Arquitectura de los sistemas de bases de datos (página 2)

El nivel clave en esta arquitectura, como se puede adivinar, es el conceptual. Éste contiene la descripción de las entidades, relaciones y propiedades de interés para la empresa (UoD), y constituye una plataforma estable desde la que proyectar los distintos esquemas externos, que describen los datos según los programadores, sobre el esquema interno, que describe los datos según el sistema físico. Las posibles proyecciones de datos quedan resumidas en la grafica

Posibles proyecciones de datos

Como cabría esperar, en la práctica cotidiana de implementación de bases de datos, esta arquitectura no es seguida al cien por cien por los DBMSs comerciales. Existen muy pocos productos que contengan aplicaciones para facilitar la fase de análisis. Por lo general, el nivel conceptual se obvia en los productos comerciales, salvo honrosas excepciones. Lo habitual es que el DBA realice el modelado conceptual usando sus propios recursos, o tal vez asistido por alguna aplicación de análisis, ya sea general o específica. El procesador del esquema conceptual, es por tanto el propio DBA. Los DBMSs sí suelen ofrecer facilidades para la creación de esquemas externos, pero sin pasar por el nivel conceptual. Por supuesto, un DBMS comercial no está obligado a seguir las recomendaciones de estandarización de arquitecturas del comité ANSI/X3/SPARC. Por lo que respecta al modelo relacional de bases de datos, que ya existía antes del informe de este comité, los fabricantes de RDBMSs se ajustan en mayor o menor medida al modelo teórico y, en cuanto a la arquitectura, han intentado seguir las recomendaciones del grupo RDBTG (Relational Data Base Task Group), parte del comité ANSI/X3/SPARC.

El resultado de este grupo fue restar importancia a las arquitecturas y realzar la de los lenguajes e interfaces. Como consecuencia, el lenguaje SQL, está hoy en día totalmente estandarizado, y en cambio encontramos distintas arquitecturas de RDBMS. Sin embargo se pueden distinguir dos tipos generales de arquitecturas para estos sistemas de bases de datos.

Arquitectura separada de RDBMS

Arquitectura integrada de RDBMS

El tipo de arquitectura integrada es en general preferible a la arquitectura separada y el más común entre los RDBMSs comerciales. De todos modos, la consecuencia de una integración de los lenguajes de definición de datos (DDL) y los de manipulación de datos (DML) en un sólo lenguaje (DMDL: Data Manipulation and Description Language), son a nuestro parecer positivas y negativas. Por un lado, esta integración resulta muy cómoda para el DBA, puesto que le basta con aprender un solo lenguaje formal para realizar todas las tareas de creación y mantenimiento de la base de datos. Pero por otro lado, estos sistemas (tanto los separados como los uniformes) fuerzan una proyección directa desde el nivel externo al interno, haciendo que el nivel conceptual, el fundamental según la arquitectura ANSI/X3/SPARC, desaparezca o se implemente en el nivel externo como una vista global externa. Por esta razón algunos DBAs inexpertos tienden a obviar la fase de análisis, cuando de hecho es la vital para la correcta implementación de la base de datos. Insistimos en que un buen modelado conceptual es una condición indispensable para el correcto desarrollo de una base de datos. Pensamos que lo ideal es usar un DBMS que nos permita desarrollar todas las tareas (de descripción y de manipulación) lo más fácilmente posible, pero no sin antes disponer de todas las herramientas necesarias para un correcto modelado conceptual, estén éstas o no incluidas en el DBMS.

1 El enfoque jerárquico

Un DBMS jerárquico utiliza jerarquías o árboles para la representación lógica de los datos. Los archivos son organizados en jerarquías, y normalmente cada uno de ellos se corresponde con una de las entidades de la base de datos. Los árboles jerárquicos se representan de forma invertida, con la raíz hacia arriba y las hojas hacia abajo.

Estructura de un árbol jerárquico

Un DBMS jerárquico recorre los distintos nodos de un árbol en un preorden que requiere tres pasos:

2. Visitar la raíz.
3. Visitar el hijo más a la izquierda, si lo hubiera, que no haya sido visitado.
4. Si todos los descendientes del segmento considerado se han visitado, volver a su padre e ir al punto 1.

Cada nodo del árbol representa un tipo de registro conceptual, es decir, una entidad. A su vez, cada registro o segmento está constituido por un número de campos que los describen – las propiedades o atributos de las entidades. Las relaciones entre entidades están representadas por las ramas. cada departamento es una entidad que mantiene una relación de uno a muchos con los profesores, que a su vez mantienen una relación de uno a muchos con los cursos que imparten.

