Cours BD : Stockage, indexation et optimisation

Fonction d'un système de bases de données

Assurer la conservation d'enregistrements informatiques

Base de données (BD) :

réservoir de fichiers de données informatiques opérations sur les fichiers

Exemples de BD

Gestion des personnels, étudiants, cours, inscriptions, ... de l'université

Système de réservation de places d'avion chez Air France, de places de train à  la SNCF

Gestion des comptes clients de La Poste

Gestion des commandes chez Amazon.com

Gestion d'une bibliothèque

Gestion des pages Web chez google.com

...

Exemple de BD : réservation d'un billet de train

billettrain

arrêt

Exemple de BD : cave à  vin

Base de données d'une cave

Besoins pour la gestion d'une BD

description manipulation interrogation cohérence garanties confidentialité efficacité

Besoins pour la gestion d'une BD : description

 Description des données de l'application (trains, trajets, réservations) sans faire référence à  une solution informatique particulière

modélisation conceptuelle

 Elaboration d'une description équivalente pour le stockage des données dans le Système de Gestion de Bases de Données

choisi

modélisation logique

Langage de Description de Données (LDD)

Besoins pour la gestion d'une BD : manipulation

 Créer la base de données initiale avec les données représentant le réseau SNCF langage permettant l'insertion de données

Créer au fur et à  mesure les données sur les réservations.

Modifier si besoin et éventuellement supprimer toute donnée

déjà  rentrée

Langage de Manipulation de Données (LMD)

(insertion, modification, suppression)

Besoins pour la gestion d'une BD : interrogation

Répondre à  toute demande d'information portant sur les données contenues dans la base.

1. a)  Le professseur Tournesol a-t-il une réservation pour aujourd'hui? Si oui, donner les informations connues sur cette réservation.
2. b)  Quels sont les horaires des trains de Marseille à  Cassis entre 9h et 10h le dimanche?
3. c)  Donner les destinations au départ de Marseille sans arrêts intermédiaires.

langage de requête (langage d'interrogation)

Besoins pour la gestion d'une BD : cohérence

Il faut pouvoir exprimer toutes les règles qui contraignent les valeurs pouvant être enregistrées de fa¸con à  éviter toute erreur qui peut être détectée.

Il ne faut jamais donner la même place dans le même train à  2 clients

Les arrêts d'un train sont numérotés de fa¸con continue La date de réservation pour un train doit correspondre à  un jour de circulation de ce train

L'heure de départ d'une gare doit être antérieure à  l'heure d'arrivée dans cette gare

L'heure d'arrivée à  un arrêt doit être postérieure à  l'heure de départ de l'arrêt précédent

...

Besoins pour la gestion d'une BD : garanties

 Il ne faut pas que les informations (par exemple, les réservations) soient perdues à  cause d'un disfonctionnement quelconque : erreur de programmation, panne système, panne de l'ordinateur, coupure de courant, etc garantie de fiabilité

 Il ne faut pas qu'une action faite pour un utilisateur (par exemple, l'enregistrement d'une réservation) soit perdue du fait d'une autre action faite simultanément pour un autre utilisateur (réservation de la même place). garantie de contrà´le de concurrence

Besoins pour la gestion d'une BD : confidentialité

 Toute information doit pouvoir être protégée contre l'accès par des utilisateurs non autorisés :

en lecture en écriture

 Interdire par exemple aux clients de modifier les numéros des trains ou les horaires ou leur réservation. garantie de confidentialité (privacy)

Besoins pour la gestion d'une BD : efficacité

Le temps de réponse du système doit être conforme aux besoins : en intéractif : pas plus de 3 secondes

en programmation : assez rapide pour assumer la charge de travail attendue (nombre de transactions par jour) mécanismes d'optimisation

éventuellement, répartition / duplication des données sur plusieurs sites

Différents types de BD

Il y en a pour tous les usages :

Bases de données personnelles : MsAccess, ... : 10 Ko 100 Ko

Bases de données professionnelles typiques : 100 Ko 100 Go

Bases de données professionnelles très grandes : Very Large

Databases (VLDB) : > 40 To

Exemples de VLDB (taille) :

Figure: source : N. Durand

Qu'est-ce qu'un système de base de données ?

