Manual Bases de Datos Distribuidas ITCA-AGO-2012 L.I. SERGIO VIVAS HERNÁNDEZ

SEP SNEST DGEST

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CD. ALTAMIRANO

MANUAL DE PRÁCTICAS

CARRERA

LIC. EN INFORMÁTICA

ACADEMIA DE INFORMÁTICA

AGOSTO / 2012

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CD. ALTAMIRANO

ACADEMIA DE INFORMÁTICA

RESPONSABLE(S):

L.I. SERGIO VIVAS HERNÁNDEZ

REVISIÓN 1

ÍNDICE

Contenido Página

I. INTRODUCCIÓN …………………………………………… 1

II. OBJETIVO …………………………………………………… 2

III. PRÁCTICAS …………………………………………………… 3

PRÁCTICA NO. 1.- Fundamentos de bases de datos distribuidas 4

PRÁCTICA NO. 2.- Instalar y configurar los servicios de un

sistema de base de datos cliente servidor …………………….. 6

PRÁCTICA NO. 3.- Diseñar e implementar el nivel de

transparencia de fragmentación de datos en bases de datos

distribuidas. ………………………………………………………. 8

PRÁCTICA NO. 4.- Diseñar e implementar diccionario de datos

seleccionando alguna alternativa de asignación. …………….. 11

PRÁCTICA NO. 5.- Diseñar e implementar operaciones de

actualización sobre una base de datos distribuidas (INSERT,

UPDATE Y DELETE). ……………………………………………… 13

PRÁCTICA NO. 6.- Diseño y ejecución de consultas distribuidas. 16

PRÁCTICA NO. 7.- Procesamiento de transacciones distribuidas. 18

IV. BIBLIOGRAFÍA …………………………………………………… 21

V. ANEXOS …………………………………………………… 22

1

I.- INTRODUCCIÓN.

La asignatura Bases de Datos Distribuidas, de la retícula del plan de

estudios de la carrera de Licenciatura en Informática con clave IFM – 0406. Cita la

aportación de la asignatura al perfil del egresado: “el estudiante conocerá el

diseño de bases de datos distribuidas que responden a los requerimientos

operativos de información de las organizaciones.”

El presente manual, presenta varias prácticas entorno al diseño e implementación

de los sistemas de bases de datos distribuidos. El estudiante desarrollará

aplicaciones cliente-servidor y diseñará e implementará bases de datos

distribuidos, adquirirá herramientas de conocimiento teórico y práctico para

determinar cuándo se requiere la aplicación de bases de datos distribuidas.

Además de Involucrar al estudiante en las innovaciones de las herramientas de

bases de datos distribuidas.

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II.- OBJETIVO

El desarrollo de las prácticas del presente manual, permite que el

estudiante desarrolle y mejore su capacidad en el diseño e implementación de

bases de datos distribuidas, utilizando algoritmos computacionales disponibles.

Realizando una correcta optimización de consultas distribuidas y presentando

dominio de gestores de bases de datos con arquitectura cliente servidor que

soporten características de sistemas de bases de datos distribuidos.

3

III.- PRÁCTICAS

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PRÁCTICA No. 1

NOMBRE DE LA PRÁCTICA:

Fundamentos de bases de datos distribuidas.

DURACIÓN (HORAS): 6

UNIDAD: 1. Fundamentos de bases de datos distribuidas.

INTRODUCCIÓN

Existen métodos muy eficaces para extraer y memorizar información. Son

una forma lógica y creativa de tomar notas y expresar ideas que consiste,

literalmente, en cartografiar sus reflexiones sobre un tema. La presente práctica

busca que el alumno pueda plasmar en un mapa mental, mapa conceptual, tablas

comparativas los conceptos básicos de un sistema de bases de datos distribuido.

OBJETIVO:

El estudiante conocerá los fundamentos, los objetivos, disciplinas y arquitectura de

las bases de datos distribuidas.

MATERIALES, EQUIPO Y/O SOFTWARE:

a) Software, en software se requiere de una aplicación para la elaboración de

mapas conceptuales, mapas mentales y cuadros sinópticos. Por ejemplo

CmapTools. Utilice la herramienta disponible en su computadora.

b) Equipo, en equipo se requiere una Sala de Computadoras acondicionada

de una Red Computacional. Proyector Digital (Cañón), de apoyo para el

docente.

