Projeto de Banco de Dados

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1 Projeto de Banco de Dados 31/08/ Projeto de Banco de Dados Prof. Luiz Antônio Vivacqua C. Meyer (luiz.vcm@gmail.com)

2 Projeto de Banco de Dados Projeto Lógico Conversão do esquema conceitual para o esquema de representação de um SGBD (esquema lógico) Forma de realização aplicação de regras de conversão (derivação) Resultado esquema lógico (tabelas,ris, transações, consultas relevantes e visões, autorizações de acesso,...) 2

3 Projeto de Banco de Dados Exemplo de Projeto Lógico Funcionário (Matricula, nome, sexo, nascimento, depto) Chave primária: Matrícula Chave estrangeira: depto Departamento (Código, nome, localização) Chave primária: Código Restrição de domínio: Código > 100 3

4 Projeto de Banco de Dados Projeto Físico Definição do esquema lógico em um SGBD adequado ao modelo; Dependente do SGBD onde será implementado o BD Forma de realização: SQL Resultado: esquema físico 4

5 Projeto de Banco de Dados Exemplo de Projeto Físico CREATE TABLESPACE "ST_TABELA" OWNER Admbd LOCATION 'C:/tablespace/tabela'; CREATE TABLESPACE "ST_INDICE" OWNER admbd LOCATION 'c:/tablespace/indice'; CREATE TABLE departamento( codigo smallint primary key, nome varchar(30) not null, localizacao varchar(30) not null) tablespace ST_TABELA; CREATE INDEX ind_nome on departamento(nome) Tablespace ST_INDICE; 5

6 Projeto de Banco de Dados Projeto Top-Down Objetivos Projeto Conceitual preocupação: correta abstração do mundo real (captura correta da semântica da aplicação) Projeto Lógico + Físico preocupação: escolhas corretas na conversão para o esquema do SGBD (relacional) para maximizar o desempenho (distribuição adequada dos dados em tabelas) 6

7 Projeto Lógico Principais Características do Modelo Relacional Conceito de Chaves: Chave candidata => Um ou mais atributos que permitem identificar unicamente cada linha da tabela. Uma tabela pode ter muitas chaves candidatas. Chave primária => identificador único da tabela, ou seja, é a chave candidata escolhida. Uma tabela pode uma única chave primária. Chave estrangeira => coluna(s) associada a uma chave primária de outra tabela. 7

8 Projeto Lógico Propriedades Das Relações No Modelo Relacional: Não há tuplas duplicadas => uma relação é um conjunto e conjuntos não incluem elementos duplicados. As tuplas não seguem um ordenamento. Os atributos não seguem um ordenamento. Todos os valores dos atributos são atômicos (simples) => uma relação não contém grupos repetidores nem estruturas como colunas. 8

9 Projeto Lógico Regras De Integridade Do Modelo Relacional: Integridade da Entidade => Nenhum atributo que participa da chave primária da relação pode ter valor nulo. Integridade Referencial => Se uma relação R2 possui uma chave estrangeira FK equivalente a chave primária PK de uma relação R1, então todo valor de FK em R2 deve: Ser igual ao valor de PK em alguma tupla de R1, ou Ser totalmente nulo. 9

10 Projeto Lógico Integridade Referencial 10

11 Projeto Lógico Restrições (Constraints) NOT NULL Definida sobre uma coluna para não permitir inclusão ou alteração que contenha nulo para a coluna. UNIQUE Definida sobre uma ou mais colunas. Não permite que duas linhas contenham o mesmo valor para a(s) coluna(s). PRIMARY KEY Definida sobre uma ou mais colunas. Possui as mesmas propriedades de unicidade, implicitamente implementa a regra NOT NULL e só pode ser definida uma única vez para cada tabela. FOREIGN KEY Implementa a integridade referencial e os relacionamentos. CHECK Regra definida pelo usuário para garantir que a inclusão e a alteração na tabela obedeça a um determinado domínio de valores para uma coluna. 11

