Base de Données_Cours

8/7/2019 Base de Donnes_Cours

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Licence troisime anne :

Base de Donnes

Rmi [email protected]://www.lif.univ-mrs.fr/~reyraud/BD
mailto:[email protected]://www.lif.univ-mrs.fr/~reyraudhttp://www.lif.univ-mrs.fr/~reyraudmailto:[email protected]


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Organisation de l'UE

Premier cours : mardi 19 janvier, 8h308h30 - 10h30

Premiers TDs : semaine du 25 janvier

Premiers Tps : semaine du 25 janvier Au total :

10 cours

10 TDs

10 TPs dont au moins 4 concernant le projet.

Calcul de la moyenne : (3E + 2Proj + Partiel)/6


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Plan du cours de Base de Donnes

Vaste introduction

Le modle relationnel

Le langage SQL Les vues

Conception de BD

JDBC (Java Data Base Connectivity)


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O trouve-t-on des bases de donnes ?

Introduction


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mdecine

biologie

astronomie administrations

commerce et marketing

gestion des stocks

audiovisuel

internet

Introduction


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Gestion des donnes personnelles :

agenda

rpertoire bibliothque

etc.

loisirs art

etc.

Introduction


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Qu'est-ce qu'une base de donnes ?

Introduction


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Qu'est-ce qu'une base de donnes ?

Unebase de donne regroupe, au sein d'un stockageinformatique, un ensemble de donnes de faonsuffisamment organise (structure + relation) pour que ces

donnes puissent tre facilement : retrouves

interroges

enrichies mises jour

supprimes

sans perturber la cohsion de l'ensemble (explicite dans

l'organisation).

Introduction


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Exemples et contre-exemples

Toute source de donne

Un fichier texte

Un ensemble de fichiers textes Un site internet quelconque

Le web dans son ensemble

Un rpertoire de tlphone portable

L'ensemble des information utilises par la SNCFpour l'achat d'un billet de train.

Introduction


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Exemples et contre-exemples

Toute source de donne

Un fichier texte

Un ensemble de fichiers textes Un site internet quelconque

Le web dans son ensemble

Un rpertoire de tlphone portable

L'ensemble des informations utilises par laSNCF pour l'achat d'un billet de train.

Introduction


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Usagers des BD

Il existe 3 catgories d'usagers des bases dedonnes :

les usagers interactifs

les programmeurs d'applications

les administrateurs

Introduction

Usagers des Bases de Donnes


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Les usagers interactifs

Une personne quelconque (ne sachant mme pasqu'il utilise une BD).

Ex.: quelqu'un consultant des horaires de trains sur lesite de la SNCF

Une personne visualisant le contenu d'un base l'aide d'une interface graphique conviviale.

Introduction


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Les programmeurs d'applications

Construisent les interfaces destines aux usagersinteractifs.

Sont spcialistes d'un langage de dfinition etd'interrogation de donnes (ex: SQL).

Exemple : dveloppeur web.

Introduction


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Les administrateurs

Dfinissent (parfois) et maintiennent la base dedonnes.

Possdent plus de droits sur la base. 2 types :

concepteur

administrateur Exemple : vous, la fin de ce cours

Introduction


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Types de Base de Donnes

3 types :

BD personnelles (10 100 Ko)

BD professionnelles (100 Ko 100 G) Trs grande BD (plus de 100 G)

Exemples :

Rpertoire tlphonique Donnes clients d'une PME

SNCF (1,5 To en 2006)

Introduction


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SGBD

Systme de Gestion de Base de Donnes :

But : simplifier la tache des usagers (tout type).

Rle : aide au dveloppement et l'exploitation des BD Caractristiques :

dfinition et programmation de BD

contrle et scurit de BD optimisation des accs la base

fourni : le(s) langage(s) ncessaire(s)(dclaratifs/procduraux) la manipulation des donnes

(lecture & criture). Introduction


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SGBD (suite)

Gestion des couchesphysiques ET logiques

Certains SGBD intgrent des outils connexes:

gnrateurs (de rapport, d'applications, d'interface, etc.) utilitaires (calcul de statistiques, ...)

interface web

outils de fouille de donnes Un administrateur doit parfaitement connatre le

SGBD de sa base.

