Notions fondamentales sur les bases de données

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1 1 Notions fondamentales sur les bases de données Au sommaire de ce chapitre Qu est-ce qu une base de données? Environnements des bases de données Origine d une base de données Eléments constitutifs d une base de données Intégrité d une base de données Principes clés de la conception d une base de données Caractéristiques d une "bonne" base de données Avant de concevoir une base de données, il est important d en connaître les principes fondamentaux et de savoir les appliquer. Tout le monde utilise régulièrement des bases de données, qu elles soient manuelles ou automatisées, mais les besoins qu elles sont censées satisfaire varient en fonction des activités. Il est important de connaître ces besoins car ils déterminent a priori la conception. Dès la phase de conception, il faut s intéresser à l environnement de la base de données, c est-à-dire à la plate-forme "matériel et système d exploitation" qui l hébergera, et au moyen d y accéder (par exemple via un réseau). De l environnement peuvent dépendre le modèle de base de données à utiliser et la façon de l implémenter et de gérer la base. Le concepteur d une base de données doit connaître certaines notions fondamentales avant de se mettre à l œuvre. C est le "bagage" minimum pour réussir le projet.

2 10 Partie I Ce chapitre traite de ces concepts de base, notamment : m des éléments commerciaux utilisés pour définir une base de données ; m des éléments constitutifs d une base de données ; m de l intégrité des données ; m des principes de conception. La modélisation d une activité suppose l appréhension de ses besoins du point de vue opérationnel. La première section de ce chapitre traite des processus, des règles de gestion et de la répartition des données en catégories. Tant qu elles ne sont pas impliquées dans un travail de conception, de nombreuses personnes ne réalisent pas à quel point il est difficile de décrire le contenu d une activité. Quels types de données sont en jeu? Les données sont-elles statiques ou changent-elles souvent? Quelles sont les règles de gestion qui affectent la façon de stocker et d accéder aux données? Il est nécessaire de répondre à toutes ces questions (et à d autres). Nous étudierons les différentes méthodes de conception et expliquerons comment déterminer la méthode la mieux appropriée à telle situation et les outils à utiliser. Nous verrons également la différence entre la conception d une base de données et la conception d une application. On juge une base de données à ses performances, à sa capacité de stockage, à la protection et à la sécurité des données, à leur justesse, à leur cohérence et aux nombres de redondances. Il est important de connaître les qualités d une bonne base pour pouvoir s y référer. Qu est-ce qu une base de données? Nous exploitons tous des informations, tous les jours et pour de nombreuses raisons. Une base de données est un mécanisme qui permet de stocker des informations de façon organisée et de les retrouver. Il est possible de rechercher des données satisfaisant des critères particuliers, si toutefois elles ont été organisées convenablement. En d autres termes, la façon de stocker les données dans la base détermine les possibilités de recherche par critères. Il est également possible d ajouter, de modifier et de supprimer des données de la base. Une base de données est dite existante (legacy) quand elle est utilisée par une entreprise depuis plusieurs années et qu elle n exploite pas les dernières technologies. Lorsqu une entreprise a décidé de concevoir une nouvelle base de données, la base en cours est considérée comme la base de données existante.

3 Chapitre 1 Notions fondamentales sur les bases de données 11 Voici des exemples de bases de données : m carnet d adresses ; m annuaire téléphonique ; m fichier de bibliothèque ; m librairie en ligne ; m logiciel de comptabilité personnelle ; m carte routière. Certaines de ces bases de données sont statiques, d autres dynamiques. Par exemple, une carte routière est une base de données statique (au sens abstrait) ; elle contient des informations telles que des états, des villes, des autoroutes, des directions, des distances, etc. En consultant une carte routière, nous pouvons rapidement tracer notre destination par rapport à notre situation actuelle. Les informations d une carte ne changent pas. Il est impossible de les modifier sans imprimer et diffuser une nouvelle carte. Un annuaire téléphonique est également une base de données statique car les informations personnelles et commerciales y figurent pour une année donnée. Il est également impossible de les modifier sans imprimer et diffuser un nouvel annuaire. Le carnet d adresses représente un bon exemple de base de données dynamique ; les entrées sont modifiées à mesure que les amis et les membres de la famille déménagent ou changent de numéro de téléphone. On peut ajouter des personnes à l occasion de nouvelles rencontres et en supprimer. Une librairie en ligne est également une base de données dynamique par le fait qu elle traite sans cesse des commandes de livres, qu elle ajoute régulièrement de nouveaux auteurs et titres, qu elle en supprime, qu elle met à jour l inventaire, etc. Quelles en sont les utilisations? Prenons l exemple d un organisme qui utilise des meubles "classeurs" répartis dans plusieurs pièces pour stocker des informations. La gestion des informations d un meuble classeur représente certainement l un des processus manuels les plus classiques que nous connaissions. Des dossiers sont triés et rangés dans les tiroirs des classeurs. Les informations sont placées dans les dossiers individuels de chaque tiroir. Pour retrouver l enregistrement d un employé, le personnel doit se rendre dans la bonne pièce, puis ouvrir le bon classeur, le bon tiroir, et enfin le bon dossier. Que l on procède manuellement ou que l on utilise une base de données, le classement est la clé de la gestion des informations.

