[PDF] GEORGES GARDARIN - Bases de données

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Bases de

donn"es

GEORGESGARDARIN

EYROLLES

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EYROLLES

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oBasesde donn"es

La r"f"rence en langue fran"aise

sur les bases de donn"es Les bases de données jouent un rôle sans cesse croissant dans les syst'mes dÕinformation dÕentreprise, quÕil sÕagisse dÕapplications de gestion traditionnelles (comptabilit", ventes, d"cisionnelÉ) ou dÕappli- cations intranet, e-commerce ou de gestion de la relation client. Comprendre les principes des bases de donn"es, les langages dÕinter- rogation et de mise ' jour, les techniques dÕoptimisation et de contržle

des requ"tes, les m"thodes de conception et la gestion des transac-tions devient une n"cessit" pour tous les professionnels et futurs

professionnels de lÕinformatique. Complet et didactique, lÕouvrage se caract"rise par des d"finitions pr"cises des concepts, une approche "clairante des algorithmes et m"thodes, de nombreux exemples dÕapplication, une bibliographie comment"e en fin de chaque chapitre et un recueil dÕexercices en fin dÕouvrage. Il traite aussi bien des bases de donn"es relationnelles, que des bases de donn"es objet et objet-relationnelles.

Au sommaire

Les fondements.Principes et architecture des SGBD (systèmes de ges- tion de bases de donn"es) ¥Fichiers, hachage et indexation ¥

Bases de

donn"es r"seau et hi"rarchiques

Logique et bases de donn"es. Bases

de donn"es relationnelles.Le modèle relationnel : règles d'intégrité et alg'bre relationnelle ¥Le langage SQL2 ¥Contraintes dÕint"grit" et d"clencheurs ¥Gestion des vues ¥Optimisation des requ"tes. Bases de donn"es objet et objet-relationnelles.Le modèle objet et la persis- tance des objets ¥Le standard de lÕOMG : ODL, OQL et OML ¥LÕobjet- relationnel et SQL3 ¥Optimisation des requ"tes objet. Au-delà du SGBD. Bases de données déductives ¥Gestion des transactions ¥ Conception des bases de donn"es : sch"mas conceptuel et logique avec UML, d"pendances fonctionnelles, formes normalesÉ¥Bases de donn"es et d"cisonnel, Web et bases de donn"es, bases de donn"es multim"dias.

Georges Gardarin

Chercheur renomm"

dans le domaine des bases de donn"es et professeur ' lÕuniversit" Paris 6 puis ' lÕuniversit" de Versailles

Saint-Quentin, Georges Gardarin

a cr"" et dirig" successivement un projet de recherche INRIA sur les BD relationnelles parall'les (1980-89), le laboratoire PRiSM de Versailles (1990-99), qui regroupe une centaine de sp"cialistes en r"seaux, bases de donn"es et parall"lisme, et enfin la soci"t"e-XMLmedia (2000-2002), "diteur de composants XML.

Il est aujourdÕhui professeur

' lÕuniversit" de Versailles et participe ' des projets de recherche europ"ens en m"diation de donn"es h"t"rog'nes.

Code éditeur

: G11281 ISBN : 2-212-11281-5

Conception

Nord Compo

Bases de donnŽes Bases de donnŽes

Georges Gardarin

5 e tirage 2003

EYROLLES

EDITIONS EYROLLES

61, bd, Saint-Germain

75240 Paris cedex 05

www.editions-eyrolles.com En application de la loi du 11 mars 1957, il est interdit de reproduire int"gralement ou

partiellement le pr"sent ouvrage, sur quelque support que ce soit, sans autorisation de lÕ...diteur ou du

Centre Fran"ais dÕExploitation du Droit de Copie, 20, rue des Grands-Augustins, 75006 Paris.

