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CoursdeBasesdedonnées
1er année,FilièreInformatique2016/2017
Pr.ImadeBENELALLAM
i.benelallam@insea.ac.mawww.benelallam.org
1Cours deBasesdedonnées
InstitutNationaldeStatistiqueetd’EconomieAppliquée
Informationssurlecours• Organisation:– Volumehorairede36h(Cours+TD/TP);– 6h/Semaine;
• Supportdecours:– Déposésurwww.benelallam.org (avantlaséanceducours);
– PPTet/ouNotesdecours;• Remisesàjourfréquentes.
• PossibilitédecertificationOracleenIEEE– http://www.computer.org/web/education/knowledgecenters
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Sourcesbibliographiques
• AndreasMEIER:“Introductionpratiqueauxbasesdedonnéesrelationnelles”,Springer-Verlag,2006
• RamezELMASRI&Shamkant NAVATHE:“Conceptionetarchitecturedesbasesdedonnées”,PearsonEducation,2004
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Planducours
Chapitre1:LesconceptsfondamentauxdesBasesdeDonnées
Chapitre2:LemodèleabstraitdesbasesdedonnéesChapitre3:Lemodèle relationnelChapitre4:Leslangagesdemanipulationdedonnées
: l'exempledeS.Q.L.(Oracle)Chapitre5:Lesdépendances fonctionnellesChapitre6:Lesformes normalesChapitre7:Lagestion desaccès concurrents
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Evaluation
– 70% :• Examenfinal.
– 30% :• Contrôlecontinu.• Unenotedeminiprojet.• Unenotedeparticipationincluantl’assiduitéetlaréalisationdesTPs.
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Chapitre1Lesconceptsfondamentauxdes
BasesdeDonnées
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InformationetDonnée
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q Uneinformation,c’estunedonnéequiaunsenspourceluiquienabesoin.q Uneinformationestlerésultatdetraitementd’unedonnée.q Uneinformationestensemblecomplexe,composédedonnéesetdeliens.q Uneinformationdécritunévénement,uneactivitéouunfait.q Plusieursmodèlespossibles.
Le modèle est connu, l’interprétation donne du sens aux données
Le modèle est inconnu, le sens est plus difficile à percevoir ou incomplet
InformationetDonnée
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• L’informationdoitêtre• extraite,• stockée,• traitée,• maintenue…
c’estlatâched’unsystèmed’information!
Systèmed’information
• UnSystèmed'Information(notéSI)représentel'ensembledesélémentsparticipantdanslagestion,letransport,letraitementetladiffusiondel'informationauseindel'organisation.
• Intimementliéàlagestiondedonnées,• Séparationentrel'organisationdustockagedel'informationetlaréalisationdesprogrammesd'application.
• Unchangementd'applicationnedoitpasaffecterlastructureélaboréepourstockerlesdonnées
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ExemplesdeSI
• Gestiondespersonnels,étudiants,cours,inscriptions,
• Systèmederéservationdeplacesd'avion• Gestiondescomptesclientsd’unebanque• Gestiondescommandesd’unesociété• ...
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Besoins?• Besoinsdedescription• Besoinsdemanipulation• Besoinsd’interrogation• Besoinsd’exactitude/
cohérence• Besoinsdegaranties• Besoinsdeconfidentialité• Besoinsd’efficacité• ….
Quelmoyen?
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Introductionauxbasesdedonnées
• Définition(basededonnées): C’est unensemblededonnées structurées etinter-reliées quisont fiables,correctes,cohérentes etpartageable parplusieursutilisateurs ayant desbesoins d’informations différentsetcela sous lecontrôle d’une autorité uniquequiestl’administrateur delabasededonnées.
• vs.Ensembledefichiers– Lourdeurd’accèsauxdonnées– Manquedesécurité– Pasdecontrôledeconcurrence
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Introductionauxbasesdedonnées
• Certainsauteurs,spécialistesdelaquestion,netententpasdedonnerunedéfinitiondelabasededonnées,maisplutôtdel'ensembledelogicielsquirangent,recherchent,assemblent,modifient, ...lesdonnées.
• Cetensemble, indépendant ducontenudelabase,constituele SystèmedeGestiondeBasedeDonnées (SGBD)(enanglais:DBMS:DataBaseManagementSystem).
