Arquitectura, Componentes y Administración de Sistemas Gestores de Bases de Datos (SGBD)

Arquitectura en Niveles ANSI/X3/SPARC

El comité ANSI/SPARC definió en 1975 una arquitectura estándar para los Sistemas Gestores de Bases de Datos (SGBD), que consta de tres niveles principales:

Nivel Externo (Vistas de Usuario)

Este nivel se compone de las diferentes vistas de la base de datos (esquemas externos) que utilizan los usuarios o las aplicaciones. Cada vista presenta una perspectiva específica y personalizada de los datos, adaptada a las necesidades de cada usuario o aplicación (nivel lógico).

Nivel Conceptual (Vista Global)

Representado por el esquema conceptual, este nivel ofrece una visión global y unificada de la base de datos. Incluye todos los objetos y sus relaciones (nivel lógico), proporcionando una descripción completa de la estructura de la base de datos.

Nivel Interno (Vista de Almacenamiento)

Este nivel, representado por el esquema interno, define cómo se almacenan físicamente los objetos del modelo conceptual en los dispositivos de almacenamiento (nivel físico). Describe detalles como la organización de archivos, índices y estructuras de datos utilizadas.

La arquitectura por niveles ofrece las siguientes ventajas:

• Independencia Física: Los cambios en la estructura física de almacenamiento (archivos, índices, etc.) no afectan a las aplicaciones que utilizan los datos.
• Independencia Lógica: Las modificaciones en el esquema conceptual (estructura global de la base de datos) no afectan a los esquemas externos (vistas de usuario).

Componentes de un SGBD

Un SGBD se compone de varios elementos clave:

Lenguajes

Los lenguajes de un SGBD se clasifican en:

• DDL (Data Definition Language – Lenguaje de Definición de Datos): Permite definir la estructura de los objetos en los diferentes esquemas (interno, externo y conceptual). Se utiliza para crear, modificar y eliminar tablas, vistas, índices, etc.
• DML (Data Manipulation Language – Lenguaje de Manipulación de Datos): Permite manipular y consultar la información almacenada en la base de datos. Incluye comandos para insertar, actualizar, eliminar y seleccionar datos.
• DCL (Data Control Language – Lenguaje de Control de Datos): Permite controlar el acceso a los objetos de la base de datos, gestionar transacciones y definir permisos de usuario.
• Lenguajes Procedimentales: Son lenguajes de cuarta generación (4GL) imperativos, como PL/SQL o Transact-SQL, que permiten escribir procedimientos almacenados y funciones para automatizar tareas y extender la funcionalidad del SGBD.

Diccionario de Datos (Catálogo)

El diccionario de datos, también conocido como catálogo, contiene metadatos sobre la base de datos. Se utiliza para la transformación de objetos entre los diferentes esquemas (externo ↔ conceptual ↔ interno). Almacena información sobre:

• Definición de todos los objetos de la base de datos (tablas, vistas, índices, etc.).
• Ubicación física y espacio asignado a los objetos.
• Restricciones de los objetos (claves primarias, claves foráneas, etc.).
• Información de auditoría.
• Estadísticas de uso de la base de datos.
• Información de consumo de recursos.
• Otros metadatos relevantes.

Utilidades de Seguridad e Integridad

Son herramientas que permiten:

• Realizar copias de seguridad de la base de datos.
• Recuperar la base de datos a un estado consistente en caso de fallos.
• Garantizar la protección de los datos.
• Implementar restricciones de integridad de los datos.
• Controlar el acceso concurrente de los usuarios.

Factor Humano

El factor humano comprende los diferentes roles de usuarios que interactúan con la base de datos:

• Usuarios Finales: Acceden a la información a la que tienen privilegios.
• Programadores: Diseñan aplicaciones que interactúan con los objetos de la base de datos.
• Administradores (DBA): Garantizan el correcto funcionamiento de la base de datos y gestionan todos sus recursos.

Modelos de Explotación de SGBD

Existen diferentes modelos de implementación de SGBD:

• Monopuesto: El SGBD y el cliente de la base de datos se encuentran en la misma máquina. Solo permite un usuario conectado simultáneamente. Ejemplos: Microsoft Access, OpenBase.
• Cliente-Servidor: El SGBD ofrece mecanismos para la conexión remota de múltiples usuarios simultáneamente. Ejemplos: Oracle Database, MySQL, IBM DB2.
• Grid: El SGBD se distribuye en varios hosts independientes que comparten sus recursos para atender a los clientes. Ejemplo: Oracle Grid Computing.
• Clúster: El SGBD se ejecuta en varios hosts que funcionan como una sola unidad, ofreciendo alta disponibilidad (HA) al usuario. Ejemplo: Oracle RAC.

Funciones del Administrador de Bases de Datos (DBA)

Las responsabilidades de un DBA incluyen:

• Instalación del software del SGBD.
• Creación de las bases de datos.
• Aplicación de actualizaciones del software y de la base de datos.
• Inicio y parada de la base de datos.
• Gestión de las estructuras de almacenamiento.
• Gestión de usuarios y seguridad.
• Gestión de objetos del esquema (tablas, índices, vistas).
• Realización de copias de seguridad y recuperación de la base de datos.
• Monitorización proactiva del estado de la base de datos.
• Monitorización y optimización del rendimiento de la base de datos.