© Groupe Eyrolles 1999

© Groupe Eyrolles 2003, pour la nouvelle présentation, ISBN 2-212-11281-5 Cet ouvrage a fait l'objet d'un reconditionnement à l'occasion de son 5 e tirage (format semi-poche et nouvelle couverture). Le texte de lÕouvrage reste inchang" par rapport aux tirages pr"c"dents. À ma petite fille, Marie, née à la fin de la gestation de ce livre, avec l'espoir que les Bases de Données l'aideront à mieux vivre et comprendre.

REMERCIEMENTS

Je tiens à exprimer mes vifs remerciements à tous ceux qui, par leurs travaux, leurs

idées, leurs présentations, leurs collaborations ou leurs relectures, ont participé de près

ou de loin à la réalisation de cet ouvrage, en particulier : Catherine Blirando, Christophe Bobineau, Luc Bouganim, Mokrane Bouzeghoub, Tatiana Chan, Jean-Luc Darroux, Thierry Delot, Françoise Fabret, Béatrice Finance, Dana Florescu, Élisabeth Métais, Philippe Pucheral, Fei Sha, Éric Simon, Tuyet Tram Dang Ngoc, Patrick Valduriez, Yann Viémont, Fei Wu, Karine Zeitouni. Une mention particulière à Hélène qui m'a supporté pendant tous ces nombreux week-ends et vacances passés à rédiger.

AVANT-PROPOS

J'ai commencé à travailler dans le domaine des bases de données en 1968 à l'univer- sité de Paris VI (non, pas en lançant des pavés), alors que le modèle réseau pointait derrière les fichiers séquentiels puis indexés. Sous la direction de Michel Rocher qui fut plus tard directeur d'Oracle France, avec Mireille Jouve, Christine Parent, Richard Gomez, Stefano Spaccapietra et quelques autres, nous avions développé une famille de Systèmes de Fichiers pour Apprendre Les Autres : les SFALA. Nous enseignions essentiellement les méthodes d'accès séquentielles, indexées, hachées, et surtout le système. Bientôt (en 1972), nous avons introduit les Systèmes de Données pour Apprendre Les Autres (SDALA). Il y eut un SDALA basé sur le modèle réseau, puis bientôt un basé sur le modèle relationnel. Aujourd'hui, on pourrait faire un SDALA objet, multimédia, et bientôt semi-structuré... Le premier système de gestion de données que j'ai construit à l'Hopital Necker gérait un disque SAGEM à têtes fixes de 256 K octets ! Ceci me semblait énorme par rap- port au 8 K de mémoire. Le système gérait les dossiers des malades avec des fichiers

hachés. C'était en 1969 alors que j'étais encore élève à l'ENSET et stagiaire à TITN.

Le deuxième le fut à OrdoProcesseurs, une société française qui vendait des mini-

ordinateurs français. C'était en 1974 et les disques atteignaient déjà 10 méga-octets.

Le troisième le fut à l'INRIA au début des années 1980 : c'était l'un des trop rares systèmes relationnels français commercialisés, le SGBD SABRE. Les disques dépas- saient déjà octets ! Aujourd'hui, les disques contiennent plusieurs giga-octets et l'on parle de pétabases (10 puissance 15 octets). Demain, et demain est déjà là, avec l'intégration des réseaux et des bases de données, tous les serveurs de données du monde seront interconnectés et l'on gérera des volumes inimaginables de données en ligne par des techniques plus ou moins issues des bases de données... Alors que les bases de données semblaient au début réservées à quelques applications sophistiquées de gestion, toute application moderne utilise aujourd'hui une base de données sous une forme ou sous une autre. Certes, il y a encore beaucoup de données

dans des fichiers, mais l'équilibre - où plutôt le déséquilibre - se déplace. Toute

application de gestion non vieillotte utilise une BD relationnelle, les BD objets per- cent dans les applications à données complexes, et les serveurs Web s'appuient de plus en plus sur des bases de données. Pourquoi ? Car les BD offrent le partage, la fia-

bilité, les facilités de recherche et bientôt la souplesse et l'intelligence avec le support

