Bazy danych

Ma

á

gorzata Kr

towska, Agnieszka Oni

ko

Katedra Oprogramowania

Wydzia

á

Informatyki

Wyk

á

ad 1: Wprowadzenie do baz

danych

Bazy danych

2

Zaliczenie

–

Wyk

áad

: Podstawowe informacje z zakresu baz danych - relacyjne

bazy danych, SQL, indeksy, architektura baz danych

–

Pracownia specjalistyczna

: projekt bazy danych, SQL

Bazy danych

3

Literatura

• Ullman J.D., Widom J., Podstawowy wyk

á

ad z baz danych, WNT

1999

• Garcia-Molina H., Ullman J.D. Widom J., Systemy baz danych.

Pe

á

ny wyk

á

ad, WNT, 2006

• Banachowski L., Ch

dzy

ska A., Mrówka-Matejewska E.,

Matejewski K., Stencel K., Bazy danych. Wyk

á

ady i

ü

wiczenia,

Wydawnictwo PJWSTK, 2003

• Beynon-Davies P., Systemy baz danych, WNT, 1998
• Elmasri R., Navathe S.B., Wprowadzenie do systemów baz

danych, Helion, 2005

Bazy danych

4

Strony WWW

Materia

á

y do wyk

á

adu:

• http://aragorn.pb.bialystok.pl/~gkret

Inne strony:
• http:// www.oracle.com

• http://www.wsp.krakow.pl/~wmkolasa/bazy/101.html

• http://www.w3schools.com/sql/default.asp

Bazy danych

5

Plan wyk

á

adu

• System bazy danych

– Baza danych
– Model danych
– System zarz

dzania baz

danych

• Architektura klient-serwer
• Historia
• Relacyjne bazy danych
• Zapytania proste SQL

Bazy danych

6

System bazy danych

Sk

á

adniki systemu bazy danych

– baza danych
– model danych
– system zarz

dzania baz

danych (SZBD)

Scenariusze powstawania systemu bazy danych

– przyrostowo („kawa

á

ek-po-kawa

á

ku”)

– system zintegrowany

Bazy danych

7

Poj

cie bazy danych

• Baza danych: strukturalizacja zarz

dzania informacj

• Trwa

á

o

ü

danych: zbiór danych istniej

cy przez d

á

ugi czas

• Zgodno

ü

z rzeczywisto

ci

: dotyczy pewnego fragmentu

rzeczywisto

ci zwi

zanego z firm

, organizacj

, itp. Jest z

regu

á

y cz

ci

systemu informacyjnego obs

á

uguj

cego

zapotrzebowania informacyjne zwi

zane z tym fragmentem

rzeczywisto

ci

Bazy danych

8

W

á

a

ciwo

ci bazy danych

• Wspó

á

dzielenie danych

– wspó

á

bie

*

ny dost

p do danych przez wielu u

*

ytkowników

• Kontrolowanie replikacji danych

– baza jest zbiorem danych bez niepotrzebnie powtarzaj

cych si

lub

zb

dnych informacji

• Spójno

ü

reprezentacji danych

– reprezentacja w oparciu o jeden model danych

• Abstrakcja danych

– baza nie jest dok

á

adnym modelem rzeczywisto

ci, a jedynie jej

wycinkiem

• Bezpiecze

stwo danych

• Niezale

*

no

ü

danych

– celem jest sytuacja, w której organizacja danych jest niewidoczna

dla u

*

ytkowników i programów korzystaj

cych z danych

Bazy danych

9

Model danych

• Model danych jako architektura - zbiór zasad pos

á

ugiwania si

danymi:

– Definicja danych. Zbiór regu

á

okre

laj

cych, jaka jest struktura

danych.

– Operowanie danymi. Zbiór regu

á

okre

laj

cych, jak operuje si

danymi.

– Integralno

ü

danych. Zbiór regu

á

okre

laj

cych, które stany bazy

danych s

poprawne.