SGBD : système informatique dont le but est de maintenir des informations et les rendre disponibles à  la demande il est composé de :

données matériel logiciel utilisateurs

SGBD

Les données

Données intégrées

base de données vue comme l'unification de plusieurs fichiers

Données partagées

base de données partagées entre plusieurs utilisateurs

Le matériel

Volumes de mémorisation secondaires

disques à  tête amovible, supports d'enregistrements ···

Processeurs et mémoire principale qui lui sont associés pour l'exécution du système de base de données

Le logiciel

Le système de bases de données (SGBD)

Fonction : protéger les utilisateurs de la BD des détails du niveau matériel

Le SGBD : le composant logiciel le plus important su système

Les utilisateurs :

3 classes d'utilisateurs : les programmeurs d'applications

les utilisateurs finaux

l'administrateur de la base de données

Qu'est-ce qu'une base de données ?

une collection de données persistantes utilisées par les systèmes d'application d'une entreprise

données persistantes :

données acceptées par le SGBD qui ne peuvent être enlevées que par une requête explicite envoyée au SGBD

entité : tout objet perceptible représenté dans la BD association : relations entre les entités

les entités et les associations possèdent des propriétés simples ou complexes

Qu'est-ce qu'une base de données ?

Modèle de données :

définition logique indépendante et abstraite des objets et des opérations qui constitue une machine abstraite objets : modélisent la structure de données opérations : modélisent le comportement

implémentation d'un modèle de données

réalisation physique sur une machine réelle des différents composants d'une machine abstraite

Pourquoi une base de données ?

Avantages :

compacité rapidité efficacité

exactitude protection contrà´le centralisé

Avantages de l'approche BD

données partagées redondance réduite incohérence évitée transactions gérées intégrité assurée sécurité appliquée conflits de besoins arbitrés normes appliquées indépendances des données obtenue

Exemple de Base de données

Figure: source : N. Durand

Exemple de Base de données

Exemples de SGBD :

Nombreux SGBD sur le marché :

ACCESS

MySQL

PostgreSQL

ORACLE

DB2

SGBD capacité

Mainframe ou cluster de mainframes DB2, Oracle, Adabas, ...

Machine base de données Teradata

Serveurs Unix & Windows 2000 DB2, Informix, Oracle, Sybase,

Unify, SQL Server, Ingres,

Personnels MsAccess, Paradox

Carte de Crédit CQL

BD et carte à  puce

Historique

1ère génération 1950 - 1965

SGF(Systèmes de Gestion de Fichiers)

Permettent de stocker et d'organiser les données sur mémoire secondaire

Différentes organisations : séquentielles séquentielles triées indexées séquentielles indexées

Historique

2ème génération 1965 - 1970

SGBD navigationnel

Hierarchique (IMS)

Réseaux (Codasyl, IDS2)

Principe : relier les données provenant de différents fichiers

Caractéristiques : liens logiques entre les données hiérarchiques (modèle hiérarchique) hiérarchiques ++ (modèle réseau)

Liens physiques entre les enregistrements informatiques (pointeurs)

Historique

3ème génération 1969 - ...

SGBD relationnel (DB2, Oracle, Informix, MsAccess)

Principe : langages assertionnels quoi au lieu de comment

SQL

langage de définition de bases de données langage de manipulation de bases de données normes SQL1, SQL2, SQL3

Historique

SGBD Orienté Objet (1990 - 1999)

En pratique : une impasse (O2, Objectstore, Objectivity..) SGBD relationnel objet (RO) 1993 - ...

évolution probable de tout SGBD relationnel

Historique

Base de données déductives 1980 - ...

approche déclarative gestion de requêtes conditionnelles (si ... alors) gestion de requêtes récursives

extension de SQL99

DATALOG

LDL++

BD et Programmation logique : DES, DLV, XSB

BD et internet

gestion de données :

structurées semi-structurées hierarchisées réparties

        HTML            →             XML            →            RDF             →            OWL

BD et Big data

BIG data = données massives provenant du Web gestion de données : SQL3, NOSQL, SPARQL , ···

+

analyse des données

But : Accéder en temps réel à  des bases de données massives

Figure: source : http ://www.lebigdata.fr

Place des BD dans l'informatique

domaines à  enseigner dans un cursus d'informaticien (http ://www.ieee.org) :

Structures discrètes

Fondements de la programmation

Algorithmique et complexité

Langages de programmation

Architecture et organisation

Systèmes d'exploitation

Réseaux

Interfaces Homme/Machine

Informatique graphique

Systèmes intelligents

Management de l'information

Génie Logiciel

Problèmes socio-professionnels

Le domaine des BD est vaste

Modèles et systèmes d'information

Outils de bases de données

Modélisation des données

Bases de données relationnelles

Bases de données et langages de requêtes

Conception de bases de données relationnelles

Traitement transactionnel

Bases de données distribuées

Conception physique des bases de données

Fouille de données

Stockage et recherche d'information

Hypertexte et hypermédia

Information et systèmes multimédia

Librairies digitales

BD et emploi

Marché du travail : BD = gros pourcentage des offres d'emploi

Tout informaticien peut être amené à 

Utiliser de grosses bases de données

Concevoir de grosses bases de données