de données multimédia et semi-structurées, et de techniques venues de l'intelligence artificielle, telles le data mining. Les BD sont de plus en plus distribuées, intégrées avec les réseaux Intranet et Internet. D'où leur généralisation. Voilà donc un domaine que j'ai eu la chance de traverser depuis sa naissance qui a

créé beaucoup d'emplois et qui va continuer à en créer dans le millénaire qui vient. Le

vingt et unième siècle devrait être celui des sciences et techniques de l'information, au moins à son début. Certains m'objecteront que l'on a créé beaucoup de formulaires,

alourdi la gestion et plus généralement la société, et aussi détruit les petits emplois.

Peut-être, mais ce n'est pas l'objectif, et ceci devrait être corrigé (notamment avec les formulaires en ligne). D'autres objecteront que nous créons (avec Internet notamment) une civilisation à deux vitesses : je le crains malheureusement, et voilà pourquoi il est

très nécessaire de simplifier et démystifier, par exemple en écrivant des livres essayant

de mettre ces techniques à la portée de tous. Dans le domaine des bases de données, comme dans beaucoup d'autres, la France a gâché beaucoup de chances, mais reste encore très compétitive, au moins en compé- tences sinon en produits. En fait, depuis septembre 1997, l'industrie française ne pos- sède plus de SGBD important. Auparavant, elle avait possédé SOCRATE, IDS II, SABRE (un SGBD important pour l'auteur), et enfin O2. À vrai dire, le seul bien vendu fut IDS.II, un produit issu des États-Unis. Mais enfin, nous avions la maîtrise de la technologie... Ce livre présente une synthèse des principes et des techniques actuelles en matière de base de données. Il traite des bases de données relationnelles et des bases de données objet. Ces paradigmes sont au coeur des systèmes d'information d'aujourd'hui. Ils sont essentiels pour les entreprises et méritent d'être connus de tout étudiant à l'Université ou en École d'ingénieur. Ce livre est accompagné d'un compagnon plus petit traitant des nouvelles techniques : data warehouse, data mining, BDWebet BD multimŽdia. Il s'agit là des nouveaux thèmes en vogue du domaine, qui vont sans doute profondément révolutionner l'infor- matique de demain. Nous avons choisi de ne pas intégrer ces sujets à ce livre mais à un volume séparé, car ils ne sont pas encore stabilisés, alors que le relationnel et l'objet - ainsi que le mélange des deux, connu sous le nom objet-relationnel - le sont beaucoup plus. En résumé, cet ouvrage est le fruit d'une expérience de trente ans d'enseignement, de formation et de conseil à l'université et dans l'industrie. Il aborde tous les sujets au coeur des systèmes d'information modernes. Chaque chapitre traite un thème particu- lier. Á l'aide de notions précisément définies - une technique d'enseignement inven- IV • BASES DE DONNÉES : OBJET ET RELATIONNEL tée par Michel Rocher dans les années 1970, procédant par définitions informelles -, nous clarifions des concepts souvent difficiles. En annexe de cet ouvrage, vous trouverez une cinquantaine de textes d'exercices qui dérivent de sujets d'examens proposés aux étudiants à Paris VI ou à Versailles depuis

1980, adaptés et modernisés.

Avec cet ouvrage, nous espérons mettre entre les mains des générations actuelles et futures d'enseignants, d'ingénieurs et de chercheurs une expérience pratique et théo- rique exceptionnelle en matière de bases de données.

Avant-propos• V

NOTATIONS

Afin de présenter la syntaxe de certains langages, nous utiliserons les notations sui- vantes : [a] signifie que l'élément aest optionnel ; [a]... signifie que l'élément apeut-être répété 0 à nfois (n entier positif) ; {a b} signifie que les éléments aet bsont considérés comme un élément unique ; {a| b} signifie un choix possible entre l'alternative aou b; < a> signifie que aest un paramètre qui doit être remplacé par une valeur effective.

