FLAVIO AUGUSTO WEBER. ANALISE DE DESEMPENHO E OTIMIZAVAO DE CONSUlTAS SQl CURITIBA

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1 FLAVIO AUGUSTO WEBER ANALISE DE DESEMPENHO E OTIMIZAVAO DE CONSUlTAS SQl CURITIBA 2002

2 FLAvlO AUGUSTO WEBER ANALISE DE DESEMPENHO E OTIMIZAt;:AO DE CONSULTAS SQL Monografia apre5entada como requisito parcial a conclu~o do Curso de Tecnologia em Processamento de Dados da Universidade Tuiuti do Parana. Orientador: Prof. Elaini Al1gelotti CURITIBA 2002

3 FLAvlO AUGUSTO WEBER ANALISE DE DESEMPENHO E OTIMIZACAO DE CONSULTAS SQL Disserta9ao aprovada como requisito parcial para obten9ao de grau no Curso de Tecnologia em Processamento de Dados da Universidade Tuiuti do Parana, pela comissao formada pelos professores: Orientador: Prof. Elaini Angelotti Faculdade de Ciencias Exatas e Tecnologia, TUIUTI Prof. Giulliana Martins de Souza Vicentin Faculdade de Ciencias Exatas e Tecnologia, TUIUTI Prof. Andn'ia de Jesus Faculdade de Ciencias Exatas e Tecnologia, TUIUTI Curitiba, 12 de novembro de 2002

4 SUMARIO LISTA DE FIGURAS v LlSTA DE TABELAS vi RESUMO 1.INTRODUyAO 1.1.0BJETIVOS vii METODOLOGIA Da Pesquisa Do Desenvolvimento SUMARIO DOS CAPITULOS...4 _ 5... _ 6 2. REVISAO DE LITERATURA FUNDAMENTOS DE SISTEMAS DE BANCO DE DADOS Arquitetura de Sistemas de Banco de Dados _. _ Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados (SGBD) Modelo Entidade-Relacionamento Modelo Relacional_ Normaliza9i\o _ 2.2. LlNGUAGEM SOL_ Composi9i\o da Linguagem SOL Estruturas Basicas _ Fun90es Agregadas..... _ _ _.22 _ 24 _ Clausula Group By Clausula Having UniOes..._ Uniiles Externas INDICES _ Indice Setorizado_ Indice Nao Setorizado _.._.._.._... _ 44._ timizador Analise da consulta Sele9aO do indice Sele9aO da uniao...59 iii

5 2.5. OUTROS METODOS DE APRIMORAMENTO DE DESEMPENHO Unindo tabelas adequadarnente Avaliando a condi9ao rna is restritiva Utilizando varreduras de tabela Evitando 0 operador OR Evitando a clausula HA VING Evitando grandes opera90es de classifica9ao Utilizando procedirnentos armazenados SOL SERVER Arquitetura do SOL Server Arquitetura Cliente I Servidor MONITORANDO 0 DESEMPENHO DAS CONSUlTAS BANCO DE DADOS IMPLEMENTA~AO DE CONSULTAS SQL clausula WHERE SELECT' clausulas SARGABLE IN DICE SETORIZADO indice NAo-SETORIZADO INDICE DE COBERTURA clausula ORDER BY ORDEM DOS ATRIBUTOS DO INDICE ORDEM DAS TABELAS NUMA JUN~AO CONDlyAO MAIS RESTRITIVA NUMA JUNYAO ANSI JOIN X JOIN SOL PREDICADO IN X OPERADOR OR clausula GROUP BY CLAUSUlA HAVING STORED PROCEDURES SELEyAO DE UNIAo clausula DISTINCT JOIN X SUBCONSUlTA clausula NOT IN X clausulas NOT EXISTS I LEFT OUTER JOIN CONCLUSAO FONTES BIBLIOGRAFICAS iv

6 LlSTA DE FIGURAS 1 Os tres niveis de abstra9ao de dados 09 2 Urn exernplo de diagrarna E-R 17 3 Arvore B padrao para urn indice do SOL Server.44 4 Arvore B para urn indice setorizado Arvore B para um Indice nad setorizado ~~~~~~~ M 7 Pagina de indice de nlvel folha.48 8 Diagrama Entidade-Relacionamento do banco de dados PUBS... 76