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Introductionauxbasesdedonnées
• Définition(SGBD):Unoutilinformatiquepermettantauxutilisateursdestructurer,d’insérer,demodifier,derechercherdemanièreefficacedesdonnéesspécifiques,auseind’unegrandequantitéd’informations,stockéessurmémoiressecondairespartagéedemanièretransparenteparplusieursutilisateurs.
Lesbasesdedonnéessedifférencient,dupointdevuedeleursperformances,nonparlesdonnéeselles-mêmesmaisbienévidemmentparleurSGBD.
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Introductionauxbasesdedonnées
L'historiquedesbasesdedonnéesn'estd'ailleursquecelledesSGBD:• 1960- 1965:apparitiondesmémoires auxiliaires magnétiques (
disques);développement delathéorie desfichiers• 1965- 1970:premièresbasesdedonnées,àstructure
hiérarchique,àstructureréseau (recommandations duCODASYL).• 1970- 1980:commercialisation desbasesdedonnées dutype
précédent ;développement delathéorie desbasesdedonnéesrelationnelles (Codd).
• 1980- 1983:implantationdespremièresbasesdedonnéesrelationnelles (même sur petits systèmes)
• 1983- 1992:nombreuxdéveloppementssurlesbasesdedonnées:théoriques(objets)oupratiques(réseauxetbasesréparties)voirconceptuels(infocentres)
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Pourquoi lesSGBD?• AvantlesSGBD:écrituredeprogrammespardesprogrammeursd’applicationutilisantlesystèmedegestiondefichierspourgéreretexploiterlesdonnées :– Risquesliésaumanquedesécurité+multiplicationdesefforts(programmessimilairesécritsdansdifférentsservicespourdesbesoinsproches).
• Conséquences:– Redondances :fichierscontenantlesmêmesdonnées,maisutiliséespardespersonnesdifférentes,
– Risqued’incohérences :dufaitdesredondancesetdesMAJnoncentralisées
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Pourquoi lesSGBD?
– Lesdonnéessontstockéessousdifférentsformats.– Intégrité desdonnées:Nonrespectdecontraintesquidoiventêtreprogrammées(ex:contrôlessurdatedenaissance,surcodepostal,numérodetél.,...),
– Problèmesliésàla sécurité :utilisateursdedifférentsniveauxd’expérienceetavecdifférentsdroitsd’accès=>motsdepasse,
– Problèmesliésau partage desdonnées:accèsenlecture/écriture.
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Pourquoi lesSGBD?
• Concurrencesetmultiplicitédesremisesàjour– Lestraitementsconcurrentspeuventgénérerdeserreurs.• Ex:Misesàjourd'uncompteenmêmetemps
– soldede400$– T1:dépôtde300$– T2:retraitde500$– siT1avantT2:400$,700$,200$OK– siT2avantT1:400$,-100$,200$ERREUR!!!
– Nécessiteunprogrammesuperviseurpourgérerlestransactions
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Pourquoi lesSGBD?Ex:Considéronsdeuxtransactionsfaisantuneréservationd'uneplaced'avion,alorsqu'iln'yaplusqu'uneplacededisponible.Lesdeuxtransactionspourrontnéanmoinseffectuerlesdeuxréservations,conduisantàuneincohérencedelabasededonnées.
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Pourquoi lesSGBD?
• Plusieursproblèmespeuventainsiseposerlorsquedestransactionsconcurrentess'exécutentdemanièrenoncontrôlée.– Pertedemiseàjour :
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Pourquoi lesSGBD?
– Lecture impropre(Dirty read)
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Pourquoi lesSGBD?
– Lecture nonreproductible
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Caractéristiques,qualités etpropriétésdesbasesdedonnées
• Voiciuneliste,nonlimitative,descaractéristiquesquedoit(oudevrait)apporterunebasededonnéesparrapportàuneorganisation"fichier"classique:– exhaustivité desinformations– non-redondance desinformations– partage desinformations– standardd'organisation– sécurité desinformations– intégrité desinformations– indépendance desinformations visàvisdesapplications
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Caractéristiques,qualités etpropriétésdesbasesdedonnées
• Exhaustivité:Lesinformationscontenuesdanslabasedoiventêtresuffisammentcomplètespourquelesapplicationsprévuespuissentfonctionner.