Historique


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Bref historique

3 grandes phases :

La prhistoire (1950-1970)

La rvolution (1970) L're post-rvolutionnaire

Historique


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Historique : la pr-prhistoire

base sur les fichiers

Chaque application dfinit et gre ses propres

fichiers, relis par des pointeurs Positif: premires ides

Ngatif:

structure du stockage visible dans le code (structen C) dpendance donne/programme (portabilit nulle)

redondance des donnes (taille, maintenance, ...)

Pas de vrai SGBD

Historique


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Historique : la prhistoire (1965-1970)

Approche navigationelle

Systmes hirarchiques et rseaux

A base de fichiers grs par arborescence depointeurs

Positif: plus de redondance, premier vrai SGBD

Ngatif: mlange logique/physique, accsprocduraux (programmation lourde), one-record-at-a-time

Toujours utiliss (SGBD : IDS2, IMS2, PHOLAS)

Historique


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Historique : la rvolution Approche relationnelle

Premier SGBD relationnel en 1980

ide majeure : indpendance des donnes (sparationapplication/implmentation)

Positif: simplicit des concepts de base

existence d'un cadre thorique simple

modle de donnes (respect de l'intgrit)

approche dclarative de haut niveau (SQL)

SGBD performants (accs concurrents, optimisation,pannes)

portabilit des bases et des applications Historique


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Historique : la rvolution (suite)

Ngatif:

types de donnes prdfinis (inadapts aux donnes complexes)

modlisation conceptuelle pauvre

trop grande sparation donnes/opration (les procdures nefont pas parties du modle)

thorie relationnelle pas entirement exploit (ex: contraintesd'intgrit)

grand cart entre SQL et langages de programmation

pas adapt la fouille

La plupart des bases actuelles sont relationnelles (SGBDR :

Oracle, PosgreSQL, DB2, Informix, ...) Historique


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Historique : la nouvelle gnration

Approche post-relationnelle

Pour des applications de + en + complexes

2 grandes familles : approche oriente objet

approche par documents semi-structurs (XML)

Permet une intgration des ides de l'intelligenceartificielle (base de donne dductives)

Pas autant utilise que les SGBDR.

Modlisation des donnes


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Plan de ce cours

Introduction


principes diffrents niveaux

modle entit-relation

SGBD objectifs

fonctionnalits

architectures



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Principe premier : sparerdescription desdonnes et manipulation par des programmes.

description : spcification des structures desdonnes et de leurs types.

manipulation : opration d'interrogation,d'insertion, mise jour, suppression.

Ralisation : norme ANSI-SPARC.



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Dcrire les donnes : dfinitions

Donnes = ensembles relis par des associations(= ensembles de liens).

Exemple : base de donnes cinmatographique

Ensemble des films

Ensemble des acteurs

Association entre les films et les acteurs (ensemble de

liens film acteurs)

dcrire les donnes c'est dfinir ces ensembles vialeur proprits (caractristiques)



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Dcrire les donnes : dfinitions

3 grandes notions :

Type de donne : construction informatique spcifiant unensemble de donnes via leurs caractristiques et les

oprations applicables. Instance : une donne particulire appartenant un type

spcifi + identifiant. Cres par insertion dans la base

Modle de description : spcification d'un ensemble de

types, parfois graphique.

Schma : mise en oeuvre du modle de description l'aided'une langage de description de donnes (LDD).

LDD : souvent algbrique (SQL) ne ncessite pas d'excution.



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Dcrire les donnes : exemples

Le typeEntiermuni des oprations standards del'arithmtique est un type de donne (lmentaire). 12 est uneinstance de ce type.

Le typeFilm avec sesproprits : titre, ralisateur, langues,acteurs, dure, anne, etc. muni d'oprations internes commetraduire est un type compos.

Le film (Usual suspects, Bryan Singer, [anglais,

franais], [Byrne, Spacey, Del Toro], 108, 1994) estune instance du typeFilm dont l'identifiant pourrait tre le

produit cartsien des valeurs de chaqueproprit nomme.

