Projeto Físico de Banco de Dados

Transcrição

1 Administração de Banco de Dados Projeto Físico de Banco de Dados

2 É uma atividade na qual o objetivo não é apenas obter uma estrutura de dados apropriada para armazenamento, mas desenvolve-lo de maneira que garanta um bom desempenho.» Navathe

3 Considerações sobre desempenho Normalização X Desnormalização Índice Estruturas de Armazenamento Ajuste de SQL Recomendações de ambiente PostgreSql Arquitetura Armazenamento Usuário Utilitários SQL

4 Normalização Projeto Físico Elimina anomalias de modificação Elimina redundância Facilita manutenção Reduz o espaço de armazenamento Normalização tende a produzir numerosas relações. As consultas nas relações normalizadas requerem muitas junções. Muitas junções e muitas relações reduzem a performance geral

5 Desnormalização Projeto Físico O processo de armazenar a junção de relações definidas em formas normais de mais alta ordem em uma relação base ( que está definida em uma forma normal de mais baixa ordem ) é conhecido como desnormalização Elmasri/Navathe Fundamentals of Database Systems

6 Candidatos a Desnormalização Tabelas envolvidas em relacionamentos 1:1 Tabelas envolvidas em relacionamentos n:n Tabelas usadas para validar domínio Relacionamentos 1:n onde n é conhecido e pequeno Dados derivados

7 Relacionamento 1:1 Projeto Físico Funcionário 1 1 Contrato Incluir duas relações envolvidas em um Relacionamento 1:1 em uma única relação Funcon

8 Funcionario Numero Nome Endereço 1 Luiz Silveira Rua 5 de julho no 30 2 Carlos Sa Av maracana Maria Lins Sao clemente 30/101 Contrato Id Funcionário salário Funcon Numero Nome Endereço Id salário 1 Luiz Silveira Rua 5 de julho no Carlos Ramos Av maracana Maria Lins Sao clemente 30/

9 Relacionamento n:n Projeto Físico Funcionário n n Curso Funcionário 1 n Curso Armazenado como 1:n, curso terá registros duplicados

10 Funcionario Numero Nome Endereco 1 Luiz Silveira Rua 5 de julho no 30 2 Carlos Sa Av maracana Maria Lins Sao clemente 30/101 Curso Codigo Nome Realizou Numero codigo Segurança 5 Rede 6 Sql 7 Java

11 Funcionario Projeto Físico Numero Nome Endereco 1 Luiz Silveira Rua 5 de julho no 30 2 Carlos Sa Av maracana Maria Lins Sao clemente 30/101 Curso Codigo Nome Numero 1 Segurança 1 5 Rede 1 6 Sql 1 7 Java 1 5 Rede 2 7 Java 2

12 Tabelas usadas para validar domínio Tabelas de domínio são geralmente vistas em banco de dados na forma codigo -> informação Exemplo: cidade(id,nome) Para desnormalizar, simplesmente armazena-se o campo informação na relação onde o dado é referenciado. Isto tem o efeito de re-introduzir dependências transitivas no banco de dados.

13 Funcionario Numero Nome CodCidade 1 Luiz Silveira 5 2 Carlos Sa 6 3 Maria Lins 5 Cidade Codigo Nome 5 Rio de janeiro 6 Sao Paulo Numero Nome Codigo Cidade 1 Luiz Silveira 5 Rio de janeiro 2 Carlos Sa 6 Sao Paulo 3 Maria Lins 5 Rio de janeiro

14 Relacionamentos 1:n onde n é conhecido e pequeno Considere que um funcionário pode desempenhar várias funções e uma funçao tem até 3 tarefas. Funcionario(numero,nome) Função(Titulo,descriçao,numeroFunc) Tarefa(funcaoTitulo,nomeTarefa) 1 * 1 * Funcionario Funcao Tarefa Pode ser implementado como: Funcionario(numero,nome) FunçãoTarefa(Titulo,descriçao,numeroFunc,tarefa1,tarefa2,tarefa3)

