6. Integridad en Sistemas de Bases de Datos Relacionales

6. Integridad en Sistemas de Bases de Datos Relacionales Objetivos Apreciar la necesidad de garantizar la integridad o corrección de la información almacenada en una base de datos Distinguir e identificar los diferentes tipos de reglas de integridad de datos definidos por el estándar SQL-92 Conocer los mecanismos que proporciona SQL-92 para definir reglas o restricciones de integridad en un esquema de base de datos 1 6. Integridad en Sistemas de Bases de Datos Relacionales Contenidos 6.1 Reglas de integridad: consideraciones generales y componentes 6.2.1. Reglas de integridad de dominio 6.2.2. Reglas de integridad de tabla base 6.2.3. Reglas de integridad generales 6.3 Comprobación de restricciones 2

6. Integridad en Sistemas de Bases de Datos Relacionales Bibliografía [EN 2002] Elmasri, R.; Navathe, S.B.: Fundamentos de Sistemas de Bases de Datos. 3ª Edición. Addison-Wesley. (Cap. 7 y 8) [EN 1997] Elmasri, R.; Navathe, S.B.: Sistemas de bases de datos. Conceptos fundamentales. 2ª Edición. Addison-Wesley Iberoamericana. (Cap. 6 y 7) [DD 1996] Date, C.J.; Darwen, H.: A Guide to the SQL Standard. 4 th Edition. Addison-Wesley. (Cap. 14) [SKS 1998] Korth, H; Silberschatz, A., Sudarshan, S.: Fundamentos de bases de datos. 3ª Edición. McGraw-Hill. (Cap. 6) 3 6.1 Reglas de integridad Integridad: consistencia o corrección de datos en la base de datos Las reglas de integridad (RI) no son específicas para cada usuario Consideraciones generales 1. Nos interesan las reglas de integridad específicas de una BD (reglas del negocio), además de RI Entidad, RI Referencial... 2. Veremos las RI definidas sobre relaciones base, por estar restringidas a contener datos correctos (reflejar la realidad) La regla los títulos de las películas son únicos se aplica a la tabla base PELICULA, y a cualquier vista definida sobre ésta Podemos definir RI sobre relaciones derivadas (sobre vistas)? Sería deseable La vista heredaría toda RI de sus relaciones base y podría añadir nuevas (clave candidata nueva para la vista, p.ej.) Sólo consideraremos RI sobre relaciones base (por simplicidad) 4

6.1 Reglas de integridad Consideraciones generales (y 2) 3. Nos interesa soporte de RI declarativo No hablaremos de... - Procedimientos almacenados (stored procedures), ni de - Procedimientos disparados ( triggered procedures) 4. Una BD en un estado de integridad es correcta: No viola ninguna RI conocida por el SGBD, es decir, Satisface AND lógico de todas las RI definidas en su esquema 5. La integridad es importante en... DISEÑO (estructuras de datos y reglas de integridad adecuadas) EJECUCIÓN (corrección de la información) 6. RI son mantenidas en el Catálogo del Sistema Subsistema de Integridad del SGBD: controla operaciones de usuario (INSERT,UPDATE,DELETE...) para asegurar que NO violan las reglas de integridad 5 6.1 Reglas de integridad Componentes de una RI Nombre actor_cache_ok - Regla almacenada en el Catálogo del Sistema bajo ese nombre - Aparecerá en diagnósticos, producidos por el sistema como respuesta a intentos de violación de la regla (mensajes de error al usuario) Restricción NOT EXISTS (SELECT * FROM ACTOR WHERE cache 0) - Expresión booleana Restricción de Integridad Regla de Integridad - La regla... se satisface la restricción es TRUE es violada la restricción es FALSE Respuesta a un intento de violación de la regla - Indica al SGBD qué hacer si se intenta una operación que viola la RI - Por defecto RECHAZAR (o rehusar) que implica... Deshacer los posibles daños causados por la operación Mostrar información de diagnóstico (mensaje) - Podría ser un procedimiento de complejidad arbitraria: tratarerr(...) 6