Base de datos jerárquica. Estructura lógica y ejemplo

A modo de resumen, enumeramos las siguientes características de las bases de datos jerárquicas:

2. Los segmentos de un archivo jerárquico están dispuestos en forma de árbol.
3. Los segmentos están enlazados mediante relaciones uno a muchos.
4. Cada nodo consta de uno o más campos.
5. Cada ocurrencia de un registro padre puede tener distinto número de ocurrencias de registros hijos.
6. Cuando se elimina un registro padre se deben eliminar todos los registros hijos (integridad de los datos).
7. Todo registro hijo debe tener un único registro padre excepto la raíz.

Las reglas de integridad en el modelo jerárquico prácticamente se reducen a la ya mencionada de eliminación en cadena de arriba a abajo. Las relaciones muchos a muchos no pueden ser implementadas de forma directa. Este modelo no es más que una extensión del modelo de ficheros.

REDUNDANCIA

Esta se presenta cuando se repiten innecesariamente datos en los archivos que conforman la base de datos. Esta redundancia aumenta los costes de almacenamiento y acceso y además puede llevar a inconsistencia de los datos.

Si un cliente ha realizado más de un pedido todos los datos de este cliente estarán repetidos tantas veces como pedidos haya, lo mismo sucede para los artículos esto es opuesto al principal objetivo de una base de datos que consiste en evitar la repetición de los mismos.

Redundancia e inconsistencia de datos: Puesto que los archivos que mantienen almacenada la información son creados por diferentes tipos de programas de aplicación existe la posibilidad de que si no se controla detalladamente el almacenamiento, se pueda originar un duplicado de información, es decir que la misma información sea más de una vez en un dispositivo de almacenamiento. Esto aumenta los costos de almacenamiento y acceso a los taos, además de que puede originar la inconsistencia de los datos-es decir diversas copias de un mismo dato no concuerdan entre sí-, por ejemplo: que se actualiza la dirección de un cliente en un archivo y que en otros archivos permanezca la anterior.

INTEGRIDAD

El objetivo en cuanto a la integridad es proteger la base de datos contra operaciones que introduzcan inconsistencias en los datos, por eso hablamos de integridad en el sentido de corrección, validez o precisión de los datos de la base. El subsistema de integridad de un SGBD debe, por tanto, detectar y corregir, en la medida de lo posible, las operaciones incorrectas. Existen dos tipos de operaciones que pueden atentar contra la integridad de los datos que son las operaciones semánticamente inconsistentes y las interferencias debidas a accesos concurrentes.

Seguridad e integridad de los datos

Se trata de garantizar la coherencia de los datos, comprobando que sólo los usuarios autorizados puedan efectuar las operaciones correctas sobre la base de datos. Esto se consigue mediante:

• Un control sobre los usuarios que acceden a la base de datos y los tipos de operaciones que están autorizados a realizar. Este control se llama gestión de autorizaciones, y permite crear o borra usuarios y conceder o retirar derechos a efectuar determinados tipos de operaciones (por ejemplo: crear objetos, borrar objetos, modificar datos, etc.
• La validación de las operaciones realizadas con los datos. Este control se hace mediante un conjunto de reglas llamadas restricciones de integridad. Existen varios tipos de restricciones de integridad, como por ejemplo, las restricciones de integridad referencial, que imponen que las modificaciones realizadas sobre algunos datos, obliguen a realizar modificaciones de otros datos con los que están enlazados (por ejemplo, si se modifica el código de un artículo, se debería modificar ese código en todos los pedidos que soliciten el artículo.
• Una protección de los datos contra los accesos malintencionados y los fallos. Los accesos malintencionado se suelen evitar con la asignación de palabras de paso (password) a los usuarios, la definición de vistas, protección física de los datos (encriptado de los datos). Con respecto a los fallos causados por manipulaciones incorrectas, o accidentes lógicos o físicos, los S.G.B.D. suelen disponer de utilidades de recuperación de los datos después de un fallo.

La correcta utilización de todas estas operaciones de seguridad e integridad constituye una tarea esencial del Administrador de la base de datos (gestión de usuarios y sus derechos, gestión de vistas y recuperación después de un fallo).

Terminología en la arquitectura de la bases de datos

• Incoherencia de los datos: Si una operación de puesta al día múltiple no se ha realizado completamente el estado de la base de datos queda incoherente y puede producir errores importantes
• Versatilidad para representar la información: Ofrecer diferentes visiones de la información que se almacena en la BD.
• Desempeño: Debe dar respuesta en un tiempo adecuado, permitiendo el acceso simultaneo al mismo o diferente datos.

• Mínima redundancia.

• Capacidad de acceso: Debe responder en tiempo adecuado a consultas previstas e imprevistas.

• Simplicidad: Cambios en los requerimientos no deben suponer grandes cambios en el modelo de datos.

• Seguridad: Capacidad para proteger los datos contra perdidas totales y/o parciales,

Contra destrucción causada por el entorno (fuego, inundación,…)

Contra destrucción causada por fallos del sistema

Contra accesos no autorizados a la BD

Contra accesos indebidos a los datos

• Privacidad: Debe reservar la información de accesos de personas no autorizadas.

