Wprowadzenie do baz danych

Literatura

M. Muraszkiewicz, H. Rybiński: Bazy danych. Warszawa, 1993. J. D. Ullman: Systemy baz danych. WNT, Warszawa 1988.

Pojęcie bazy danych

Czym jest baza danych

• pamięć trwaÅ‚a danych (persistant data)

• okreÅ›lona struktura i reguÅ‚y integralnoÅ›ci

Cele użytkowania b.d.

• niezawodność zapisu

• integralność danych

• sprawność zapytaÅ„

• wygodne interfejsy

• wielodostÄ™p

• zabezpieczenia dostÄ™pu

System zarzÄ…dzania bazÄ… danych (DBMS)

• izoluje programy od reprezentacji fizycznej

• sÅ‚ownik danych

• jÄ™zyk opisu danych

• extended dictionary

• mechanizmy dostÄ™pu:

• jÄ™zyk zapytaÅ„ i manipulacji danymi

• optymalizacja dostÄ™pu

• mechanizmy ochrony:

• autoryzacja dostÄ™pu

• ochrona spójnoÅ›ci

• mechanizmy do odtwarzania po awarii

• wielodostÄ™p i dostÄ™p przez sieć

• zarzÄ…dzanie transakcjami

• klient-serwer

• mechanizmy dla rozproszonych b.d.

• narzÄ™dzia do budowy interfejsów:

• narzÄ™dzia do zapytaÅ„ interakcyjnych

• dostÄ™p z jÄ™zyków 3GL

• specjalizowane narzÄ™dzia 4GL

Przykładowe zastosowania baz danych

• systemy finansowo-ksiÄ™gowe

• systemy rezerwacji (np. lotniczej)

• systemy wspomagajÄ…ce zarzÄ…dzanie

• CAD (Computer Aided Design)

• GIS (Geographical Information Systems)

Składniki działającego systemu b.d.

• struktura danych

• reguÅ‚y integralnoÅ›ci

• dane

• aplikacja:

• formularze

• raporty

• programy przetwarzajÄ…ce

• zapytania ad-hoc

Języki dostępu

• budowa:

• proceduralne

• nieproceduralne

• typ dostÄ™pu:

• nawigacyjne (rekord bieżący)

• zwracajÄ…ce struktury (np. tabele)

Alternatywy dla b.d.

• systemy plikowe (flat files):

• sekwencyjne (SAM)

• indeksowo-sekwencyjne (ISAM)

• z dostÄ™pem bezpoÅ›rednim

• jÄ™zyk Cobol

Modele baz danych

Podział zadań w projektowaniu b.d.

• użytkownik -- odbiorca systemu

• analityk

• projektant

• programista

• administrator b.d. (DBA)

Model zewnętrzny

• opisuje ¶wiat z punktu widzenia użytkowników b.d.

• może istnieć wiele modeli zewnÄ™trznych tej samej rzeczywistoÅ›ci

• nie musi być zwiÄ…zany z konkretnym modelem danych

Model pojęciowy (konceptualny)

• tworzony przez analityków

• opisuje Å›wiat w kategoriach konkretnego modelu danych

• abstrahuje od szczegółów implementacji

• odpowiada na pytanie "co?" a nie "jak?"

Model logiczny

• tworzony przez projektantów b.d.

• opisuje projekt struktury w kontekÅ›cie konkretnej implementacji

• model struktury zgodny z modelem danych, a nie z ich fizycznÄ… reprezentacjÄ…

• może zawierać parametry dotyczÄ…ce reprezentacji fizycznej, np.:

• partycjonowania danych

• alokacji pamiÄ™ci

Reprezentacja fizyczna

• tworzona przez SZBD

• izolowana od aplikacji przez SZBD

• zarzÄ…dzana przez administratora

• Modele danych

Model hierarchiczny

Cechy podstawowe

• struktura danych ma postać drzewa

• wÄ™zÅ‚y -- typy opisywanych obiektów

• Å‚uki -- zwiÄ…zki typu ojciec-syn

• drzewo jest uporzÄ…dkowane, tj. na każdym poziomie kolejność wÄ™złów jest okreÅ›lona

• opis obiektu (rekord) zbudowany z pól zawierajÄ…cych dane opisujÄ…ce obiekt

• zwiÄ…zki zrealizowane jako wskaźniki

Przykład

Hierarchiczna struktura danych

Języki obsługi

• o charakterze nawigacyjnym

• operacje typu:

• GET LEFTMOST typ WHERE warunek

• GET NEXT typ

Ograniczenia

• nie ma zwiÄ…zków typu n-m (np. oddziaÅ‚y pomieszane w kilku budynkach)

• tylko jeden rodzaj zwiÄ…zku miÄ™dzy dwoma typami obiektów

• dodatkowe zwiÄ…zki
  (np. pracownik-budynek):

• dodatkowe drzewa hierarchii

• odsyÅ‚acze do rekordów "oryginaÅ‚u"

Znaczenie praktyczne

• system IBM IMS (1978)

• bardzo wielkie dane zgromadzone

• poprzednik użyty w programie Apollo

• nowych projektów nie robi siÄ™

Model sieciowy

Cechy podstawowe

• struktura danych ma postać grafu (sieci)

• wierzchoÅ‚ki grafu -- typy obiektów

• Å‚uki w grafie -- wiÄ…zania miÄ™dzy typami

• opis obiektu (rekord) zbudowany z pól zawierajÄ…cych dane opisujÄ…ce obiekt

• reprezentacja wiÄ…zaÅ„ (wskaĽniki):

• odesÅ‚anie bezpo¶rednie (jednowart.)

• odesÅ‚anie inwersyjne (wielowart.)

• wiÄ…zanie codasylowe

Realizacja wiązań -- model DBTG CODASYL

• rekordy powiÄ…zane stanowiÄ… kolekcjÄ™ (set)

• jeden rekord nadrzÄ™dny

• wiele rekordów podrzÄ™dnych

• kolekcja realizowana jako lista zamkniÄ™ta

• brak bezpo¶redniej reprezentacji
  wiązań n-m

Języki obsługi

• jÄ™zyki manipulowania -- nawigacyjne

• CODASYL: jÄ™zyk definiowania danych pozwala okreÅ›lić sposób automatycznego wÅ‚Ä…czania rekordów do kolekcji

Przykłady

Więzy i ich realizacja w CODASYL

Sposób realizacji wiązania m-n

Znaczenie praktyczne

• system IDS (General Electric)

• obecnie raczej nie używany

Model relacyjny

Cechy podstawowe

• dane zawarte w tabelach

• tabele skÅ‚adajÄ… siÄ™ z kolumn

• liczba kolumn i typy -- staÅ‚e

• liczba wierszy zmienna

• wiersze nie majÄ… tożsamoÅ›ci innej niż wynikajÄ…ca z zawartoÅ›ci kolumn

• zwiÄ…zki pomiÄ™dzy wierszami tabel -- zdefiniowane poprzez zależnoÅ›ci miÄ™dzy wartoÅ›ciami wybranych kolumn, tzw. kluczy (nie ma wskaźników)

• z punktu widzenia teorii model można opisać algebrÄ… relacji miÄ™dzy zbiorami atrybutów

Języki obsługi

• nieproceduralne: SQL, Sequel, QUEL, QBE

• proceduralne: xBase

Znaczenie praktyczne

• model dominujÄ…cy w zastosowaniach komercyjnych

• przykÅ‚ady SZBD: Oracle, Informix, Sybase, Ingres, DB2, Progress, Gupta, Access, dBase, Paradox

Przykład

Przykładowy schemat danych -- związek 1-n

# Id * Nazwa * Id

departamentu oddziału

... ... ...

# Id * Nazwisko * o Stanowisko * Id

pracownika ImiÄ™ departamentu

... ... ... ... ...

Realizacja relacyjna

Ograniczenia

• brak bezpoÅ›redniej reprezentacji
  związków n-m

• dla trudniejszych problemów
  -- bardzo wiele tabel

• maÅ‚o naturalna reprezentacja danych

• ograniczona podatność na zmiany

• trudne operowanie na zÅ‚ożonych obiektach -- dane rozproszone w wielu tabelach

• brak zÅ‚ożonych typów danych

• model maÅ‚o wygodny dla zastosowaÅ„
  CAD, GIS itp.