Le type gnriqueEntitavec les proprits p1, p2...pn et les

oprations Crer, Afficher, Modifier, Supprimer. Modlisation des donnes


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Les niveaux d'abstraction

Selon l'ANSI-X3-SPARC, 3 niveaux spcifiantclairement le passage de la vision de chaqueutilisateur la reprsentation en machine.

facilite la construction, la maintenance,l'volution des BD

Les SGBD actuels ont tendance n'utiliser que 2

niveaux MAIS il est important de comprendre ces3 niveaux lors de la phase de conception.



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Le niveau conceptuel(chapitre 2)

Niveau le plus important, dtaill avant mme laralisation de la base.

Il conditionne :

la qualit de la base

les dveloppements au sein du SGBD

la perception que les utilisateurs auront de la BD

il correspond l'explication et la description smantiquedes concepts et des relations du domaine modlis.

Indpendant d'un SGBD, il reflte un ralit cohrentedu domaine ET des acteurs du domaine.



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Le niveau conceptuel (suite)

Le schma conceptuel d'une BD couvre (mini) :

La rfrence aux concepts lmentaires. Ex.: la dured'un film est un entier positif correspondant au nombre

de minutes.

La dfinition des types composs : regroupement desproprits nommes d'un ensemble d'objets. Cetensemble est soit un concept du monde modlis, soit

une association entre concepts. Ex.: suivre Les rgles que doivent respectes les donnes au cours

de leur vie. Ex.: unFilm doit obligatoirement avoir untitre, un acteurdoit avoir jou dans au moins unFilm,

etc. Modlisation des donnes


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Le niveau conceptuel (fin)

Ex. de dfinition de types composs et d'associations

Types d'objets :

FILM(titre, anne, dure, nbPrix, ralisateur)

ACTEUR(nom, prnom, dateNaissance, photo)

Type d'association :

CASTING(FILM, ACTEUR, personnage)

Note : toutes les relations ne sont pas explicits. Par exemple, deuxacteurs peuvent tre en relation parce qu'ils ont jou dans le mme film.

L i i



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Le niveau interne(Cours de Master 1)

Niveau le plus proche de l'implmentation

Concerne la faon dont les donnes sont stockes.

La dfinition du schma interne est doncfortement li au choix du SGBD.

Contenu :

les fichiers contenant les donnes

les articles de ces fichiers (leur longueur, mode deplacement, etc.)

le mode d'accs ces articles

Drive du schma conceptuel.



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Le niveau interne

Exemple de schma interne possible pour leschma conceptuel de filmographie.



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Le niveau externe(chapitre 4)

Le niveau externe spcifie des vues diffrentesassocie aux diffrents groupes d'utilisateurs.

Eloign du niveau interne, dpendant du niveauconceptuel.

On dfinit donc 1 ou plusieurs schmas externes.Chaque schma dfinit la manire dont un

utilisateur peroit la base dans ses applications. Il spcifie les droits d'accs.

L i t



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Le niveau externe

Exemples de schmas externes possibles pour leschma conceptuel de filmographie



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Les trois niveaux (fin)

Les schmas externes dpendent fortement duschma conceptuel : impossibilit de dfinir certainesvues le gros du travail (et des difficults) est auniveau conceptuel.

Figure gnrale de l'ANSI-SPARC :



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Le modle entit-relation

But : raliser un schma conceptuel

Permet : description visuelle des entits (=typesd'objets) et de liens entre elles (= relations)

Notion principale : agrgation (= la constructiond'un objet complexe/compos l'aide d'objets

plus lmentaires).

monde = distinction entre agrgations dedonnes lmentaires (entits) et des liaisonsentre ces entits (=relations)

Entit = agrgation d'attributs (nomms et typs)



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Modle entit-relation : exemple

Spcifier un schma conceptuel revient (presque) fournirun modle entit-relation et le prciser par diversesinformations.

Obj tif d SGBD

SGBD


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Objectif des SGBDs

Nous avons vu le rle des SGBD, nous verrons leursprincipes permettant de mettre en oeuvre leursobjectifs.

Ces principes dpendent fortement des trois niveauxd'abstraction : l'objectif principal est la gestion desdonnes en respectant l'indpendance des

programmes aux donnes, tant aux niveaux logiques

que physique. Langages de haut niveau : quoi VScomment.