7 LlSTA DE TABELAS 1 Tabela de Fornecedores... 2 Tabela de Pec;as Tabela de Projetos 25 4 Tabela de FornecedorPec;aProjeto. 5 Tabela Autores... 6 Indices da Tabela Autores. 7 Tabela TituloAutor.. 8 indices da Tabela TituloAutor. 9 Tabela Titulos Indices da Tabela Titulos Tabela Direito_Autoral Indices da Tabela Direito_Autoral Tabela Vendas Indices da Tabela Vendas.. 15 Tabela Livrarias Indices da Tabela Livrarias Tabela Descontos Tabela Editoras Indices da Tabela Editoras.. 20 Tabela Empregado indices da Tabela Empregado ~1 vi

8 22 Tabela Cargos Indices da Tabela Cargos Tabela de numere de linhas de cada labela TabeJa tecnicas de otimiza~es vii

9 RESUMO o aprimaramenta de desempenha de cansultas SOL e de fundamental importancia para estudantes e profissionais de informatica que tenham interesse au trabalhem na area de banco de dadas. Ista acarre, devida a necessidade de se abter dados cada vez mais rapido, de modo a aumentar a produtividade, estabelecer fortes la9as de fidelidade com clientes e evitar custos desnecessarias com hardware e/au software na tentativa de alcan,ar melhares tempos de respostas atraves das cansultas. Neste contexto, este prajeta esta facada no principal fatar que favorece a aumento do desempenho de cansultas SOL: a maneira como sao canstruidas as cansultas para atingirem a tempo de resposta desejada, satisfazenda a demanda de salicita,iles feitas par parte das usuarias junto aa banco de dadas do sistema. viii

10 1.INTRODU!;AO o tema deste projeto de gradua~ao envolve um importante assunto da area de Banco de Dados que ;, 0 Desempenho e Otimiza~ao de Consultas SOL (Structered Query Language). Atrav;,s do estudo do desempenho e otimiza~ao de consultas SOL, procura-se a minimizac;ao do tempo de res posta do servidor de banco de dad os. Essa minimizac;ao influencia na produtividade de trabalho coletivo a medida que naq degrada 0 desempenho operacional dos sistemas. Dessa forma, todo sistema que acessa urn banco de dados necessita obter as respostas as consultas em urn tempo habil, pois esta em jogo nad somente a paciencia do usuario e credibilidade perante 0 mesma, mas tambem valores monetarios obtidos em transacyoes comerciais. Par exemplo, no case de instituic;oes financeiras como baneos, a lentidao do sistema pode causar a perda de clientes e conseqoentemente sells respectivos investimentos. Outro fator importante e que, ao se melhorar 0 desempenho de consultas SOL, pode-se evitar gastos com investimentos na troca de software e/ou hardware, se os mesmos estiverem sendo adquiridos na tentativa de S8 conseguir melhor desempenho do sistema. Ouando se estuda 0 aprimoramento de desempenho de consultas SOL, percebe-se que, mesmo alterando ajustes de configura9bo e/ou incluindo hardware mais potente, as mudan9as com rela9bo ao aplicativo freqoentemente surtem maiores efeitos de desempenho junto as consultas. Os sistemas de banco de dados, sejam de qualquer plataforma, podem ser extraordinariamente nipidos e eficientes com aplicalivos bem planejados e implementados. Em contrapartida, num sistema onde os aplicativos estejam mal planejados ou implementados de