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DESARROLLO (Actividades a desarrollar por el alumno)

a) Investigar en distintas fuentes los fundamentos y características de bases

de datos distribuidas, elaborar un informe escrito y discutirlo en el grupo.

b) Elaborar una tabla comparativa entre bases de datos centralizadas vs

distribuidas.

c) Realizar un análisis comparativo de las características de las bases de

datos distribuidas disponibles en los gestores de bases de datos

cliente/servidor.

d) Elaborar un mapa mental, que comprenda el objetivo, disciplinas de estudio

y arquitectura de bases de datos distribuidos.

OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

Se recomienda que el alumno considere los siguientes aspectos:

Integrar grupos de trabajo para desarrollar las actividades de la práctica.

“Solo cuando la práctica lo requiera, el número de integrantes será

determinado por el docente”

Documentar la práctica y entregar la evidencia de acuerdo a las

especificaciones establecidas en común acuerdo con el profesor y los

estudiantes.

El alumno debe presentar sus trabajos, durante las fechas establecidas y

mostrar evidencia de haber consultado diversas fuentes bibliográficas.

Se Utilizará rubrica y/o lista de cotejo para su evaluación.

Los requerimientos improvistos en esta práctica serán detallados por el

docente.

6

RESULTADOS Y CONCLUSIONES:

Finalizada la práctica, el alumno aprenderá y conocerá los fundamentos

básicos sobre los sistemas de bases de datos distribuidos y centralizados. Podrá

identificar características, objetivos, ventajas y desventajas de los sistemas

gestores para bases de datos distribuidas.

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PRÁCTICA No. 2


Instalar y configurar los servicios de un sistema de base de datos cliente servidor.

DURACIÓN (HORAS): 2.

UNIDAD: 1. Fundamentos de bases de datos distribuidas.

INTRODUCCIÓN

En la presente práctica se pretende que el alumno instale y configure un

gestor de bases de datos cliente-servidor. Existen varios gestores algunos de

software libre y otros de tipo comercial. Para la presente práctica se utilizará el

gestor Oracle Database Express Edition, es una edición libre de menor espacio de

bases de datos Oracle.

Con Oracle Database XE y herramientas relacionadas se puede:

1. Administrar la base de datos

2. Crear tablas, vistas y otros objetos de base de datos

3. Importar, exportar y ver los datos de las tablas

4. Ejecutar consultas y secuencias de comandos SQL

OBJETIVO:

El estudiante aprenderá a instalar y configurar los servicios de un sistema gestor

de bases de datos cliente-servidor.

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a) Software, en software disponer de un sistema Gestor de bases de datos

cliente-servidor, Preferentemente Oracle Database Express Edition 11.2g,

y como herramienta de desarrollo Oracle SQL Developer 3.0. Y como

herramienta de Modelado para bases de datos Oracle DataModeler 3.0.

b) Equipo, en equipo se requiere una Sala de Computadoras acondicionada

de una Red Computacional. Proyector Digital (Cañón), de apoyo para el

docente.


a) El alumno debe realizar la instalación del SGBD Oracle, debe apoyarse de

la guía oficial de instalación.

b) Para instalar y configurar las herramientas de trabajo lea la guía de

instalación de Oracle SQL Developer y Oracle DataModeler antes de

realizar la instalación.


Para la correcta instalación del gestor y sus herramientas, el alumno debe haber

leído la guía de instalación y/o documentación oficial. Además debe verificar los

requisitos mínimos del sistema donde se desea instalar el gestor.





9



estudiantes.





docente.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES:

Finalizada la práctica el alumno aprenderá a realizar la instalación y

configuración de un gestor de bases de datos cliente servidor. Comprenderá el

funcionamiento de herramientas complementarias para la operación del gestor en

ambientes distribuidos.

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PRÁCTICA No. 3


Diseñar e implementar el nivel de transparencia de fragmentación de datos en



UNIDAD: 2. Diseño de bases de datos distribuidas.

INTRODUCCIÓN

Un sistema de bases de datos distribuidas (SBDD) es un sistema en el cual

múltiples sitios de bases de datos están ligados por un sistema de

comunicaciones, de tal forma que, un usuario en cualquier sitio pueda tener

acceso a los datos en cualquier parte de la red exactamente como si los datos

estuvieran almacenados en su sitio propio.