12 Projeto Lógico Ações Definidas Pela Restrição De Integridade Referencial UPDATE/DELETE CASCADE Estabelece que quando uma chave primária (PK) é atualizada ou excluída, todas as linhas onde esta PK é referenciada através de uma chave estrangeira (FK), também são atualizadas ou excluídas. DELETE SET NULL Estabelece que quando uma chave primária é excluída, todas as linhas onde a PK é referenciada tem seus valores alterados para NULL. 12

13 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual 1) Toda classe deriva uma tabela. Os atributos são mapeados para colunas Exemplo: Funcionario (matricula, nome,sexo, nascimento) 13

14 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual 2) Associações Um para Muitos são implementadas utilizando o conceito de chave estrangeira. Um novo atributo é adicionado na relação filha para referenciar a chave primária da outra relação pai. Exemplo: Departamento (codigo, nome) Funcionario (matricula, nome, sexo, nascimento, depto) depto REFERENCIA Departamento (codigo) 14

15 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual 3) Associações Muitos para Muitos são implementadas através da criação de uma nova tabela. Esta nova tabela terá como atributos as chaves primárias das relações envolvidas. As chaves estrangeiras em geral quando concatenadas definem a chave primária da relação. 15

16 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual Associações Muitos para Muitos Exemplo: Projeto(codigo, nome, verba) Funcionario(matricula, nome, profissão, nascimento) Alocação(projeto, funcionario) projeto referencia Projeto(id) funcionário referencia funcionario(id) 16

17 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual 4) Associações Muitos para Muitos com classe associativa são implementadas da mesma forma que o item anterior sendo que os atributos da classe associativa ficam na nova tabela. Projeto(codigo, nome, verba) Funcionario(matricula, nome, profissão, nascimento) Alocação(projeto, funcionario, horas, função) projeto referencia Projeto(id) funcionário referencia funcionario(id) 17

18 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual 5) Associações Um para Um são um caso particular de associações UM para MUITOS. A sua derivação obedece às mesmas regras. Desta forma duas possibilidades de implementação da chave estrangeira estão disponíveis. A escolha deve ser definida tendo-se por base a cardinalidade das relações e a participação das classes no relacionamento. Uma terceira alternativa é agregar todos atributos das duas classes em uma única tabela. 18

19 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual Associações Um para Um Departamento(codigo, nome) Funcionario(matricula, nome, sexo, nascimento, departamento) departamento referencia Departamento(codigo) Ou Funcionario(matricula, nome, sexo, nascimento) Departamento(codigo, nome, funcionario) funcionario referencia Funcionario(matricula) 19

20 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual Associações Um para Um Em algumas situações, como nos relacionamentos de composição 1:1, a derivação poderá ser feita gerando-se uma única tabela. Funcionario Endereço matricula nome sexo nascimento 1 Possui 1 rua numero complemento bairro cidade estado FUNCIONARIO ( matricula, nome, sexo, nascimento, rua, numero, complemento, bairro, cidade, estado ) 20

21 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual 6) Associações ternárias são implementadas através da criação de uma nova tabela. A nova tabela terá como colunas as chaves primárias das três relações envolvidas no relacionamento e mais os atributos da associação, caso existam 21

22 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual Projeto codigo nome verba Fornecimento quantidade * * * Fornecedor codigo nome Projeto (codigo, nome, verba) Fornecedor (codigo, nome) Peca (codigo, nome, peso, cor) Fornecimento (projeto, fornecedor, peca, qtde) projeto referencia Projeto(id) fornecedor referencia Fornecedor(id) peca referencia Peca(id) Peca codigo nome peso cor 22

23 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual 7) Associações Reflexivas são mapeadas de acordo com as mesmas regras das associações binárias (1..1, 1..*, *..*) Funcionario Chefia matricula nome cargo telefone 0..* Funcionario(matricula, nome, cargo, telefone, chefe) chefe referencia funcionario(id) 23

24 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual Peca codigo nome peso cor Composicao 0..* 0..* Peca (codigo, nome, peso, cor) Composição (idcomposicao, idpeca) idcomposicao referencia peca(codigo) idpeca referencia peca(codigo) 24

