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ADMINISTRACIÓN DE BASE DE DATOS

SEMANA 2

Arquitectura y Configuración de un Database Management System (DBMS)

Todos los derechos de autor son de la exclusiva propiedad de IACC o de los otorgantes de sus licencias. No está permitido copiar, reproducir, reeditar, descargar, publicar, emitir, difundir, poner a disposición del público ni utilizar los contenidos para fines comerciales de ninguna clase.

ÍNDICE ARQUITECTURA Y CONFIGURACIÓN DE UN DATABASE MANAGEMENT SYSTEM (DBMS) ................ 4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................................................... 4 INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................................... 4 1.

2.

ARQUITECTURA .............................................................................................................................. 5 1.1.

CARACTERÍSTICAS DEL DBMS .............................................................................................. 7

1.2.

ESTRUCTURA DE MEMORIA Y PROCESOS DE LA INSTANCIA .............................................. 7

1.3.

ESTRUCTURAS FÍSICAS DE LA BASE DE DATOS .................................................................... 8

PROCEDIMIENTOS GENERALES SOBRE UN DBMS ....................................................................... 9 2.1.

PROCEDIMIENTO GENERAL DE INSTALACIÓN DE UN DBMS............................................. 10

2.2.

PROCEDIMIENTO PARA CONFIGURACIÓN DE UN DBMS .................................................. 11

2.2.1.

ESTRUCTURAS LÓGICAS DE ALMACENAMIENTO ...................................................... 11

2.2.2.

DEFINICIÓN DE ESPACIO DE ALMACENAMIENTO ..................................................... 11

2.2.3.

DEFINICIÓN Y CREACIÓN DEL ESPACIO ASIGNADO PARA CADA BASE DE DATOS .... 12

2.2.4.

BITÁCORAS ................................................................................................................ 13

2.2.5.

PARTICIONES ............................................................................................................. 14

2.2.6.

ESPACIOS PRIVADOS ................................................................................................. 14

2.2.7.

ESPACIOS PARA OBJETOS .......................................................................................... 14

2.2.8.

SEGMENTOS .............................................................................................................. 15

2.2.9.

MEMORIA COMPARTIDA........................................................................................... 15

2.2.10.

INSTANCIAS MÚLTIPLES ............................................................................................ 15

COMENTARIO FINAL.......................................................................................................................... 16 REFERENCIAS........................................................................................................................................ 17

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ARQUITECTURA Y CONFIGURACIÓN DE UN DATABASE MANAGEMENT SYSTEM (DBMS) OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Analizar las características, arquitectura, componentes y funcionalidades de un DBMS.



Utilizar el procedimiento general de instalación de un DBMS.



Aplicar el proceso de configuración de un DBMS.

INTRODUCCIÓN En la presente unidad se abordarán los contenidos referentes a la arquitectura y configuración de un sistema gestor de base de datos (SGBD), también denominado en inglés como Database Management System (DBMS). A este sistema se le define como un conjunto coordinado de programas, procedimientos, lenguajes, etc., que suministra, tanto a los usuarios no informáticos como a los analistas, programadores o al administrador, los medios necesarios para describir, recuperar y manipular los datos almacenados en la base, manteniendo su seguridad. Por esto, constituye el lugar único donde se contiene toda la información de una organización, considerando las necesidades de acceso a los datos de una manera flexible y dinámica, con capacidad de ajustarse a los cambios a lo largo del tiempo. Entre los principales usos de un DBMS se tiene que suministra a los administradores de las bases de datos un conjunto de herramientas que facilitan la ejecución propia de sus tareas de administración, mantenimiento y soporte a los datos, así como el hecho de permitir el acceso y manipulación a los usuarios, de manera que provea mecanismos de acceso para el desarrollo de aplicaciones. Según Mª Jesús Ramos, Alicia Ramos y Fernando Montero (2006), las funciones que debe contemplar un SGBD, son: 

Creación y definición de la BD: se refiere al conjunto de especificaciones de la estructura, el tipo de los datos, las restricciones y relaciones entre ellos mediante lenguajes de definición de datos, todo lo cual es almacenado en el diccionario de datos, que es gestionado a su vez desde el DBMS.