15 Dados derivados Dados derivados não são armazenados diretamente no banco de dados mas calculados a partir dos dados do banco. Alguns sistemas gerenciadores de banco de dados disponibilizam recursos para o gerenciamento de dados derivados no banco tais como views materializadas. Materialized View (Visões materializadas) Totalizações/Uniões (Bancos de apoio a decisão Data Warehouse)

16 Normalização/Desnormalização Obter a população de Curitiba? Select municipio, count(sexo) From Geografia G, Domicilio D, Pessoa P Where estado= PR and municipio= curitiba and G.id=id_geo and D.id=id_domi Group by municipio; JUNÇÃO DAS 3 TABELAS

17 Normalização/Desnormalização View materializada GEOTOT (estado, municipio, totpess) Obter a população de Curitiba? Select municipio, totpess From GEOTOT Where estado= PR and municipio= curitiba ; Pré-armazenamento de totalizações para melhorar desempenho

18 Índice O que é? Estrutura de dados mantida internamente pelo SGBD 2 campos: Valores dos atributos indexados (ordenados) Endereço da linha na tabela Exemplo TABELA FUNCIONARIO CODIGO NOME CIDADE RID 300 MENDES RIO CASTRO RIO NEVES BH 1245 INDICE NA COLUNA NOME RID NOME 4568 CASTRO 3870 MENDES 1245 NEVES

19 Índice Finalidade Otimizar o acesso aos dados nas relações Analogia a um índice de um livro Acesso mais rápido ao registro no caso da chave de busca for igual ao campo indexado. Busca no arquivo índice é mais rápida porque o arquivo de índice é menor e é ordenado. Logo é possível fazer um acesso mais rápido via busca binária. Número de acessos (médio) em busca binária é log n. Acesso seqüencial (ordenado) pelo campo indexado. Desvantagens Maior espaço de armazenamento. Inclusão, exclusão, alteração mais lentos.

20 Tipos Estrutura de dados Árvores B ou B+ ( comuns em chaves primárias) Alta seletividade Hash Forma Únicos (implementam a restrição unique ) Compostos (definidos sobre múltiplos atributos) Quando usar? Em atributos usados como filtros (cláusula where ) caso a freqüência de execução seja alta ou tempo de resposta insatisfatório. Em chaves estrangeiras (Facilitam a junção)

21 Motivação: Desempenho fraco Indicações para o ajuste: Projeto Físico Ajuste de Consultas 1. Consulta emite muitos acessos ao disco (por exemplo, uma consulta varre a tabela inteira). 2. O plano de consulta mostra que índices relevantes não estão sendo usados.

22 Ajuste de Consultas Alguns casos típicos de ajuste: 1. Expressões em comparações onde o índice não é usado Comparações com expressões: salario/365 > 10 Comparações numéricas de campos com diferentes tamanhos X = Y, onde X é integer e Y é smallint Comparações com NULL Data_nascimento IS NULL Comparações com substrings Nome like %eira Projeto Físico Muitos otimizadores não usam índices nestas situações

23 Casos típicos de ajuste: 2. Subconsultas com operador IN índices não costumam ser usados pelos otimizadores Projeto Físico Ajuste de Consultas SELECT MATRICULA FROM FUNCIONARIO WHERE COD_DEPTO IN(SELECT CODIGO FROM DEPARTAMENTO WHERE MATRICULA_GERENTE = 1235); PODE NÃO USAR O ÍNDICE EM COD_DEPTO SELECT MATRICULA FROM FUNCIONARIO, DEPARTAMENTO WHERE COD_DEPTO = CODIGO AND MATRICULA_GERENTE = 1235; PODE USAR O ÍNDICE

24 Casos típicos de ajuste: 3. Uso da clausula distinct Muitas vezes seu uso é redundante. Normalmente causa uma operação de ordenação e deve ser evitado 4. Ordem das tabelas na cláusula FROM Alguns otimizadores levam isso em consideração. 5. Divisão de consultas com múltiplos OR. Projeto Físico Ajuste de Consultas Dividir e formular como uma UNIÃO de consultas. SELECT PNOME,UNOME,SALARIO,IDADE FROM FUNCIONARIO WHERE IDADE > 45 OR SALARIO < 5000; SELECT PNOME,UNOME,SALARIO,IDADE FROM FUNCIONARIO WHERE IDADE > 45 UNION SELECT PNOME,UNOME,SALARIO,IDADE FROM FUNCIONARIO WHERE SALARIO < 5000; PODE USAR ÍNDICES EM IDADE E SALÁRIO

