Système de base de données

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1 Système de base de données 1. INTRODUCTION Un système de base de données est un système informatique dont le but est de maintenir les informations et de les rendre disponibles à la demande. Les informations concernées sont toutes les informations nécessaires pour assister le processus générale dans l exécution des travaux relatifs à des individus ou a une entreprise. Un système de base de données est composé de quatre composants principaux : les données (données intégrées ou partagées), le matériel (processeur, mémoire principale..), le logiciels (entre la BD et le système il existe une couche logicielle connu sous le nom de Système de Gestion de Base de Données) et les utilisateurs (les programmeurs d applications, les utilisateurs finaux et l administrateur de la base de données-dba-) 2. BASE DE DONNEES (BD) Définition 1 : Ensemble de données organisées de façon à servir plusieurs applications simultanément par une centralisation et une gestion qui donnent à l utilisateur l impression qu elles se trouvent regroupées dans un seul endroit. Définition 2 : Une base de données est une entité dans laquelle il est possible de stocker des données de façon structurée et avec le moins de redondance possible. Ces données doivent pouvoir être utilisées par des programmes, des réseaux afin de pouvoir mettre en commun ces informations, d où le nom base. Une base de données permet de mettre des données à la disposition des utilisateurs pour une consultation, une saisie ou bien une mise à jour, tout en s assurant des droits accordés à ces derniers. Ons Abdelkhalek Page 1

2 Une base de données peut être locale (utilisable par une machine ou un utilisateur) ou bien répartie (données stockées sur plusieurs machine distantes accessible par un réseau) Avantage : Possibilité de pouvoir accédés à la base par plusieurs utilisateurs simultanément. 3. SYSTEME DE GESTION DE BASE DE DONNEES (SGBD) Afin de pouvoir contrôler les données ainsi que les utilisateurs, le besoin d'un système de gestion s'est vite fait ressentir. La gestion de la base de données se fait grâce à un système appelé SGBD (système de gestion de bases de données) ou en anglais DBMS (Database management system). Un SGBD est un logiciel qui stocke des données de façon organisée et cohérente. Gère efficacement les données et permet l accès au moyen de programmes d applications, il sert d interface entre les programmes d application et les fichiers de données. Les données sont stockées dans des fichiers gérés par le serveur de base de données. Cette opération est opaque. On transmet depuis un client des instructions à la base par l'intermédiaire du langage SQL (Structured Query Language). SQL est le langage standard de la base de données. Il contient trois différents langages : LDD (Langage de Définition de données) permet la description de la structure de la base (tables, vues, index, attributs,...). Exemple : CREATE, DROP, ALTER Ons Abdelkhalek Page 2

3 LMD (Langage de Manipulation de Données) permet la manipulation des tables et des vues. Exemple : SELECT, INSERT, DELETE, UPDATE LCD (Langage de Contrôle des Données) contient les primitives de gestion des transactions et des privilèges d'accès aux données. Exemple : COMMIT, ROLLBACK.. Le SGBD est donc un ensemble de services (applications logicielles) permettant de gérer les bases de données, c'est-à-dire : La définition des données : le SGBD mous permet de créer et de décrire les objets de la base de données (tales, liens, utilisateurs ), grâce au LDD. Exemple : la commande CREATE TABLE nom_table La manipulation des données : manipuler les données présentes dans la base de données (insertion, suppression, modification) grâce au LMD L intégrité des données : c est l ensemble des opérations de contrôle que le SGBD effectue pour préserver la cohérence des données Exemple : Vérification de la validité de la valeur d un champ. Permettre l'accès aux données de façon simple La gestion des accès concurrents : autoriser un accès aux informations à de multiples utilisateurs La confidentialité : Tous les utilisateurs d une BD ne sont pas supposés pouvoir consulter toutes les informations. Des sous schémas de la base permettent de résoudre ce problème en plus des mots de passe et des droits d accès. Sécurité de fonctionnement : copies de sauvegarde de la base, remise en marche de la base. Les principaux systèmes de gestion de bases de données sont les suivants : Borland Paradox, Filemaker, IBM DB2, Ingres, Interbase, Microsoft SQL server, Microsoft Access, Microsoft FoxPro, Oracle, Sybase, MySQL, PostgreSQL, msql, SQL Server Avantages permet de maintenir de façon fiable l'intégrité des données Ons Abdelkhalek Page 3