SOMMAIRE

CHAPITRE I Ð INTRODUCTION............................................................................................................3

1. QU'EST-CE QU'UNE BASE DE DONNÉES ?

2. HISTORIQUE DES SGBD

3. PLAN DE CET OUVRAGE

4. BIBLIOGRAPHIE

CHAPITRE II Ð OBJECTIFS ET ARCHITECTURE DES SGBD ..........................13

1. INTRODUCTION

2. MODÉLISATION DES DONNÉES

2.1 Instances et schémas

2.2. Niveaux d'abstraction

2.2.1.Le niveau conceptuel

2.2.2. Le niveau interne

2.2.3. Le niveau externe

2.2.4. Synthèse des niveaux de schémas

2.3. Le modèle entité-association

3. OBJECTIFS DES SGBD

3.1. Indépendance physique

3.2. Indépendance logique

3.3. Manipulation des données par des langages non procéduraux

....................26

3.4. Administration facilitée des données

PARTIE 1 Ð LES BASES

3.5. Efficacité des accès aux données...........................................................................................27

3.6. Redondance contrôlée des données

3.7. Cohérence des données

3.8. Partage des données

3.9. Sécurité des données

4. FONCTIONS DES SGBD

4.1. Description des données

4.2. Recherche de données

4.3. Mise à jour des données

4.4. Transformation des données

4.5. Contrôle de l'intégrité des données

4.6. Gestion de transactions et sécurité

4.7. Autres fonctions

5. ARCHITECTURE FONCTIONNELLE DES SGBD

5.1. L'architecture à trois niveaux de l'ANSI/X3/SPARC

5.2. Une architecture fonctionnelle de référence

5.3. L'architecture du DBTG CODASYL

6. ARCHITECTURES OPÉRATIONNELLES DES SGBD

6.1. Les architectures client-serveur

6.2. Les architectures réparties

7. CONCLUSION

8. BIBLIOGRAPHIE

CHAPITRE III Ð FICHIERS, HACHAGE ET INDEXATION

.....................................55

1. INTRODUCTION

2. OBJECTIFS ET NOTIONS DE BASE

2.1. Gestion des disques magnétiques

2.2. Indépendance des programmes par rapport

aux mémoires secondaires

2.3. Utilisation de langages hôtes

2.4. Possibilités d'accès séquentiel et sélectif

2.5. Possibilité d'utilisateurs multiples

2.6. Sécurité et protection des fichiers

3. FONCTIONS D'UN GÉRANT DE FICHIERS...................................................................64

3.1. Architecture d'un gestionnaire de fichiers

3.2. Fonctions du noyau d'un gestionnaire de fichiers

3.2.1.Manipulation des fichiers

3.2.2.Adressage relatif

3.2.3. Allocation de la place sur mémoires secondaires

...................................67

3.2.4. Localisation des fichiers sur les volumes

3.2.5. Classification des fichiers en hiérarchie

3.2.6.Contrôle des fichiers

3.3. Stratégie d'allocation de la mémoire secondaire

3.3.1.Objectifs d'une stratégie

3.3.2. Stratégie par granule (à région fixe)

3.3.3. Stratégie par région (à région variable)

4. ORGANISATIONS ET MÉTHODES D'ACCÉS PAR HACHAGE

.................73

4.1. Organisation hachée statique

4.2. Organisations hachées dynamiques

4.2.1. Principes du hachage dynamique

4.2.2. Le hachage extensible

4.2.3.Le hachage linéaire

5. ORGANISATIONS ET MÉTHODES D'ACCÈS INDEXÉES

..............................81

5.1. Principes des organisations indexées

5.1.1. Notion d'index

5.1.2. Variantes possibles

5.1.3. Index hiérarchisé

5.1.4. Arbres B

5.1.5. Arbre B+

5.2 Organisation indexée IS3

5.3. Organisation séquentielle indexée ISAM

5.3.1. Présentation générale

5.3.2. Étude de la zone primaire

5.3.3. Étude de la zone de débordement

5.3.4.Étude de la zone index

5.3.5. Vue d'ensemble

5.4. Organisation séquentielle indexée régulière VSAM

5.4.1. Présentation générale

5.4.2. Étude de la zone des données

5.4.3. Étude de la zone index

5.4.4. Vue d'ensemble

6. MÉTHODES D'ACCÈS MULTI-ATTRIBUTS

6.1. Index secondaires

Sommaire¥ XI

6.2. Hachage multi-attribut........................................................................

6.2.1.Hachage multi-attribut statique

......101

6.2.2.

Hachages multi-attributs dynamiques

6.3. Index bitmap

.............104

7. CONCLUSION

..................106

8. BIBLIOGRAPHIE

...........107

CHAPITRE IV Ð

B

ASES DE DONNÉES RÉSEAUX

ET HIÉRARCHIQUES

...........111

1. INTRODUCTION

............111 2. LE MODÉLE RÉSEAU........................................................................

