path: root/bd/n7.lyx

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\begin_body

\begin_layout Section
Entorno
\end_layout

\begin_layout Standard
El entorno de la base de datos está formado por:
\end_layout

\begin_layout Itemize
Hardware.
\end_layout

\begin_layout Itemize
Software: SGBD, aplicaciones, sistema operativo y software de red.
\end_layout

\begin_layout Itemize
Datos, y metadatos en el catálogo del sistema.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Procedimientos
\series default
: Instrucciones y reglas para el diseño y uso de la base de datos y las
 aplicaciones.
\end_layout

\begin_layout Itemize
Personas o 
\series bold
actores
\series default
.
\end_layout

\begin_layout Standard
Entre los actores tenemos:
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Administrador de la base de datos
\series default
 (
\series bold
ABD
\series default
), responsable de administrar los recursos del SBD: base de datos, SGBD
 y programas de acceso.
 Adquiere el software y hardware necesario; implementa la estructura de
 la base de datos y las restricciones de integridad; crea y modifica las
 estructuras de almacenamiento y métodos de acceso; concede o deniega permisos
 de acceso; define planes de copias de seguridad de los datos; garantiza
 el funcionamiento correcto del sistema, y proporciona servicio técnico.
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Diseñadores de bases de datos
\series default
: Interactúan con los futuros usuarios del sistema; recogen y comprenden
 sus requisitos; hacen el diseño conceptual, y eligen estructuras para represent
ar y almacenar los datos.
 Para ello crean vistas que satisfacen los requisitos de cada grupo de usuarios
 (subconjuntos de la información en la base de datos) y crean un diseño
 final resultado de integrar las vistas.
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Desarrolladores de software
\series default
.
\end_layout

\begin_deeper
\begin_layout Enumerate

\series bold
Analistas de sistemas
\series default
: Determinan las necesidades de procesamiento de los usuarios y especifican
 conjuntos de operaciones que las satisfacen.
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Desarrolladores de aplicaciones
\series default
: Implementan las especificaciones en programas, que prueban, depuran, documenta
n y mantienen.
\end_layout

\end_deeper
\begin_layout Enumerate

\series bold
Usuarios finales
\series default
 o 
\series bold
clientes
\series default
.
\end_layout

\begin_deeper
\begin_layout Enumerate

\series bold
Inexpertos
\series default
: Acceden de forma frecuente y repetitiva mediante aplicaciones que facilitan
 sus operaciones, y no son necesariamente conscientes de la existencia del
 SGBD.
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Avanzados
\series default
 o 
\series bold
sofisticados
\series default
: Familiarizados con la estructura de la base de datos y las funcionalidades
 del SGBD.
 Acceden de forma esporádica y distinta cada vez usando, por ejemplo SQL.
\end_layout

\end_deeper
\begin_layout Standard
Recuperar los datos de forma eficiente implica usar estructuras de datos
 complejas para representar la información, que se ocultan mediante niveles
 de abstracción.
 La 
\series bold
arquitectura en 3 niveles ANSI/SPARC
\series default
 consta de:
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Nivel interno
\series default
: Descrito en un 
\series bold
esquema interno
\series default
 con un modelo de datos físico.
 Define los tipos de registros, su secuencia física y las estructuras de
 almacenamiento y acceso.
 Es muy cercano al nivel físico, pero no trata con registros físicos como
 bloques o páginas ni con cilindros o pistas.
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Nivel conceptual
\series default
 o 
\series bold
lógico
\series default
: Descrito en un 
\series bold
esquema conceptual
\series default
 o 
\series bold
lógico
\series default
 con un modelo conceptual o lógico.
 Define la estructura de toda la base de datos.
 