4 12 Partie I Voici d autres exemples de processus manuels : m travailler avec des clients par téléphone ; m recevoir des commandes d un client ; m livrer un produit à un client ; m interroger un employé ; m chercher un curriculum vitæ dans un classeur ; m calculer le solde d un compte chèque ; m remplir et envoyer un récépissé de dépôt ; m calculer les bénéfices de la journée ; m comparer les recettes et les dépenses ; m traiter les feuilles de présence. Il est possible d automatiser partiellement, voire complètement de nombreux processus manuels, et par là même de les améliorer, en recourant à une base de données. Parmi les utilisations les plus courantes des bases de données, citons : m le suivi des statistiques et des tendances à long terme ; m la réduction ou la suppression de documents papier ; m la gestion des différents types de transactions ; m la gestion d un historique. Considérons le suivi des statistiques et des tendances à long terme en prenant l exemple d une publicité et d un programme de téléachat. Les statistiques utilisées portent sur les ventes mensuelles de l année en cours et des années précédentes, les produits les plus vendus sur telle ou telle période, les marchandises les plus vendues en valeur absolue, la fréquence de commandes de tel ou tel produit, etc. Les tendances concernent les produits les plus demandés, les périodes les plus favorables et les types de clients susceptibles de commander un produit plutôt qu un autre. A l aide des statistiques et des tendances, il est possible de connaître la marchandise à proposer, la période à laquelle la présenter, le type de rabais à consentir et l heure de diffusion d une éventuelle publicité. Une base de données contribue à réduire ou à supprimer le volume de papier manipulé. Prenons l exemple d un service de ressources humaines qui gère des centaines de curriculum vitæ. Le stockage de ces documents s effectue de façon classique dans un classeur ; ils sont classés par nom de famille et par ordre alphabétique, ce qui permet de les retrouver facilement. Pour sélectionner le curriculum vitæ de toutes les personnes qui possèdent telle ou telle aptitude, il est nécessaire de lire tous les documents, ce qui peut demander des heures. Quand les informations sont stockées dans une base de données, on obtient les mêmes résultats en quelques secondes.

5 Chapitre 1 Notions fondamentales sur les bases de données 13 Il existe deux types de bases de données relationnelles : les bases de données OLTP (OnLine Transactional Processing) et OLAP (OnLine Analytical Processing). Chaque type est associé à une utilisation particulière qui dépend de l exploitation envisagée des données. Une base de données OLTP dite transactionnelle permet de traiter des données de façon régulière. La programmation de cours et les inscriptions d étudiants constituent un bon exemple d utilisation de base de données transactionnelle. Supposons qu une université propose plusieurs centaines de formations. Elle en ajoute, en supprime, en modifie en fonction des besoins. Chaque formation est assurée par un professeur au moins et concerne entre dix et trois cents étudiants. Des inscriptions et des abandons sont enregistrés toute l année. Les données sont donc dynamiques et exigent un gros volume de saisie. Une gestion sur papier nécessiterait un personnel important, d où l intérêt d utiliser une base de données. Le rôle principal d une base de données OLAP consiste à fournir à l utilisateur final des données en réponse aux demandes émises. En général, les chargements volumineux de données constituent la seule activité transactionnelle effectuée dans ce type de base. Les données OLAP (performances de l entreprise, tendances...) servent de support à des décisions commerciales circonstanciées ou relatives au fonctionnement d un organisme. Les deux principaux types de bases de données OLAP sont les DSS (Decision Support Systems) et les Data Warehouses (entrepôts de données). Toutes deux sont normalement alimentées par une ou plusieurs bases de données OLTP, et utilisées pour prendre des décisions sur le fonctionnement d un organisme. Un Data Warehouse diffère d un DSS dans la mesure où il contient d énormes volumes de données collectées auprès de toutes les parties d un organisme. Les entrepôts de données sont spécialement conçus pour le stockage de gros volumes de données et pour satisfaire de façon performante les demandes des utilisateurs. Les bases de données permettent d entretenir un historique. Les données historiques sont souvent apparentées et font généralement partie d une base de données transactionnelle. Elles peuvent être stockées aussi bien dans une base OLTP que OLAP. Pour les entreprises qui souhaitent conserver des données pendant des années, il est généralement inutile de stocker en ligne toutes les données. Cela augmenterait la quantité globale de données à lire pour en récupérer ou en modifier une seule. Les informations d historique sont généralement stockées hors ligne, le cas échéant sur un serveur dédié, un lecteur de disques ou un lecteur de bandes. Par exemple, les données des trois dernières années d exercice d une entreprise peuvent être enregistrées sur une bande. La question qui se pose concerne la durée de stockage en ligne ; seul le client peut y répondre.

