Base de Données Répartie

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Les attributs

Stage

nom niveau date durée lieu quota

Moniteur

nom prenom adresse

Adherent

nom prenom adresse

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Les identifiants

Stage

Code stage nom niveau date durée lieu quota

Moniteur

N0licence nom prenom adresse

Adherent

N0adherent nom prenom adresse

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Déterminer les relations

 Un club sportif organise des stages de

skis pour ses adhérents.

 Des moniteurs agréés sont recrutés et payés pour l'encadrement des stages.

 Les stages sont organisés par niveau.

Ils ont un nom, un niveau, une date, une durée, un lieu, un prix, un quota de personnes.

 Un stage est pris en charge par un seul

moniteur. Un adhérent peut suivre autant de stages qu'il le souhaite.

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Stage

Code stage nom niveau date durée lieu quota

Moniteur

N0licence nom prenom adresse

Les relations

Encadre

Participe

Adherent

N0adherent nom prenom adresse

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Déterminer les cardinalités

 Un club sportif organise des stages de

skis pour ses adhérents.

 Des moniteurs agréés sont recrutés et rémunérés pour l'encadrement des stages

 Les stages sont organisés par niveau.

Ils ont un nom, un niveau, une date, une durée, un lieu, un prix, un quota de personnes.

 Un stage est pris en charge par un seul

moniteur. Un adhérent peut suivre autant de stages qu'il le souhaite.

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1 1

N

Stage

Code stage nom niveau date durée lieu quota

Les cardinalités

Encadre

N

Participe

Moniteur

N0licence nom prenom adresse

M

Adherent N0adherent nom prenom adresse

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La démarche

1. Déterminer la liste des entités. 2. Pour chaque entité :

o Etablir la liste des attributs. o Déterminer un identifiant.

3. Déterminer les relations. 4. Pour chaque relation :

o Dresser la liste des attributs

propres à la relation. o Vérifier la dimension. o Définir les cardinalités. 5. Vérifier le schéma obtenu

les

* Supprimer si X -> Y, et Y -> Z, alors X -> Z, Ex : La relation Adhérent  Moniteur n’a pas lieu d’être

transitivités :

* S'assurer que le schéma est

connexe. * S'assurer qu'il répond aux besoins

de l’utilisateur. 6. Valider le modèle avec les utilisateurs

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BASE DE DONNEES REPARTIE (DISTRIBUEE)

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1. Besoins, Objectifs & Définitions

Pourquoi une Base de Données répartie

 Limiter le transfert d’information (nombre et volume)  Répartition de la charge  Augmenter la fiabilité (duplication : disponibilité)  Fusionner des systèmes d’informations

Définition :

Une base de données distribuée est une base de données dont les différentes parties sont stockées sur différents sites (géographiquement distants), reliés par un réseau. La réunion de ces parties forme la base de données répartie.

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Conception d’une base de données répartie (BDR)

Base centralisée

Base répartie

 Schéma conceptuel global :

 Schéma conceptuel global :

Attributs, Domaines, Tables, Relations, Vue,…

 Schéma logique : Indexes, clés étrangères,  Schéma physique : Stockage, indexes, pages,…

Attributs, Domaines, Tables, Relations, Vue,…

 Définition des fragments :

Unité de distribution logique  Schéma physique : Placement des fragments, stockage (site), chemins d’accès (réseau).

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Exemple de base répartie :

Soit une entreprise commerciale ayant plusieurs points de vente répartis dans les régions suivantes : Tunis, Sousse, Sfax. La base de données contient les trois tables suivantes :

Table T_MAGASIN décrit les articles en stock dans le point de vente de la région. Table T_ARTICLE décrit les articles.

Table T_TVA décrit les taux de la TVA. Table T_REGION décrit les régions.

Ces tables sont en relation selon le modèle conceptuel suivant :

T_REGION

Code région

0,n

1,1

T_MAGASIN

Code magasin

1,n

Stock

1,n

T_ARTICLE

Code article

1,1

0,n

T_TVA

Code TVA

Modèle logique : T_MAGASIN (Code_magasin,#Code région,..) T_ARTICLE (Code_article, Designation, PU,Code_TVA) T_TVA (Code_TVA, TAUX) T_REGION (Code_région, Nom de la région) T_STOCK (Code_magasin,Code article, Qte)

Caractéristiques de l’activité de vente :

 90% des requêtes de ventes dans une région portent sur les stocks de la région  10% des requêtes de ventes s’adressent aux stocks des autres régions (cas de manque d’article)  La création d’un nouvel article est très peu fréquente.  Le taux de la TVA change au plus une fois par an.  La création d’un nouveau point de vente peut prendre plusieurs années.