S'adressent au niveau logique, stock dans ledictionnaire des donnes.

SGBD


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Indpendance physique

Si modification du schma interne alors lesprogrammes d'applications ne sont pas modifis.

Modifier les proprits de stockage ne doit pasmodifier le schma conceptuel.

Ex.: ajouter un index dans un fichier, fusionnerdeux fichiers, changer le codage des donnes, ...

L'inverse n'est pas vrai.

SGBD


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Indpendance logique

Le schma conceptuel rsulte d'une synthse de la visiond'un ensemble (de groupes) d'usagers : les entits et leursrelations sont un consensus.

Or, un groupe d'usagers doitpouvoir modifier son schma

externe sans modifier le schma conceptuel. Avantages :

chaque groupe voit les donnes comme il veut

un groupe peut faire voluer sa visions sans en faireptir les autres (pas toujours possible)

l'inverse (ajout d'attributs, d'entits, d'associations auschma conceptuel) doit aussi tre (partiellement) possible.

Manipuler avec des langages non-SGBD


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Manipuler avec des langages non-procduraux

Un usagers voit les donnes indpendamment de leurimplmentation machine.

Manipulation des donnes (au moins consultations)

affranchie du schma interne. Le moyen d'accder et de mettre jour les donnes est

le problme du SGBD.

Langages de (trs) haut niveau utiliss : s'adresser la base via entits, relations et proprits.

Bass sur logique du premier ordre et algbre.

plusieurs classes (suivant usagers).

SGBD


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Administration des donnes

Vie d'une BD :

1 description (3 niveaux)

2 cration

3 volution

Des outils d'administration des donnes doiventtre disponibles.

Ex: un administrateur doit pouvoir rgulirementcontrler les donnes, la rsolution de conflitentre vues, etc.

Efficacit des accsSGBD


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Efficacit des accs

Mesures : dbit (nombre de transactions types par seconde)

temps de rponse (temps moyen pour une requte type)

Objectif des SGBD : tre bons Les petites requtes ne doivent pas attendre la fin

des grandes (cfcours desystme d'exploitation).

Problme majeur : accs disque (10 ms).Ex. de solution : tampons en mmoire vive.

Autre problme : les langages de haut niveau (cfcours de traduction et smantique).

SGBD


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Cohrence des donnes

Respect des proprits lmentaires.

Ex.: la dure d'un film est positive.

La modification (ou sa suppression) d'une donnemne reconsidrerd'autres donnes.

Ex: enlever un acteur de la base implique enlever lesdonnes de type Casting associes.

Un SGBD doit veiller cette cohrence, mise enoeuvre l'aide de contraintes d'intgrit et detriggers (chapitre 4).

Partage et scurit

SGBD


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Partage et scurit

Les donnes sont accessibles simultanment parplusieurs usagers, de manire transparente (cf SE)

Transaction : programme consultant ou modifiant unebase dont l'excution est indivisible.

Ex.: rservation d'un billet de train

2 transactions concurrentes ne doivent pas treemmles (cohrence, mais pas toujours

possible). Scurit :

restauration l'identique aprs une panne (unetransaction est soit pas excute, soit excute).

gestion des droits d'accs.

Fonctionnalits des SGBD


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Pour atteindre les objectifs prcdents, les SGBDintgrent de nombreuses fonctionnalits.

Ce qui suit ne reprsente que des exemples

simples (liste non-exhaustive).

Description des donnesFonctionnalits des SGBD


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p(chapitre 4)

Rserve aux administrateurs Le SGBD a un langage pour dcrire les donnes aux 3 niveaux

(de + en + souvent graphique).

Les 3 niveaux peuvent tre partiellement rfrencs dans le

dictionnaire des donnes, avec le mode de passage d'un niveau l'autre.

Exemple en SQL :

CREATE TABLE Film (titre TEXT, annee DATE, duree

INTEGER, nbPrix INTEGER, realisateur VARCHAR);

CREATE INDEX idxOnAnnee ON Film (annee);

A chaque instructions est associe des contrles d'intgrit.Ex.: il ne doit pas dj exister de table nomme Film.