Model obiektowy (object-oriented)

Cechy podstawowe

• obiekt w bazie reprezentuje obiekt w Å›wiecie zewnÄ™trznym

• typ obiektowy (klasa):

• definicja zÅ‚ożonego typu danych (może zawierać inne typy obiektowe lub ich kolekcje)

• procedury (metody) i operatory do manipulowania tymi danymi

• tożsamość obiektu jest niezależna od zawartoÅ›ci danych

• dziedziczenie (inheritance):

• strukturalne: potomek dziedziczy strukturÄ™ danych

• behawioralne: potomek dziedziczy metody i operatory

Cechy dodatkowe

• enkapsulacja: wnÄ™trze obiektu dostÄ™pne jedynie w sposób w nim zdefiniowany

• polimorfizm: tak samo nazwane metody i operatory dziaÅ‚ajÄ… swoiÅ›cie w zależnoÅ›ci od klasy obiektu

Przykład

Model obiektowy -- zawieranie i dziedziczenie

Zalety modelu

• dość naturalna reprezentacja Å›wiata

• Å‚atwość dziaÅ‚ania na zÅ‚ożonych obiektach

• duża podatno¶ć na zmiany

Znaczenie praktyczne

• w zastosowaniach naukowych lub eksperymentalnych

• przykÅ‚ady systemów: GemStone, O2

• przewidywana ewolucja baz relacyjnych w kierunku obiektowo-relacyjnych

Relacyjne bazy danych

Literatura

C. Delobel, M Adiba: Relacyjne bazy danych. WNT, Warszawa 1989. M. Muraszkiewicz, H. Rybiński: Bazy danych. AOW, 1993. W. Harris: Bazy danych nie tylko dla ludzi biznesu. WNT, 1994. K. Subieta: Ingres. AOW PLJ, 1994. Wellesley Software: SQL. Język relacyjnych baz danych. WNT. M. Gruber: SQL. Helion, 1996. Ulka Rodgers: Oracle. Przewodnik projektanta baz danych. WNT, 1995. J. Gnybek: Oracle łatwiejszy niż przypuszczasz. Helion, 1996. R. Barker: CASE*Method. Modelowanie związków encji. WNT, 1996.

Podstawy teoretyczne modelu relacyjnego

Pojęcie relacji

• rozważamy model pojÄ™ciowy

• cechy rzeczywistoÅ›ci opisane sÄ… w atrybutach

• schemat relacji to zbiór nazw atrybutów:
  

• warto¶ci atrybutów należą do dziedzin:
  

• relacja na schemacie S to podzbiór iloczynu kartezjaÅ„skiego dziedzin atrybutów:
  

• relacja jest zbiorem krotek:
  

• zbiór krotek może być reprezentowany jako tabela:

• kolumny odpowiadajÄ… nazwom atrybutów

• wiersze odpowiadajÄ… krotkom

Relacyjna baza danych

• schemat relacyjnej bazy danych jest zbiorem schematów relacji

• relacyjna baza danych jest zbiorem relacji speÅ‚niajÄ…cych warunki integralnoÅ›ci dla każdej relacji i miÄ™dzy relacjami

Klucze

• klucz relacji K = zbiór atrybutów, które jednoznacznie wyznaczajÄ… krotkÄ™:
  
  
  gdzie ki[K] oznacza podkrotkÄ™ zawierajÄ…cÄ… tylko atrybuty z klucza K

• klasyfikacja kluczy:

• klucze wÅ‚a¶ciwe: żaden podzbiór wÅ‚a¶ciwy klucza wÅ‚a¶ciwego nie jest kluczem

• klucz główny: jeden z kluczy wÅ‚a¶ciwych relacji, wybrany do identyfikowania krotek

• klucze wykrywa siÄ™ analizujÄ…c opisywany ¶wiat, a nie dostÄ™pne dane!

• przykÅ‚ad:

• id pracownika jest kluczem

• nazwisko nie jest kluczem

• nazwisko + imiÄ™ + data urodzenia + imiÄ™ ojca -- jest kluczem

• Operacje na relacjach

Selekcja

• selekcja = wybór krotek (wierszy):
  
  
  gdzie w jest warunkiem selekcji

• selekcja jest komutatywna:
  
  

Projekcja (rzut)

• projekcja = wybór atrybutów (kolumn):
  
  

• gdzie S' jest podzbiorem schematu S

• projekcja jest wzajemnie komutatywna z selekcjÄ…:
  
  
  o ile warunek selekcji ma sens po projekcji, tj. dotyczy tylko atrybutów wybranych w projekcji

Operacje teoriomnogo¶ciowe

• dotyczÄ… relacji opartych na identycznych schematach:

• suma

• iloczyn

• różnica

ZÅ‚Ä…czenie

• operacja na dwóch relacjach -- podzbiór iloczynu kartezjaÅ„skiego dwóch relacji:
  
  
  gdzie w jest warunkiem złączenia

• krotki zÅ‚Ä…czenia stanowiÄ… sklejenie (konkatenacjÄ™) krotek relacji zÅ‚Ä…czanych

• rodzaje zÅ‚Ä…czeÅ„:

• równo¶ciowe -- warunek równo¶ciowy

• naturalne -- równo¶ciowe i nazwy atrybutów zgodne

Rachunki relacji

• algebra relacji -- oparta na w/w operacjach

• rachunek predykatów -- okre¶la siÄ™ schemat relacji wynikowej i kwalifikatory (predykaty) okre¶lajÄ…ce warunki

• rachunek krotek

• rachunek dziedzin

• algebra relacji prowadzi do jÄ™zyków proceduralnych

• rachunek predykatów prowadzi do jÄ™zyków deklaratywnych

Zależno¶ci semantyczne w relacyjnej bazie danych

Ograniczenia integralno¶ci

• ¶wiat rzeczywisty opisujÄ… tylko te z możliwych relacji, które speÅ‚niajÄ… zależno¶ci semantyczne istniejÄ…ce w modelowanym ¶wiecie

• zależno¶ci w b.d. modeluje siÄ™ jako tzw. ograniczenia integralno¶ci (integrity constraints)

• zależno¶ci semantyczne wykrywa siÄ™ analizujÄ…c opisywany ¶wiat, a nie dostÄ™pne dane!

Rodzaje zależno¶ci

• ograniczenia dotyczÄ…ce atrybutu

• obowiÄ…zkowo¶ć

• ograniczenia warto¶ci

• ograniczenia dotyczÄ…ce jednej relacji

• funkcyjne (functional dependency)

• wielowarto¶ciowe (multivalued )

• zależno¶ci miÄ™dzy relacjami

• referencyjne -- zgodno¶ć warto¶ci wybranych atrybutów

• Zależno¶ci funkcyjne

• zbiór atrybutów Y jest zależny funkcyjnie od zbioru X gdy z każdÄ… konfiguracjÄ… warto¶ci atrybutów z X jest zwiÄ…zana co najwyżej jedna konfiguracja warto¶ci z Y:
  
  

• przykÅ‚ad:

• imiÄ™ zależy funkcyjnie od id pracownika

• id nie zależy funkcyjnie od imienia

• imiÄ™ nie zależy funkcyjnie od nazwiska

• aksjomaty Armstronga -- pozwalajÄ… znaleĽć nowe zależno¶ci funkcyjne na podst. już znalezionych:

• 
  -- zwrotno¶ć

• 
  -- rozszerzenie

• 
  
  -- przechodnio¶ć

• każdy atrybut i caÅ‚y schemat zależą funkcyjnie od klucza

• zależno¶ć tranzytywna A od X:

• 
  

Zależno¶ci wielowarto¶ciowe

• zbiór atrybutów Y jest zależny wielowarto¶ciowo od zbioru X gdy z każdÄ… konfiguracjÄ… warto¶ci atrybutów z X jest zwiÄ…zany zbiór konfiguracji warto¶ci z Y niezależnie od warto¶ci pozostaÅ‚ych atrybutów:
  
  
  gdzie
  
  (znaczy to, że można wymienić czę¶ci krotek: X i Y z k1 i resztę z k2)

• najważniejsze wÅ‚asno¶ci:

• 
  

• 
  

• relacja RS daje siÄ™ rozÅ‚ożyć w sposób odwracalny na dwie: RXY i RXZ

• istnieje odpowiednik aksjomatów Armstronga dla zależno¶ci wielowarto¶ciowych

• przykÅ‚ad:

• podrÄ™czniki nie zależą od wykÅ‚adowców

• nie ma zależno¶ci funkcyjnych

• zachodzÄ… zależno¶ci
  
  i
  (zawsze para!)

• można zamienić czę¶ci krotek ZP i W

• można rozÅ‚ożyć na: ZW, ZP

Zajęcia Wykładowca Podręcznik

Normalizacja

Redundancja

• redundancja polega na powtarzaniu

• wady redundancji:

• anomalie

• konieczno¶ć utrzymania spójno¶ci kopii

• marnowanie miejsca

Anomalie

• rodzaje:

• istnienia

• wstawiania

• usuwania

• modyfikacji

• przykÅ‚ad:

ImiÄ™ Nazwisko Nr depart. Nazwa

depart.