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On peut concevoir une base répartie sur 3 sites :

 Tunis : T_ MAGASIN _1, T_ STOCK _1 contenant les articles et les stocks des

points de vente de la région de Tunis.

 Sousse : T_ MAGASIN _2, T_ STOCK _2 contenant les articles et les stocks

des points de vente de la région de Sousse.

 Sfax : T_ MAGASIN _3, T_ STOCK _3 contenant les articles et les stocks des

points de vente de la région de Sfax.

 La table T_TVA sera dupliquée sur les 3 sites.  La table T_ARTICLE sera dupliquée sur les 3 sites.  La table T_REGION sera dupliquée sur les 3 sites.

Tunis

Sousse

Requête en cas de rupture du stock

Sfax

Requête de ventes locales

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1. Problématique

Pourquoi on pense à répartir les données d’une base :

Il devient impératif de décentraliser l’information (cas des sociétés multinationales).

Augmentation du volume de l’information (de plus en plus les bases sont volumineuses : les entreprises ont de plus en plus besoins d’informations).

Augmentation du volume des transactions (l’augmentation du degré d’informatisation des entreprises génère un nombre d’accès à la base de plus en plus élevé).

Besoin d’un bon temps de réponse sur des gros volumes de données.

Cette problématique est due au goulot d’étranglement sur les E/S.

Remède : améliorer le débit des E/S : Partitionnement des données, Accès parallèle aux données, Utiliser plusieurs nœuds (avec un bon coût/ performance), et les faire communiquer par un réseau.

Ceci est devenu possible grâce :

 au développement des systèmes de bases de données  au progrès technologiques réalisés au niveau de l’infrastructure réseau et des

postes de travail.

 Accroissement continuel :

 Vitesse des microprocesseurs : 50% par an,  Capacité de stockage : 4 fois tous les 4 ans,  Débit des disques : 2 fois plus rapide sur les 10 dernières années.

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2. Les apports de la répartition des bases de données

Les bases de données réparties ont une architecture plus adaptée à l’organisation des entreprises décentralisées.

Les gains réalisés par la répartition d’une base de données :

Plus de fiabilité : les bases de données réparties ont souvent des données répliquées. La panne d’un site n’est pas très importante pour l’utilisateur, qui s’adressera à d'autres sites.

Meilleures performances : réduire le trafic sur le réseau est une possibilité d’accroître les performances. Le but de la répartition des données est de les rapprocher de l’endroit où elles sont accédées. Répartir une base de données sur plusieurs sites permet de répartir la charge sur les processeurs et sur les organes d’entrées/sorties.

Faciliter l’accroissement : l’accroissement se fait par l’ajout de machines sur le réseau.

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3. SGBD réparti

Une base de données centralisée est gérée par un seul SGBD. Elle est stockée dans sa totalité à un emplacement physique unique et ses divers traitements sont confiés à une seule et même unité de traitement (même ordinateur). Par opposition, une base de données répartie est gérée par plusieurs processeurs (sites) et SGBD.

Un système de bases de données réparties ne doit donc en aucun cas être confondu avec un système dans lequel les bases de données sont accessibles à distance.

Il ne doit non plus être confondu avec une multi-base ou une BD fédérée :

Dans une multi-base, plusieurs BDs inter opèrent avec une application via un langage commun et sans modèle commun.

Du point de vue organisationnel nous distinguons deux architectures :

 Architecture Client-Serveur : les serveurs, ont pour rôle de servir les clients. Par servir, on désigne la réalisation d’une tâche demandée par le client.

 Architecture Pair-à-Pair (Peer-to-Peer, P2P) : par ce terme on désigne un type

de communication pour lequel toutes les machines ont une importance équivalente (jouant le rôle de serveurs et de clients).

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3.1. Objectifs

Les principaux objectifs d’une BD répartie sont:

Transparence pour l’utilisateur Autonomie de chaque site Absence de site privilégié Continuité de service Transparence vis à vis de la localisation des données Transparence vis à vis de la fragmentation Transparence vis à vis de la réplication Traitement des requêtes distribuées Indépendance vis à vis du matériel Indépendance vis à vis du système d’exploitation Indépendance vis à vis du réseau indépendance vis à vis du SGBD

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3.2.