Interrogation de donnesFonctionnalits des SGBD


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g(ds le premier TP, chapitre 3)

fonctionnalit majeure langage assertionnelle (dans SGBD) pour retrouver

des donnespar leur contenu, en fonction du schmaconceptuel, condition d'tre disponibles dans le

schma externe en question. SQL se base sur la notion de qualification (= une

expression logique de critres simples). Les donnes

sont alors comparables (entre elles, avec une valeurdonne, ...)

Une autre fonctionnalit : la navigation dans lesdescriptions (parcours d'association)



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Interrogation de donnes : exemples

Slection des titres de films ayant t tourns aprs 1997:

SELECT titre

FROM Film

WHERE annee > TO_DATE('1997',yyyy);

Slection du nombre de prix de chaque film, indiqu parson titre, dont ce titre contient le mot suspect:

SELECT titre, nbPrixFROM Film

WHERE titre LIKE '%suspect%';



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Ajout et mise jour

Un SGBD doit permettre l'ajout, la modificationet la suppression de donnes en maintenant lacohrence.

La modification est souvent prcde d'uneinterrogation de la base.

Lors d'une suppression, des consquences en

cascade peuvent intervenir : le SGBD doitpermettre de spcifier le comportement dumodle dans de tel cas.



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Ajout et mise jour : exemples

Modification de la description d'une entit

ALTER TABLE Acteur ADD (initiales VARCHAR);

Ajout d'un Film

INSERT INTO Film ('Into the wild', TO_DATE('2008',yyyy), 147,0, 'Penn');

Ajout des initiales pour chaque acteur (modification de donnes)

UPDATE TABLE Acteur

SET initiales=FIRST(nom) + '.' + FIRST(prenom) + '.';

Suppression de donnes

DELETE FROM Casting WHERE personnage='Popeye';

Transformation de donnes



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Transformation de donnes

Dans un SGBD 3 niveaux d'abstraction il existe 2niveaux de transformation :

conceptuel interne (et rciproquement)

conceptuel externe (et rciproquement) S'appuient sur les rgles de correspondance entre

les 3 niveaux, tablies par les concepteurs lors de ladfinition des schmas.

La dfinition de ces rgles est ralise l'aide derequtes, implicites au niveau des schmas.

Transformation de donnes : exempleFonctionnalits des SGBD


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55 Fonctionnalits des SGBD


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Gestion de l'intgrit

Un SGBD maintient la cohrence de la base condition que les rgles de cohrence soientexplicites :

1 chaque instance d'entit est muni d'un identifiantunique (contrainte de cl primaire)

2 Une relation associe deux entits (contrainterfrentielle)

3 les valeurs des attributs d'entits doivent appartenir un type donn (contrainte de domaine).

D'autres contraintes existent.

Architectures principales


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Pour atteindre ces objectifs, plusieurs existent.

Celle de l'ANSI-SPARC est une architectureidale.

Actuellement les SGBD ont presque tous unearchitecture client/serveur

Architecture ANSI-SPARC



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processeur: compile et vrifie les schmas et les rglesde correspondance entre eux. S'il n'y a pas d'erreur lersultat est stock dans le dictionnaire.

interfaces :

lieu de cration des schmas et de la dfinition descorrespondances

lieu d'accs aux donnes

limitations :

suppose l'existence d'unebase unique

trop grande distinction langage de description / demanipulation

limites thoriques de mise jour des vues

Architecture ANSI-SPARC



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A hi f i ll l i



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Architecture fonctionnelle classique

Les niveaux interne et conceptuel fusionnent : levritable niveau conceptuel est raliser via desoutils externes au SGBD.

mtabase = dictionnaire de donnes sous formede base de donnes.

Architecture fonctionnelle classique



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Q l bibli hi


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Quelques repres bibliographiques

La bible francophone : Bases de donnes,Georges Gardarin, ditions Eyrolles

Le site web de l'auteur :

http://georges.gardarin.free.fr/Livre%20BD.htm Anglophone : Rdb: A Comprehensive Guide

(Broch), Ken England, Lilian Hobbs, Ian Smith.

Plein de sites web tutoriels sur Oracle.
http://georges.gardarin.free.fr/Livre%20BD.htmhttp://georges.gardarin.free.fr/Livre%20BD.htm

Documents

Base de Données_Cours