• Exemple :dansuneentreprisecommerciale,l'éditiond'unefacturesupposequelabasededonnéescontiennedesinformationssur:– leclient(nom,adresse,conditionsdevente,...)– lacommande(date,numéro,articlesdemandés,références,quantités,...)
– lesarticles(référence,quantitéenstock,prixunitaire,tauxdeTVA,....)
– lalivraison(date,articleslivrés,articlesrestantàlivrer,...)
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Caractéristiques,qualités etpropriétésdesbasesdedonnées
• Nonredondance:Danslamesuredupossible,lamêmeinformationnedoitpasfigurerplusieursfoisdanslabasededonnées.Celaconduiraiteneffet:– àgaspillerdelaplacedestockage(espacedisque)– àeffectuerdesmisesàjourcomplexes
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Caractéristiques,qualités etpropriétésdesbasesdedonnées
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Caractéristiques,qualités etpropriétésdesbasesdedonnées
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Caractéristiques,qualités etpropriétésdesbasesdedonnées
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Caractéristiques,qualités etpropriétésdesbasesdedonnées
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Caractéristiques,qualités etpropriétésdesbasesdedonnées
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Caractéristiques,qualités etpropriétésdesbasesdedonnées
• Partagedesinformations:Lesinformationscontenuesdanslabasededonnéesdoiventêtreaccessiblesàplusieursutilisateurssimultanés.L'intérêtestévident:lacentralisationdesdonnéesestunmoyenéconomiquedesatisfairelesbesoinsd'ungrandnombred'usagers.
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Caractéristiques,qualités etpropriétésdesbasesdedonnées
• Lepartagedesinformationsposecependantdeuxproblèmesprincipaux:– lasécuritédesdonnées– lesaccèsconcurrentsàuneinformation
• Cesproblèmesserontexaminésdansdeschapitresspécifiques.
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Caractéristiques,qualités etpropriétésdesbasesdedonnées
• Sécuritédesinformations:L’ABD,etlui-seul,autorisel'accèsauxinformations.Concrètement, cetteautorisationconsisteen:– l'accèsàunepartiebiendéfiniedelabasededonnées
– lapossibilitéd'yeffectuerdesopérationsbiendéfinies.
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Caractéristiques,qualités etpropriétésdesbasesdedonnées
• Intégritédesinformations:Lesinformationscontenuesdanslabasededonnéesdoiventêtreexactessil'onveututilisercelle-cidemanièreefficace.
• Danslapratique,l'exactitudeabsoluen'existepas(lefameux0défaut).Onpeuttoutauplusaméliorerlaqualitéd'intégrité.
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Caractéristiques,qualités etpropriétésdesbasesdedonnées
• Undesavantagesdesbasesdedonnéesparrapportàunegestiondefichierstraditionnellerésidedanslapossibilitéd’intégrerdescontraintesquedoiventvérifierlesdonnéesàtoutinstant.– Exemple:onsouhaiteposerlescontraintessuivantes:– lenombred’exemplairedechaqueOUVRAGEdoitêtresupérieurà0(zéro)– ChaqueOUVRAGEdoitavoiraumoinsunauteur– Etc.
• Ceciestpossiblegrâceàlanotiondecontraintesd’intégrité• Définition :Contraintesd’intégrité«sontdesassertionsqui
doiventêtrevérifiéesàtoutmomentparlesdonnéescontenuesdanslabasededonnées»
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Caractéristiques,qualités etpropriétésdesbasesdedonnées
• Indépendancedesinformationsvis-à-visdesapplication:cette propriété permetessentiellement dedifférencier une structure"classique"d'une structurede"basesdedonnées".
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Architectured'une basededonnées
• VuesdelaBD– SchémasExternes(ES)• Lesvuespartielles• L4G:Lang.de4° génération
– Schémaconceptuel(CS)• DéfinitionlogiquedelaBD;Structuresettypes(LDD)• Manipulations(LMD)
– Schémainterne(IS)• Représentationphysique• Optimisations
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Architectured'une basededonnées
• Le niveauinterne estdéfiniparleschémaphysiquequiindiquecommentl'informationestenregistréesurlesmémoiresauxiliaires.
• Ceschémautilisedonclestermesdefichiers,d'index,d'adressages,etc...