6 14 Partie I Qui sont les utilisateurs? Banquiers, avocats, comptables, représentants de service clientèle, employés à la saisie de données, etc. les utilisateurs potentiels de base de données se retrouvent dans pratiquement toutes les professions. Leurs besoins varient. Le banquier par exemple conserve les comptes de personnes et de sociétés, les lignes de crédits, les prêts personnels, les prêts d entreprise, etc. Lorsqu un client souhaite clôturer son compte, le banquier contrôle les informations personnelles du client en question. Lorsque vous utilisez votre carte de crédit pour retirer de l argent dans une banque, vous vous connectez à une base de données... parfois sans le savoir! Au fur et à mesure que l argent est retiré, le montant correspondant est déduit du solde de votre compte. Lorsque vous transférez de l argent du compte d épargne au compte courant, la somme est créditée sur le compte courant et débité du compte d épargne. Environnements des bases de données Un environnement de base de données est en quelque sorte le lieu de résidence d une base, avec des moyens d accès aux données. Les utilisateurs réalisent différents types de tâches et leurs besoins varient selon qu ils extraient des données, les modifient ou en créent de nouvelles. On distingue les utilisateurs internes à l environnement et les externes, certains utilisateurs internes pouvant être physiquement ou logiquement interdits d accès aux données. Il existe plusieurs environnements possibles d une base de données. Les sections suivantes présentent les trois environnements de bases de données les plus courants : m l environnement de mainframe ; m l environnement client/serveur ; m l environnement informatique Internet. Environnement de mainframe L environnement classique des premiers systèmes de bases de données est l environnement de mainframe, essentiellement constitué d un ordinateur central puissant (mainframe) qui prend en charge de nombreuses connexions d utilisateurs. Plusieurs terminaux passifs sont connectés au mainframe et permettent aux utilisateurs de communiquer avec le superordinateur. Les terminaux sont des extensions du mainframe, non des ordinateurs indépendants ; ils ne "pensent" pas par eux-mêmes, mais comptent sur le mainframe pour effectuer tout le traitement.

7 Chapitre 1 Notions fondamentales sur les bases de données 15 L environnement de mainframe pose de nombreux problèmes. En particulier, un terminal passif ne peut communiquer qu avec l ordinateur principal. Des tâches, notamment des processus manuels, l utilisation d un traitement de texte, ou un ordinateur personnel, ne s interfacent pas toujours avec l ordinateur principal. La plupart des entreprises actuelles ont fait migrer leurs systèmes vers l environnement client/serveur pour des raisons que nous étudierons dans la prochaine section. La Figure 1.1 présente l environnement de mainframe. Figure 1.1 Connexions de terminaux à un mainframe. Terminaux Mainframe Environnement client/serveur L environnement client/serveur est probablement le plus largement répandu de nos jours. Il nécessite un ordinateur principal, baptisé serveur, et un ou plusieurs ordinateurs personnels, appelés clients, connectés en réseau au serveur. La base de données réside sur le serveur ; toute personne ayant besoin d y accéder utilise un des PC du réseau. Le PC est un système informatique individuel sur lequel on installe une application qui permet à l utilisateur d accéder à la base de données du serveur. L application située sur le client transmet à la base des requêtes de données ou des transactions via le réseau. Les informations transitent vers la base grâce à une connexion de base de données ouverte (ODBC, Open DataBase Connectivity) ou un autre logiciel de réseau propre à l éditeur. L environnement client/serveur pose notamment le problème suivant : lorsqu une nouvelle version de l application est développée, il faut la réinstaller et la reconfigurer sur chaque machine client, ce qui est parfois difficile et prend beaucoup de temps. L installation et la maintenance d une application sur un poste client imposent un coût supplémentaire, mais présentent également de nombreux avantages. En particulier, grâce