4 opérations de bas niveau opaques rapide multi-utilisateurs moins de trafic sur le réseau sécurité 3.2. Architecture détaillée d un SGBD Au niveau d'abstraction le plus élevé, un SGBD peut être vu comme une boite noire, assurant la gestion de la BD conformément aux requêtes de ses utilisateurs: L'interface utilisateur permet aux utilisateurs d'exprimer des requêtes: soit pour définir le contenu de la BD (avec le LDD), soit pour interroger la BD (en extraire des informations), soit enfin pour apporter des modifications à ce qui a été enregistré. L'interface d'accès physique permet au SGBD d'accéder aux données sur les supports (disques,...). Un SGBD gère des problèmes très différents, avec des objectifs particuliers: - interface utilisateur: compréhension, analyse et vérification des requêtes; objectifs: convivialité de l'interface, puissance des langages de description et de manipulation; - interface d'accès physique: optimisation du stockage des données (en termes d'espace occupé sur les supports) et de l'accès aux données (en temps); objectif: avoir les meilleures performances. Ons Abdelkhalek Page 4

5 L'articulation entre ces deux interfaces doit répondre à un objectif fondamental: assurer l'indépendance programme/données. A savoir, d'une part, la possibilité pour un utilisateur de modifier sa vue de la base et ses traitements sans avoir à se soucier des choix qui ont été opérés au niveau interne en matière de fichiers; d'autre part, inversement, la possibilité pour un administrateur système de modifier ces choix, pour améliorer les performances, sans que cela ait un impact sur les utilisateurs (leurs requêtes d'interrogation ou de mise à jour, ou leurs programmes d'application qui utilisent la base de données). Enfin, un SGBD étant utilisé simultanément par plusieurs utilisateurs, il a à résoudre plusieurs problèmes internes de coordination de ses actions, de cohérence et de contrôle du bon déroulement de ses activités. Il convient donc d'avoir une vision plus fine de l'architecture d'un SGBD. Celle-ci conduit à distinguer trois couches :. Niveau externe prend en charge le problème du dialogue avec les utilisateurs, c'est-à-dire l'analyse des demandes de l'utilisateur, le contrôle des droits d'accès de l'utilisateur, la présentation des résultats. Il s agit du niveau où les utilisateurs voient les données.. Niveau interne s'occupe du stockage des données dans les supports physiques et de la gestion des structures de mémorisation (fichiers) et d'accès (gestion des index, des clés,...). Il s agit du niveau où les données sont enregistrées dans le système.. Niveau intermédiaire: assure les fonctions de contrôle global: - optimisation globale des requêtes - gestion des conflits d'accès simultanés de la part de plusieurs utilisateurs - contrôle général de la cohérence de l'ensemble coordination et suivi des processus en cours - garantie du bon déroulement des actions entreprises même en cas de panne -... La couche intermédiaire de contrôle est appelée niveau logique ou conceptuel: on cherche à ne dépendre ni des exigences des utilisateurs ni des structures physiques choisies. Ons Abdelkhalek Page 5

6 Avec cette approche, le principe du fonctionnement d'un SGBD est le suivant : Une requête, exprimée par l'utilisateur dans un langage accepté par le système (LMD), est d'abord analysée du point de vue syntaxique (conformité à la grammaire du langage); suit une analyse sémantique (les objets cités doivent être connus dans le schéma externe de l'utilisateur). Après cette validation, faite dans la couche externe, la requête est traduite, pour son passage à la couche logique: les références aux objets du schéma externe sont remplacées par les références aux objets correspondants dans le schéma logique. On utilise pour cela la description des règles de correspondance entre schéma externe et schéma logique, établie, nécessairement, au moment de la définition du schéma externe. Au niveau logique (conceptuel/intermédiaire), on fait les contrôles sur la confidentialité, la concurrence, etc. Si la requête est acceptée, elle est optimisée et découpée en sous-requêtes plus élémentaires qui sont transférées au niveau interne; sinon, elle peut être mise en attente ou refusée. Au niveau interne, chaque sous-requête reçue est traduite en une ou plusieurs requêtes physiques correspondantes (en fonction des informations contenues dans le schéma interne), puis le SGBD réalise l'accès physique aux données (extraction ou modification). S'il s'agit d'une requête d'interrogation, les données extraites sont passées à la couche logique, puis à la couche externe. Ici elles sont réorganisées, selon le schéma externe de l'utilisateur, avant de les transmettre à l'utilisateur. Ons Abdelkhalek Page 6

