4.1 Principe. Techniques SQL avancées. 1. Rappel des notions de base de données 2. Intégrité des données 3. Transactions

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1 Techniques SQL avancées 4.1 Principe 1. Rappel des notions de base de données 2. Intégrité des données 3. Transactions 4.1 Principes 4.3 Sauvegarde (backup) 4.4 Journal (log) 4.5 Reprise suite à un incident grave 4.6 Reprise suite à un incident léger 4.7 Protocoles de gestion de la BD et des journaux 5. Régulation de la concurrence 6. Les techniques SQL 7. La gestion de l'intégrité 8. Applications 9. Les interfaces ODBC et JDBC 10. Bibliographie Incident = événement fortuit ou intentionnel pouvant affecter l'intégrité de la base de données. Il est possible de prévenir certains types d'incident. En toute généralité, il est indispensable de pouvoir réparer des données corrompues suite à un incident. Les propriétés A(tomicité) et D(urabilité) d'une transaction relèvent de la protection contre les incidents. Atomicité En cas d'incident au sein de la transaction, la base de données est remise dans l'état du début de la transaction. Les modifications déjà réalisées doivent être défaites (rollback). Durabilité En cas d'incident après la clôture de la transaction, les données, même corrompues, doivent être remises au moins dans l'état où elles étaient au sortir de la transaction. Protection assurée par la disponibilité de deux fichiers annexes : la sauvegarde (backup) le journal (log) - Ingénierie des BD - MA (6 décembre 2000) 4.2

2 Observation Temps de transfert mémoire centrale mémoire centrale : Temps de transfert disque mémoire centrale: Rapport : 1,5x10-5, soit sec 1,5x10-2 sec PA SGBD du SGBD variable du programme abcdefg01230 abcdefg01230 échange d'enregistrements Tampon (buffer) ou mémoire cache Espace en mémoire rapide (en général mémoire centrale) dans lequel sont rangées des données issues d' (ou destinées à) une mémoire plus lente. Est généralement constitué de cadres pouvant contenir chacun une page de la BD. Principe Eviter les accès au disque en conservant dans un une quantité importante de données. Avec un peu de chance, les données demandées sont dans le, ce qui évite de faire des accès au disque. SE contrôleur du SE cache du contrôleur échange de pages échange de secteurs la donnée réclamée est dans le coût = 0,1 µsec disque disque échange de pistes et de secteurs PA décomposé en secteurs la donnée demandée n'est pas dans le coût = µsec - Ingénierie des BD - MA (6 décembre 2000) Ingénierie des BD - MA (6 décembre 2000) 4.4

3 Principes Lorsqu'un enregistrement est demandé par le PA, le gestionnaire le recherche dans le. S'il n'y est pas, il lit la page sur disque, la place dans un cadre du et livre l'enregistrement au programme. Problème : que faire s'il n'y a pas de cadre libre? Lorsqu'il doit écrire un enregistrement sur disque, le gestionnaire le range dans sa page (après l'avoir relue sur disque et introduite dans le si nécessaire). La page n'est pas recopiée sur disque avant que cela ne soit nécessaire. Le programme d'application demande la lecture de l'enregistrement R 1. le SGBD détermine la page P dans laquelle se trouve R 2. Deux cas peuvent se présenter : 2.1 P se trouve dans le, dans le cadre (emplacement) C : 2.2 P ne se trouve pas dans le : Le SGBD recherche un cadre libre dans le Deux cas peuvent se présenter : Un cadre libre C est trouvé Tous les cadres sont occupés : le SGBD recherche le cadre C dont le contenu n'a plus été utilisé (copié, modifié) depuis le plus long temps. Si le contenu de C a été modifié, il est recopié dans la mémoire secondaire. C est alors considéré comme libre (politique LRU simplifiée : least recently used) La page P est lue dans la mémoire secondaire et une copie est rangée dans le cadre C 3. le SGBD recherche l'enregistrement R dans le cadre C et en transfère une copie dans la variable du programme Le programme d'application demande la modification, création ou suppression de l'enregistrement R 1. le SGD détermine la page P dans laquelle se trouve (ou se trouvera) R 2. Deux cas peuvent se présenter : 2.1 P se trouve dans le, dans le cadre C : 2.2 P ne se trouve pas dans le : Le SGBD recherche un cadre libre dans le Deux cas peuvent se présenter : Un cadre libre C est trouvé Tous les cadres sont occupés Le SGBD recherche le cadre C dont le contenu n'a plus été utilisé (copié, modifié) depuis le plus longtemps. Si le contenu de C a été modifié, il est recopié dans la mémoire secondaire La page P est lue dans la mémoire secondaire et une copie est rangée dans le cadre C 3. Le SGD effectue la modification dans le contenu du cadre C. 4. Le contenu du cadre C ne sera recopié dans la mémoire secondaire que dans les situations suivantes : - le cadre C doit être libéré (politique LRU), - on demande la fermeture du fichier (ou de la BD), - le programme décide de vider le (= flush), - à la fin d'une transaction (réellement ou virtuellement). Le SGBD peut appliquer une politique plus complexe qui diminue encore le nombre de transferts vers la mémoire secondaire tout en garantissant la permanence des modifications en cas d'incident détruisant le contenu du. - Ingénierie des BD - MA (6 décembre 2000) Ingénierie des BD - MA (6 décembre 2000) 4.6