25 Estruturas de Armazenamento Lógica Física 1 * Tablespace 1 * Tabela Índice 1 * Nível Lógico Arquivo Tablespace define a localização de armazenamento para tabelas e índices Usar tablespaces diferentes para cada projeto. Usar tablespaces diferentes para índice e tabela Nível Físico Usar unidades de disco diferentes para índices e tabelas, melhorando o througput de E/S

26 Ambientes de Desenvolvimento/Produção Ambiente de desenvolvimento permite que as aplicações sejam testadas antes de entrarem em produção. Usar mesma versão do sistema operacional e sistema gerenciador de banco de dados. Se for possível usar também um ambiente de homologação Aplicação de patch e upgrade Testes de ferramentas auxiliares Documentar problemas e soluções Facilita o trabalho de suporte Testar a recuperação do backup antes de entra em produção

27 PostgreSql Arquitetura Armazenamento Usuário Utilitários SQL

28 O PostgreSQL é um sistema de gerenciamento de banco de dados objeto-relacional, derivado do pacote POSTGRES escrito na Universidade da Califórnia em Berkeley. Qualquer plataforma Unix-compatível pode rodar PostgreSQL. A compatibilidade nativa para Windows está disponível desde a versão 8.0. Versões antigas do Windows baseadas no MSDOS (Win95, Win98, WinMe) podem rodar PostgreSQL usando Cygwin.

29 Fundamentos da Arquitetura O PostgreSQL utiliza o modelo cliente-servidor. O processo servidor, que gerencia os arquivos de banco de dados, aceita conexões dos aplicativos-cliente e executa ações no banco de dados em nome dos clientes. O programa servidor de banco de dados se chama postgres. O aplicativo-cliente do usuário (frontend), que deseja executar operações de banco de dados, pode ser uma ferramenta no modo caractere, um aplicativo gráfico, um servidor Web que acessa o banco de dados para mostrar páginas Web, ou uma ferramenta especializada para manutenção do banco de dados. Alguns aplicativos-cliente são fornecidos na distribuição do PostgreSQL, sendo a maioria desenvolvido pelos usuários.

30 Armazenamento Esquema É uma coleção de tabelas, visões, índices, tipos de dados e funções. Facilita a organização lógica dos objetos do banco Por padrão, as tabelas (e outros objetos) são colocadas automaticamente no esquema chamado "public", presente em todos os banco de dados. Banco de Dados É uma coleção de esquemas. Quando um cliente se conecta a um servidor, ele especifica o banco de dados que ele quer acessar.

31 Tablespace Por padrão são criados dois tablespaces no PostgreSQL: pg_default repositório padrão dos objetos e dados fornecidos pelos usuários pg_global armazena o catálogo do servidor e templates (protótipos) de banco de dados Para definir um tablespace é utilizado o comando CREATE TABLESPACE. CREATE TABLESPACE ST_TABELA OWNER vivacqua LOCATION 'c:/tablespace/tabelas';

32 Usuário Usuário é equivalente a Role com a exceção de que quando um usuário é criado é assumido que ele pode dar login enquanto que na Role isto não acontece. Ex: create user vivacqua with createdb password 'vivacqua'

33 Utilitários Backup Pgdump Pgrestore Carga / Extração Copy Recuperar o espaço em disco ocupado por registros deletados. Vacuum Coleta de estatísticas Analyse

34 PGADMIN Ferramenta cliente para projeto e administração distribuída gratuitamente Permite executar comandos SQL (DDL e DML)

35 SQL - (Structured Query Language) Surgiu no início na década de 70 pela IBM. Em1980 o produto mudou seu nome para SQL. American National Standards Institute é o mantenedor e responsável pelo padrão. A linguagem é enorme ( especificação contém páginas). Os comandos de SQL podem ser usados interativamente como uma linguagem de consulta ou podem ser incorporados a programas de aplicações.