7 3.3. Types de SGBD Les architectures des SGBD ont subi bien des transformations et ils ne cessent de suivre l'évolution des machines qui les font tourner. On distingue trois types de SGBD : le premier répond au modèle hiérarchique, le second au modèle réseau et le dernier au modèle relationnel. Plusieurs façons d'organiser les données : Le SGBD hiérarchique Aux tous premiers temps de l'informatique, on utilisait des fichiers ne contenant pas leur propre information structurelle. On ne pouvait donc intervenir dans l'écriture d'un programme qu'en connaissant la structure exacte du fichier. Tout nouveau traitement exigeait l'écriture d'un nouveau programme en COBOL, PL/1 principalement. Ainsi, pour changer le format des données dans un fichier fallait-il réécrire tous les programmes qui utilisaient le fichier concerné. La confidentialité posait aussi de gros problèmes dans la mesure où l'accès à un fichier supposait l'accès à toutes les informations qui y sont contenues. Il a donc fallu disposer d'un outil logiciel plus performant que le système traditionnel: un système qui puisse assurer l'interface entre les supports physiques de l'information et l'ensemble des utilisateurs. Ainsi sont apparus les premiers SGBD. La structure de données gérée par les premiers SGBD commercialisés s'inspirait de la structure hiérarchisée des fichiers COBOL. Les enregistrements étaient alors organisés en n niveaux et la liaison avec un enregistrement de niveau k ne pouvait se faire que d'une seule façon. Pour l utilisateur chaque enregistrement ressemble à un diagramme pourvu d un niveau supérieur appelé racine. Chaque segment supérieur est relié Ons Abdelkhalek Page 7

8 logiquement à un segment inférieur dans un rapport parent-enfant. Un père peut avoir plusieurs fils mais un enfant ne peut avoir qu un seul père/ Les liens sont assurés par des pointeurs qui forment des chaines de segment de données reliés Exemple IMS (Information Management System) d IBM Le SGBD réseau Le modèle réseau variante du modèle hiérarchique. La structure en réseau représente logiquement les données de type M :N, en d autres termes les enfants peuvent avoir plusieurs parents et les parents peuvent avoir plusieurs fils Il pourrait y avoir une redondance considérable des données et une diminution de la vitesse de réponse à certains types d interrogation. La structure en réseau réduit la redondance des données et augmentent la vitesse de réponse cependant le nombre de pointeurs augmente rapidement ce qui complique la maintenance et l exploitation Le SGBD relationnel Le modèle relationnel représente les données de la base sous forme de tables bidimensionnelles appelées relations, il peut relier les données sauvegardées dans une table aux données d une autre table si les deux tables partagent un élément de données commun Les opérations de base servant à élaborer des données utiles sont : La sélection : créer un ensemble constitué d enregistrement qui répond à un critère Ons Abdelkhalek Page 8

9 La projection : créer un ensemble de colonnes dans une table La jointure : combiner les tables relationnelles pour fournir plus d informations Exemple de SGBD-R : DB2 (IBM), Oracle, Microsoft SQL Server, mysql 3.4. Avantages et inconvénients des modèles hiérarchiques et réseau Avantages Efficacité de traitement Technologie de pointe pour le traitement accéléré de grands volumes de transactions Inconvénients Préciser d avance tous les chemins d accès, les répertoires et les index Il est difficile de modifier les chemins d accès sans déployer d efforts de programmation Structures peu souples Exiger un temps fou de programmation Difficile à installer et à réparer s il survient des erreurs de conception 3.5. Avantages du modèle relationnel Avantages Grande souplesse de réponse aux interrogations ponctuelles Combiner les informations de diverses sources Conception et maintenance faciles et simples Pas besoin de grands nombres de pointeurs Inconvénient du modèle relationnel Lent car il exige plusieurs accès aux données stockées sur disque Ons Abdelkhalek Page 9

10 3.6. Tableau récapitulatif Type de Efficacité de Souplesse Convivialité Complexité de base traitement pour l utilisateur programmation hiérarchique Elevée Faible faible Elevée Réseau Moyenne à Faible à Faible à Elevéé élevée moyenne modérée relationelle Faible mais en voie d amélioration Elevée élevée faible 4. ADMINISTRATEUR D UNE BASE DE DONNÉES (DBA) Comme les données sont l un des atouts de l entreprise, il est impératif qu une personne comprenant ces données et les besoins de l entreprise relatifs à ces données existe au niveau supérieur de la gestion de l entreprise L administrateur des données est donc cette personne. Son rôle consiste à décider des types de données à stocker dans la base et d établir des politiques de maintenance et de manipulation des données une fois stockées. L administrateur des données et donc un gestionnaire et non pas un technicien. Le technicien responsable de l implémentation des décision est l administrateur d une base de données (DBA). L administrateur des données (DA) est la personne qui décide des stratégies et de la politique. L administrateur de base de données (DBA) est celui qui assure la gestion technique nécessaire pour implémenter ces décisions ; ainsi, le DBA est responsable de l ensemble des contrôles du système au niveau technique. Le DBA désigne une personne responsable du bon fonctionnement d'une base de données tant au niveau de la conception, du test, de la coordination, et la charge de la protection et du contrôle d'utilisation. Cette Ons Abdelkhalek Page 10