Rozkład relacji i normalizacja

• redundancjÄ™ usuwa siÄ™ przez rozkÅ‚ad relacji

• rozkÅ‚ad odwracalny: można odwrócić przez naturalne zÅ‚Ä…czenie

• rozkÅ‚ad relacji powinien doprowadzić do tzw. postaci normalnej

• rozkÅ‚ad relacji nie powinien powodować utraty zależno¶ci istniejÄ…cych w relacji pierwotnej

Pierwsza postać normalna

• relacja jest w 1NF gdy wszystkie atrybuty sÄ… atomowe -- prostych typów

• 1NF jest wymogiem dla rachunku relacyjnego, a wiÄ™c i jÄ™zyków zapytaÅ„

• kontrprzykÅ‚ady:

• atrybut tablicowy

• zbiór

• Uwaga: Dalej bÄ™dzie mowa jedynie o relacjach speÅ‚niajÄ…cych 1NF

Druga postać normalna

• relacja jest w 2NF gdy każdy atrybut niekluczowy (nie należący do klucza wÅ‚a¶ciwego) jest zależny funkcyjnie od caÅ‚ego klucza wÅ‚a¶ciwego

• przyczynÄ… braku 2NF jest zwykle bÅ‚Ä™dne poÅ‚Ä…czenie danych

• kontrprzykÅ‚ad: spis przepustek

• nazwisko zależy funkcyjnie od id prac., czyli od fragmentu klucza

• rozkÅ‚ad IB, IN doprowadza do 2NF

# Id prac. # Budynek Nazwisko

Trzecia postać normalna

• relacja jest w 3NF gdy

• jest w 1 NF i

• każdy atrybut niekluczowy jest bezpo¶rednio zależny funkcyjnie od caÅ‚ego klucza wÅ‚a¶ciwego

• możliwe przypadki naruszenia 3NF:

• naruszenie 2NF

• istnienie zależno¶ci tranzytywnej (a wiÄ™c niebezpo¶redniej) od klucza wÅ‚a¶ciwego

• przyczynÄ… braku 3NF jest zwykle bÅ‚Ä™dne poÅ‚Ä…czenie danych

• 3NF jest zazwyczaj wystarczajÄ…ca dla usuniÄ™cia praktycznie ważnych anomalii

• każdy schemat można doprowadzić do 3NF zachowujÄ…c:

• zależno¶ci

• odwracalno¶ć rozkÅ‚adu

• kontrprzykÅ‚ad

• jest 2NF, bo klucz jest jednoatrybutowy

• zależno¶ć tranzytywna: I S P
  (pensja zależy funkcyjnie od stanowiska)

• rozkÅ‚ad INS, IP doprowadza do 3NF

# Id Nazwisko Stanowisko Pensja

prac.

Postać normalna Boyce-Codda

• relacja jest w BCNF gdy każda nietrywialna zależno¶ć funkcyjna jest zależno¶ciÄ… od klucza (niekoniecznie wÅ‚a¶ciwego)

• w BCNF zależno¶ci tranzytywne nie istniejÄ… w ogóle

• nie każdy schemat można doprowadzić do BCNF z zachowaniem zależno¶ci

• kontrprzykÅ‚ad: relacja w 3NF z anomaliami:

• istniejÄ… tu klucze: MU, UK
  (nazwy ulic mogą się powtarzać w różnych miastach, zakładamy że nazwy miast się nie powtarzają)

• wystÄ™pujÄ… zależno¶ci:
  

• anomalie: usuwajÄ…c ulicÄ™ możemy utracić informacjÄ™ o mie¶cie

• schemat jest w 3NF: brak atrybutów niekluczowych

• schemat nie jest w BCNF: K nie jest kluczem

• schemat jest nierozkÅ‚adalny do BCNF bez utraty zależno¶ci
  

• Miasto Ulica Kod

• najczę¶ciej zależno¶ci prowadzÄ…ce do braku BCNF nie sÄ… istotne z punktu widzenia projektu

Czwarta postać normalna

• relacja jest w 4NF gdy je¶li każda nietrywialna zależno¶ć wielowarto¶ciowa jest zależno¶ciÄ… od klucza (niekoniecznie wÅ‚a¶ciwego)

• schemat doprowadza siÄ™ do 4NF przez rozkÅ‚ad

• kontrprzykÅ‚ad:

• istniejÄ… zależno¶ci
  
  i
  

• nie ma zależno¶ci funkcyjnych

• jest wiÄ™c BCNF

• wystÄ™puje nadmiar informacji: powtórzone dane podrÄ™czników i wykÅ‚adowców

• rozkÅ‚ad ZW, ZP doprowadza do 4NF

Zajęcia Wykładowca Podręcznik

Związki między postaciami normalnymi

4NF => BCNF => 3NF => 2NF => 1NF

Projektowanie schematów relacyjnych

Model pojęciowy

Cele modelowania pojęciowego

• precyzyjne okre¶lenie zakresu projektu

• modelowanie informacji:

• niezbÄ™dnej dla dziaÅ‚ania organizacji

• niezależnie od implementacji

• wg okre¶lonego modelu danych

Diagramy związków encji (ERD)

• elementy:

• encje

• atrybuty encji

• zwiÄ…zki

• unikalne identyfikatory

• ważne sÄ… konwencje!