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Nivel externo
\series default
 o 
\series bold
de vistas
\series default
: Descrito en uno o varios 
\series bold
esquemas externos
\series default
 o 
\series bold
vistas
\series default
 con un modelo conceptual o lógico.
 Cada uno define la porción de la base de datos que interesa a un grupo
 de usuarios.
 Varias vistas pueden solaparse entre sí.
\end_layout

\begin_layout Standard
Los SGBD no distinguen del todo los 3 niveles, pues suelen incluir detalles
 físicos en el esquema y usar el mismo modelo de datos para especificar
 las vistas y el esquema conceptual.
\end_layout

\begin_layout Standard
El ABD especifica la correspondencia entre los esquemas en el diccionario
 de datos del catálogo del sistema, dando a la base de datos una naturaleza
 autodescriptiva que permite al SGBD acceder a datos de cualquier aplicación.
\end_layout

\begin_layout Standard
La 
\series bold
independencia de datos
\series default
 es la capacidad de modificar el esquema de un nivel sin tener que cambiar
 el esquema del nivel superior.
 Distinguimos:
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Independencia lógica de datos
\series default
 en la 
\series bold
correspondencia externo/conceptual
\series default
: capacidad de modificar el esquema lógico sin alterar esquemas externos
 y programas, difícil.
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Independencia física de datos
\series default
 en la 
\series bold
correspondencia conceptual/interno
\series default
: Capacidad de modificar el esquema interno sin alterar el esquema lógico
 y los programas, más fácil.
\end_layout

\begin_layout Standard
Con el modelo ANSI/SPARC, la modificación del esquema de un nivel provoca
 cambios en la correspondencia, no en el nivel superior, pero este aumenta
 el gasto en la compilación y ejecución de programas, reduce la eficiencia
 y supone actualizar constantemente las correspondencias.
\end_layout

\begin_layout Standard
Con el modelo actual, la mayoría de cambios en la estructura u organización
 de datos no implica cambios en los programas, al contrario que con el procesami
ento de ficheros.
\end_layout

\begin_layout Section
Funciones
\end_layout

\begin_layout Standard
Una SGBD proporciona un catálogo accesible para el usuario, servicios para
 la independencia de datos y servicios de integridad, entre otros.
\end_layout

\begin_layout Standard
También oculta los detalles de implementación física y proporciona un procesamie
nto de consultas eficiente mediante búferes, cachés de datos, técnicas de
 búsqueda y optimización y estructuras auxiliares como índices, con estructura
 de árbol o tabla 
\emph on
hash
\emph default
.
 La elección de qué índices crear y mantener es responsabilidad del ABD.
\end_layout

\begin_layout Standard
Otra función es garantizar que las transacciones cumplen las propiedades
 
\series bold
ACID
\series default
:
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
\emph on
Atomicity
\series default
\emph default
 (
\series bold
atomicidad
\series default
): Se hacen todas las operaciones o ninguna.
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
\emph on
Consistency
\series default
\emph default
 (
\series bold
consistencia
\series default
): Llevan la base de datos de un estado consistente a otro.
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
\emph on
Isolation
\series default
\emph default
 (
\series bold
aislamiento
\series default
): Su ejecución es independiente del resto de transacciones, con lo que
 los cambios no son visibles para otras transacciones hasta que finaliza.
 Puede que no se imponga estrictamente, sino que haya niveles de aislamiento.
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
\emph on
Durability
\series default
\emph default
 (
\series bold
durabilidad
\series default
): Si finaliza con éxito y es confirmada, sus cambios perduran aunque el
 sistema falle después.
\end_layout

\begin_layout Standard
Los 
\series bold
sistemas de procesamiento de transacciones
\series default
 son sistemas con grandes bases de datos y muchos usuarios ejecutando transaccio
nes.
 Requieren alta disponibilidad y respuesta rápida, por lo que varias transaccion
es pueden ejecutarse concurrentemente y acceder y actualizar los mismos
 datos.
\end_layout

\begin_layout Standard
Cada transacción tiene un 
\series bold
área de trabajo privada
\series default
, un área en almacenamiento primario (memoria principal) y secundario (disco
 magnético, cinta magnética, disco óptico, etc.) donde guarda los datos que
 lee o escribe.
 
