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Le modèle relationnel BASE DE DONNEES RELATIONNELLES Préface Ce document est un

Le modèle relationnel BASE DE DONNEES RELATIONNELLES Préface Ce document est un support pour les cours en informatique des premières années. La structure et le contenu des chapitres ont été synchronisés avec le contenu du programme établi par. Le cours met l'accent sur les concepts et techniques fondamentaux des bases de données relationnelles, ainsi que sur la conception et l'implémentation de systèmes informatiques élémentaires de gestion. I. Introduction Les bases de données sont actuellement au cœur du système d'information des entreprises. Les systèmes de gestion de bases de données, initialement disponibles uniquement sur des "mainframes", peuvent maintenant être installés sur tous les types d'ordinateurs y compris les ordinateurs personnels. Mais attention, souvent on désigne, par abus de langage, sous le nom "bases de données" des ensembles de données qui n'en sont pas. Qu'est-ce donc qu'une base de données ? Que peut-on attendre d'un système de gestion de bases de données ? C'est à ces questions, entre autres, que cet ouvrage essaie d'apporter des réponses. Dans un premier temps, et de façon informelle, on peut considérer une Base de Données (BD) comme une grande quantité de données, centralisées ou non, servant pour les besoins d'une ou plusieurs applications, interrogeables et modifiables par un groupe d'utilisateurs travaillant en parallèle. Quant au Système de Gestion de Bases de Données (SGBD), il peut être vu comme le logiciel qui prend en charge la structuration, le stockage, la mise à jour et la maintenance des données ; c'est, en fait, l'interface entre la base de données et les utilisateurs ou leurs programmes. Les limites à l'utilisation des fichiers L’utilisation de fichiers impose d'une part, à l'utilisateur de connaître l'organisation (séquentielle, indexée, ...) des fichiers qu'il utilise afin de pouvoir accéder aux informations dont il a besoin et, d'autre part, d'écrire des programmes pour pouvoir effectivement manipuler ces informations. Pour des applications nouvelles, l'utilisateur devra obligatoirement écrire de nouveaux programmes et il pourra être amené à créer de nouveaux fichiers qui contiendront peut-être des informations déjà présentes dans d'autres fichiers. De telles applications sont : - Rigides, - Contraignantes, - Longues et coûteuses à mettre en œuvre. 1 Le modèle relationnel Les données associées sont : - mal définies et mal désignées, - redondantes, - peu accessibles de manière ponctuelle, - peu fiables. La prise de décision est une part importante de la vie d'une société. Mais elle nécessite d'être bien informé sur la situation et donc d'avoir des informations à jour et disponibles immédiatement. Les utilisateurs, quant à eux, ne veulent plus de systèmes d'information constitués d'un ensemble de programmes inflexibles et de données inaccessibles à tout non spécialiste ; ils souhaitent des systèmes d'informations globaux, cohérents, directement accessibles (sans qu'ils aient besoin soit d'écrire des programmes soit de demander à un programmeur de les écrire pour eux) et des réponses immédiates aux questions qu'ils posent. On a donc recherché des solutions tenant compte à la fois des désirs des utilisateurs et des progrès techniques. Cette recherche a abouti au concept de base de données. Définition (base de données) : Une base de données est un ensemble d'informations sur un sujet qui est : - exhaustif, - non redondant, - structuré, - persistant. Définition (système de gestion de base de données) : Un système de gestion de base de données est un logiciel qui permet de : - décrire, - modifier, - interroger, - administrer, les données d'une base de données. Objectifs des systèmes de gestion de bases de données Les bases de données et les systèmes de gestion de bases de données ont été créés pour répondre à un certain nombre de besoins et pour résoudre un certain nombre de problèmes. Des objectifs principaux ont été fixés aux systèmes de gestion de bases de données dès l'origine de ceux-ci et ce, afin de résoudre les problèmes causés par la démarche classique. Ces objectifs sont les suivants : Indépendance physique La façon dont les données sont définies doit être indépendante des structures de stockages utilisées. 