bases de données relationnelles dess cci
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Bases de Données Relationnelles DESS CCI. Rafik Taouil [email protected]. OBJECTIF DU COURS?. OBJECTI F: Comprendre et maitriser la technologie des systèmes de bases de données relationnelle: Modélisation des données Interrogation des données: évaluation des requêtes - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT

OBJECTIF DU COURS?
OBJECTIF: Comprendre et maitriser la technologie des systèmes de bases de données relationnelle:
• Modélisation des données• Interrogation des données: évaluation des
requêtes• Mises-à-jour des données: concurrence et
transactions• Intégration des données: entrepôts de données,
…? (pas sûre)

PLAN
1. Introduction
2. Modèle Relationnel
3. Calcul et Algèbre Relationnel
4. SQL
5. Organisation Physique, Index
6. Optimisation des requêtes: l’exemple d’ORACLE.

BIBLIOGRAPHIE
Ouvrages en français
• Date C.J, Introduction aux Bases de Données, Vuibert, 970 Pages, Janvier 2001
Ouvrages en anglais
• R. Elmasri, S.B. Navathe, Fundamentals of database systems, 3e édition, 1007 pages, 2000, Addison Wesley
• Ullman J.D. and Widom J. A First Course in Database Systems, Prentice Hall, 1997
• Garcia-Molina H., Ullman J. and Widom J., Implementation of Database Systems, Prentice Hall, 1999
• Web …

Applications “SGBD”
CLASSIQUES :
• Données de Gestion (salaires, stocks, réservations d’avions)
• Applications Transactionnelles (gestion de comptes bancaires, centrales d’achat)
MOINS CLASSIQUES :
• Documents électroniques, Données Multimédia, Spatiales
A LA MODE :
• Données du Web: HTML, XML
• Entrepôts de données
Logiciels (Standard SQL) : Postgres SQL, SQL Server, DB2, Oracle…

Comment Stocker et Manipuler les Données?
Données vers Bases de Données (BD)
• Une B.D. est un GROS ENSEMBLE d’informations STRUCTURÉES mémorisées sur un support PERMANENT.
LOGICIEL : SYSTÈME de GESTION de B.D. (S.G.B.D)
• Un Système de Gestion de Bases de Données (SGBD) est un logiciel de HAUT NIVEAU qui permet de manipuler ces informations.

Complexités
Diversité des utilisateurs, des interfaces et des architectures:
• utilisateurs : administrateurs, programmeurs, non informaticiens, . . .
• interfaces : langages de programmation, saisie de données, génération de rapports,. . .
• architectures : données centralisées, distribuées, hétérogènes

En Résumé, un SGBD ...
... est un OUTIL GÉNÉRIQUE qui doit répondre à des besoins très divers de gestion de un GROS VOLUME D’INFORMATIONS
– persistantes (années) et fiables (protection sur pannes)
– partageables (utilisateurs, programmes)
– manipulées indépendamment de leur organisation physique

ARCHITECTURE d’un SGBD:
Vue 1
Vue 2
Vue 3
Schémaconceptuel
Monderéel
Processus demodélisation
Schémaphysique
Base de Donnéesphysique
Niveau externe Niveau conceptuel Niveau physique

FONCTIONNALITÉS d’un SGBD
Chaque niveau du SGBD réalise un certain nombre de fonctions :
NIVEAU PHYSIQUE• Accès aux données sur mémoire secondaire
(disques), index, ...• partage de données et gestion de la concurrence
d’accès• reprise sur pannes (fiabilité)• distribution et interopérabilité

NIVEAU LOGIQUE
– Définition de la structure de données : Langage de Description de Données (LDD)
– Consultation et Mise à Jour des données : Langages de Requêtes (LR) et Langage de Manipulation de Données (LMD)

NIVEAU EXTERNE: Vues Utilisateurs
1. Vue de la planification des salles : pour chaque cours
– Nom de Prof
– Horaires et salles
2. Vue de la paye : un ensemble de Prof
(nom, prénom, adresse, indice, nombre d’heures. . . )
3. Vue du service de scolarité (suivi des élèves) : . . .