11 2 forma deficiente, 0 banco de dados tera urn desempenho abaixo do esperado. Aplicativos bern projetados e implementados de forma eficiente contribuem enormemente para ganhos de desempenho. A chave para S8 obter urn aplicativo bern projetado e implementado e considerar 0 fator desempenho par todo a cicio de desenvolvimento do mesma e nao considera-io apenas ao termino da constrw;ao para entao realizar os testes de desempenho. 0 desenvolvedor precisa considerar 0 desempenho antes de come,ar a escrever 0 c6digo do aplicativo. Hardware e software apropriados, banco de dados normalizado, e principalmente a forma com que as consultas SQl sao construfdas, sao itens que colaboram para a melhora do desempenho de um sistema de banco de dados. Este projeto esta facado no principal fator que favorece 0 aumento do desempenho de consultas SOL: a mane ira como sao construidas as consultas para atingirem 0 tempo de resposta desejado, satisfazendo a demanda de solicita,oes feitas por parte dos usuarios junto ao banco de dados do sistema BJETIVOS o objetivo deste projeto de graduac;:ao e apresentar lecnicas de otimizac;:ao empregadas na constru,ao de consultas SOL com a finalidade de melhorar 0 desempenho das mesmas. Estas consultas serao implementadas em um banco de dados criado para este prop6sito e sera utilizado 0 software Microsoft SOL Server 7.0 para demonstrar, atraves de suas ferramentas, como monitorar e ajustar estas consultas. Para alcan9ar 0 objetivo geral descrito acima, faz-se necessario realizar os seguintes objetivos especificos:

12 3 Compreender as fundamentos de Banco de Dados; Apresentar a linguagem SOL utilizada para a constru9ao de consultas; Implementar consultas Sal que possam servir para demonstrar a otimiza~ao das mesmas; Descrever as tecnicas de Otimiza9~o empregadas para melhorar 0 desempenho das consultas; Demonstrar, atraves de ferramentas especificas do software gerenciador de banco de dados utilizado, a execw;:ao e monitoramento das consultas METOOOLOGIA Da Pesquisa Na primeira etapa deste projeto serao reunidas as tontes bibliograficas, incluindo livros, apostilas, revistas, artigos peri6dicos, publica<;oes avulsas e materia is disponibilizados em sites da internet. Na segunda etapa, atraves da leitura e estudo das diversas fontes bibliograficas obtidas no item acima, sera abordado 0 embasamento te6rico do projeto. Serao abordados os fundamentos de banco de dados, a linguagem SOL, as tecnicas de otimizayao e 0 sistema gerenciador de banco de dados Microsoft SOL Server Do Desenvolvimento Na terceira etapa deste projeto, sera criado um banco de dados para ser utilizado nas implementa90es de consultas SOL, as quais serao executadas e monitoradas no sistema gerenciador de banco de dados Microsoft SOL Server

13 banco de dados sera baseado no banco de dados exemplo "Pubs" que acompanha 0 SOL Server. Onze tabelas constituirao esse banco de dad os. Algumas ser:ao compostas de centenas de registros, outras de milhares de registros. Para gerar os dados que serao armazenados no banco de dados, serao uti liz ados scripts SOL. Na quarta parte, serao implementadas as consultas SOL com base em consultas Sal escritas de forma intuitiva, utilizando os metodos de aprimoramento de desempenho de dados estudados anteriormente. Na quinta e ultima parte, sera comprovada a melhora de desempenho das consultas SQl com 0 auxilio de ferramentas espedficas de execu9a.o e monitoramento do SOL Server. A ferramenta mais importante e 0 Query Analyzer', que inclui as 0P90es Statistics 10, Statistics Time e Showplan SUMARIO DOS CAP!TULOS o desenvolvimento deste trabalho de gradua9ao come9a efetivamente no segundo capitulo, no qual sao apresentadas as bases te6ricas que fundamentara.o 0 presente trabalho. Os term os abordados va.o desde os principais fundamentos de banco de dados, passando pela importante linguagem SOL, pelo conceito de indices, pelos metod os de otimiza9i10 de consultas e finalizando com a descri9i10 do ambiente do SGBD (Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados) utilizado (SOL Server). No terceiro capitulo, e descrito 0 banco de dados que serviu como base de testes para a analise e execu9ao das consultas propostas neste trabalho. I 0 Query Analyzer e uma ferramenta que compoe 0 SGBD Microsoft SOL Server utilizada para executar e analisar consultas SOL.

14 As consultas mencionadas no paragrafo anterior serao apresentadas no quarto capitulo, juntamente com dados a respeito de tempos de execw;ao e suas respectivas analises. No quinto capitulo e realizada a conclusao deste trabalho de gradua,ao, bem como os trabalho futures que podem advir do mesmo.