6.1 Reglas de integridad Creación, destrucción y tipos Creación de una regla de integridad... (en cualquier momento) SGBD comprueba: el estado actual de la BD satisface RI? -Sí RI aceptada - el sistema la almacena en elcatálogo - la regla es activada (entra en vigor) SGBD controlará todo INSERT y UPDATE de caché en ACTOR -No RI rechazada Destrucción de reglas de integridad - el sistema elimina su definición del catálogo Las RIs pueden restringir los valores legales de... -Dominio -Atributo -Relación -Base de Datos 7 Categorías de reglas de integridad 1. Restricciones de integridad de Dominio Asociadas a un dominio de datos específico Aplicadas a cada columna definida sobre el dominio No limitadas a la enumeración de valores posibles del dominio» es una expresión de complejidad arbitraria que define un dominio 2. Restricciones de integridad de Tabla RIs de complejidad arbitraria incluidas en la definición de una tabla (relación) No limitadas a hacer referencia sólo a la tabla en la que son definidas Pueden ser restricciones de Atributo restricciones de Clave Candidata restricciones de Clave Externa restricciones de Comprobación Una relación vacía cumple cualquier RI de tabla, aunque esa RI sea esta tabla no puede estar vacía 8

Categorías de reglas de integridad (y 2) 3. Restricciones de integridad Generales RIs de complejidad arbitraria no incluidas en la definición de ninguna tabla Son otro elemento más de la BD, al mismo nivel que una tabla o vista Se aplican a cualquier combinación de columnas de cualquier nº de tablas La paga mínima de los actores que actúan en una película es de 15.000 CREATE ASSERTION IR1_paga_mínima CHECK (SELECT MIN(paga) FROM Actua_en) 15000 ; Todo actor debe haber participado al menos en una película CREATE ASSERTION IR2_actor_en_película CHECK (NOT EXISTS (SELECT * FROM Actor WHERE coda NOT IN (SELECT actor FROM Actua_en))); Algunas RI generales pueden expresarse como RI de tabla 9 Consideraciones Una regla de integridad es independiente de cualquier aplicación específica que acceda a la base de datos» no contiene parámetros ni variables host (referencias a variables de los programas de aplicación) Es útil ver la base de datos sujeta a una RI gigante... AND de todas las RI... - generales - de tabla - de dominio aplicadas a cada columna de las tablas»significado formal de la base de datos 10

Características adicionales (pseudo-ris) SQL rechaza todo intento de INSERT o UPDATE que viole una especificación de tipo de datos ejemplo: valor CHAR en columna definida como INTEGER Una especificación de tipo de datos puede verse como una «forma primitiva» de restricción de dominio Una violación de una RI de dominio se detecta en tiempo de ejecución SQL rechaza todo intento de INSERT o UPDATE sobre una vista, si viola la condición de definición de la vista Siempre que se haya especificado la opción de verificación en la definición de la vista (WITH CHECK OPTION) 11 Reglas de Integridad de Dominio Definición del conjunto de valores componentes de un dominio: - Enumeración de valores posibles: ( marrón, gris, azul, verde, negro ) - Expresión de definición: cache > 0 AND cache < 100 RI como parte de la sentencia de definición del dominio CREATE DOMAIN <nombre dominio> [ AS ] <tipo de datos> [ DEFAULT <valor defecto> ] [ [ CONSTRAINT <nomrestricción> ] CHECK (<condición>) ]+ ; donde <valor defecto> = { literal funciónsinargum NULL } y funciónsinargum es USER ó CURRENT_USER authorization-id actual SESSION_USER authorization-id de sesión SQL actual SYSTEM_USER ID del usuario del SO actual CURRENT_DATE fecha del día CURRENT_TIME hora actual CURRENT_TIMESTAMP marca de tiempo actual i ID=identificador 12