4 4.3 Sauvegarde (backup) disque Copie complète ou partielle de la base de données prise à un instant de référence. Observations 1. Les données qui sont dans le sont généralement plus récentes que celles de la base de données. 2. Les données qui sont dans la mémoire secondaire sont généralement incohérentes. 3. L'état courant de la base de données est constitué du contenu de la mémoire secondaire et du contenu du. 4. En cas d'incident entraînant la perte du contenu ou du contrôle de la mémoire centrale, la base de données en mémoire secondaire est corrompue. Copie complète Généralement compactée et stockée sur un support sûr. Le plus souvent off-line (cartouche). Parfois sur disque on-line (pour rapidité de reprise). Avantage : on dispose d'une version prête à l'emploi. Inconvénient : temps de la prise de copie. Copie partielle ou incrémentale Ne reprend que les parties (enregistrements, pages) ayant été modifiées depuis la dernière sauvegarde. Suppose l'existence d'une copie complète initiale. Avantage : temps de la prise de copie réduit. Inconvénient : pas de sauvegarde complète récente. Doit être reconstituée par application des incréments successifs à la copie complète initiale. Compromis : réactualisation progressive de la copie complète lors des moments creux ou sur une machine isolée. - Ingénierie des BD - MA (6 décembre 2000) Ingénierie des BD - MA (6 décembre 2000) 4.8

5 4.3 Journal (log) 4.3 Journal (log) Fichier dans lequel sont consignées toutes les modification effectuées dans la base de données, ainsi que l'historique des transactions. Les modifications sont représentées par une copie (image) des données (enregistrement ou page) avant et après l'opération. Journal des images avant Contient la copie des pages avant leur modification. Permet de défaire (undo) des modifications qui ne se sont pas terminées correctement. Ce journal est en général assez court, car il ne concerne en principe que les transactions non encore terminées. Journal des images après Contient la copie des pages après leur modification. Permet de refaire (redo) des modifications qui ne se sont pas terminées correctement. Ce journal peut être très volumineux (plusieurs GB) car il concerne toutes les mises à jour réalisées depuis la dernière sauvegarde. Journal mixte Contient les copies des pages avant et après leur modification. Permet d'assurer tous les types de reprise. Checkpoint Point de synchronisation entre la base de données et le journal; les s de la base de données et du journal sont réécrits sur disque. Déclenché à intervalle régulier ou après N opérations. Entre 2 checkpoints, les états de la BD et du journal sur disque peuvent être mutuellement incohérents. Composition du journal Chaque transaction est identifiée par un code (généralement l'instant de sa commande de début). Un journal est formé d'enregistrements de 4 types, tous préfixés d'une estampille temporelle (timestamp) représentant l'instant de son écriture dans le journal : type 1 commandes de transaction : timestamp + code de la transaction + begin, commit ou abort type 2 image avant : timestamp + code de la transaction + copie d'une page qui va être modifiée type 3 image après : timestamp + code de la transaction + copie d'une page qui a été modifiée type 4 checkpoint : timestamp + code du checkpoint + liste des codes des transactions en cours. Le journal peut aussi contenir diverses informations complémentaires ainsi que des structures d'optimisation d'accès (chaînage par transaction, adresse du dernier checkpoint, adresse du dernier enregistrement, etc). Paradoxe : un fichier en écriture est en général considéré comme corrompu après une panne. Or un journal est surtout utile dans de telles conditions. - Ingénierie des BD - MA (6 décembre 2000) Ingénierie des BD - MA (6 décembre 2000) 4.10

6 4.4 Reprise suite à un incident grave 4.5 Reprise suite à un incident léger La base de données est gravement déteriorée, voire inutilisable. Technique de reprise : 1. récupérer la dernière sauvegarde, 2. réappliquer (redo) des images après enregistrées dans le journal depuis la prise de cette sauvegarde, 3. seules les images concernant les transactions clôturées sont réappliquées. Optimisation : le journal est parcouru à l'envers de manière à n'appliquer que la dernière version de chaque page, et à repérer aisément les transactions clôturées. = reprise à froid La base de données est localement déteriorée suite à la non terminaison de transactions ou à l'écriture de données incorrectes. start T1 T2 T3 Schéma temporel d'un incident checkpoint T4 T5 β β incident Correction (à chaud ou après redémarrage) Type de transaction état correction T1 T1 permanente T2 permanent, β incertain undo(β); redo(β) T3 permanent, β incomplet undo(t3) T4 T4 incertain undo(t4); redo(t4) T5 T5 incomplète undo(t5) - Ingénierie des BD - MA (6 décembre 2000) Ingénierie des BD - MA (6 décembre 2000) 4.12

7 4.6 Protocoles de gestion de la BD et des journaux 4.6 Protocoles de gestion de la BD et des journaux Scénario d'une modification 1. écrire image avant dans le ( du) journal 2. modifier (le de) la BD 3. écrire image après dans le ( du) journal (en cas d'incident entre 1 et 3, le journal a priorité et permet un undo) Réécriture forcée d'une page (libération d'un cadre du ) 1. réécrire les pages du du journal dans le journal 2. réécrire la page du des données dans la BD Remarque Si les incidents (et donc les roll-backs) sont peu fréquents, on peut adopter le scénario minimum suivant, plus économique encore : 1. au checkpoint, les s de la BD et du journal sont réécrits sur disque, 2. au commit de T, seuls les cadres du du journal relatifs à T sont réécrits sur disque. (en cas d'incident entre 1 et 2, le journal permet un undo) Scénario du commit d'une transaction T 1. réécrire les données du modifiées par T dans la BD 2. réécrire les données du modifiées par T dans le journal (en cas d'incident entre 1 et 2, le journal a priorité et permet un redo) Scénario d'un checkpoint 1. réécrire les données du dans le journal 2. réécrire les données du dans la BD 3. écrire le checkpoint dans le journal - Ingénierie des BD - MA (6 décembre 2000) Ingénierie des BD - MA (6 décembre 2000) 4.14

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