15 2. REVISAo DE LlTERATURA 2.1. FUNDAMENTOS DE SISTEMAS DE BANCO DE DADOS Atuairnente, a utilizayi'io de sistemas de banco de dados tern sido de grande importancia para as empresas, facilitando 0 acesso ads dad as, aumentando a seguranga dos mesm05 e possibilitando a chance de que as processos envolvendo-as possam ser otimizados. Todas essas vantagens contribuem para 0 aumento de produtividade e reduyao de custos de uma empresa. Conforme descreve (Date, 2000), urn sistema de banco de dados e urn sistema computadorizado de armazenamento de registros, au seja, pode ser en tend ida como sendo urn reposit6rio para uma cole9~o de arquivos de dados computadorizados. Seu propos ito geral e armazenar informagoes e permitir ao usuario buscar e atualizar essas informayoes quando solicitado. As informayoes contidas neste banco de dados podem ser qualquer coisa que tenha significado para 0 individuo ou a organizaga.o a que 0 sistema deve servir, ou seja, tudo a que seja necessaria para auxiliar no processo geral de tam ada de decisoes de neg6cios desse individuo ou des sa organiza<;:~o. Dentre as opera<;:6es possiveis de serem realizadas nesses arquivos, os mais importantes sao (Date, 2000): Acrescentar novos arquivos, vazios, ao banco de dad os; Inserir novos dados em arquivos; Buscar dados de arquivos; Alterar dados em arquivos;

16 7 Eliminar dados de arquivos; Remover arquivos do banco de dados. Os componentes de urn sistema de banco de dados foram apresentados par (Date, 2000) como: dados, usuarios, hardware e software. Os dados de urn banco de dados, estao na.o apenas integrados, mas compartilhados. Por integrado, se quer dizer que 0 banco de dados pode ser imaginado como uma unifica<;:ao de varios arquivos de dados, sendo eliminada em grande parte a redundancia entre esses arquivos. Per comparthhado, se quer dizer que por,oes isoladas de dados do banco de dados podem ser compartilhadas entre diferentes usuarios, no sentido de que cad a urn desses usuarios pode ter acesso a mesma pon;:ao dos dados. Uma vez que 0 banco de dados e integrado e compartilhado, ele sera percebido por diferentes usuarios de diversos modos. Com rela<;:a.o80 hardware, os componentes do mesmo consistem em: Volumes de armazenamento secundario, tais como discos magneticos, usados para guardar as dados armazenados, juntamente com os dispositivos de E/S, controles de dispositivos, entre outres; Processador(es) e mem6ria principal, utilizados para dar suporte a execuga.o do software do sistema que gerencia 0 banco de dados. Com rela,m aos usuarios de um banco de dados, existem tres classes que devem ser levadas em consideragc3.o: Programadores de aplical'oes, responsaveis pela elabora,8o de programas aplicativos de banco de dados; Usuarios finais, que interagem com 0 sistema a partir de terminais ou esta,oes de trabalho;

17 Administradores de banco de dados. Entre 0 banco de dados fisico e os usuarios do sistema ha uma camada de software chamada de Sistema de Gerenciamento de Banco de Dadas (SGBD). Tadas as salicita,oes de acessa aa banco de dadas sao tratadas pela SGBD, a qual e 0 componente mais importante de software de todo 0 sistema ArquitetLira de Sistemas de Banco de Dadas Niveis da Arquitetura Hi! tres niveis de abstra,aa, segundo Silberschatz et al. (1999), que contribuem para a maior beneficia que urn banco de dados pade proporcionar ao usuario. Estes tres nlveis formam uma visao abstrata dos dadas, onde 0 sistema oculta determinadas detalhes sabre a forma de armazenamento e manutenc;:aa desses dadas. A seguir, a descrjc;:~a dos mesmos: Nivel fisica: e 0 mais baixo e descreve como os dados estaa armazenados; Nivel 16gico: e a nivel media e descreve quais dados estao armazenadas e quais os relacionamentos entre eles; Nivel de visao: e 0 nlvel mais alto e descreve apenas parte do banco de dad 05 para as usuarias.