Manipulación de los datos: contempla las operaciones de inserción, consulta y actualización de la información utilizando para ello lenguajes de manipulación de datos.

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

Acceso controlado a los datos de la BD mediante la definición de perfiles de usuarios, que implementan mecanismos de seguridad de acceso indicando para cada caso qué permisos tienen asociados a los datos.



Mantener la integridad y consistencia de los datos, por medio de mecanismos que evitan que los mismos sean perjudicados por cambios no autorizados.



Acceso compartido a la BD, controlando la interacción entre usuarios concurrentes, es decir, que acceden simultáneamente a la misma información.



Mecanismos de respaldo y recuperación, lo cual es de suma importancia al momento de fallos en el sistema que impliquen la restauración de los datos.

1. ARQUITECTURA Tal como en otros aspectos relacionados con las tecnologías de información y comunicación, fue necesario preocuparse por la estandarización entre las diversas modalidades de almacenamiento de datos, lo cual tomó relevancia en la década de 1970 cuando diversos fabricantes se abocaron a la tarea de construir una arquitectura única que permitiera las labores de migración de datos, sin que ello implicara la pérdida tanto del diseño como de la programación previa. De lo anterior, el comité ANSI/SPARC publicó en el año 1975 una arquitectura a tres niveles (interno, conceptual y externo) para la normalización y estandarización de los SGBD. Esta arquitectura, parcialmente basada en el concepto de máquinas anidadas (llamadas de tipo cebolla), consiste en que los datos se desplazan entre las distintas capas que se encuentran a su vez separadas por interfaces que permiten individualizar los diversos componentes del sistema de manera de lograr niveles independientes. Los mencionados niveles se presentan a continuación: 

Nivel interno o físico: se refiere a la manera en que se encuentran almacenados en el computador los datos, por lo que describe la estructura física de la base de datos: los archivos que contienen la información, así como su organización y los mecanismos para su acceso; de igual manera detalla los tipos y accesos de registros, los campos que los componen y su longitud, entre otros.



Nivel conceptual: Describe la estructura de toda la base de datos para un grupo de usuarios mediante un esquema conceptual, el cual contiene a las entidades, atributos, relaciones, operaciones de los usuarios y restricciones.



Nivel externo o de visión: es el más próximo a los usuarios y describe los esquemas externos o vistas de usuarios. Cada esquema describe la parte de la base de datos que interesa a un grupo de usuarios, representando la visión individual de un usuario o de un grupo de ellos.

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En la Figura 1 se representan los niveles de abstracción de la arquitectura ANSI, en la que se puede observar que los usuarios acceden a la base de datos desde las diversas vistas o esquemas definidos en el nivel externo. Posteriormente se aprecia cómo en el nivel conceptual se presentan las diversas tablas a las que puede acceder o no el usuario, según la definición del esquema previo, para finalmente observar la representación de los diversos discos o medios de almacenamiento de los datos, representados en el nivel físico.

Figura 1: Niveles de abstracción de base de datos de la arquitectura ANSI. Fuente: Ramos y otros (2006).

Según Ramos y otros (2006) el desarrollo del trabajo del grupo ANSI/SPARC fue finalizado a finales del año 1986, con la presentación del modelo de referencia para la estandarización de los SGBD, con varios objetivos entre los que se encuentran, por una parte, establecer un marco de referencia común para realizar la descripción de los SGBD y por la otra, lograr una estandarización para el impulso en la compatibilidad de los diversos elementos que componen a un SGBD de tal manera de facilitar tanto su comparación como su evaluación. En particular, este modelo recomienda que se concentren en la metabase, también denominada catálogo, todos los datos relacionados con el control centralizado de la base de datos tales como reglas de integridad y de seguridad, de tal manera que no se encuentren al alcance de los usuarios, aun cuando sean desarrolladores. También establece una recomendación en cuanto a garantizar herramientas de gestión de datos o elementos informáticos, tales como lenguajes de cuarta generación, soporte para toma de decisión en modelado, herramientas para ajuste de configuración, utilitarios que faciliten las tareas de manipulación de archivos, sistemas de diccionario de datos, entre otros.