36 A Linguagem de Definição de Dados: Subcategoria de SQL que permite a criação e a alteração dos objetos do banco de dados. Normalmente, é de uso exclusivo do Administrador de Banco de Dados; contudo, seu uso fica sujeito à política da empresa. PRINCIPAIS COMANDOS DDL: CREATE, ALTER, DROP TABLE CREATE, DROP INDEX CREATE VIEW

37 Criando tabela Projeto Físico CREATE TABLE nome-da-tabela ( definição-da-coluna1, definição-da-coluna2,..., definição-dacolunan ) ONDE definição-da-coluna é definida como: nome-da-coluna tipo-de-dado [CONSTRAINT]

38 Principais tipos de dados numéricos smallint 2 bytes inteiro com faixa pequena a integer 4 bytes escolha usual para inteiro a bigint 8 bytes inteiro com faixa larga a decimal variável precisão especificada pelo usuário sem limite numeric variável precisão especificada pelo usuário sem limite serial 4 bytes inteiro com auto-incremento 1 a Principais tipos de dados de caracteres character(n), char(n) character varying(n), varchar(n) limite 1GB

39 PRINCIPAIS CONSTRAINTS: Primary key define a chave primária da tabela Foreign key define uma chave estrangeira Unique define que o valor da coluna é único Not Null especifica que a coluna não pode ter valores nulos Check estabelece um domínio para os valores da coluna Podem ser especificadas: na definição da coluna ao final da definição das colunas através do comando ALTER TABLE

40 Exemplos CREATE TABLE DEPARTAMENTO Projeto Físico ( CODIGO INTEGER PRIMARY KEY, NOME CHAR(20) NOT NULL, STATUS INTEGER, CIDADE CHAR(20) ) CREATE TABLE FUNCIONÁRIO ( MATRICULA INTEGER PRIMARY KEY, NOME VARCHAR (20) NOT NULL, SEXO CHAR (1), DEPTO INTEGER, CONSTRAINT FK_DEP FOREIGN KEY(DEPTO) REFERENCES DEPARTAMENTO (CODIGO) );

41 Alterando a estrutura da tabela Adicionando coluna Removendo coluna Renomeando coluna Adicionando constraint Removendo constraint

42 SINTAXE: ALTER TABLE nome-da-tabela ADD CONSTRAINT ou DROP CONSTRAINT ou ADD COLUMN ou DROP COLUMN ou RENAME TO novo_nome_tabela ou RENAME nome_da_coluna TO novo_nome_coluna

43 Exemplos: ALTER TABLE DEPARTAMENTO ADD TELEFONE CHAR(11); TRANSFORMA A TABELA DE DEPARTAMENTO EM: DEPARTAMENTO (CÓDIGO, NOME, STATUS, CIDADE, TELEFONE); ALTER TABLE DEPARTAMENTO ADD CONSTRAINT FORNECEDOR_PK PRIMARY KEY (CODIGO); CRIA A CHAVE PRIMÁRIA NA TABELA FORNECEDOR. ALTER TABLE FUNCIONARIO ADD CONSTRAINT FK_DEPARTAMENTO FOREIGN KEY(DEPTO) REFERENCES DEPARTAMENTO( CODIGO); CRIA O RELACIONAMENTO ENTRE UMA TABELA DEPARTAMENTO E A TABELA FUNCIONARIO. ALTER TABLE FUNCIONÁRIO ADD CONSTRAINT CHK_SEXO CHECK (SEXO IN ( M, F ));

44 Removendo uma tabela SINTAXE: DROP TABLE nome-da-tabela Esta sentença não só remove a descrição da tabela do catálogo do banco, como todas suas instâncias, visões e índices definidos sobre ela. EXEMPLO: DROP TABLE Funcionario; /* Remove do banco de dados a tabela Funcionario */

45 Criando Índice Sintaxe: CREATE INDEX nome-indice ON nome-da-tabela(nome_coluna) [Tablespace nome-da-tablespace] Exemplos Create Index ind_nome on Funcionario(NOME) tablespace ST_INDICE ; Create Index ind_nome on Funcionario(NOME) using hash tablespace ST_INDICE;

46 Removendo índice Sintaxe: Drop index nome-do-índice Exemplo: DROP INDEX IND_NOME;