Przykład diagramu ERD

Encje

• model rzeczy, osób itp.:

• o których chcemy przechowywać informacje

• które majÄ… tożsamo¶ć

• nazwa: rzeczownik w l.poj., wielkie litery

• PrzykÅ‚ady:

• produkt (towar), przedmiot

• osoba, pracownik, klient

• dokument, pozycja dokumentu

• Atrybuty

• okre¶lajÄ… cechy rzeczy, osób itp.:

• identyfikujÄ…

• opisujÄ…

• podajÄ… ilo¶ci

• klasyfikujÄ…

• sÄ… prostego (atomowego) typu

• muszÄ… mieć precyzyjne nazwy

• PrzykÅ‚ady:

• kod towaru, nazwa

• nr identyfikacyjny, imiÄ™, nazwisko, adres

• cena, warto¶ć, rodzaj pÅ‚atno¶ci

Rodzaje atrybutów

• obowiÄ…zkowe (*)

• opcjonalne (o)

• ZwiÄ…zki

• pokazujÄ… zależnoÅ›ci miÄ™dzy encjami

• powinny być obustronnie nazwane

• nie zapisuje siÄ™ sposobu realizacji

Cechy związków

• opcjonalność:

• obowiÄ…zkowy

• opcjonalny

• stopieÅ„:

• jeden (1)

• wiele (n)

• transferowalno¶ć

• zwiÄ…zki rekurencyjne

Poprawność związków

• zwiÄ…zki 1-1 sÄ… podejrzane

• zwiÄ…zki obustronnie obowiÄ…zkowe sÄ… podejrzane

• zwiÄ…zki rekurencyjne muszÄ… być obustronnie opcjonalne

• zwiÄ…zki n-m powinny zostać rozbite:

ZwiÄ…zek n-m i jego rozbicie

Identyfikacja encji

Unikalne identyfikatory

• każda encja powinna posiadać przynajmniej jeden unikalny identyfikator

• możliwe skÅ‚adniki:

• atrybuty

• zwiÄ…zki

• atrybuty i zwiÄ…zki

• pierwotny UID:

• identyfikuje wszystkie wystÄ…pienia encji

• wszystkie skÅ‚adniki obowiÄ…zkowe

• przykÅ‚ad: numer id pracownika

• wtórne UID:

• do celów kontrolnych

• skÅ‚adniki mogÄ… być opcjonalne

• przykÅ‚ady: PESEL, nazwisko+imiÄ™+data urodzenia+imiÄ™ ojca

Pożądane cechy pierwotnego UID

• niezmienno¶ć

• Å‚atwo¶ć wyznaczenia warto¶ci

• czytelno¶ć

• niewielka zÅ‚ożono¶ć

Przykłady

UID faktury: atrybuty
UID pozycji: zwiÄ…zek + atrybut (sequence in parent)

UID lokalizacji: tylko zwiÄ…zki

Typowe konstrukcje

Master - detail

• typowa struktura dokumentu:

• nagłówek

• pozycje

• zwiÄ…zek obowiÄ…zkowy po stronie detail

• UID detalu: zwiÄ…zek + atrybut (najczę¶ciej sequence in parent)

Struktura master - detail: faktura-pozycja
Klasyfikacja: faktura-płatno¶ć
SÅ‚ownik: pozycja-towar

SÅ‚owniki

• stosuje siÄ™ by uniknąć powtarzania danych

• przykÅ‚ady: spis klientów, spis towarów

Klasyfikacja

• encjÄ™ dla klasyfikacji stosuje siÄ™, gdy:

• klasyfikacja ma być ograniczona

• sÅ‚ownik klasyfikacji ma być zmienny

• przykÅ‚ady: rodzaje pÅ‚atno¶ci, grupy towarów, kolory

• kontrprzykÅ‚ady: dni tygodnia, pÅ‚eć

¦ledzenie zmienno¶ci

• do ¶ledzenia zmienno¶ci atrybutu tworzy siÄ™ dodatkowÄ… encjÄ™

• nie należy używać konstrukcji z atrybutami: warto¶ć1, warto¶ć2, warto¶ć3,...