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1.1. CARACTERÍSTICAS DEL DBMS Diversos especialistas en la materia coinciden en la identificación del conjunto de características que debe tener un DBMS, que se presentan resumidos en la siguiente tabla: Control de la redundancia de datos

Compartimiento de datos Mantenimiento de la integridad

Soporte para transacciones

control

Recuperación de fallas Independencia de los datos Seguridad

Velocidad Independencia del hardware

de

Este consiste en lograr una mínima cantidad de espacio para almacenar los datos evitando la duplicación de la información. De esta manera se logran ahorros en el tiempo de procesamiento de la información, se tendrán menos inconsistencias y menores costos operativos. En un DBMS existe la posibilidad de compartir los datos entre diversos usuarios de manera simultánea. La información contenida en un DBMS es manejada de manera tal de garantizar su precisión, asegurando así la integridad en los datos. Existe el control de todas las transacciones u operaciones que son realizadas sobre los datos almacenados en un DBMS, para garantizar la integridad de la información. En caso de que se presente una falla el DBMS cuenta con capacidad de recuperar la información. Las aplicaciones no requieren conocer la manera en que están organizados los datos en la unidad de almacenamiento. El acceso a los datos por parte de los usuarios es controlado por medio de privilegios a los datos asociados a cada usuario, según su rol o perfil dentro de la organización. Los DBMS actuales poseen altas velocidades de respuesta y procesamiento. La mayoría de los sistemas DBMS están disponibles para ser instalados en múltiples plataformas de hardware.

Tabla 1. Principales características de un DBMS.

1.2. ESTRUCTURA DE MEMORIA Y PROCESOS DE LA INSTANCIA La estructura de la memoria en un DBMS es administrada para optimizar su uso. En el caso particular de ORACLE que se encuentra documentado en su sitio http://docs.oracle.com/, la memoria se distribuye de la siguiente manera: 

Área Global del sistema (SGA), que se comparte entre todos los servidores y los procesos en segundo plano.



Áreas globales de programas (PGA), constituye un espacio privado para cada servidor y proceso en segundo plano, asignando a cada proceso una PGA.



Áreas de Clasificación utilizadas para realizar operaciones de ordenamiento sobre los datos.

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

Memoria Virtual.



Área de código de software.

Procesos de la instancia: Cada instancia está asociada a una base de datos, y para entender el término se debe tener claro que cuando se inicia una base de datos en un servidor se le asigna un área de memoria (SGA) y se inician uno o más procesos, de tal manera que a la combinación del SGA y de los procesos asociados es lo que se llama instancia. Es así como la memoria y los procesos de una instancia gestionan los datos de la base de datos asociada de forma eficiente, prestando servicios a uno o varios usuarios. Cuando se da inicio a una instancia, el DBMS procede a montar la base de datos, asociando dicha instancia a su base de datos correspondiente. Es importante destacar que en una misma computadora se pueden ejecutar varias instancias simultáneamente, accediendo cada una a su propia base de datos física. Finalmente, es importante destacar que sólo el administrador de la base de datos puede iniciar una instancia, abrir y cerrar una base de datos.

1.3. ESTRUCTURAS FÍSICAS DE LA BASE DE DATOS Ramos y otros (2006) establecen que la estructura física de una base de datos es también denominada nivel interno e incorpora lo relacionado tanto a la estructura de los datos como a la organización de los archivos en las unidades de almacenamiento, interactuando con el sistema operativo para el acceso a los datos. No obstante, realmente dependerá de cada DBMS en particular definir las estructuras que conformarán este nivel. Sin embargo, en líneas generales en cualquier DBMS actual se dispone al menos estos dos tipos de archivos: 

Archivos de datos: Una base de datos puede estar conformada por uno o más archivos de datos, también denominados “datafile”, compuestos por páginas enumeradas secuencialmente que representan la unidad mínima de almacenamiento, son de tamaño fijo y se establecen en el momento que se crea la base de datos. Un archivo de datos pertenece a un tablespace y a una instancia de la base de datos, de tal manera que un tablespace puede estar conformado por varios archivos de datos. Cuando se crea un archivo de datos, se debe indicar su nombre, su ubicación o directorio y el tablespace al que va a pertenecer. La información contenida en los archivos de datos son recuperados en el momento en que se requieren y se colocan en una caché de memoria compartida del SGA. De esta manera, se agiliza el acceso posterior a estos datos en las subsiguientes consultas. Las modificaciones en los datos se guardan bien sea por una petición expresa o cuando se requiere liberar memoria para atender nuevas peticiones.