Intégration de ces Vues
• On laisse chaque usager avec sa vision du monde
• PASSAGE DU NIVEAU EXTERNE AU NIVEAU LOGIQUE:
On “intègre” l’ensemble de ces vues en une description unique: SCHÉMA LOGIQUE

Modèles de données
Un modèle de données est caractérisé par :
– une structuration des informations et
– des opérations sur ces structures

Modèles (suite)
Dans un SGBD, il existe plusieurs modèles plus ou moins abstraits des mêmes objets, e.g. :
– le modèle conceptuel : la description du système d’information
– le modèle logique : interface avec le SGBD
– le modèle physique : fichiers
ces différents modèles correspondent aux niveaux dans l’architecture d’un SGBD.

Modèle Conceptuel: Exemple Entité-Relation
– Modèle très abstrait, pratique pour :
– l’analyse du monde réel
– la conception du système d’information
– la communication entre différents acteurs de l’entreprise
– Mais n’est pas associé à un langage.
(Une structure mais pas d’opérations)

Modèle logique
1. Langage de définition de données (LDD) pour décrire la structure.
2. Langage de manipulation de données (LMD) pour appliquer des opérations aux données.
Ces langages sont abstraits :
1. Le LDD est indépendant de la représentation physique des données.
2. Le LMD est indépendant de l’implantation des opérations.

Les avantages de l’abstraction
1. Simplicité d’accès: les structures et les langages sont plus simples, donc plus faciles
pour l’usager non expert.
2. INDÉPENDANCE PHYSIQUE: on peut modifier l’implantation physique (index, stockage, ...) sans modifier les programmes d’application
3. INDÉPENDANCE LOGIQUE: on peut modifier les programmes d’application sans toucher à l’implantation.

HISTORIQUE DES SGBDÀ chaque génération correspond un modèle logique
Les premiers étaient peu abstraits (navigationnels)
60 S.G.F. (e.g. COBOL)
mi-60 HIÉRARCHIQUE IMS (IBM) navigationnel
RÉSEAU (CODASYL) navigationnel
73-80 RELATIONNEL déclaratif
mi-80 RELATIONNEL explosion sur micro
Fin 80 RELATIONNEL ETENDU nouvelles applications
DATALOG (SGBD déductifs) pas encore de marché
ORIENTÉ-OBJET navig. + déclaratif
Fin 90 HIÉRARCHIQUE (XML) nouvelles applications Web

Opérations sur les données

Exemples d’opérations
Insérer les informations pour l’employé Jean
Augmenter le salaire de Jean de 10%
Supprimer les informations de Jean
Chercher les employés cadres
Chercher les employés du département comptabilité
Chercher le salaire moyen des employés comptables, avec deux enfants, nés avant 1960 et travaillant à Paris

Quels types d’opérations ?
4 types d’opérations classiques dans un SGBD:
1. La création (ou insertion) de données.
2. La modification de données.
3. La destruction de données.
4. La recherche de données.
Ces opérations correspondent à des manipulations de données (LMD) et sont appelés des requêtes. La plus complexe est la recherche en raison de la variété des critères.

Le Traitement d’une Requête– ANALYSE SYNTAXIQUE
– OPTIMISATION
Génération (par le SGBD) d’un programme optimisé à partir de la connaissance de la structure des données, de l’existence d’index, de statistiques sur les données.
– EXÉCUTION POUR OBTENIR LE RÉSULTAT.
NB: on doit tenir compte du fait que d’autres utilisateurs sont peut-être en train de modifier les données qu’on interroge !

Concurrence d’accès
Architecture Client-Serveur: plusieurs clients (utilisateurs, applications) doivent pouvoir accéder en même temps aux mêmes données.
Le SGBD doit savoir :• Gérer les conflits si les deux font des mises-à-jour sur les mêmes
données.• Offrir un mécanisme de retour en arrière si on décide d’annuler des
modifications en cours.• Donner une image cohérente des données si l’un fait des requêtes et
l’autre des mises-à-jour.• Le but : éviter les blocages, tout en empêchant des modifications
“anarchiques”.