Typy modeli:

– Proste modele danych - struktury rekordów zgrupowanych w

strukturach plików

– Klasyczne modele danych: hierarchiczne, sieciowe, relacyjne
– Semantyczne modele danych
– Obiektowe modele danych

Bazy danych

10

Hierarchiczny model danych

Hierarchiczny model danych jest pewnym rozszerzeniem modelu prostego,

opartego na rekordach sk

áadajcych si z pól i zgrupowanych w plikach. W

schemacie hierarchicznym wprowadza si

typy rekordów i zwizki nadrzdny-

podrz

dny pomidzy nimi.

Definicja danych

• Typ rekordu to nazwana struktura danych, z

áo*ona ze zbioru nazwanych pól; ka*de pole

s

áu*y do zapisu pojedynczego atrybutu obiektu opisywanego przez rekord, i

charakteryzuje si

okrelonym typem danych, np. liczba caákowita, napis, data, itp. Na

ogó

á jedno z pól danego typu rekordu wyró*nia si jako klucz, tj. unikalny identyfikator

rekordu w

ród rekordów danego typu (czsto przydzielany doü arbitralnie, podobnie

jak np. nr albumu studenta lub nr PESEL w ewidencji ludno

ci) oraz zakáada si

uporz

dkowanie rekordów wg. wartoci jednego z pól (zwykle klucza, choü

niekoniecznie).

• Relacja nadrz

dny-podrzdny: typy rekordów tworz struktur drzewa, tj. ka*dy typ

rekordu (z wyj

tkiem najwy*szego w hierarchii, tzw. korzenia -- root) zwizany jest z

dok

áadnie jednym typem nadrzdnym. Zarazem ka*dy okrelony rekord typu

podrz

dnego jest zwizany z okrelonym rekordem wáaciwego typu nadrzdnego.

Bazy danych

11

Hierarchiczny model danych

Operowanie danymi

• Typowe operacje na danych w tym modelu to wyszukiwanie rekordów okre

lonego

typu, podrz

dnych wzgldem danego rekordu, i speániajcych warunki dotyczce

zawarto

ci okrelonych pól; usuwanie lub dodawanie rekordów i edycja ich pól.

Realizowane s

poprzez funkcje lub procedury pisane w jzykach programowania o

charakterze zazwyczaj proceduralnym, np. C.

Integralno

ü danych

Podstawowe warunki integralno

ci wynikaj z samej definicji struktury danych

modelu:

• Ka

*dy rekord (z wyjtkiem korzenia) musi byü powizany z rekordem nadrzdnym

w

áaciwego typu; a wic np. usunicie rekordu nadrzdnego wi*e si z usuniciem

wszystkich wzgl

dem niego podrzdnych. Nie mo*na wstawiü rekordu bez powizania

go z rekordem nadrz

dnym.

• Zawarto

ü ka*dego pola rekordu musi odpowiadaü typowi danych z definicji danego

typu rekordu.

Bazy danych

12

Sieciowy model danych

•

Sieciowy model danych w ogólnym zarysie niewiele odbiega od

hierarchicznego. W miejsce zwi

zku nadrzdny-podrzdny pomidzy

rekordami wprowadza si

w nim tzw. typ kolekcji (set), który jest záo*onym

typem danych pola zawieraj

cym odniesienia do innych rekordów okrelonego

typu. Tzn. okre

lenie typu kolekcji polega na podaniu typu rekordu-

,,w

áaciciela'' i typu rekordów-elementów kolekcji (oraz ew. klucza

porz

dkowania elementów). Operowanie danymi ma te* charakter

proceduralny: typowe operacje to wyszukiwanie rekordu na podstawie

zawarto

ci pól i/lub przynale*noci do danego wystpienia typu kolekcji, i

dokonywanie modyfikacji bie

*cego rekordu.