\end_layout

\begin_layout Standard
Un 
\series bold
búfer de base de datos
\series default
 es un conjunto de bloques de caché que contienen temporalmente los bloques
 de la base de datos requeridos por las transacciones.
 El SGBD carga los bloques que necesita leer en el búfer, escribe al búfer
 y decide cuándo volcar qué bloques modificados del búfer a disco.
\end_layout

\begin_layout Standard
Los SGBDs también suelen tener 
\series bold
servicios de autorización
\series default
 y 
\series bold
seguridad
\series default
 mediante 
\series bold
control de acceso selectivo
\series default
.
 Se da acceso solo a usuarios autorizados con cuentas protegidas con contraseña,
 y solo a ciertas partes de la base de datos para ciertas operaciones mediante
 restricciones de seguridad para cada cuenta, ejecutadas por el SGBD.
\end_layout

\begin_layout Standard
En general, los SGBDs también se integran con software de comunicaciones
 para que los usuarios puedan acceder a la base de datos de forma remota,
 y tienen utilidades adicionales para ayudar al ABD a administrar la base
 de datos:
\end_layout

\begin_layout Enumerate
De importación y exportación de datos, para cargar datos a partir de ficheros
 poco estructurados, descargarlos en ficheros de varios tipos e intercambiar
 información entre distintos SGBDs.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
De monitorización o supervisión del uso, operación y rendimiento del sistema.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
De análisis estadístico, para examinar las estadísticas de uso y rendimiento.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
De reorganización de ficheros o índices.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
De copia de seguridad.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
De ordenamiento, compactación o compresión de ficheros.
\end_layout

\begin_layout Section
Servicios de recuperación de fallos
\end_layout

\begin_layout Standard
Tipos de fallos en una SGBD:
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Fallo local previsto
\series default
 por la aplicación, cancelación programada.
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Fallo local no previsto
\series default
: Error de programación.
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Fallo por concurrencia
\series default
: La 
\series bold
serializabilidad
\series default
 de las transacciones es la equivalencia entre el orden de procesamiento
 de estas y algún orden secuencial.
 El método de control de concurrencia puede abortar una transacción porque
 incumple la serializabilidad o para romper un interbloqueo, y esta debe
 ser reiniciada más tarde.
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Fallo del sistema
\series default
 o 
\series bold
caída suave
\series default
: Mal funcionamiento del hardware, software o la red que no daña el disco.
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Fallo del disco
\series default
 o 
\series bold
caída dura
\series default
: Aterrizaje del cabezal de disco, soporte no legible, etc.
 Partes del disco pueden perder sus datos.
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Fallos físicos
\series default
 y 
\series bold
catástrofe
\series default
s: Desastre natural como inundación, terremoto, incendio o apagón; robo,
 sabotaje, destrucción o corrupción de datos, de hardware, de software o
 de las instalaciones, intencionado o negligente.
\end_layout

\begin_layout Standard
Los 3 primeros tipos de fallos son 
\series bold
locales
\series default
, pues solo afectan a una transacción, y los otros 3 son 
\series bold
globales
\series default
, pues afectan a todas las transacciones en ejecución.
\end_layout

\begin_layout Standard
La 
\series bold
recuperación
\series default
 tras un fallo que deja la base de datos en un estado inconsistente o sospechoso
 de serlo consiste en restaurar un estado previo al fallo, consistente y
 cercano al fallo.
\end_layout

\begin_layout Standard
Con un 
\series bold
fichero de bitácora
\series default
, 
\series bold
diario
\series default
, 
\series bold
\emph on
log
\series default
\emph default
, 
\series bold
\emph on
journal
\series default
\emph default
 o 
\series bold
registro histórico
\series default
 podemos seguir la pista de la ejecución de cada transacción, y usar una
 
\series bold
técnica de recuperación
\series default
 para restablecer la base de datos a un estado consistente.
\end_layout

\begin_layout Standard
Al fichero de bitácora solo le afectan los fallos de tipo 5 y 6, y está
 formado por registros de los siguientes tipos:
\end_layout