Revenons aux Utilisateurs d’un SGBD
L’administrateur de la base
Rôle de l’administrateur/concepteur
– discute avec les différents utilisateurs
– conception d’un schéma logique (et des différentes vues)
– conception du schéma physique
– installation de la base et réglages fins (tuning)
– gère l’évolution de la base (nouveaux besoins, utilisateurs)
Outils à sa disposition fournis par l’éditeur du SGBD

Utilisateur expert: informaticien connaissant langages programmation et langages BD
– Concepteur et programmeur d’application
écrit les applications pour des utilisateurs “naïfs”
– Utilisateur naïf: du non-spécialiste des SGBD au non-informaticien.

LE MODÈLE RELATIONNEL
Présentation Générale

Exemple de Relation
Propriétaire Type Année
Loic Espace 1988
Nadia Espace 1989
Loic R5 1978
Julien R25 1989
Marie ZX 1993
Voiture
Nom de la Relation Nom d’Attribut
n-uplet

FOURNISSEURS FOURNITPRODUITS
CLIENTSCOMMANDE
FNOM
NOM
BALANCE
C_ADRESSE
PNOM
PRIX
QUANTITE
NUM_COMDE
FADRESSE
Un exemple du modèle relationnel
Schéma Entités –Relations (ER)

FOURNISSEUR FNOM FADRESSE
Abounayan 92190 Meudon Cima 75010 Paris Preblocs 92230 Gennevilliers Sarnaco 75116 Paris
FOURNITURE FNOM PNOM PRIX
Abounayan sable 300 Abounayan briques 1500 Preblocs parpaing 1200 Sarnaco parpaing 1150 Sarnaco ciment 125

COMMANDES NUM_COMDE NOM PNOM QUANTITE
1 Jean briques 5
1 Jean ciment 10
3 Paul briques 3
4 Paul parpaing 9
5 Vincent parpaing 7
CLIENTS NOM CADRESSE BALANCE
Jean 75006 Paris -12000
Paul 75003 Paris 0
Vincent 94200 Ivry 3000
Pierre 92400 Courbe 7000

Algèbre relationnelle(formalisation)

Eléments de base
Univers : ensemble fini d ’attributs, U
Attribut : associé à un ensemble de valeurs appelé domaine, dom(A)
Schéma relationnel : sous-ensemble non vide de l ’univers
n-uplet sur le schéma R : application de R dans l ’union des domaines des attributs de R

Eléments de base (exemple)U = {num_et, nom_et, adr_et,
num_p, nom_p, adr_p,
num_c, nom_c}
R= {num_et, num_c}
t : R dom(num_et) dom(num_c)
num_et n1
num_c n2
Notation : t = (n1, n2)

Eléments de base (suite)Relation sur R : ensemble fini de n-uplets définis sur R
Base de données sur U : ensemble de relations définies sur des schémas de U
Remarque : plusieurs relations d ’une même base peuvent avoir le même schéma

ExempleBD = {etud, prof, cours, inscrit}
Avec :
etud[num_et, nom_et, adr_et]
prof[num_p, nom_p, adr_p]
cours[num_c, nom_c, num_p]
inscrit[num_et, num_c]
Remarque : on peut ajouter
anc_etud[num_et, nom_et, adr_et]

Algèbre relationnelle
Combine les relations pour exprimer les requêtes
Formalisme rigoureux dont le pouvoir d ’expression est « fort » : ~ logique du 1er ordre
Propriétés formelles pour optimiser le calcul des réponses

Opérations de baseOpérations ensemblistes :
union, intersection, différence
Opérations relationnelles :
projection
sélection
jointure
renommage

Projection
r[R] et X sous-ensemble de R
Projection de r sur X :
relation définie sur X contenant les restrictions sur X des n-uplets de r
notation : x(r)
x(r) = {u | t dans r tel que u=t.X}
Remarque : attention à l ’écriture
x(r) = {t.X | t dans r}

Projection - Exemple
etud[num_et, nom_et, adr_et]
X = nom_et, adr_et
x(etud)
liste des noms et adresses des étudiants
Attention : si Y = nom_et, adr_p
y(etud) n ’est pas défini

Sélection
r[R] relation définie sur R
C condition de sélection de la forme
C = (A comp a), ou C = (A comp B)
C combinaison par les connecteurs logiques
Sélection de r selon C
relation définie sur R
notation : C(r)
C(r) est l ’ensemble des n-uplets de r qui satisfont C