Problèmes à surmonter

a. Coût : la répartition entraîne des coûts

supplémentaires en termes de communication, et en gestion des communications (hardware et software à installer pour gérer les communications et la distribution).

b. Problème de concurrence d’accès :

Plusieurs clients sur des machines différentes accédant aux mêmes entités en même temps.

c. Sécurité : la sécurité est un problème plus

complexe dans le cas des bases de données réparties que dans le cas des bases de données centralisées (droits d’accès, sauvegarde, panne,..).

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4. Conception d’une base de données répartie

La définition du schéma de répartition est la partie la plus délicate de la phase de conception d'une BDR .

Il n'existe pas de méthode miracle pour trouver la solution optimale.

L'administrateur doit donc prendre des décisions en fonction de critères techniques et organisationnels avec pour objectifs de minimiser :

le nombre de transferts entre sites, les temps de transfert, le volume de données transférées, les temps moyens de traitement des requêtes, le nombre de réplications et de fragments, etc...

4.1. Conception descendante (top down design)

On commence par définir un schéma conceptuel global de la base de données, puis on distribue sur les différents sites en des schémas conceptuels locaux.

La répartition se fait donc en deux étapes, en première étape la fragmentation, et en deuxième étape l’allocation de ces fragments aux sites.

La démarche :

 Conception du schéma conceptuel global  Distribution (Fragmentation) pour obtenir des schémas

conceptuels locaux

 Affectation des fragments aux sites : Allocation

BDD : Schéma global

BD1

BD1

BD1

BD1

L’approche top down est intéressante quand on part du néant. Si les BDs existent déjà la méthode ascendante (bottom up) est utilisée.

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4.2.

Conception ascendante (bottom up design)

L’approche se base sur le fait que la société dispose déja de plusieurs bases de données. Il faut réussir à intégrer les différentes BDs existantes en une seule BD globale. En d’autres termes, les schémas conceptuels locaux existent et il faut réussir à les unifier dans un schéma conceptuel global. – Intégration de bases de données existantes – Hétérogénéité

User User A A

User User A A

User User A A

Vue externe

Vue externe

Schéma global

Schéma de fragmentation

Schéma d’allocation (modèle physique)

Base de données fédérée

Schéma conceptuel Site 1

Schéma conceptuel Site 2

Schéma conceptuel Site 3

Schéma physique Site1

Schéma physique Site1

Schéma physique Site1

La répartition d'une base de données intervient dans les trois niveaux de son architecture en plus de la répartition physique des données : Niveau externe: les vues sont distribuées sur les sites utilisateurs. Niveau conceptuel: le schéma conceptuel des données est associé, par l'intermédiaire du schéma de répartition (lui même décomposé en un schéma de fragmentation et un schéma d'allocation), aux schémas locaux qui sont réparties sur plusieurs sites, les sites physiques. Niveau interne: le schéma interne global n'a pas d'existence réelle mais fait place à des schémas internes locaux répartis sur différents sites.

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5. Fragmentation

Sur le plan conceptuel, la base de données ne dépend pas de l’emplacement physique. La répartition physique des données sur plusieurs sites donne lieu à une base de données répartie. Les données d’un site sont appelées des fragments.

La fragmentation doit permettre de : - Favoriser les accès locaux. - Équilibrer la charge de travail entre les sites.

En plus de la fragmentation on peut recourir à la duplication. Ce qui permet de :

- Favoriser les accès locaux. - Augmenter la disponibilité des données.

La fragmentation est le processus de décomposition d'une base de données en un ensemble de sous - bases de données.

Cette décomposition doit être sans perte d'information.

La fragmentation peut être coûteuse s’il existe des applications qui possèdent des besoins opposés.

Les règles à respecter lors d’une fragmentation :

 La complétude : Pour toute donnée d’une entité R (table) du schéma conceptuel, il existe un fragment F de la relation R qui possède cette donnée.

 La reconstruction : Pour toute entité décomposée en un ensemble de fragments Fi, il existe une opération de reconstruction.

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5.1.

Techniques de Fragmentation

Il existe plusieurs techniques de fragmentation, définies par l’unité de fragmentation.

Comment fragmenter ?

Trop peu de fragments - faible optimisation Trop de fragments - surcoût dans la reconstruction des

relations

Possibilités de fragmentation d’une relation (table)

– Horizontale - basée sur des sélections

– Verticale - basée sur des projections

– Hybride (horizontale + verticale)

F1

F2

F3

F4

F5

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Ou placer les fragments ?