Zapis zmian stanowiska pracownika

ZwiÄ…zki wykluczajÄ…ce siÄ™

• zapisuje siÄ™ za pomocÄ… konwencji "Å‚uku"

• Å‚uk może być:

• obowiÄ…zkowy: jeden zwiÄ…zek zachodzi

• opcjonalny: zachodzi jeden lub żaden

ZwiÄ…zki wykluczajÄ…ce siÄ™ (Å‚uk obowiÄ…zkowy)

Drzewo

• stosowane np. do opisu hierarchii

• modelowane jako zwiÄ…zek rekurencyjny obustronnie opcjonalny

ZwiÄ…zek rekurencyjny -- hierarchia

Graf

• stosowany np. do opisu struktur materiaÅ‚owych: skÅ‚adnik--produkt

• może być reprezentowany przez zwiÄ…zek rekurencyjny n-m

• reprezentacja ostateczna:

• wÄ™zÅ‚y -- encja "pierwotna"

• Å‚uki -- dodatkowa encja

• dwa zwiÄ…zki 1-n

Reprezentacje grafu materiałów:
w postaci zwiÄ…zku rekurencyjnego n-m
i w postaci dwóch encji

Lista

• nie stosuje siÄ™ wskaĽników

• pozycje listy oznacza siÄ™ numerami kolejnymi

Projekt logiczny

Cele projektowania logicznego

• zaprojektowanie:

• struktur danych

• ograniczeÅ„ integralno¶ci

• obudowy proceduralnej (wyzwalacze)

• perspektyw

• rozwiÄ…zaÅ„ dla przetwarzania rozproszonego

• bierze siÄ™ pod uwagÄ™ konkretny SZRBD

Przekształcenie modeli pojęciowy logiczny

• encje tabele

• nazwy tabel -- w liczbie mnogiej

• usuwamy znaki narodowe z nazw obiektów b.d.

• atrybuty kolumny

• typy z SZRBD

• obowiÄ…zkowo¶ć wiÄ™zy not null

• pierwotne UID klucze główne

• wtórne UID ograniczenia unikalno¶ci

• zwiÄ…zki klucze obce:

• kolumny

• ograniczenia

• obowiÄ…zkowo¶ć klucz not null

• nietransferowalno¶ć klucz niezmienny

Ograniczenia integralno¶ci

Ograniczenia deklaratywne i proceduralne

• deklaratywne:

• wykonywane przez serwer b.d.

• dotyczÄ… wszystkich operacji

• dotyczÄ… wszystkich wierszy (statyczne)

• wykonanie bezbÅ‚Ä™dne i zoptymalizowane

• proceduralne:

• wykonywane przez serwer (dotyczÄ… wszystkich operacji) lub aplikacjÄ™ (dotyczÄ… tylko operacji tej aplikacji)

• dotyczÄ… tylko zmienianych danych (dynamiczne)

• kod może zawierać bÅ‚Ä™dy

• należy dążyć do ograniczeÅ„:

• deklaratywnych

• po stronie serwera b.d.

Rodzaje ograniczeń deklaratywnych

• kolumny: not null, check (in-line)

• wiersza: check

• tabeli: primary key, unique

• referencyjne: foreign key

Wyzwalacze (triggers)

• procedury rezydujÄ…ce w serwerze b.d.

• automatycznie wyzwalane przez:

• wstawienie wiersza

• usuniÄ™cie wiersza

• modyfikacjÄ™ okre¶lonych kolumn

• sÅ‚użą do:

• wymuszania nietypowych reguÅ‚ integralno¶ci (bussiness rules)

• nietypowych zabezpieczeÅ„ dostÄ™pu

• ¶ledzenia zmian w b.d. (audit)

• wymuszania integralno¶ci referencyjnej w rozproszonych b.d.

• nietypowej replikacji danych

Klucze

Klucz główny (primary key)

• funkcja: jednoznaczne identyfikowanie wiersza tabeli

• budowa:

• ogr. deklaratywne primary key

• dla UID z atrybutów -- odpowiednie kolumny

• dla UID zawierajÄ…cego zwiÄ…zki -- kolumny odpowiednich kluczy obcych

• wszystkie kolumny klucza głównego muszÄ… być obowiÄ…zkowe (not null)

• pożądane cechy:

• niezmienno¶ć

• maÅ‚a dÅ‚ugo¶ć (wydajno¶ć!)