18 Figura 1 - Os triosniveis de abstra9ao de dados Nivel de visao ~ I Visao 2 I I Nivel I L6gico I I Nivel I Fisico I FONTE: Siberschatz et al. (1999, p. 5) Date (2000) refere-se ao nlvel lisico como sendo 0 nlvel interno, 0 nlvel 16gico como sendo 0 nivel conceitual e nrvel de vis:io como 0 nivel externo, os quais compoem a arquitetura de urn sistema de banco de dados. o nivel externo S8 preocupa com as percep90es dos usuarios individuais, enquanto que a nivel conceitual esta preocupado com a percep<;<3o geral do banco dentro da comunidade de usuarios. Para Date, 0 nivel externo e 0 nlvel do usuario individual, tanto pode ser um programadar de aplica90es ou um usuario final. 0 programador de aplica90es, utiliza,,; uma linguagem de programa9ao convencional (PUI, C++, Java) ou uma linguagem proprietaria 2 especifica para 0 sistema em quest~o. Para 0 usuiuio final, a linguagem a ser utilizada sera uma linguagem de consulta ou alguma linguagem de usa especial, dirigida par formularios ou menus. l Linguagem utilizada reslritamenle para uma determinada aplica~.

19 10 o nivel conceitual, segundo Date, e uma representac;~o de todo 0 conteudo de informagoesdo banco de dados, em uma forma abstrata em relag80 ao modo como as dados sao armazenados fisicamente. Tambem sera diferente 0 modo como as dados sao visualizados par qualquer usuario em particular. A visa.o conceitual e uma visao dos dados "como eles realmente sao~ o nivel interno Eo uma representagao de baixo nivel do banco de dados. Ele consiste em muitas ocorrencias de cad a urn dos varios tipos de registros internos. Urn registro interne representa 0 registro armazenado Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados (SGBD) Silberschatz et al. (1999) define 0 SGBD como uma constituigao de conjuntos de dados associ ados a urn conjunto de programas para acesso a esses dados e que permitem ao usuario 0 acesso para consultas e aiteragoes desses dados. Em um Sistema de Banco de Dados pode,se destacar como vantagens de utilizagao as seguintes (Date, 2000): Compartilhamento dos Oados o compartilhamento nao significa apenas que as aplicagoes existentes possam compartilhar os dados do banco de dados, mas tambem que pod em ser desenvolvidas novas aplica<;:oes para operar sabre as mesmos dados, ou seja, e passivel satisfazer aos requisitos de dad as de novas aplica90es sem ter de acrescentar novos dados ao banco de dados.

20 11 Reduy30 de Redundancia Nos sistemas sem banco de dados, cad a aplicar;30 tern seus pr6prios arquivos particulares. Esse fata pode levar a uma consideravel redundancia nos dados armazenados, corn desperdicio resultante no espa90 de armazenamento. Porem, esses arquivos podem ser integrados e a redundancia eliminada. Contudo, nem sempre tad a redundancia deve ser eliminada. mas sim controlacta, pois, as vezes, ha razoes comerciais au tecnicas plausiveis para manter varias c6pias distintas dos mesmos dados. Controle de Inconsistencias Quando houver duas au mais entradas diferentes no banco de dados para 0 mesma fata e 0 banco de dados nao tiver conhecimento dessa duplica,ao, essas entradas poderao nao concordar entre si. Nessas circunstancias. a banco de dados estara inconsistente. Para eliminar a inconsiste!ncia deve-se controlar a redundancia, conforme comentado anteriormente, tornando-a conhecida para 0 SGBD, 0 qual garantira que o banco de dados nunca se tornara inconsistente sob 0 ponto de vista do usuario, garantindo que qualquer mudan9a realizada em qualquer das entradas tarnbem seja aplicada automaticamente as outras. Esse processo e conhecido como propaga,ao de atualiza,oes. Suporte a Transagoes As transa90es sao unidades ou seqi..i mcias de trabalho realizadas em uma ordem logica, de farrna manual au automaticamente contra urn banco de dados (Plew e Stephens, 2000). A vantagem de uma