• Leniveauinternedécritdoncuneréalitéphysique(enfaitlaseuledetoutel'architecture),lesautresniveauxcorrespondantàdesnotionsentièrementabstraites.
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Architectured'une basededonnées
• Le niveauconceptuel estdéfiniparunschémaconceptueldontlerôleestdedéfinirlesrèglesdedescriptiondesdonnéesetdesrelationsentrecesdonnées.
• End'autrestermes,leschémaconceptuelestunemodélisationdesobjetsdumonderéel.Onl'appelled'ailleursmodèlededonnées.
• Onconnaîtjusqu'àprésentplusieurstypesdemodèlesdedonnées:– lemodèlehiérarchique– lemodèleréseau– lemodèlerelationnel– Lemodèleobjet
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Architectured'une basededonnées
• Exempled’unschémaconceptuelaveclaméthodeMerise(MCD) :
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Architectured'une basededonnées
• Exempled’unschémaconceptuelaveclelangagedemodélisationUML(Diagrammedeclasses) :
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Architectured'une basededonnées
• Lepassagedumonderéelauschémaconceptuelcorrespondàunprocessusdemodélisation.
• Leprocessusdemodélisationsefaitàl’aided’unmodèlededonnées.
• Lamodélisationseréaliseentroisétapesprincipalesquicorrespondentàtrois niveauxd’abstractiondifférents :
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Architectured'une basededonnées
• Le niveauexterne contrairementauxprécédentsniveauxcorrespondàplusieursschémasexternesquinesontautresquelesvues(partielles)qu'ontlesdifférentsutilisateursdelabasededonnées.
• Lesschémasexternesnesontquedessous-schémasduschémaconceptuel;
• Quelquefois,ilssontplusquecela:ilspeuventpermettre,parexemple,defournirdesinformationsquin'existentpasentantquetellesdansleschémaconceptuel,maisquipeuventêtreobtenues(calculées)àpartird'informationsexistantes.
• Encesens,l'uniondetouslesschémasexternespeutconstituerun"recouvrement"duschémaconceptuel.
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Architectured'une basededonnées
• Onremarque,surceschéma,quel'architecturecomprend3grandsniveaux:interne,conceptuel,externe.(ArchitectureANSI-SPARC)
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SGBD:Objectifs• UnSGBDestdoncfondamentalepourgérercesdifférentsniveaux
!• Indépendancephysiquedesprogrammesetdesdonnées:
– Pouvoirmodifierlesschémasinternessansmodifierlesschémasconceptuelsetexternes
• Indépendancelogiquedesprogrammesetdesdonnées:– Pouvoirmodifierlesschémasexternessansmodifierlesschémas
conceptuels– Indépendanceentrelesdifférentsutilisateurs
• Manipulationdesdonnéespardeslangagesnonprocéduraux– Donnéesfacilementmanipulablesparlesutilisateurs(interactifsou
programmeurs)• Administrationfaciledesdonnées
– Outilspourdéfiniretmodifierlesdéfinitiondedonnées
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SGBD:Objectifs• Efficacitéd’accèsauxdonnées:
– Optimisation:tempsderéponse,débit,...– Optimisationdesopérationsd’E/S
• Redondancecontrôléedesdonnées:– DanslesBDréparties:redondancenécessaire,maiscontrôlée
• Cohérencedesdonnées– Satisfactiondecontraintesd’intégrité
• Partagedesdonnées– Permettrelesaccèsconcurrents
• Sécuritédesdonnées– Outilspourdéfiniretmodifierlesdéfinitiondedonnées– Protectionencasdepanne(duSGBD,delamachine,...)– Assurerl’atomicitédestransactionsetl’intégritédesdonnées
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Architecturesopérationnellesd’unSGBD
• Dupointdevueopérationnel– UnSGBDestunensembledeprocessusetdetâchesquisupportentl’exécutionducodeduSGBDpoursatisfairelescommandesdesutilisateurs.
• Depuislesannées80,lesSGBDsontbaséssurunearchitectureclients-serveur– Serveur:Gèrelesdonnéespartagèes etexécutelecodeduSGBD
– Clients:Communiquentavecleserveur.Requêtesdetypequestion/réponse
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Architecturedeuxstrates
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Architecturedeuxstrates
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Architecturetroisniveaux
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Architecturetroisniveaux
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Architecturerépartie
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Architecturerépartie
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Exercices
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