• sztuczne klucze główne:

• klucz numeryczny

• mechanizm do generowania unikalnych numerów (tzw. sekwencja)

• z kluczem głównym jest z reguÅ‚y zwiÄ…zany indeks unikalny

Klucze obce

• funkcja: realizujÄ… zwiÄ…zki

• budowa:

• dodatkowe kolumny klucza obcego odpowiadajÄ…ce kolumnom wskazywanego klucza głównego

• ogr. deklaratywne foreign key

• sposób obsÅ‚ugi kasowania/modyfikacji wskazywanego klucza głównego:

• restrykcja

• kaskada

• reprezentacja Å‚uku:

• dwa osobne klucze obce opcjonalne

• dodatkowy warunek wykluczania (ograniczenia check lub wyzwalacz)

• należy rozważyć zdefiniowanie indeksu dla klucza obcego

Realizacja więzów: klucz obcy

Etapy projektowania logicznego

Kolejno¶ć czynno¶ci

• przeksztaÅ‚cenie modelu pojÄ™ciowego

• poprawki (np. usuniÄ™cie znaków narodowych i spacji z nazw)

• denormalizacja

• uzupeÅ‚nianie modelu logicznego:

• indeksy

• wyzwalacze

• perspektywy

• projektowanie rozproszone

• projektowanie fizyczne (przestrzenie tabel, parametry alokacji, klastry itp.)

• implementacja (kod DDL)

• czynno¶ći pomocnicze

• szacowanie rozmiaru b.d.

• opracowanie strategii administrowania
  (np. kopie zapasowe)

Perspektywy

• zapamiÄ™tane w b.d. definicje zapytaÅ„

• stanowiÄ… "widok" na tabele

• można ich używać tak jak tabel
  (niektóre są tylko read-only!)

• zastosowanie:

• uÅ‚atwienie powtarzajÄ…cych siÄ™ zapytaÅ„

• zabezpieczenie dostÄ™pu

Indeksy

• sÅ‚użą do szybkiego wyszukiwania i sortowania danych

• budowa:

• oparte na kolumnie lub zÅ‚ożeniu kolumn (tzw. kluczu indeksowania)

• wewnÄ…trz zwykle B-drzewo
  (drzewo zrównoważone)

• wykorzystanie:

• indeks pozwala wyszukiwać wedÅ‚ug poczÄ…tku klucza indeksowania

• indeks unikalny (unique) zapewnia niepowtarzalno¶ć klucza indeksowania

• przykÅ‚ad:
  CREATE INDEX prc_i ON pracownicy (nazwisko,imie,data_urodzenia);

• przyspiesza wyszukanie wg: nazwiska, nazwiska+imienia, nazwiska+imienia_daty

• nie przyspiesza wyszukiwania wg: imienia+nazwiska, imienia, daty itp.

• okoliczno¶ci stosowania:

• dane używane czÄ™sto do wyszukaÅ„ i zÅ‚Ä…czeÅ„, o dobrej selektywno¶ci

• klucze obce

• klucze unikalne

Denormalizacja

• stosuje siÄ™ dla znaczÄ…cego poprawienia wydajno¶ci

• elementy:

• wprowadzenie redundantnych danych

• wprowadzenie kodu zapewniajÄ…cego spójno¶ć

Typowe przypadki denormalizacji:

• przechowywanie agregatów (sumy, ¶rednie):

Przechowywanie agregatów: ostatni stan

• pre-join:

• 
  

Pre-join: kopia nazwy klienta

• po¶redni klucz obcy:

• 
  

Po¶redni klucz obcy: pracownicy-oddziały

• nie każdy przypadek przechowywania wyników obliczeÅ„ jest denormalizacjÄ…!

Implementacja modelu logicznego

• instalacja SZRBD i utworzenie bazy danych

• tworzenie struktur danych:

• elementy projektu przeksztaÅ‚ca siÄ™ w odpowiednie zdania DDL (Data Definition Language), umieszczane w skryptach

• tworzy siÄ™ schemat użytkownika-wÅ‚a¶ciciela obiektów struktury

• uruchamia siÄ™ skrypty tworzÄ…ce strukturÄ™

• tworzy siÄ™ konta użytkowników i nadaje siÄ™ im uprawnienia dostÄ™pu

• tworzy siÄ™ synonimy

• wykonuje siÄ™ kopiÄ™ rezerwowÄ… (backup)

• wprowadza siÄ™ dane (np. przez import)

• opracowanie i wdrożenie strategii wykonywania kopii rezerwowych

• opracowanie i uruchomienie aplikacji

• strojenie:

• aplikacji

• bazy danych

---