\begin_layout Itemize

\family typewriter
<INICIAR, 
\emph on
T
\emph default
>
\family default
: Inicio de la transacción 
\family typewriter
\emph on
T
\family default
\emph default
.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\family typewriter
<LEER, 
\emph on
T
\emph default
, 
\emph on
x
\emph default
>
\family default
: 
\family typewriter
\emph on
T
\family default
\emph default
 ha leído el valor del elemento 
\family typewriter
\emph on
x
\family default
\emph default
.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\family typewriter
<ESCRIBIR, 
\emph on
T
\emph default
, 
\emph on
x
\emph default
, 
\emph on
anterior
\emph default
, 
\emph on
nuevo
\emph default
>
\family default
: 
\family typewriter
\emph on
T
\family default
\emph default
 ha cambiado el valor del elemento 
\family typewriter
\emph on
x
\family default
\emph default
 del 
\family typewriter
\emph on
anterior
\family default
\emph default
 al 
\family typewriter
\emph on
nuevo
\family default
\emph default
.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\family typewriter
<COMMIT, 
\emph on
T
\emph default
>
\family default
: 
\family typewriter
\emph on
T
\family default
\emph default
 ha finalizado con éxito y sus cambios están listos para confirmarse en
 disco.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\family typewriter
<ROLLBACK, 
\emph on
T
\emph default
>
\family default
: 
\family typewriter
\emph on
T
\family default
\emph default
 ha sido anulada y sus cambios están listos para ser revertidos.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\family typewriter
<REGISTRO DE COMPROBACIÓN, 
\family default
...
\family typewriter
>
\family default
: Indica qué datos han sido ya escritos en cierto instante.
\end_layout

\begin_layout Standard
Cuando una transacción termina de ejecutar 
\family typewriter
COMMIT
\family default
 o 
\family typewriter
ROLLBACK
\family default
, esto se debe haber anotado en la bitácora, los bloqueos deben haberse
 liberado y los cursores haberse cerrado.
 Una transacción llega a su 
\series bold
punto de confirmación
\series default
 cuando termina de ejecutar 
\family typewriter
COMMIT
\family default
 con éxito, y se dice entonces que la transacción está 
\series bold
confirmada
\series default
.
 En la recuperación, las operaciones de transacciones no confirmadas se
 deshacen en orden inverso de aparición, y a continuación, las operaciones
 de transacciones confirmadas se rehacen en orden de aparición.
\end_layout

\begin_layout Standard
Insertar una entrada en la bitácora supone leer su último bloque, actualizarlo
 y escribirlo de nuevo al disco, y para evitarlo se mantiene un 
\series bold
búfer de bitácora
\series default
 con este bloque en que se escriben las entradas hasta que se llena.
 Se usa 
\series bold
escritura anticipada en bitácora
\series default
 o 
\series bold
bitácora adelantada
\series default
, en la que no se escriben a disco los cambios hasta que se escriban a disco
 los correspondientes registros de bitácora, pues si se escribieran, podría
 caerse el sistema antes de registrar en bitácora los cambios hechos a la
 base de datos y por tanto estos no se podrían deshacer.
 Además, un 
\family typewriter
COMMIT
\family default
 no se completa hasta que todas las entradas de bitácora de la transacción
 se hayan escrito a disco.
\end_layout

\begin_layout Standard
Con esto, habría que leer la bitácora completa en la recuperación.
 Para evitarlo, cada varios segundos o transacciones completadas, el SGBD
 marca un 
\series bold
punto de comprobación
\series default
 o 
\series bold
\emph on
checkpoint
\series default
\emph default
, en el que:
\end_layout

\begin_layout Enumerate
Suspende la ejecución de las transacciones.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
Fuerza la escritura en disco del búfer de bitácora y de todo bloque modificado
 del búfer de base de datos.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
Añade a la bitácora un 
\family typewriter
<REGISTRO DE COMPROBACIÓN>
\family default
, que indica, para cada transacción activa, su identificador y sus entradas
 primera y última.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
Escribe en un 
\series bold
fichero especial de arranque
\series default
 la dirección del registro de comprobación en la bitácora.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
Reanuda la ejecución de las transacciones.
\end_layout

\begin_layout Standard
\begin_inset Float algorithm
wide false
sideways false
status open