11 profession est apparentée à l'analyste entrepôt de données (datawarehouse), le concepteur base de données, le Gestionnaire base de données et le Data Base Administrator (DBA). Le rôle d une DBA est de créer la base de données et de mettre en place les contrôles techniques nécessaires pour assurer les différentes politiques de gestion décidé par l administrateur des données. Il est également responsable de la bonne performance du système et la fourniture d un certain nombre d autres services techniques DESCRIPTION Le DBA travaille en relation étroite avec l'administrateur système et les développeurs au sein d'une DSI. Il doit être en mesure de bien connaître les systèmes de production ou de services existant sur les sites d'utilisation de la base de données. Il est en général spécialisé sur un type de moteur de base de données particulier, commercial ou non. On distingue plusieurs sous-catégories : L'administrateur de bases de données développement ou études : Il travaille conjointement avec les équipes de développement et est responsable du modèle logique et physique de la base de données. Il a souvent à charge l'administration des bases pendant la durée du projet. Il peut être amené à développer les procédures ou scripts SQL, et participe à la validation et aux tests. Il est très souvent responsable du contenu et du contenant (les données et le serveur lui-même). La volumétrie et le nombre de bases est en général limité à un seul client et un seul projet. L'administrateur de bases de données production : Il assure la disponibilité et le bon fonctionnement des systèmes de bases de données. Il travaille en environnement haute disponibilité 24h/24h 7/7j. Cette fonction s'accompagne presque systématiquement d'astreintes. La volumétrie peut ici être très importante, en moyenne on compte 80 bases de données par DBA, mais cela peut s'élever à plusieurs centaines voire un millier. Il est en général responsable du contenant Ons Abdelkhalek Page 11

12 mais pas du contenu : le système de bases de données, mais pas les données elles-mêmes. Cependant il doit toujours être en mesure de récupérer les données, et de restaurer une image valide des systèmes TACHES D UN DBA Le DBA est principalement chargé de : Définition du schéma conceptuel : C est au DBA de décider les types d informations que doit prendre en charge la base de données. En d autre terme, il doit identifier les entités présentant un intérêt pour l entreprise et les informations concernant ces entités à enregistrer dans la base. Ce processus est également appelé conception de la base de données Logique. Lorsque l administrateur des données a décidé du contenue de la base de données au niveau abstrait, le DBA crée le schéma conceptuel correspondant en utilisant le LDD conceptuel. Définition du schéma interne : Le DBA doit également décider des données à représenter dans la base de données mémoire. Ce processus est, en générale, appelé conception physique de la base de données. La conception physique terminée, le DBA doit définir la base de données mémoire correspondante (i.e. schéma interne) en utilisant le LDD interne. Il doit également définir les liens 1 entre le schéma interne et le schéma conceptuel. Assurer la relation avec les utilisateurs : C est le rôle du DBA d établir une relation avec les utilisateurs pour assurer la disponibilité des données et d écrire les schémas externes au moyen du LDD externe. De plus, les liens entre chacun de ces schémas externes et e schéma conceptuel doit être défini. 1 Lien conceptuel/interne : définit la correspondance entre la vue conceptuelle et la base de données mémoire. Si un changement est effectué au niveau de la définition de la base de données mémoire, alors le lien conceptuel doit être modifié en conséquence. Lien externe/conceptuel : défini la correspondance entre une vue externe particulière et une vue conceptuels Ons Abdelkhalek Page 12

13 La relation avec l utilisateur revêt d autres aspects tels les conseils a propos de la conception d application, la formation technique, l aide à la détermination et à la résolution des problèmes, L'intégrité des données : il vérifie ou aide à vérifier la cohérence des données de la base afin qu'elles ne rentrent pas en conflit avec les principes du système réel. Pour cela, il est chargé de la mise en œuvre de contraintes d'intégrité ; La sécurité : il définit ou implémente l'accès aux données en autorisant les utilisateurs à y accéder ou à les modifier, suivant les besoins ; La performance : il assure que l'accès aux données se fasse dans un temps raisonnable. Il doit donc veiller à avoir des tables, index, statistiques et requêtes SQL optimisés en utilisant par exemple des outils d'optimisation SQL (tuning SQL) ; L'aide au développement et aux tests : il doit fournir un support aux équipes de développement. Par exemple, il peut répliquer partiellement des données sur une base de tests, optimiser la base avec les développeurs et modifier le schéma pour implémenter les nouvelles fonctions ; Le recouvrement de données et la gestion des désastres : il doit créer et tester des solutions de sauvegardes afin qu'en cas d'erreur de saisie, de bug logiciel ou de problème matériel il puisse remettre rapidement la base comme elle était avant sa détérioration ; La validation et le conseil : valide les demandes de modifications ou mise à jour et conseils en optimisation pour le schéma ou les requêtes SQL ; Migration et mises à jour : Responsable de l'application des mises à jour et de la maintenance à niveau du système. La réalisation du schéma de la base de donnés fait souvent partie de ses fonctions, malgré le fait qu'elle incombe normalement à l'analyste ou au concepteur (parfois au développeur). Ons Abdelkhalek Page 13