21 12 transac;ao S8 deve ao fata de que 0 sistema garante que todas as operac;oes que a compoem serao realizadas. Casa alguma operac;ilo nao seja realizada, todas as Qutras sertllo desfeitas. As transac;oes, segundo Gunderloy e Jorden (2001) sao identificadas pelas seguintes propriedades: Atomicidade: Atomicidade e uma maneira de S8 referir ao conceito de que a transa<;ao e uma unidade de trabalho. Quando uma transavilo termina, nenhum ou todo 0 trabalho efetuado durante a transavao e efetivado no banco de dados. Consistimcia: Quando uma transavilo e efetivada ou desfeita, tudo precisa ser deixado em um estado consistente. Significa que nenhuma das operavoes ocorridas durante a transavm pode violar as restric;oesau as regras do banco de dad as. Isola~ao: Casa duas transayoes estiverem sendo executadas ao mesmo tempo, as transac;oesna.o podera.o ver uma a Dutra. Cada transavilo e isolada da outra. Uma transavilo nunca encontra 0 banco de dados em um estado intermediario devido a Qutras transac;oes. Durabilidade: Ap6s efetivar uma transavilo, ela permanecera assim, au seja, 0 trabalho realizado par uma transagilo e gravado de forma permanente. Conserva9ao da Integridade Integridade e a preocupavi'io de assegurar que os dados no banco de dados estilo corretos. Alem de controlar a redundancia, deve-se ter 0

22 13 controle centralizado do banco de dados. Isso e feito atraves de restric;oes de integridade (au regras do neg6cio) a serem verificadas sempre que for executada alguma opera~ao de atualiza~ao. o principal objetivo de um SGBD, segundo Silberschatz et al. (1999), e proporcionar urn ambiente tanto conveniente quanta eficiente para a recuperac;~o e armazenamento das informac;oes do banco de dad as. Para que isla seja possivel, um SGBD possui as seguintes fun~oes(date, 2000): Definigiio de dados o SGBD deve ter a capacidade de receber definigoes de dados (esquemas extemas, conceitual e interno) em forma fonte e convertelos para a forma objeto apropriada. Para isso, 0 SGBD deve ineluir componentes de processador de DDL (Data Definition Language - Linguagem de Defini~ao de Dados) ou compilador de DDL para cada uma das diversas linguagens de definigao de dados. Manipula~ao de dad os o SGBD deve ter a capacidade de lidar com solicitagoes do usuario para buscar, atualizar au excluir dados existentes no banco de dados au para acrescentar novos dados ad banco de dad as. Ele deve incluir urn componente processador de DML (Data Manipulation Language - Linguagem de Manipulagao de Dados) ou compilador de DML para lidar com a linguagem de manipulagao de dados. As solicitagoes de DML podem ser planejada ou nao-planejadas: Uma solicitagao planejada e aquela para a qual a necessidade foi

23 14 que a solicita980 e executada, sendo 0 banco de dados ajustado fisicamente de modo a garantir urn born desempenho da mesma. Em contrapartida, uma solicita9ao nao-planejada e uma consulta ad hoc, isto e, uma solicita980 cuja necessidade nao foi prevista com antecedencia. Dessa forma, 0 banco de dados pade ou nao estar adaptado de forma ideal para a execw;ao da mesma. Otimizac;ao e execuc;ao As solicita9des, planejadas ou nao, devem ser processadas pelo componente otimizador, cujo prop6sito e determinar um modo eficiente de implementar a requisi980. Seguranc;a e integridade de dados o SGBD deve monilorar solicita90es de usuarios e rejeitar toda tentativa de violar as restri90es de seguran9a e integridade do banco de dados. Recuperac;ao e concorr mcia de dados Havera algum componente de software relacionado ao SGBD, geralmente chamado gerenciador de transa90es ou monitor de processamento de transac;oes, que deve impor certes controles de recuperac;i1o e concorr~ncia. Dicionario de Dadas o dicionario de dados pode ser considerado 0 banco de dados em si. Ele contem dados sobre os dados, isto e, defini90es de outros objetos do sistema.