Sélection - Exempleetud[num_et, nom_et, adr_et]
C = (adr_et = Casa ou num_et > 100)
C(etud)
liste des étudiants dont l ’adresse est Casa ou dont le numéro est supérieur à 100
nom_et(C(etud))
liste des noms de ces étudiants
Attention : si C = (nom_p = nom_et)
C(etud) n ’est pas défini

Jointurer[R] et s[S] deux relations
Jointure de r par s
relation définie sur R S
notation : r s
r s = {t | t.R r et t.S s}
Remarques
une jointure est toujours définie
opération coûteuse à calculer

Jointure - Exempleetud[num_et, nom_et, adr_et] inscrit[num_et, num_c]
etud inscrit
définie sur num_et, nom_et, adr_et, num_c
liste des inscriptions des étudiants
nom_et,num_c(etud inscrit)
liste des noms des étudiants et des numéros des cours auxquels ils sont inscrits

Jointure - Exemple (suite)etud prof
définie? Sur quel schéma?
etud etud
définie? Sur quel schéma?

Jointure - PropriétésR(r s) = r ?
R(r s) S(r s) = r s ?
r[RS], R(r) S(r) = r ?
C(r s) = C(r) s ?

Renommager[R] , A attribut de R , A1 nouveau nom pour A
Renommage de A en A1 dans r
relation définie sur (R - {A}) {A1}
notation : A1A(r)
A1A(r) contient les mêmes n-uplets que r
Utilisation : avoir deux versions distinctes d ’une même relation

Renommage - ExempleNuméros des étudiants inscrits à plus d ’un cours ?
inscrit[num_et, num_c] (1ère version)
nnum_c(inscrit) (2ème version)
nnum_c(inscrit) inscrit (jointure)
num_cn(nnum_c(inscrit) inscrit)(sélection)
num_et(num_cn(nnum_c(inscrit) inscrit))

Opérations ensemblistesr[R] et s[R] définies sur le même schéma R
r s , r s , r - s
définies sur R
sémantique habituelle
Remarque : r s = r s

Opérations ensemblistes - Exemples


* une Projection consiste à enlever des colonnes à une relation
Res_Proj = nom (Etudiant)
* une Sélection caractérise un sous-ensemble de tuples d'une relation au moyen d'un prédicat
Res_Sel = age>21 (Etudiant)

* l'opérateur d'Union réalise la fusion des n-uplets de 2 relations compatibles
Res_Uni = Etudiant Stagiaire
•la Différence de 2 relations (compatibles) contient les tuples de la 1ère ne figurant pas dans la 2nde
Res_Dif = Etudiant - Stagiaire

* le résultat d’un Produit cartésien se compose d'un n-uplet de chacune des 2 relations arguments
Res_PrC = Stagiaire x Société

* l'Intersection de 2 relations compatibles retourne les tuples communs aux 2 relations

* Jointure Soient R et S 2 relations construites sur des schémas ayant A1 ... An en commun La (-)jointure de R et S est construite sur l'union des attributs de R et de S, et contient tous les tuples composés d'un n-uplet de R et d'un n-uplet de S qui coïncident au niveau du comparateur sur A1 ... An
Res_Join = Stagiaire Convention (Stagiaire.nom = Convention.nom_s)

* Division Soient R (A1 ... An B1 ... Bm), etS (B1 ... Bm)Le quotient R / S construit sur A1 ... An se compose des n-uplets
a1 ... an tels que pour tout n-uplet b1 ... bm de S, le n-uplet a1 ... an b1 ... bm appartient à R
Res_Div = R_Etud / S_Pren (prenom)

L'extraction des données recherchées peut se faire en plusieurs étapes Ex
T1 = age=21 (Etudiant)T2 = nom (T1)
C'est pour permettre l'écriture de requêtes de manière déclarative que le calcul relationnel a été introduit

