Cours de bases de données

Cours de bases de données
Philippe Rigaux
13 juin 2001

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TABLE DES MATIÈRES 3
Table des matières
1 Introduction 7
2 Présentation générale 9
2.1 Données, Bases de données et SGBD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Que doit-on savoir pour utiliser un SGBD ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.1 Définition du schéma de données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.2 Les opérations sur les données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.3 Optimisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.4 Concurrence d’accès . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3 Le plan du cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
I Modèles et langages 15
3 Le modèle Entité/Association 17
3.1 Principes généraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1.1 Bons et mauvais schémas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.1.2 La bonne méthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2 Le modèle E/A : Présentation informelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.3 Le modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3.1 Entités, attributs et identifiants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3.2 Associations binaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3.3 Entités faibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.3.4 Associations généralisées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.4 Avantage et inconvénients du modèle E/A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.5 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4 Le modèle relationnel 35
4.1 Définition d’un schéma relationnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.2 Passage d’un schéma E/A à un schéma relationnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.2.1 Règles générales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2.2 Retour sur le choix des identifiants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.2.3 Dénormalisation du modèle logique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.3 Le langage de définition de données SQL2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3.1 Types SQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3.2 Création des tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.3.3 Contraintes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.3.4 Modification du schéma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.4 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4 TABLE DES MATIÈRES
5 L’algèbre relationnelle 55
5.1 Les opérateurs de l’algèbre relationnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5.1.1 La sélection, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.1.2 La projection, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.1.3 Le produit cartésien, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.1.4 L’union, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.1.5 La différence, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.1.6 Jointure, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.2 Expression de requêtes avec l’algèbre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.2.1 Sélection généralisée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.2.2 Requêtes conjonctives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.2.3 Requêtes avec et . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.3 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6 Le langage SQL 67
6.1 Requêtes simples SQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.1.1 Sélections simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.1.2 La clause WHERE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.1.3 Valeurs nulles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.2 Requêtes sur plusieurs tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.2.1 Jointures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.2.2 Union, intersection et différence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6.3 Requêtes imbriquées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.3.1 Conditions portant sur des relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.3.2 Sous-requêtes correllées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.4 Agrégration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.4.1 Fonctions d’agrégation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.4.2 La clause GROUP BY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.4.3 La clause HAVING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6.5 Mises-à-jour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6.5.1 Insertion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6.5.2 Destruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6.5.3 Modification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.6 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
7 Schémas relationnels 81
7.1 Schémas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
7.1.1 Définition d‘un schéma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
7.1.2 Utilisateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
7.2 Contraintes et assertions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
7.3 Vues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
7.3.1 Création et interrogation d’une vue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
7.3.2 Mise à jour d’une vue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
7.4 Triggers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
7.4.1 Principes des triggers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
7.4.2 Syntaxe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
7.5 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
8 Programmation avec SQL 91
8.1 Interfaçage avec le langage C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
8.1.1 Un exemple complet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
8.1.2 Développement en C/SQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
8.1.3 Autres commandes SQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
8.2 L’interface Java/JDBC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

TABLE DES MATIÈRES 5
8.2.1 Principes de JDBC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
8.2.2 Le plus simple des programmes JDBC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
8.2.3 Exemple d’une applet avec JDBC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
II Aspects systèmes 105
9 Techniques de stockage 107
9.1 Stockage de données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
9.1.1 Supports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
9.1.2 Fonctionnement d’un disque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
9.1.3 Optimisations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
9.1.4 Technologie RAID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
9.2 Fichiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
9.2.1 Enregistrements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
9.2.2 Blocs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
9.2.3 Organisation d’un fichier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
9.3 Oracle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
9.3.1 Fichiers et blocs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
9.3.2 Les tablespaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
9.3.3 Création des tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
10 Indexation 133
10.1 Indexation de fichiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
10.1.1 Index non-dense . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
10.1.2 Index dense . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
10.1.3 Index multi-niveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
10.2 L’arbre-B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
10.2.1 Présentation intuitive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
10.2.2 Recherches avec un arbre-B+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
10.3 Hachage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
10.3.1 Principes de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
10.3.2 Hachage extensible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
10.4 Les index bitmap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
10.5 Indexation dans Oracle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
10.5.1 Arbres B+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
10.5.2 Arbres B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
10.5.3 Indexation de documents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
10.5.4 Tables de hachage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
10.5.5 Index bitmap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
11 Introduction à la concurrence d’accès 155
11.1 Préliminaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
11.1.1 Exécutions concurrentes : sérialisabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
11.1.2 Transaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
11.1.3 Exécutions concurrentes : recouvrabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
11.2 Contrôle de concurrence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
11.2.1 Verrouillage à deux phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
11.2.2 Contrôle par estampillage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
11.3 Gestion des transactions en SQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
11.4 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164