• Afinación: Organización de datos afines para obtener buenos tiempos de respuesta.

• Integridad: Que los datos sean correctos y se correspondan a los requerimientos del dominio.

  Integridad frente a fallos Hw o Sw o de acceso concurrente

Integridad asegurando que los datos se ajustan a los requerimientos del problema

• Abstracción de la información. Los usuarios de los SGBD ahorran a los usuarios detalles acerca del almacenamiento físico de los datos. Da lo mismo si una base de datos ocupa uno o cientos de archivos, este hecho se hace transparente al usuario. Así, se definen varios niveles de abstracción.
• Independencia. La independencia de los datos consiste en la capacidad de modificar el esquema (físico o lógico) de una base de datos sin tener que realizar cambios en las aplicaciones que se sirven de ella.
• Redundancia mínima. Un buen diseño de una base de datos logrará evitar la aparición de información repetida o redundante. De entrada, lo ideal es lograr una redundancia nula; no obstante, en algunos casos la complejidad de los cálculos hace necesaria la aparición de redundancias.
• Consistencia. En aquellos casos en los que no se ha logrado esta redundancia nula, será necesario vigilar que aquella información que aparece repetida se actualice de forma coherente, es decir, que todos los datos repetidos se actualicen de forma simultánea.
• Seguridad. La información almacenada en una base de datos puede llegar a tener un gran valor. Los SGBD deben garantizar que esta información se encuentra asegurada frente a usuarios malintencionados, que intenten leer información privilegiada; frente a ataques que deseen manipular o destruir la información; o simplemente ante las torpezas de algún usuario autorizado pero despistado. Normalmente, los SGBD disponen de un complejo sistema de permisos a usuarios y grupos de usuarios, que permiten otorgar diversas categorías de permisos.
• Integridad. Se trata de adoptar las medidas necesarias para garantizar la validez de los datos almacenados. Es decir, se trata de proteger los datos ante fallos de hardware, datos introducidos por usuarios descuidados, o cualquier otra circunstancia capaz de corromper la información almacenada.
• Respaldo y recuperación. Los SGBD deben proporcionar una forma eficiente de realizar copias de seguridad de la información almacenada en ellos, y de restaurar a partir de estas copias los datos que se hayan podido perder.
• Control de la concurrencia. En la mayoría de entornos (excepto quizás el doméstico), lo más habitual es que sean muchas las personas que acceden a una base de datos, bien para recuperar información, bien para almacenarla. Y es también frecuente que dichos accesos se realicen de forma simultánea. Así pues, un SGBD debe controlar este acceso concurrente a la información, que podría derivar en inconsistencias.
• Tiempo de respuesta. Lógicamente, es deseable minimizar el tiempo que el SGBD tarda en darnos la información solicitada y en almacenar los cambios realizados.

• Inconsistencia Ocurre cuando existe información contradictoria o incongruente en la base de datos.
• Dificultad en el acceso de los datos debido a que los sistemas de procesamiento de archivos generalmente se conforman en distintos tiempos o épocas y ocasionalmente por distintos programadores, el formato de la información no es uniforme y se requiere de establecer métodos de enlace y conversión para combinar datos contenidos en distintos archivos.
• Aislamiento de los datos, Se refiere a la dificultad de extender las aplicaciones que permitan controlar a la base de datos, como pueden ser, nuevos reportes, utilerías y demás debido a la diferencia de formatos en los archivos almacenados.
• Anomalías en el acceso concurrente Ocurre cuando el sistema es multiusuario y no se establecen los controles adecuados para sincronizar los procesos que afectan a la base de datos. Comúnmente se refiere a la poca o nula efectividad de los procedimientos de bloqueo.
• Problemas de seguridad Se presentan cuando no es posible establecer claves de acceso y resguardo en forma uniforme para todo el sistema, facilitando así el acceso a intrusos.
• Problemas de integridad Ocurre cuan no existe a través de todo el sistema procedimientos uniformes de validación para los datos
• Archivos de datos Almacenan a la base de datos.
• Diccionario de datos Almacenan información referente a la estructura de la base de datos.
• Índices Permiten un acceso eficiente (rápido y confiable) a la información almacenada en la base de datos
• Manejador de Archivo Asigna espacio en el medio de almacenamiento para las estructuras que habrán de almacenar la información.
• Manejador de Bases de datos Es la interfase entre los datos de bajo nivel y los programas de aplicaciones.
• Procesador de consulta Se encarga de traducir las proposiciones de un lenguaje de consultas a instrucciones de bajo nivel.
• Precompiladotes de DML.- Se encarga de traducir las proposiciones en DML al lenguaje de diseño del manejador (Pascal, C, Ensamblador etc.
• Compilador de DDL.- Se encarga de convertir las proposiciones en DDL a tablas que contienen metadatos.

Martínez Lucia

Reyes Yismely

PUERTO LA CRUZ, JUNIO 2006