•

Warunki integralnoci danych, poza oczywistymi ju

* wizami dotyczcymi

zgodno

ci zawartoci pól rekordu z okreleniem typu rekordu i unikalnoci pól

kluczowych, mog

byü formuáowane w terminach wymogu przynale*noci

rekordu do jakiego

wystpienia okrelonego typu kolekcji.

Bazy danych

13

Systemy baz danych

Baza danych

J

dro SZBD

Interfejs SZBD

Zestaw narz

dzi SZBD

Model

danych

wiat

rzeczywisty

Konstruowanie

bazy danych

Bazy danych

14

System zarz

dzania baz

danych (SZBD)

Database management system (DBMS)

Zorganizowany zbiór narz

dzi umo

*

liwiaj

cy dost

p i zarz

dzanie

jedn

lub wi

cej bazami danych. SZBD jest pow

á

ok

, która

otacza baz

danych i za pomoc

której dokonuj

si

wszystkie

operacje na bazie danych.

Funkcje SZBD:

– Umo

*

liwienie utworzenia nowej bazy i okre

lenie jej

schematu

– Przechowywanie danych
– Obs

á

uga zapyta

(ang.

query

)

– Zapewnienie wielodost

pno

ci

– Ochrona i zapewnienie integralno

ci danych

Bazy danych

15

Sk

á

adowe SZBD

Dane

Metadane

Modu

á zarzdzania

pami

ci

Procesor

zapyta

Modu

á zarzdzania

transakcjami

Modyfikacje

schematu

Zapytania

Aktualizacje

Bazy danych

16

Modu

á

zarz

dzania pami

ci

• Modu

á

zarz

dzania plikami

– przechowuje dane o miejscu zapisania plików na dysku i na

polecenie modu

á

u zarz

dzania buforami przesy

á

a zawarto

ü

bloku

lub bloków gdzie jest zapami

tany

*

dany plik

• Modu

á

zarz

dzania buforami

– obs

á

uguje pami

ü

operacyjn

. Wybiera w pami

ci operacyjnej

strony, które zostan

przydzielone dla wybranych bloków.

Bazy danych

17

Modu

á

zarz

dzania zapytaniami

• Zadaniem modu

á

u jest przekszta

á

cenie zapytania lub operacji na

bazie danych w ci

g polece

*

daj

cych dostarczenia

okre

lonych danych, takich jak konkretne krotki zadanej relacji

lub fragmenty indeksu relacji

• Najtrudniejsza operacja:

optymalizacja zapytania

Bazy danych

18

Modu

á

zarz

dzania transakcjami

• Transakcja - nieformalna grupa operacji przeznaczonych do

wykonania razem w jednym ci

gu, jako du

*

a operacja

jednostkowa

• W

á

a

ciwo

ci (ACID):

– niepodzielno

ü

(

atomicity

) - ca

á

a transakcja powinna zosta

ü

przeprowadzona, albo

*

aden z jej elementów nie zostanie

uwzgl

dniony

– spójno

ü

(

consistency

) - np. miejsce w danym rejsie lotniczym nie

mo

*

e by

ü

przydzielone dwóm ró

*

nym pasa

*

erom

– izolacja (

isolation

) - brak wp

á

ywu transakcji na siebie przy

jednoczesnym ich przetwarzaniu

– trwa

á

o

ü

(

durability

) - po zako

czeniu transakcji jej wynik nie mo

*

e

zosta

ü

utracony

Bazy danych

19

Transakcje

Podstawowe rozwi

zania techniczne zapewniaj

ce w

á

a

ciwo

ci

ACID:

– Blokady - blokowanie elementu elementu, którego dotyczy

wykonywana w

á

a

nie transakcja Po za

á

o

*

eniu blokady dane s

niedost

pne dla innych transakcji.

– Logi - dokumentowanie operacji tzn. rozpocz

cie ka

*

dej transakcji,

zmiany dokonywane w bazie danych przez transakcje oraz

zako

czenie transakcji Log jest przechowywany w pami

ci sta

á

ej.