2 Le modèle relationnel Indépendance logique Un même ensemble de données peut être vu différemment par des utilisateurs différents. Toutes ces visions personnelles des données doivent être intégrées dans une vision globale. Manipulations des données par des non informaticiens Il faut pouvoir accéder aux données sans savoir programmer ce qui signifie des langages "quasi naturels". Efficacité des accès aux données Ces langages doivent permettre d'obtenir des réponses aux interrogations en un temps "raisonnable". Ils doivent donc être optimisés et, entre autres, il faut un mécanisme permettant de minimiser le nombre d'accès disques. Tout ceci, bien sur, de façon complètement transparente pour l'utilisateur. Administration centralisée des données Des visions différentes des données (entre autres) se résolvent plus facilement si les données sont administrées de façon centralisée. Non redondance des données Afin d'éviter les problèmes lors des mises à jour, chaque donnée ne doit être présente qu'une seule fois dans la base. Cohérence des données Les données sont soumises à un certain nombre de contraintes d'intégrité qui définissent un état cohérent de la base. Elles doivent pouvoir être exprimées simplement et vérifiées automatiquement à chaque insertion, modification ou suppression des données. Partageabilité des données Il s'agit de permettre à plusieurs utilisateurs d'accéder aux mêmes données au même moment. Si ce problème est simple à résoudre quand il s'agit uniquement d'interrogations et quand on est dans un contexte mono-utilisateur, cela n'est plus le cas quand il s'agit de modifications dans un contexte multi-utilisateurs. Il s'agit alors de pouvoir : permettre à deux (ou plus) utilisateurs de modifier la même donnée "en même temps" ;  assurer un résultat d'interrogation cohérent pour un utilisateur consultant une table pendant qu'un autre la modifie. Sécurité des données Les données doivent pouvoir être protégées contre les accès non autorisés. Pour cela, il faut pouvoir associer à chaque utilisateur des droits d'accès aux données. 3 Le modèle relationnel Résistance aux pannes Que se passe-t-il si une panne survient au milieu d'une modification, si certains fichiers contenant les données deviennent illisibles? Les pannes, bien qu'étant assez rares, se produisent quand même de temps en temps. Il faut pouvoir, lorsque l'une d'elles arrive, récupérer une base dans un état "sain". Ainsi, après une panne intervenant au milieu d'une modification deux solutions sont possibles : soit récupérer les données dans l'état dans lequel elles étaient avant la modification, soit terminer l'opération interrompue. Malheureusement, ces objectifs ne sont pas toujours atteints. II. Système de Gestion de Bases de Données (SGBD) Définition Un Système de Gestion de Bases de Données (SGBD) est un logiciel de haut niveau qui permet de manipuler les informations stockées dans une base de données. La complexité d’un SGBD est essentiellement issue de la diversité des techniques mises en œuvre, de la multiplicité des composants intervenant dans son architecture, et des différents types d’utilisateurs (administrateurs, programmeurs, non informaticiens, ...) qui sont confrontés, à différents niveaux, au système. Voici quelques exemples illustrant tous les cas de figure qu’il faudrait envisager dans un cours exhaustif : – Les modèles de données : entité-relation, réseau, hiérarchique, relationnel, orienté- objet, modèles sémantiques. – Les langages de requêtes : fondements théoriques (logiques du premier ordre, du point fixe, algèbres diverses) et les langages comme SQL, SQL3, Datalog, OQL, etc. – Les techniques de stockage : sur disque (optique), sur bande. – L’organisation des fichiers : index, arbre-B, hachage, ... – L’architecture : centralisée, distribuée, sur d’autres bases accessibles par réseau. – Les techniques d’évaluation et d’optimisation de requêtes. – La concurrence d’accès et les techniques de reprise sur pane. Pour mettre un peu d’ordre dans tout cela, on peut se raccrocher à une architecture standard conforme à la plus grande partie des SGBD existant, et offrant l’avantage de bien illustrer les principales caractéristiques d’un SGBD. Cette architecture distingue trois niveaux correspondant d’une part à trois représentations équivalentes de l’information, d’autre part aux champs d’interventions respectifs des principaux acteurs. Pour ces derniers, nous utiliserons la terminologie suivante : – Utilisateur naïf : du non spécialiste des SGBD au non informaticien. – Concepteur et programmeur d’application : à partir des besoins des différents utilisateurs, écrit l’application pour des utilisateurs “naïfs”. – Utilisateur expert : informaticien connaissant le fonctionnement interne d’un SGBD et chargé d’administrer la base. Chaque niveau du SGBD remplit (réalise) un certain nombre de fonctions : 4 Le modèle relationnel Niveau physiques : gestion sur mémoire secondaire (fichiers) des données, du schéma, des index ; Partage de données et gestion de la concurrence d’accès ; Reprise sur pannes (fiabilité) ; Distribution des données et interopérabilité (accès aux réseaux) ; Niveau logique : Définition de la structure de données : Langage de Description de Données (LDD) ; Consultation et Mise à Jour des données : Langages de Requêtes (LR) et Langage de Manipulation de Données (LMD) ; Gestion de la confidentialité (sécurité) ; Maintien de l’intégrité ; Niveau externe : Vues ; Environnement de programmation (intégration avec un langage de programmation); Interfaces conviviales et Langages de 4e Génération (L4G) ; Outils d’aides (ex. conception de schémas) ; Outils de saisie, d’impression d’états. En résumé, un uploads/Management/ bd-net.pdf