24 15 Desempenho o desempenho do SGBD e obtido com base nas fun~oes descritas anteriormente. A fun,ao geral do SGBD e fornecer a interface do usuario para 0 sistema de banco de dadas. Essa interface pade ser definida como a fronteira do sistema, abaixo da qual tudo e invisivel para 0 usuario Modelo Entidade-Relacionamento o modelo Entidade-Relacionamento (E-R) e descrito por Silberschatz et al. (1999) como tendo par base a percep~ao do munda real como urn conjunto de objetos basicos, chamados entidades, e do relacionamento entre eles. o termo entidade, segundo Gunderloy e Jorden (2001), e um objeto ou um conceito unico do munda real. A entidade pode ter existe!ncia fisica, como urn livra, ou pode ter exist~ncia conceitual. como uma empresa. Pode, inclusive, ser urn evento, como par exemplo a hera marcada de uma consulta ao medico. Os relacionamentos sao as liga90es que existem entre as entidades. o modelo E-R passui regras. Uma importante regra, a qual 0 conteljdo do banco de dados deve respeitar, e 0 Mapeamento de Cardinalidades (Silberschatz et ai., 1999), as quais expressam 0 numero de entidades as quais a outra entidade se relaciona por meio daquele conjunto de relacionamentos. Ha tres tipos de relacionamentos num modelo E-R: um para urn, um para muitos (au l11uitos para urn) e muitos para muitos. Segundo Gunderloy e Jorden (2001), cada entidade armazenada em urn banco de dados necessita ter lima chave primaria, a qual consiste em uma

25 16 caracteristica (mica ou um conjunto de caracterfsticas unico capaz de distinguir a entidade de Qutras do mesmo tipo. Existem dais tipos de chaves primarias: a chave primaria simples, que serve para identificar todos as registros de uma tabela atraves de uma (mica coluna, e a chave primaria composta, a qual precisa de ullla combinayao de colunas para identificar todos as registros de uma tabela. A importa.ncia das chaves primiuias vern do fata de que eras sao 0 principal mecanisme que 0 banco de dados utiliza para implementar a integridade da entidade, que e a base para 5e poder obter as informar;oes do banco de dadas. A estrutura 16gica de urn banco de dados pode ser expressa graficamente por meio de urn diagrama E-R, composto dos seguintes construtores: Retangulos, representando os conjuntos de entidades; Elipses, representando os atributos; Losangos, representando os relacionamentos entre os conjuntos de entidades; Linhas, un indo os atributos aos conjuntos de entidades e 0 conjunto de entidades aos seus relacionamentos. A seguir, um exemplo de diagrama E-R. modelando um sistema bancario contendo 0 relacionarnento entre as entidades cliente e conta, com seus respectivos atributos:

26 17 Figura 2 - Um exemplo de diagrama E-R. FONTE: Silberschatz et al. (1999, p.s) Modelo Relacional Silberschatz et al. (1999) conceitua 0 modele relacional como sendo um modele que utiliza urn conjunto de tabelas que possuem um nome unico e que representam tanto os dados como a rela,ao entre eles. Cada tabela possui multiplas colunas e cad a caluna possui urn nome unico. Este modelo estabeleceuse como sendo 0 primeiro modele de dados utilizado para aplica,oes comerciais. As colunas de uma tabela sao chamadas de atributos e para cad a atributo, ha um conjunto de valores permitidos, chamado dominic do atributo. A tabela e designada pelo termo rela,bo e cada linha da tabela por tupla. Os relacionamentos entre as tabelas (rela,oes) em um modele relacional sao feitos atraves de atributos que sao comuns em duas au mais tabelas.

