeto) responsables (mandatory) (usuarios se clasifican por niveles o roles y cada nivel define reglas o restricciones) 8

9 Integridad Objetivo: mantener las restricciones de integridad. Modelos: Restricciones de dominio (tipo de dato y rangos de valores) Claves y relaciones (valores únicos y existencia de la clave en otras tablas: integridad referencial) Restricciones de integridad semántica (reglas normalmente lógicas, que definen si se puede o no insertar un elemento en función del estado representado en la base de datos) Referencia integridad semántica: Consultas (Índice) Las operaciones se pueden clasificar en: Selección (SELECT) Proyección (PROJECT) Combinación (JOIN) Producto (PRODUCT) Unión (UNION) Intersección (INTERSECT) Diferencia (DIFFERENCE) División (DIVIDE) 9

10 SELECCIÓN y PROYECCIÓN Selección: SELECT FROM SELECT FROM ORDER BY SELECT PREDICADO FROM Predicado: ALL, TOP, DISCTINCT, DISCTINROW Proyección: SELECT atributos FROM COMBINACIÓN (JOIN) JOIN natural (SELECT * FROM Employee NATURAL JOIN Dept) JOIN Lateral (LEFT & RIGHT) (SELECT * FROM Employee LEFT JOIN Dept) 10

11 PRODUCTO Producto cartesiano, genera la combinación de filas de la primera tabla con las de la segunda UNION SELECT column_name(s) FROM table_name1 UNION [ALL] SELECT column_name(s) FROM table_name2 UNION ALL 11

12 INTERSECCIÓN SELECT * FROM Orders WHERE Quantity BETWEEN 1 AND 100 INTERSECT SELECT * FROM Orders WHERE Quantity BETWEEN 50 AND 200; DIFERENCIA SELECT * FROM Orders WHERE Quantity BETWEEN 1 AND 100 EXCEPT MINUS SELECT * FROM Orders WHERE Quantity BETWEEN 50 AND 75; 12

13 DIVISION Se usa la división (r s) cuando queremos expresar una consulta a todos los registros de otra tabla (all) Ejemplo: Qué personas tienen una cuenta en Todos los bancos de un país? Se construye con NOT EXIST seguido NOT IN, O bien con dos NOT EXIST consecutivos. Ejemplos de DIVISION: Transacciones Operaciones indivisibles. Principios: Atomicidad Aislamiento Durabilidad o permanencia Consistencia en la preservación Mecanismos de control: Control de concurrencia Auditoria de transacciones (logging) Confirmación de transacciones (commit) Vuelta atrás (rollback) 13

14 Respaldo y recuperación Backup: Hot backup Cold backup Restore Only Cold backup Replicación y sincronización Objetivos: Mejorar el rendimiento Mejorar la disponibilidad de un modo transparente para los usuarios Configuración: maestro/s + esclavos Métodos de replicación: Instantánea (snapshot) Fusión (merging) Transaccional (transactional) 14

15 Lenguaje de Manipulación de datos La manipulación (carga, mantenimiento y consulta/explotación) se realiza con un lenguaje de manipulación de datos (DML) El DML más extendido es SQL, considerado un lenguaje declarativo en el que el usuario indica los resultados esperados no la forma de obtenerlos SQL tiene bases matemáticas y posibilita cálculo relacional y álgebra relacional SQL statements: modos de uso Procesamiento interactivo (consola tipo SQL+, etc.) Embebido en un lenguaje de programación (Java, C++, etc.) Mediante llamadas a nivel de interfaces definidas a nivel de S.O. Usando API como JDBC and SQLJ (Java) Aplicaciones independientes que llaman a procedimientos almacenados 15

16 SQL statements types Database query (SELECT.. FROM.. WHERE..) Data definition (CREATE TABLE, ALTER TABLE.. ADD..) Data manipulation (INSERT INTO.., DELETE, UPDATE) Database connection and access control (CONNECT, CREATE ROLE, GRANT) Data sharing (CREATE TRIGGER) Data integrity (CONSTRAINT UNIQUE, CHECK) Arquitecturas Hw y Sw de BBDD (Índice) Centralizada Distribuida Modelos de distribución de BBDD Módulos del Sw de BBDD Arquitectura Web de BBDD 16

17 Arquitecturas centralizada de BBDD Spatial database Systems, Yeung (pg 42) Arquitectura distribuida de DDBB Spatial database Systems, Yeung (pg 43) 17

18 Modelos de distribución de BBDD Spatial database Systems, Yeung (pg 45) Módulos de Sw de BBDD Spatial database Systems, Yeung (pg 46) 18

19 Arquitectura Web para BBDD Spatial database Systems, Yeung (pg 48) Estructura de los datos Lógica Física Índices 19

20 Estructura lógica de los datos The logical data structure is used in logical data modeling that aims to find the most effective distribution of the data and data files inside the database Spatial database Systems, Yeung (pg 50) Estructura física de los datos Tipos de datos Básicos: Textos, numéricos y fechas Los tipos de datos abstractos (ADT) se usan en los SGDB para almacenar nuevos tipos de datos como los espaciales 20

21 Índices en las BBDD Objetivo: acelerar las búsquedas B-Tree el más común (Balanced) Spatial database Systems, Yeung (pg 53) 21