Reglas de Integridad de Dominio (2) CREATE DOMAIN Color AS VARCHAR(10) DEFAULT marrón CONSTRAINT color_válido CHECK ( VALUE IN ( marrón, gris, azul, verde, negro ) ); CREATE DOMAIN Estado_civil CHAR(1) CONSTRAINT estado_civil_ok CHECK ( VALUE IN ( S, C, V, D ) ) ; NOT NULL no es una restricción de dominio válida CREATE DOMAIN Estado_civil AS CHAR(1) NOT NULL Incorrecto CREATE DOMAIN Estado_civil AS CHAR(1) CHECK (VALUE IS NOT NULL) Correcto Alteración de un dominio ALTER DOMAIN <nomdominio>... ; Permite añadir y eliminar restricciones de integridad de dominio y valor por defecto 13 Reglas de Integridad de Dominio (y 3) Eliminación de un dominio DROP DOMAIN <nomdominio> { RESTRICT CASCADE } ; Opción RESTRICT - La eliminación falla si el dominio es referenciado en cualquier definición de columna en una tabla - En otro caso, tendrá éxito: el descriptor del dominio es eliminado del catálogo Opción CASCADE - El dominio es eliminado del catálogo - Las RI-dominio asociadas no son eliminadas, sino que cada columna definida sobre el dominio... Es definida directamente sobre el tipo de datos subyacente al dominio Si no tiene DEFAULT explícito, toma el del dominio (si éste lo tenía) Hereda toda restricción de integridad asociada al dominio, - convertida en una restricción de tabla, - sustituyendo VALUE por el nombre de la columna 14

Reglas de Integridad de Tabla Restricción asociada a una tabla específica la RI está definida como parte de la definición de la tabla, la RI no existe si la tabla asociada no existe y eliminar la tabla implica eliminar la RI Toda RI-tabla puede expresarse como una RI-general (excepto la parte de una RI de clave externa que indica la acción de mantenimiento de la integridad referencial) RI especificada dentro de CREATE TABLE CREATE TABLE <nombre tabla> ( <lista de elementos de tabla> ) ; donde los elementos pueden ser: - Definición de columna, que puede incluir RIs de atributo - Definición de... (precedida o no de CONSTRAINT <nombre restricción>) Restricción de clave candidata Restricción de clave externa Restricción de comprobación (CHECK) RI añadida/eliminada con ALTER TABLE <nombre tabla>... Puede afectar a varias tablas 15 Reglas de Integridad de Tabla (2) 1. Definición de Columna - RI de Atributo Especificación del dominio del atributo y otras RI de atributo No necesita sentencia de creación explícita: es parte de la definición de atributo, dentro de la sentencia de creación de la tabla: CREATE TABLE Actor ( nombre VARCHAR(30) NOT NULL, cache INT(9) NOT NULL DEFAULT 2000, colorojos Color NOT NULL, agencia CHAR(4),...) ; Toda RI-Atributo es comprobada inmediatamente: todo intento de INSERT o UPDATE (sobre el atributo) con un valorˇdominio, es rechazado al instante» La respuesta a un intento de violación siempre es RECHAZAR Si se especifica un dominio para un atributo, la comprobación es derivada hacia la comprobación de la restricción del dominio Una RI-atributo se destruye al eliminar el atributo de la tabla 16

Reglas de Integridad de Tabla (3) 2. Definición de Restricción de Clave Candidata Clave Primaria PRIMARY KEY (<lista atributos>) incluye RI Entidad Clave Alternativa UNIQUE (<lista atributos>) 3. Definición de Restricción de Clave Externa FOREIGN KEY (<atributos>) REFERENCES <tabla> (<atributos>) [ ON DELETE { NO ACTION CASCADE SET DEFAULT SET NULL } ] [ ON UPDATE { NO ACTION CASCADE SET DEFAULT SET NULL } ] acciones referenciales posibles Cualquier (combinación de) columna(s) puede ser clave externa SQL-92 permite que una clave ajena se refiera a una clave candidata ( no sólo PKs) Referencia desde FK de la tabla T1 a una CK de la tabla T2...» Asegurar que cada T2.FK contiene un valor existente en T2.CK es el problema de la integridad referencial 17 Reglas de Integridad de Tabla (4) Pueden existir ciclos referenciales y auto-referencias SQL-92 permite ( por supuesto!) que una FK pueda contener NULL salvo si se especifica NOT NULL para la FK en el CREATE TABLE La FK y la CK a la que referencia, deben... contener el mismo nº de componentes (columnas o atributos) y éstos estar definidos sobre los mismos dominios Si FK no es compuesta, no se necesita cláusula FOREIGN KEY... CREATE TABLE Actúa_en CREATE TABLE Actúa_en (actor..., (actor... REFERENCES Actor(codA)..., film..., film... REFERENCES Película(codP)..., papel..., papel..., PRIMARY KEY (actor, film), PRIMARY KEY (actor, film) FOREIGN KEY (actor)... ) ; REFERENCES Actor(codA)..., FOREIGN KEY (film) REFERENCES Película(codP)...... ) ; 18