27 18 aspectos: o modele relacional, conforme Date (2000), apresenta os seguintes Aspecto estrutural: os dados no banco de dados sao percebidos pelo usuario como tabelas. Aspecto de integridade: essas tabelas obedecem a certas restri90es de integridade, Aspecto manipulativo: os operadores disponiveis para que 0 usuario possa manipular essas tabelas derivam tabelas de outras tabelas. Desses, tres s~o muito importantes: 5ele93o, proje93o e jun93o. A opera9iio de sele9iio (ou restri9iio) extrai linhas especificas de uma tabela. A opera9iio de Proje9i!0 extrai colunas especificas de uma tabela. A opera,ao de jun9iio une duas tabelas com base em valores comuns de uma coluna. o resultado de cada uma das tres opera,oes (sele,80, proje,ao e jun,iio) e outra tabela. Essa propriedade e chamada de fechamento de sistemas relacionais, conforme afirma Date (2000). Pelo fato de que a saida de qualquer opera,iio e do mesmo tipo de objeto que a entrada (ambas sao tabelas), a saida de uma operat;a.o pode S8 tornar a entrada de Dutra. Oessa forma, e passivel obter uma proje,iio de uma jun,iio ou uma jun,ao de duas sele,~es, por exemplo. lsto significa que e passivel escrever expressoes aninhadas, au seja, expressoes em que os proprios operandos sao representados par express6es gerais, em vez de simples nomes de tabelas.

28 19 Essas opera90es sao todas realizadas sabre urn conjunto de Iinhas de cad a vez, au seja, as operandos e as resultados sao tabelas completas. que sao: Alem dessas opera<;oes,date (2000) ainda descreve outros operadores, Produto: retorna uma relaryao contendo todas as tuplas possiveis que sao uma combina<;aode duas tuplas; Uniao: retorna uma relayao contendo todas as tuplas que pertencem a ambas au a cada uma de duas rela90es especificadas; Intersec;ao: retorna uma relayao contendo todas as tuplas que pertenc8m as duas relayoes especificadas ao mesma tempo: Diferen~a: retorna uma rela<;ao contendo todas as tuplas que pertencem a primeira e nao a segunda entre duas relayoes especificadas; Oivisola: tom a duas rela90es unarias e uma relayao biniuia e retarna uma relaryao contendo todas as tuplas de uma unica relayao unaria que aparecem na rela<;aobinaria, coincidindo com todas as tuplas da outra relaryao una ria Normaliza9ao A normaliza<;2oe de fundamental importancia em lilll sistema de bancos relacional, pois permite uma maneira eficiente de se planejar 0 banco de dados. Para Plew e Stephens (2000), a normaliza9ao e um processo de redu<;ao de redllndancias nos dados de um banco de dados. Por redundancia de dados entende-se a duplica9aodos mesmos.

29 20 Para complementar a defini,ao dada por Plew e Stephens (2000), Gunderloye Jorden (2001) conceituam a normaliza,ao como lim processa de se reunir todos as dados armazenados em urn banco de dados e separa-ios em tabelas, com a finalidade de se abter uma estrutura de armazenamento eficiente. Essa efici~ncias8 refere a forma como estruturar 0 banco de dados de modo que as dados fiquem organizados e as alterac;6es sejam faceis de realizar, nao apresentando quaisquer efeitos colaterais. Um banco de dados n~o normalizado pode incluir dados que est~o contides em uma Oll mais tabelas diferentes par nenhuma razao aparente, contribuindo negativamente para a segurany8, eficiencia das atualiza9~es e integridade dos dados (Plew e Stephens, 2000). Um co nee ito fundamental envolvido no processo de normaliza9a.o de banco de dados e 0 das formas norrnais. Primeiramente, a forma normal e urna maneira de medir os niveis ou profundidade ate os quais um banco de dados foi normalizado (Plew e Stephens, 2000). As tres formas normais mais comuns s~o: primeira forma normal, segunda forma normal e terceira forma normal. Cada forma normal subseqoente depende dos pass os de normaliza9ao executados na forma normal anterior. A primeira forma normal tern como objetivo dividir os dados em unidades 16gicas: as tabelas. Cada campo de uma tabela deve conter somente urn (mico tipo de dado. Para cada tabela, uma chave primaria e atribuida. A segunda forma normal tern como objetivo pegar as dados que sao apenas parcialmente dependentes da chave primaria e inseri-ios em outra tabela. Ja a terceira forma normal objetiva remover as dados em urna tabela que nao e dependente da chave prirnaria.

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