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Fundamentos de Banco de Dados

Introdução a Banco de Dados

O que são bancos de dados?

Conjunto de dados que transmitem informação

  • API - trás a informação solicitada
  • Ações - solicitação das informações
  • Possuem diversos tamanhos

Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados

  1. Definição - Mini mundo

    • Tipo de dado
    • Estrutura
    • Constrains

  2. Construção

    • Inserção dos dados - persistência
    • Mapeamento

  3. Manipulação

    • Recuperação de informações
    • Geração de relatórios

  4. Compartilhamento

    • Simultaneidade
    • Acesso
      OBS: Proteção
  1. Persistência
  2. Acesso

Breve histórico de SGBDs

Linha do tempo

  • 1960 - Conceito
  • 1970 - Modelo relacional
  • 1970 - Democratização da tecnologia
  • 1990 - Paradigma de Orientação a Objeto
  • 2000 - NoSQL

Modelo relacional

  • Surgiu com a ideia de diminuir custo com pessoal e garantir maior consistência dos dados
  • Estrutura de tabela, de maneira mais generalista
  • SQL - Linguagem de consulta (ISO/IEC 9075)

Modelo hierárquico

  • Sistema de gerenciamento voltado a registros
  • Busca em árvore

Modelo em Rede

  • Busca em grafo
  • Precisa conhecer como ele funciona

Modelo de Banco de Dados Relacional

Tradução -> mecanismos de execução -> gerenciador -> metadadso e schema

Características

  • Álgebra relacional
  • Relações
  • TAD para armazenamento
  • Transparência

Usuários

  1. Convencional
    • Altera e extrai informações
    • LMD (linguagem de manipulação dos dados)
  2. Administrador do BD (DBA)
    • Defini a estrutura e constrains (regras) - Determina as tabelas, as entidades, atributos e comandos
    • Comandos traduzido pelo processador LDD (linguagem de definição de dados)

Storage e Buffer

Como tenta lidar com os dados de forma mais performática, é importante:

  • Gerenciador de armazenamento - HD → RAM
  • Gerenciador de Buffer - RAM → HD

Integração

  • É possível usar mais de um BD na aplicação, unindo os benefícios de cada.
  • Repositórios centralizados - Data Warehouses
  • Mediadores - Middleware

SGBDs mais utilizados pelo mercado

Ranking

  1. Oracle
  2. MySQL
  3. SQLServer
  4. PostgreeSQL
  5. MongoDB
  6. Redis
  7. ElasticServer
  8. IBM Db2
  9. Microsoft Access
  10. SQLite
  11. Snowflake
  12. Cassandra
  13. MariaDB

Fonte: https://db-engines.com/en/ranking (Julho de 2023)

Considerações para o projeto da Finatec

  • MySQL é opensource, tem bastante conteúdo por ser um SGBD muito usado para iniciantes;
  • PostgreeSQL é opensource é muito indicado para mexer com pyhton
  • Redis é opensource não relacional com um bom desempenho, sendo bem escalável
  • Cassandra é openssource, não relacional, distribuído, altamente escalável e eventualmente consistente

Sistemas de Gerenciamento de Banco de Dados

Abordagem de SGBDs versus Abordagem Tradicional

Por que utilizar o SGBDs? Quando tiver um dado modificado, a aplicação devem ser alteradas Mantém a estrutura de dados no sistema

Tradicinal SGBD
  • Mantém a estrutura de dados no próprio sistema
    		•
  • Faz uma consulta ao Banco de dados
    		•
  • Um dado modificada implica na alteração da aplicação
    		•
  • Não faz modificação da aplicação
    		•
  • Gera redundância e esforço repetido
    		•
  • Permite o acesso concorrente
    		•

    Características principais do SGBD

    • Abstração
    • Autodescrição
    • Isolamento
    • Compartilhamento
    • Múltiplas visões
    • Transação multiuser

    Natureza Auto-descritiva da Abordagem de Banco de Dados

    • “Descrição de mim mesmo”
    • Descrição da sua estrurura e regra
    • Schema - Estrutura bem definida sem a inserção dos dados

    NoSQL

    • Não possuem uma estrutura específica, por já possuirem uma descrição

    SQL

    • Precisa dos metadados e o schema

    Isolamento Program/data e Abstração

    Isolamento

    • Importante para a manutenção do sistema
    • Evita as alterações na aplicação
    • Vem pela estruturação dos catálogos

    Abstração

    • Generalizar os objetos e contexto

    Suporte à Múltiplas Visões dos Dados

    • “Perspectivas distintas de um mesmo conjunto de dados”
    • Cada setor esta interessado em um tipo de informação

    Compartilhamento de dados e Processamento de Transações Multiusuários

    • Controle de concorrência (Concurrency Control)
    • Mecanismo de controle de acesso de várias pessoas
    • Múltiplos acessos - Proteção para evitar a alteração de dados “ao mesmo tempo”

    OLTP

    • Processamento de Transações Online
    • É um tipo de processamento de dados que consiste na execução de várias transações que ocorrem simultaneamente
    • Gerencia as trransações concorrentes
      • Não pode travar
      • Ou executa tudo ou volta e executa nada - Precisa ser capaz de retroceder
    • Decisões orientados a translações
    • Ex: Transações bancárias online, compras, entrada de pedidos ou envio de mensagens de texto

    OLAP

    • Online Analytical Processing
    • É uma tecnologia usada para organizar bancos de dados de grandes empresas e dar suporte a business intelligence
    • Ele pode ser usado para executar consultas analíticas complexas sem prejudicar sistemas transacionais.