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

Archivo de Registro de Transacciones (logfile): Este otro archivo presente en el nivel interno de un DBMS contiene el registro de las operaciones realizadas sobre los datos, de tal manera que su contenido asegura la posibilidad de recuperación de la información por la vía de una restauración de una base de datos. Este tipo de archivo no está conformado por páginas, sino por entradas con los diversos cambios realizados en la base de datos, tales como modificaciones de datos, de la estructura de los elementos de la base de datos, así como eventos de copia de seguridad y restauración. Estas entradas se almacenan en orden cronológico de ejecución.

Para entender mejor la manera en que se encuentran almacenadas las estructuras físicas de una base de datos, se presenta la Figura 2, en la que se puede apreciar cómo dentro de un tablespace se pueden contener varios archivos de datos o datafiles. Así mismo, se observa en la mencionada figura la existencia de archivos de registro de transacciones asociados a cada archivo de datos.

Figura 2: Estructura física de archivos en una base de datos. Fuente: http://goo.gl/ICsfR5

2. PROCEDIMIENTOS GENERALES SOBRE UN DBMS Antes de proceder a instalar un DBMS es importante establecer los requerimientos tanto de hardware como de software que demanda la aplicación, así como la versión de sistema operativo, posibles complementos adicionales de software, software que se deba desinstalar previamente así como cualquier otra situación, como la reconfiguración de servicios de red dado a posibles bloqueos/desbloqueos de puertos requeridos para accederlo, entre otros.

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Es así como se sugiere visitar el sitio web oficial de cada uno de los gestores que serán objeto de la evaluación, a efecto de determinar la factibilidad técnica de su instalación. Para ello se presenta a continuación la una lista de los DBMS más comunes en la actualidad y su respectivo sitio web. Licencia

Libre

DBMS

Sitio Web http://www.postgresql.org.es/

http://www.mysql.com/

http://www.firebirdsql.org/

http://www01.ibm.com/software/data/db2/

http://www01.ibm.com/software/cl/info/embed/ Comercial

http://www.oracle.com/lad/index.html

http://www.microsoft.com/en-us/servercloud/products/sql-server/

Tabla 2: Principales DBMS en la actualidad

Entre las consideraciones que se deberán tener en cuenta existen tanto factores técnicos como financieros. En el caso de la evaluación técnica, se deberá recordar las características de un DBMS y establecer comparaciones entre las diversas alternativas, teniendo en consideración el tipo de organización, el volumen de información que se almacenará y el soporte o respaldo por parte del fabricante. Para el tema financiero, se considerará los costos de licenciamiento (en caso de ser comercial), costos de adquisición de hardware si el existente no responde a los requerimientos de la solución, costos de formación al personal y costos de creación y conversión de base de datos.

2.1. PROCEDIMIENTO GENERAL DE INSTALACIÓN DE UN DBMS Para el procedimiento general de instalación de un DBMS se debe tener en cuenta lo siguiente:

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a) Los requerimientos técnicos de la plataforma seleccionada, los cuales variarán de acuerdo a las versiones disponibles en el mercado al momento de la instalación. Entre los aspectos a destacar en los requerimientos técnicos se encuentran: memoria RAM, memoria virtual, almacenamiento en disco duro, tamaño máximo de la base de datos, sistema operativo para el cual opera, arquitectura del procesador, requerimientos de servicios tales como protocolos de red y protocolos de seguridad. b) El archivo o archivos de instalación disponibles vía descarga o en algún otro medio. c) La ejecución de la instalación de cualquier DBMS en la actualidad cuenta con una herramienta amigable que procede a interactuar con el administrador, de tal manera de solicitar las respuestas para establecer los parámetros de configuración inicial del DBMS, por lo que se deberá tener claro los conceptos relacionados, los cuales se detallan en el siguiente apartado.

2.2. PROCEDIMIENTO PARA CONFIGURACIÓN DE ...