2.1. Introduction et notations........................................................................

2.2. La définition des objets

2.3. La définition des associations........................................................................

..........................115

2.4. L'ordonnancement des articles dans les

2.5. La sélection d'occurrence d'un type

de lien................................................................121

2.6 Les options d'insertion dans un

...........122

2.7. Le placement des articles

.....................................122

2.8. Exemple de schéma

3. LE LANGAGE DE MANIPULATION COBOL-CODASYL.................................127

3.1. Sous-schéma COBOL

3.2. La navigation CODASYL

...................................128

3.3. La

recherche d'articles........................................................................

3.3.1.

La recherche sur clé........................................................................ ..................................130

3.3.2.

La recherche dans un fichier........................................................................ .............130

3.3.3.

La recherche dans une occurrence de

3.3.4.Le positionnement du curseur de programme

3.4. Les échanges d'articles

3.5. Les mises à jour d'articles

...................................132

3.5.1.

Suppression d"articles

.............................133

3.5.2.

Modification d"articles

...........................133

3.5.3.Insertion et suppression dans une occurrence de lien

.........................133

3.6. Le contrôle des fichiers

3.7.

Quelques exemples de transaction........................................................................

...............134

4. LE MODÈLE HIÉRARCHIQUE

..............................136

4.1. Les

concepts du modèle........................................................................ XII • BASES DE DONNÉES : OBJET ET RELATIONNEL

4.2. Introduction au langage DL1........................................................................

............................138

4.3. Quelques exemples de transactions........................................................................

.............141

5. CONCLUSION........................................................................

6.

CHAPITRE V

Ð LOGIQUE ET BASES DE DONNÉES.....................................................147

1. INTRODUCTION

............147

2. LA LOGIQUE

DU PREMIER ORDRE........................................................................ ..............148

2.1. Syntaxe de la logique du premier ordre

...148

2.2. Sémantique de

la logique du premier ordre.................................................................150

2.3 Forme clausale

des formules fermées........................................................................ .......151

3. LES BASE

DE DONNÈES LOGIQUE........................................................................ ...............153

3.1. La représentation des faits

...................................153

3.2. Questions et

contraintes d'intégrité........................................................................

.............155

4. LE CALCUL

DE DOMAINES........................................................................ ...................................156

4.1 Principes de base

..156

4.2. Quelques exemples de

calcul de domaine.....................................................................157

4.3. Le langage QBE

....158

5. LE CALCUL DE TUPLES

5.1. Principes du calcul de tuple

...............................166

5.2. Quelques exemples de calcul

de tuple........................................................................ ......167

6. LES TECHNIQUES D'INFÉRENCE

...................168

6.1. Principe d'un algorithme de déduction........................................................................

....168

6.2. Algorithme d'unification

6.3. Méthode de résolution........................................................................

7. CONCLUSION

..................172quotesdbs_dbs14.pdfusesText_20

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