8 16 Partie I à leurs propres ressources (CPU, mémoire, stockage sur disque), les clients peuvent exécuter une partie du traitement de l application et décharger d autant le serveur qui n a plus à assumer seul la totalité du travail. Les PC sont donc capables de "penser" par euxmêmes et d exécuter d autres applications, ce qui rend les utilisateurs plus productifs. Par exemple, une personne peut être connectée à la base de données du serveur tout en travaillant sur un document et en lisant un . La technologie client/serveur résout ainsi de nombreux problèmes inhérents à l environnement de mainframe. La Figure 1.2 présente l environnement client/serveur. Figure 1.2 Accessibilité d une base de données dans un environnement client/serveur. Serveur hôte Ordinateurs clients (ordinateurs personnels) Intranet de l'entreprise Base de données Internet Environnement informatique Internet Les environnements informatique Internet et client/serveur se ressemblent en ce sens qu ils nécessitent un serveur, un réseau et un ou plusieurs PC. L informatique Internet se distingue toutefois par son ouverture sur Internet. Dans un environnement client/serveur, l utilisateur a accès aux ressources disponibles sur l intranet de l entreprise, voire à des bases de données extérieures à l intranet, mais cela suppose l utilisation de logiciels adaptés supplémentaires. L une des caractéristiques de l informatique Internet, qui la rend si puissante, est la transparence de l application pour l utilisateur final. L application est installée sur un serveur, baptisé serveur Web, et nulle part ailleurs. L utilisateur doit disposer d une connexion à Internet et d un navigateur Web sur son PC afin de se connecter à l URL du serveur Web. Ce dernier accède à la base de données et renvoie les informations demandées au navigateur Web, lequel affiche le résultat sur le PC de l utilisateur. Dans l environnement informatique Internet, la configuration et la maintenance de l application de l utilisateur final sont simplifiées car il n y a rien à installer, à configurer ou à entretenir sur le PC! Les modifications ou les reconfigurations se font sur une seule machine, le serveur Web,

9 Chapitre 1 Notions fondamentales sur les bases de données 17 ce qui limite les risques de configurations incohérentes et d installation de versions de logiciels incompatibles sur les clients et le serveur. La Figure 1.3 présente un environnement informatique Internet. Figure 1.3 Accessibilité d une base de données dans un environnement informatique Internet. PC Navigateur Web Serveur Web Base de données Internet ATTENTION De nombreuses entreprises ont leurs bases de données sur Internet. Elles doivent prendre des mesures de sécurité draconiennes pour empêcher tout propriétaire d ordinateur disposant d une connexion Internet d accéder à leurs bases de données sans autorisations. Concrètement, il s agit d implémenter des fonctions telles que des pare-feu et des mécanismes de sécurité pour protéger les données des hackers et autres utilisateurs malintentionnés (voir Chapitre 15, "Implémentation de la sécurité d une base de données"). De nombreux organismes qui adoptent l environnement informatique Internet choisissent une architecture à N niveaux, comparable à l architecture à un niveau intermédiaire ou à trois niveaux. Une architecture à trois niveaux compte une couche client, une couche application et une couche serveur ou base de données. Le "N" indique le nombre de niveaux nécessaires à l aboutissement de la transaction ou de la requête. Origine d une base de données La modélisation d une activité, qui est à l origine de toute base de données, consiste à évaluer et à distinguer les tâches quotidiennes d une activité. En ce sens, il faut converser avec les décideurs de l entreprise, ceux qui manipulent les données, ceux qui les exploitent, etc. Les concepteurs de la base de données doivent apprendre à connaître l activité et les utilisateurs de la future base. Sans cette connaissance, il est impossible de créer un modèle de données complet et exact. Il est de la responsabilité du concepteur d évaluer les besoins et de les formuler dans un modèle opérationnel, lequel deviendra une base de données fonctionnelle dotée d une application conviviale pour l utilisateur final.