Reglas de Integridad de Tabla (5) Acciones referenciales (recordatorio) Mantenimiento de integridad referencial ante intentos de violación Ejecución de operaciones adicionales que dejan la BD consistente ON DELETE... Indica la regla de borrado para filas de T1 respecto de T2.FK Qué ocurre si se intenta eliminar una fila r1 de T1 y existe alguna fila r2 en T2 que le hace referencia (e.d. contiene un valor r2.fk = r1.ck) Acciones referenciales posibles: a. NO ACTION (opción por omisión) Rechazar la operación de eliminación sobre T1 b. CASCADE Eliminar junto con r1 toda fila r2 de T2 que se refiera a r1 (propagación) c. SET DEFAULT Asignar su valor por defecto a cada componente de la FK en toda fila r2, y eliminar r1» Debe existir una fila en T1 con cada componente de CK a su valor por defecto d. SET NULL Asignar NULL a cada componente de la FK en todas las filas r2, y eliminar r1» Cada componente de la FK debe tener nulos permitidos 19 Reglas de Integridad de Tabla (6) ON UPDATE... Indica la regla de actualización para T1.CK respecto de T2.FK Qué ocurre si se intenta modificar la clave candidata dentro de una fila r1 de T1 y existe alguna fila r2 en T2 que le hace referencia (contiene valor r2.fk = r1.ck) Acciones referenciales posibles: a. NO ACTION (opción por omisión) Rechazar la actualización sobre T1.CK b. CASCADE Propagar la actualización de CKa toda fila r2 de T2 que se refiera a r1 c. SET DEFAULT Asignar su valor por defecto a los componentes de FK que corresponden a componentes modificados de T1.CK, en todas las filas r2, y actualizar r1» Debe existir una fila en T1 con cada componente de CK a su valor por defecto d. SET NULL Asignar NULL a los componentes de la FK correspondientes a componentes modificados en T1.CK, en todas las filas r2, y actualizar r1» Tales componentes de la FK debe tener nulos permitidos 20

Reglas de Integridad de Tabla (7) Comportamiento ante una operación de manipulación de datos, en función de la acción referencial especificada Sea T2.FK una clave externa hacia la clave candidata T1.CK... La definición de FK no incluye ON DELETE ni ON UPDATE... INSERT en T2 o UPDATE de T2.FK si el valor de T2.FK no existe en T1.CK Rechazo (NO ACTION) DELETE en T1 o UPDATE de T1.CK si alguna tupla de T2 le hace referencia Rechazo (NO ACTION) La definición de FK incluye ON DELETE o bien ON UPDATE... INSERT en T2 o UPDATE de T2.FK si el valor de T2.FK no existe en T1.CK Rechazo (NO ACTION) DELETE en T1 o UPDATE de T1.CK si alguna tupla de T2 le hace referencia ejecución de la acción referencial especificada en las cláusulas 21 Reglas de Integridad de Tabla (y 8) 4. Definición de Restricción de Comprobación (CHECK) Regla que se refiere únicamente a una tabla Puede especificar restricciones adicionales para algún atributo El cache de un actor siempre está entre 300 y 1200 CREATE TABLE ACTOR (..., CONSTRAINT actor_caché_ok CHECK ( cache > 300 AND cache < 1200 ),... ); Puede definir restricciones que involucran varios atributos de la tabla Toda película se estrena después de finalizar su rodaje CREATE TABLE PELICULA (..., CONSTRAINT película_fechas_ok CHECK ( fecha_fin_rodaje < fecha_estreno ),... ); Toda RI-Tabla base es comprobada inmediatamente: Una operación de modificación sobre la tabla incluye el chequeo de todas sus RI (como paso final de la operación) + (una posible) acción 22