    Atores em Banco de Dados

    Cenário

    • BDs simples → 1 ou poucos pessoas
    • Big Organizations → +10k

    Atores

    1. Designer

      • Identificar dados e requisitos
      • Representação e Estrutura
      • Fase preliminar - Elaboração do banco

    2. Administradores (DBA)

      • Gerencia os recursos (base de dados, SGBD, softwares adicionais)
      • Orquestração os sistema
      • Autorização de acesso

    3. Usuários Finais

      • Propósito do SGBDs (atender a estes usuários)
      • Acesso → Querying (uipdate, reports)
      • Categorizados

    Categorias de Usuários Finais

    1. Casuais

      • Acesso ocasionais
      • Diferentes informações
      • Uso de APIs

    2. Sofisticados

      • Cientistas, engenheiros e analistas
      • Puxam as informações dos BD

    3. Standalone

      • BD pessoal

    4. Ingênuos

      • Considerável porção - Não possui noção de BD
      • Erro: raro
      • Canned Transactions: Encapsulados por programção (API gráfica)
        • EngenheiroS de Software - desenvolve o sistema que acessa o BD (análise de sistema, desenvolvimento da aplicação, teste e produção da aplicação)

    Workers em background - Banco de Dados

    Atores do sistema que da suporte ao BD quem mantém o SGBD disponível para usarem.

    1. Designer do Sistema de SGBD e Implementação do SGBD

      • Fornecem o ambiente e suporte para BD
      • Implementação dos módulos e interfaces do SGBD como um software package
      • Base

    2. Pessoal de operação e manutenção

      • Responsável pelo ambiente de hardware e software para o SGBD

    3. Desenvolvedores de ferramentas

      • Ferramentas opcionais para diversos fins
      • Performance, modelagem (segurança), análise

    Vantagens de Utilizar a Abordagem de SGBDs

    • Controle de redundância
    • Restrição de acesso
    • Provendo persistência
    • Estrutura de armazenamento e técnicas de busca
      • intuitivas
      • Técnicas de performace: Caching, buffering e indexação (dados recorrentes)
    • Backup e Recovery
      • Recuperam recursos perdidos
      • Confiança e disponibilidade
    • Multiusuário
      • Interfaces adaptadas ao tipo de usuário
    • Representação de relações complexas
    • Integridade de dados
      • restrições

    Ganhos em utilizar SGBDs

    • Padronização

    • Redução de tempo no desenvolvimento da aplicação

    • Flexibilidade
    • Disponibilidade de info up-to-date
    • Economia de escala

    Quando não usar SGBDs

    • Custo x Benefício
    • Investimento
    • Generalidade na definição e processamento
    • Segurança, controle de concorrência, recovery, funções de integridade

    Modelagem de Dados para Banco de Dados

    Introdução à Modelagem de dados

    Modelagem

    Possui foco na descrição e relacionamento dos elementos que compõem a representação do contexto (mini-mundo)

    Modelos de alto nível

    Entidade-Relacionamento
    • Mais fácil do cliente entender

    UML (Linguagem de modelagem unificada)
    • Mais descritivo para o desenvolvimento

    Inserindo as informações

    Linguagem declarativa - SQL

    Como acessar?

    • Interface gráfica
    • Terminal
    • Linguagem de programação

    Instalando MySQL no Ubuntu

    No terminal:

    1. sudo apt-get update
    2. sudo apt-get upgrade
    3. sudo apt-get install mysql-server
    4. sudo apt-get install mysql-client
    5. mysql --version (verifica a instalação)
    6. sudo systemctl status mysql.service (vendo o status se esta iniciado)
    7. sudo mysql (acessa o mysql)
    8. show databases; (visualiza os dados)
    9. exit
    10. sudo apt-get update
    11. sudo apt-get upgrade
    12. Reinicia o PC

    Qual BD escolher?

    Conforme o conteúdo estudo e colocado neste documento, o uso de um banco de dados é essencial, considerando que evitaria redundância e retrabalha no projeto.

    Acredito que as melhores opções são o MySQL e o PostegreSQL por serem BD de dados opensource, relacionais que permitem que tenhamos multiusuários ao BD. Considerando que teriamos um administrador e diferentes funcionários da FINATEC que fariam uma consulta. Além disso, esses sistemas relacionais já possuem controle de acesso e demais funções que iriam facilitar no desenvolvimento, além dadocumentação disponível que auxiliaria.

    Na última reunião o pessoal da TI passou a informação de que já existe um BD próprio, assim, não teríamos que construir um do zero mais. No dia 09/08 iremos visitar a FINATEC e conhecer os sistemas e o pessoal. Assim, o estudo do BD deve focar na requisição e não mais na construção.

    Histórico de Versão

    Data Versão Descrição Autor Revisor Issue
    30/06/2023 1.0 Criação do documento Raquel Hemanoel #22