Calcul relationnel
On suppose donné un ensemble infini de variables liées aux valeurs des domaines; les formules du calcul sont construites ainsi :
les valeurs des domaines et les variables sont des termes
si x1 ... xn sont des termes, alors les expressions R (x1 ... xn) et xi xj sont des formules ( étant un comparateur usuel)
si F1 et F2 sont des formules, alors F1 F2 , F1 F2 , F1 F2 , et F2 sont des formulessi F est une formule dans laquelle la variable x est libre, x F et x F sont des formules

Interprétation des formules Une formule R (x1 ... xn) est vraie pour une valuation donnée des variables ssi le n-uplet correspondant appartient à la relation R Une requête dans le calcul relationnel est une expression de la forme
{ (xi ... xj) / F (x1 ... xn) }, où les xi ... xj sont des variables libres
et la réponse l'ensemble des valeurs de (xi ... xj) pour lesquelles F est vraie

Ex : { x / y Etudiant (x, 21, y) } Correspondance calcul / algèbre * Projection de R (X, Y) sur l’ensemble X :
X (R) = { x / y R (x, y) }
* Sélection sur R à partir de F, formule constituée à partir de termes utilisés dans la construction de R
F (R) = { x / R (x) F (x) }

* Union R S = { x / R (x) S (x) }
* Différence R - S = { x / R (x) S (x) } * Produit cartésienR x S = { x = (r, s) / R (r) S (s) }

* IntersectionR S = { x / R (x) S (x) }
* (-) Jointure de R (X, Y) et S (X, Z) sur X : R S = { t = (x, y, z) /
w R (x, y) S (w, z) (x w) } * Division de R (X, Y) par S (Y) :
R / S = { x / y S (y) R (x, y) }

l'algèbre et le calcul relationnels sont des langages équivalents

Contraintes d'intégrité
La déclaration d'un schéma relationnel peut comporter la définition de contraintes d'intégrité Ces règles précisent les instances des relations cohérentes par rapport au monde modélisé

Les dépendances expriment des liens entre groupes d'attributs des schémas
Dépendance fonctionnelle (df) Il existe une df d'un groupe d'attributs X de R vers un groupe
d'attributs Y de R si à une valeur de X correspond une et une seule valeur de Y
La théorie des df est à la base du processus de "normalisation" d'un schéma relationnel. Avec
Schéma1
Etudiant (nom, age, ville)Ville (nom, pays, nbh)
Schéma2
Etudiant (nom, age, ville, pays, nbh) la théorie indique que c'est Schéma1 qu'il faut utiliser pour éviter de
la redondance « logique »

Clés d'une relation X est une clé pour R s’il n’existe pas 2 tuples distincts de R ayant même valeur sur X, et si aucun sous-ensemble de X ne vérifie cette propriété La clé d'une relation R est en dépendance fonctionnelle avec tous les attributs de R Si R possède plusieurs clés potentielles, on appelle clé primaire celle choisie pour clé

Un groupe d'attributs Y de R est une clé étrangère de R si Y est la clé primaire d'au moins une autre relation distincte de R
ExEtudiant (nome, age, nomville)Ville (nomville, pays, population)

Valeurs nulles De l'information inconnue ou incomplète peut être introduite dans une base via des valeurs nulles :

Intégrité d'entité (ou de relation) L'intégrité d'entité correspond à la propriété d'un ensemble de ne pas contenir de doublons Ceci passe par l'attribution à chaque relation du schéma d'une clé primaire. Chaque valeur de clé primaire doit être unique et non nulle

Intégrité de référence Un schéma relationnel contient --> des relations statiques (entités autonomes) --> des relations dépendantes (leur existence est liée à celle de relations statiques) Ex
Etudiant (Ide, nome, prenom, age)Société (Ids, noms, activite, adresses)Convention (Ide, Ids, date, duree)
Les dépendances se caractérisent par des liaisons de type N : M entre les entités, transformées lors du passage au schéma relationnel en clés étrangères L'intégrité de référence est la règle qui régit les valeurs des clés étrangères (valeurs nulles ou existantes dans la table liée)

Intégrité liée à l'application Chaque application modélisée peut faire apparaître d'autres contraintes spécifiques Ex : un étudiant ne réalise qu’un stage à la fois Ces contraintes, dites d'intégrité sémantique, ne sont pas (toutes) directement modélisables au niveau du schéma relationnel