Reglas de Integridad Generales (asertos) Restricción de complejidad arbitraria que involucra cualquier nº de columnas de cualquier nº de tablas Elemento de BD, independiente de tablas/vistas existentes Especifica restricciones de integridad que pueden no ser... de clave (primaria o alternativa) de integridad referencial (clave ajena) Tiene un nombre y consta de una condición (cláusula CHECK) Creación de una RI general (aserción o aserto) CREATE ASSERTION <nombre restricción> nombre obligatorio CHECK ( <condición> ) ; Si una tupla de la BD hace que condición=false, la restricción habrá sido violada Un estado de la BD satisface un aserto si ninguna combinación de tuplas de dicho estado viola la restricción que incluye 23 Reglas de Integridad Generales (2) Normalmente, <condición> se expresa en negativo: todo X satisface Y ningún X satisface NO( Y ) Todo actor representado por la agencia 1 debe cobrar 300 o más CREATE ASSERTION age1_cache_ok CHECK (NOT EXISTS (SELECT * FROM Actor WHERE agencia=1 AND cache<300)) ; Ninguna agencia representa a más de 40 actores CREATE ASSERTION num_actores_age_ok CHECK (NOT EXISTS (SELECT * FROM Actor GROUP BY codage HAVING COUNT(*) > 40)) ; Todo actor no protagonista de una película cobra menos que cq protagonista CREATE ASSERTION paga_actores_ok CHECK (NOT EXISTS (SELECT * FROM Actua_en ACT WHERE papel<> protagonista AND paga >= ANY (SELECT paga FROM Actua_en PROTA WHERE ACT.film=PROTA.film AND PROTA.papel= protagonista )); 24

Reglas de Integridad Generales (3) Debe de existir al menos una distribuidora de películas CREATE ASSERTION existencia_distribuidora CHECK ( 0 < SELECT COUNT (*) FROM Distribuidora ) ; este aserto... - debe crearse una vez que ya exista alguna tupla en DISTRIBUIDORA - una operación DELETE puede o no violarlo, pero nunca lo hará un INSERT El código de los guiones es único ( si hay 2 guiones con igual código, son el mismo) CREATE ASSERTION guión_código_único NOT EXISTS (SELECT * FROM Guión G1, Guión G2 WHERE G1.codG = G2. codg AND NOT (G1.titulo=G2.titulo AND G1.descrip= G2.descrip) ); este aserto... - Equivale a especificar UNIQUE( codg ) en el CREATE TABLE 25 Reglas de Integridad Generales (y 4) Los actores y películas anotados en la relación ACTUA_EN deben existir CREATE ASERTION actúa_en_ok CHECK (NOT EXISTS (SELECT * FROM Actúa_en WHERE actor NOT IN (SELECT coda FROM Actor) OR film NOT IN (SELECT codp FROM Película))); este aserto... - Equivale a especificar... FOREIGN KEY (actor) REFERENCES Actor(codA)... y FOREIGN KEY (film) REFERENCES Película(codP)...... dentro del CREATE TABLE Actor (...) Eliminación de una RI general DROP ASSERTION <nomrestricción> ; Sin opción RESTRICT o CASCADE Elimina el aserto del catálogo 26