25 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual 8) Estruturas de generalização/especialização podem ser mapeadas de três maneiras: Uma tabela para cada classe da hierarquia, uma tabela para cada classe concreta da hierarquia ou uma única tabela. 25

26 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual Contribuinte endereco telefone PessoaFisica CPF nome nascimento Contribuinte CNPJ razaosocial 1ª alternativa: Uma tabela para cada classe da hierarquia Contribuinte (id, endereco, telefone) PessoaFisica (CPF, nome, nascimento, idcontribuinte) idcontribuinte referencia Contribuinte(id) PessoaJuridica (CNPJ, razaosocial, idcontribuinte) idcontribuinte referencia Contribuinte(id) 26

27 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual Contribuinte endereco telefone PessoaFisica CPF nome nascimento Contribuinte CNPJ razaosocial 2ª alternativa: Uma tabela para cada classe concreta da hierarquia PessoaFisica (CPF, endereco, telefone, nome, nascimento) PessoaJuridica (CNPJ, endereco, telefone, razaosocial 27

28 Projeto Lógico Regras de Derivação do Modelo Conceitual Contribuinte endereco telefone PessoaFisica CPF nome nascimento Contribuinte CNPJ razaosocial 3a alternativa: Uma única tabela Contribuinte ( id, endereco, telefone, CPF, nome,nascimento, CNPJ, razaosocial, tipo_contribuinte ) 28

29 Projeto Físico ESTRUTURAS DE ARMAZENAMENTO Tablespaces Índices Tabelas 29

30 Projeto Físico 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

31 Projeto Físico 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 INDICE NA COLUNA NOME CODIGO NOME CIDADE RID 300 MENDES RIO CASTRO RIO NEVES BH 1245 RID NOME 4568 CASTRO 3870 MENDES 1245 NEVES

32 Índice Projeto Físico 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.

33 Projeto Físico 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)

34 Projeto Físico PostgreSql Arquitetura Armazenamento Usuário Utilitários SQL Prof. Luiz A. Vivacqua

35 Projeto Físico 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.

36 Projeto Físico 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. Alguns aplicativos-cliente são fornecidos na distribuição do PostgreSQL, sendo a maioria desenvolvido pelos usuários.

37 Projeto Físico Armazenamento Esquema é uma coleção de tabelas, visões, índices, tipos de dados e funções. podem existir tabelas com o mesmo nome, mas em esquemas diferentes possibilita vários usuários utilizarem o mesmo banco sem interferências 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.

38 Projeto Físico Tablespace São locais no filesystem selecionados para o armazenamento de bancos de dados. Um banco de dados pode estar fisicamente armazenado em mais de um tablespace e um tablespace pode conter informações de mais de um banco de dados. Os tablespaces permitem que o administrador utilize seu conhecimento do padrão de utilização dos objetos de banco de dados para otimizar o desempenho. Por exemplo, um índice muito utilizado pode ser colocado em um disco muito rápido com alta disponibilidade. Ao mesmo tempo, uma tabela armazenando dados históricos raramente utilizados, ou que seu desempenho não seja crítico, pode ser armazenada em um sistema de disco mais barato e mais lento

39 Projeto Físico 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';

40 Projeto Físico 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'

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

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

43 Projeto Físico 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.

44 Projeto Físico 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

45 Projeto Físico Criando tabela 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]

46 Projeto Físico 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

47 Projeto Físico 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

48 Projeto Físico Exemplos CREATE TABLE DEPARTAMENTO ( 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) );

49 Projeto Físico Alterando a estrutura da tabela Adicionando coluna Removendo coluna Renomeando coluna Adicionando constraint Removendo constraint

50 Projeto Físico 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

51 Projeto Físico 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 ));

52 Projeto Físico 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 */

53 Projeto Físico Criando Índice Sintaxe: CREATE INDEX nome-indice ON nome-da-tabela(nome_coluna) [Tablespace nome-da-tablespace] Exemplo Create Index ind_nome on Funcionario (NOME) tablespace ST_INDICE ;

54 Projeto Físico Removendo índice Sintaxe: Drop index nome-do-índice Exemplo: DROP INDEX IND_NOME;

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