\begin_layout Plain Layout
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
uSSi{hay registro de comprobación $(T_i,S_i,E_i)_{i=1}^n$, donde $T_i$ es
 un ID de transacción, $S_i$ es su primera entrada y $E_i$ es su última}{
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

	$s
\backslash
gets$dirección del registro
\backslash
;
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

	$a
\backslash
gets$conjunto de transacciones activas según el registro
\backslash
;
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

}
\backslash
EnOtroCaso{
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

	$s
\backslash
gets0$
\backslash
;
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

	$a
\backslash
gets
\backslash
emptyset$
\backslash
;
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

$C
\backslash
gets
\backslash
emptyset$
\backslash
;
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
Para{$e$ entrada en la bitácora desde $s$}{
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

	
\backslash
lSSi{$e=${
\backslash
tt <INICIAR,T>}}{Añadir {
\backslash
tt T} a $A$}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

	
\backslash
lEnOtroCasoSi{$e=${
\backslash
tt <COMMIT,T>}}{Mover {
\backslash
tt T} de $A$ a $C$}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
Para{$e$ entrada desde la última hasta $
\backslash
min(
\backslash
{S_i
\backslash
}_i
\backslash
cap A)$ o 0}{
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

	
\backslash
lSSi{$e=${
\backslash
tt <ESCRIBIR,$T$,{
\backslash
rm ...}>} con $T
\backslash
in A$}{deshacer $e$}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
Para{$e$ entrada desde $
\backslash
min(
\backslash
{E_i
\backslash
}_i
\backslash
cap C)$ hasta la última}{
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

	
\backslash
lSSi{$e=${
\backslash
tt <ESCRIBIR,$T$,{
\backslash
rm ...}>} con $T
\backslash
in C$}{rehacer $e$}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

}
\end_layout

\end_inset


\begin_inset Caption Standard

\begin_layout Plain Layout
\begin_inset CommandInset label
LatexCommand label
name "alg:recover"

\end_inset

Algoritmo de recuperación por bitácora.
\end_layout

\end_inset


\end_layout

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
Con esto, la recuperación se hace con el algoritmo 
\begin_inset CommandInset ref
LatexCommand ref
reference "alg:recover"
plural "false"
caps "false"
noprefix "false"

\end_inset

.
\begin_inset Foot
status open

\begin_layout Plain Layout
Además, se puede ahorrar mucho espacio eliminando las entradas de la bitácora
 anteriores a la primera de las transacciones activas.
\end_layout

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Section
Estructura general
\end_layout

\begin_layout Standard
Además del gestor de base de datos (GBD), el SGBD tiene:
\end_layout

\begin_layout Itemize
Un procesador de consultas, que recibe consultas de usuarios y las envía
 al GBD.
\end_layout

\begin_layout Itemize
Un preprocesador de comandos LMD, que se comunica con el procesador de consultas
 para compilar los comandos y que el programa los envíe al GBD.
\end_layout

\begin_layout Itemize
Un compilador de comando LDD, que compila las órdenes del ABD y las envía
 al gestor del catálogo, que se modifica el catálogo a través del gestor
 de ficheros en coordinación con el GBD.
\end_layout

\begin_layout Standard
Cuando el GBD recibe un comando, comprueba la autorización y lo pasa al
 procesador de comandos, que lo pasa por el comprobador de integridad y
 el optimizador de consultas y envía una versión de este de bajo nivel al
 gestor de transacciones, que la pasa al planificador y este al gestor de
 datos.
 El gestor de datos consta de gestor de recuperación seguido de gestor del
 búfer, y este entonces se comunica con el gestor de ficheros del sistema
 operativo para manipular la base de datos a través de los métodos de acceso
 y búferes del sistema.
\end_layout

\begin_layout Standard
La base de datos consta de ficheros de datos, estructuras de acceso como
 índices y un catálogo el sistema, que contiene metadatos sobre estructura
 y organización, restricciones de integridad, autorización, estadísticas
 sobre los datos para optimización de consultas, etc.
\end_layout

\end_body
\end_document