 Chaque fragment sur un site :

(-) coût du déploiement.

 Duplication de fragments

(+) performances des requêtes et disponibilité (-) coût des mises à jour et contrôle de concurrence plus complexe

 Duplication totale

(++) performances des requêtes et disponibilité (- -) coût des mises à jour et contrôle de concurrence plus complexe.

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5.1.1. Répartition des classes d'objet (des relations)

Cette technique consiste en la répartition de classes (relation en relationnel, classe en Orienté-objet) qui peuvent être réparties sur différents sites. L’ensemble des classes d’un site forment les fragments.

Toutes les occurrences d'une même classe appartiennent ainsi au même fragment.

 L'opération de partitionnement est la définition de sous-schémas.  L'opération de reconstruction est la réunion de sous-schémas.

Dans l'exemple suivant la base de données relationnelle peut être fragmentée en {Compte, Client} et {Agence}

Code client

Relation Compte Agence

Type de compte

1 2 3 3 4

Agence1 Agence2 Agence1 Agence1 Agence2

CC CC CC CE CC

Solde

5000 2000 3000 6000 10000

Agence

Agence1 Agence2

Relation Agence

Adresse

10, Avenue de la République Ariana 20, Avenue de la Liberté Tunis

Code client

1 2 3 4

Relation Client

Nom client BEN SALAH DRIDI AYARI BAHRI

Prenom client Age client 30 Mohamed 41 Salem 52 Ali 38 Mohamed

Fragments du site1

Fragment du site2

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5.1.2. Répartition des occurrences (fragmentation horizontale)

Les occurrences d'une même classe peuvent être réparties dans des fragments différents.

 L'opérateur de partitionnement est la sélection ()  L'opérateur de reconstruction est l'union (U)

Dans l'exemple précédent, la relation Compte peut être fractionnée en Compte1 et Compte2 avec la fragmentation suivante :

Compte1 = [TypeCompte = 'CC'] (Compte) et Compte2 = [TypeCompte = 'CE'] (Compte)

La reconstruction de Compte est :

Compte1 U Compte2

Fragmentation Horizontale Dérivée

Fragments définis par (semi) jointure (

Exemple : Soit la table Mouvement (Numéro de mouvement, N0 compte, Date du mouvement, Montant, Type de mouvement)

Mouvement1 = MouvementCompte1 Mouvement2 = MouvementCompte2 Reconstruction par union des fragments Ex : Mouvement = Mouvement1 U Mouvement2

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5.1.3. Répartition des attributs (fragmentation verticale)

Toutes les valeurs des occurrences pour un même attribut se trouvent dans le même fragment.

Une fragmentation verticale est utile pour distribuer les parties des données sur les sites où chacune de ces parties est utilisée.

 L'opérateur de partitionnement est la projection ()  L'opérateur de reconstruction est la jointure ()

Soit le partitionnement de la relation précédente Client en deux relations :

Client1 =  [NoClient, NomClient] (Client) et Client2 =  [Noclient, Prénom, Age] (Client

Relation Client1

Code client

Nom client

BEN SALAH DRIDI AYARI BAHRI

Relation Client2

Code client

Prenom client Age client 30 Mohamed 41 Salem 52 Ali 38 Mohamed

1 2 3 4

1 2 3 4

La relation d'origine est obtenue avec la jointure suivante :

Client = Client1 Client2

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5.1.4. Répartition des valeurs (fragmentation hybride)

C'est la combinaison des deux fragmentations précédentes, horizontale et verticale.

Les occurrences et les attributs peuvent donc être répartis dans des partitions différentes.

• L'opération de partitionnement est une combinaison de projections et de sélections. • L'opération de recomposition est une combinaison de jointures et d'unions.

Relation Client1  [NoClient, NomClient]  [Age < 40] (Client)

Relation Client2  [NoClient, NomClient]  [Age >=40] (Client)

Relation Client3  [NoClient, Prénom] (Client)

Relation Client4  [NoClient, Age] (Client)

La relation Client est obtenue avec :

(Client1 U Client2) Client3 Client4

5.1.5. Répartition des Réseaux connexes d'occurrences (frag.

horizontale dérivée)

Dans l'exemple précédent, on peut fragmenter les agences avec leurs clients avec leurs comptes. On obtient alors deux réseaux d'occurrences liées. Le premier est relatif à l’Agence1, et le deuxième est relatif à l’Agence2.

________________________________________________________________________ Base d