Disparadores - antiguas versiones de SQL En muchos casos conviene especificar una acción que ejecutar (disparar) tras la violación de una restricción: - Abortar la transacción que provoca la violación, o - Informar de ello al usuario (mensaje), o - Ejecutar cierto procedimiento, o - Disparar otras actualizaciones»esto se consigue mediante los disparadores o triggers Definición de un disparador DEFINE TRIGGER <nombre> ON <lista tablas> : <condición> ACTION_PROCEDURE <llamada a procedimiento> Especifica una condición y la acción que realizar si ésta se cumple La ejecución del trigger se considera parte de la ejecución de la operación que intentó violar la RI 27 Disparadores - antiguas versiones de SQL (y 2) Si se detecta que algún actor en una película percibe una paga mayor que la de un protagonista, pedir confirmación para permitir dicho estado o no DEFINE TRIGGER Disp_Paga ON Actúa_en ACT, Actúa_en PROTA: ACT.film=PROTA.film AND ACT.papel <> protagonista AND PROTA.papel = protagonista AND ACT.paga >= PROTA.paga ACTION_PROCEDURE SolicitarAprobacion(...) ; Combinan los enfoques declarativo y procedimental - La condición del disparador es declarativa - Su acción opera por procedimientos ASSERTION vs. TRIGGER - ASSERTION prohibe realizar una actualización que viola el aserto (es decir, que hace FALSE la condición) - TRIGGER puede permitir la actualización que cumple la condición (es decir, que viola una RI), pero ejecuta una acción (que puede reparar la violación, dejando consistente la BD)» Las condiciones especificadas en una y otro son inversas 28

6.3 Comprobación de restricciones En general, el SGBD comprueba una RI de forma inmediata, como último paso de ejecución de operación o sentencia SQL Si la RI es violada, la operación o sentencia se cancela y no tiene efecto sobre la base de datos A veces es necesario que ciertas restricciones no sean comprobadas hasta pasado un tiempo, pues si se hiciera de inmediato, siempre fallarían Ciclo referencial T1 T2 Inicialmente, T1 y T2 están vacías CREATE TABLE T1 CREATE TABLE T2 ( atrib1..., ( atrib2..., FOREIGN KEY (atrib1) FOREIGN KEY (atrib2) REFERENCES T2 (...)..., REFERENCES T1 (...)...,... ) ;... ) ; - Con chequeo inmediato de estas FKs (RI referencial), toda inserción de filas en cualquier tabla fallaría, pues nunca encontraría la fila destino en la otra tabla 29 6.3 Comprobación de restricciones Modos de comprobación En un momento dado, dentro de cierta transacción SQL, toda restricción de integridad debe estar en modo... - INMEDIATE: será comprobada inmediatamente, o - DEFERRED: será chequeada al final de la transacción (diferida) Para algunas restricciones de integridad, la comprobación diferida no tiene sentido: Restricciones de dominio Restricción de atributo NOT NULL y Restricciones de clave candidata 30

6.3 Comprobación de restricciones Modos de comprobación (2) Una definición de restricción de integridad puede incluir [ INITIALLY { DEFERRED IMMEDIATE } ] [ [ NOT ] DEFERRABLE ] INITIALLY DEFERRED, o bien INITIALLY IMMEDIATE especifica el modo inicial de la RI, es decir, el modo en el que está tras de ser definida (creada) y al comienzo de cada transacción SQL DEFERRABLE, o bien NOT DEFERRABLE indica si la RI puede pasar a modo DEFERRED Si no se indica ningún modo inicial, se asume INITIALLY IMMEDIATE Si se especifica INITIALLY IMMEDIATE (o se asume)... - Si no se indica DEFERRABLE ni NOT DEFERRABLE, se asume NOT DEFERRABLE Si se especifica INITIALLY DEFERRED, no puede indicarse NOT DEFERRABLE - Puede ponerse DEFERRABLE, aunque se supone 31 6.3 Comprobación de restricciones Modos de comprobación (y 3) Sentencia SET CONSTRAINTS SET CONSTRAINTS {<restricciones> ALL} { DEFERRED IMMEDIATE} - Establece el modo para varias RIs respecto de la transacción SQL actual - Toda RI mencionada debe ser DEFERRABLE pues ALL todas las RIs diferibles DEFERRED hace que todas las RI (mencionadas) pasen a modo diferido IMMEDIATE hace que pasen a modo inmediato y son comprobadas: si falla la comprobación de alguna RI, falla SET CONSTRAINTS y ninguna RI cambia de modo COMMIT SET CONSTRAINTS ALL IMMEDIATE Si una comprobación de alguna RI falla COMMIT falla la transacción completa falla (rollback) 32