– Zatwierdzanie transakcji - gdy transakcja ko

czy dzia

á

anie, jest

gotowa do zatwierdzenia zmiany kopiowane s

do logu, dopiero

potem nast

puje aktualizacja danych.

Bazy danych

20

Architektura klient-serwer

serwer

klienci

Typowe funkcje strony serwera aplikacji:

- przechowywanie i organizacja dost

pu do

danych
- wykonywanie instrukcji j

zyka SQL

- sprawowanie kontroli nad spójno

ci

danych

- zarz

dzanie zasobami bazy danych, w tym

kontami u

*

ytkowników

Typowe funkcje aplikacji po

stronie klienta:

kontakt z u

*

ytkownikiem:

przyjmowanie od niego zlece

na

operacje, wykonywanie tych zlece

lub przesy

á

anie ich w postaci

instrukcji j

zyka SQL do serwera

bazy danych

Bazy danych

21

U

*

ytkownicy bazy danych

Baza danych

Administratorzy baz danych

U

*

ytkownicy ko

cowi

Programi

ci

Bazy danych

22

Historia

•

1961 - Integrated Data Store IDS - pierwszy SZBD, pocz

tek sieciowego modelu danych

•

1965-70 - Information Management System IMS (IBM) - hierarchiczny model danych

•

1970 -

(GJDU) &RGG ,%0Å5HODF\MQ\PRGHOGDQ\FKGODGX

n \FK

ZVSyà Xn \WNRZDQ\FKEDQNyZLQIRUPDFMLµ

•

1971 - CODASYL - sieciowy model danych

•

pocz

tek lat 70’ - prototyp j

zyka SQL o nazwie Sequel (IBM)

•

1973 - pierwszy SZ relacyjn

BD - system R w firmie IBM

•

1979 - firma Relational Software (pó

(

niej Oracle) wprowadzi

á

a na rynek pierwsz

komercyjn

wersj

SZ relacyjn

BD

•

1987 - pierwszy standard j

zyka SQL (ISO)

•

lata 80’ - badania nad dedukcyjnymi i obiektowymi BD

•

1997 - standard obiektowych baz danych ODMG 2.0

•

1999 nieoficjalna wersja standardu j

zyka obiektowo-relacyjnych baz danych (SQL’1999)

•

lata 90’ - rozszerzenie baz danych o nowe aspekty - architektury wielowarstwowe;

rozproszenie; równoleg

á

o

ü

; Internet; hurtownie danych; multimedia; GIS

Bazy danych

23

Relacyjne bazy danych

• umo

*

liwienie prezentowania u

*

ytkownikowi danych w postaci

tabel, nazywanych

relacjami

• u

*

ytkownik nie musia

á

nic wiedzie

ü

o wewn

trznej, cz

sto

skomplikowanej, strukturze wewn

trznej

• zapytania mo

*

na by

á

o wyra

*

a

ü

w j

zyku wysokiego poziomu, co

podnosi

á

o wydajno

ü

programistów baz danych

Nr konta

Bilans

Typ

12345

1000,00

oszcz

GQRFLRZ\

87654

3567,00

rozliczeniowy

..........

...........

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

Atrybuty

Krotki

Przyk

á

ad:

Tabela

Konta

Bazy danych

24

Zapytania SQL

Przyk

á

ady zapyta

SQL:

SELECT typ FROM Konta
WHERE nr_konta =12345;

SELECT nr_konta FROM Konta
WHERE typ=‘oszcz

dno

ciowy” AND bilans>0;

Nr konta

Bilans

Typ

12345

1000,00

oszcz

GQRFLRZ\

87654

3567,00

rozliczeniowy

..........

...........

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

Bazy danych

25

Baza

ü

wiczeniowa

Bazy danych

26

Baza

ü

wiczeniowa

tabele emp, dept

Bazy danych

27

Baza

ü

wiczeniowa

tabele projects, assignments