Para tener una base de datos distribuida deben cumplirse las condiciones

de una Red Computacional. Una red de comunicación provee las capacidades

para que un proceso ejecutándose en un sitio de la red envié y reciba mensajes de

otro proceso ejecutándose en un sitio distinto. El alumno deberá buscar un área de

oportunidad para el análisis de una problemática, que pueda ser resuelta mediante

un sistema de bases de datos distribuido.

OBJETIVO:

El estudiante aprenderá a diseñar e implementar bases de datos distribuidas.

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a) Software, disponer de un sistema Gestor de bases de datos cliente-servidor

instalado, Preferentemente Oracle Database Express Edition 11.2g, y

como herramienta de desarrollo Oracle SQL Developer 3.0. Y como

herramienta de Modelado para bases de datos Oracle DataModeler 3.0.

b) Equipo, se requiere una Sala de Computadoras acondicionada con una red

computacional y un Proyector Digital (Cañón), de apoyo para el docente.


a) El alumno deberá realizar el diseño de un esquema global de un sistema de

bases de datos distribuido, considerando una problemática real

seleccionada a criterio personal.

b) Desarrollar el esquema global de un sistema de base de datos distribuido,

considerar la siguiente problemática: Considere los siguientes datos,

CLIENTE (CNUM, NOMBRE, CIUDAD).

Realizar una fragmentación horizontal primaria, considerando los

siguientes predicados:

i. Cliente, ciudad=’Cd. Altamirano’

ii. Cliente, ciudad=’Coyuca de catalán’

Comprobar que las particiones generadas cumplen con los

principios de completitud, reconstrucción y fragmentos disjuntos.

12








estudiantes.





docente.

CONCLUSIONES Y RESULTADOS

El resultado a obtener de esta práctica es el diseño de un esquema global

de una base de datos distribuida. El estudiante conocerá y empleará técnicas de

fragmentación de datos considerando los principios de completitud, reconstrucción

y fragmentos disjuntos, en el esquema global.

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PRÁCTICA No. 4


Diseñar e implementar diccionario de datos seleccionando alguna alternativa de

asignación.


UNIDAD: 2. Diseño de bases de datos distribuidas.

INTRODUCCIÓN

Un diccionario de datos es un conjunto de tablas, que registran, verifican y

proveen información. (Información sobre la distribución de los datos en la red.) El

diccionario de datos describe la base de datos y todos sus objetos. El diccionario

de datos provee información acerca de lo siguiente:

El nombre de los usuarios del gestor.

Privilegios.

Roles.

Defectos por valor para las columnas.

Auditoria.

Integridad en la información.

La definición de todos los esquemas de objetos en la base de datos.

Estructura física y lógica de la base de datos.

OBJETIVO:

El estudiante aprenderá a diseñar e implementar un diccionario de datos

distribuidos, utilizando alguna alternativa de asignación.

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MATERIALES, EQUIPO Y/O SOFTWARE

c) Software, disponer de un sistema Gestor de bases de datos cliente-servidor


como herramientas de desarrollo y modelado Oracle SQL Developer y

Oracle DataModeler. Disponer de un procesador de texto.

d) Equipo, se requiere una Sala de computadoras acondicionada con una red



a) Investigar sobre la estructura de un diccionario de datos, para la distribución

de estos en la red.

b) El alumno deberá realizar el diseño de un diccionario de datos de un sistema

de bases de datos distribuido. Para ello debe utilizar el diseño global de la

problemática real elegida en la práctica número 3.

c) Considere en su diccionario, los criterios de partición, replicas, niveles de

acceso. Definidos en común acuerdo con el docente.






15



estudiantes.





docente.

CONCLUSIONES Y RESULTADOS:

El alumno obtendrá como producto el diccionario de datos completo de un

sistema de bases de datos distribuido. Investigará y comprenderá la estructura de

un diccionario de datos distribuido, aplicará estos conocimientos para la

construcción de su diccionario.

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PRÁCTICA No. 5


Diseñar e implementar operaciones de actualización sobre una base de datos

distribuidas (INSERT, UPDATE Y DELETE).


UNIDAD: 3. Procesamiento de consultas distribuidas.

INTRODUCCIÓN

El diseño de un sistema distribuido implica tomar decisiones relacionadas

con la ubicación de los datos y los programas en los diferentes sitios de la red,

incluso tomar decisiones sobre el diseño mismo de la red. La distribución de

aplicaciones involucra dos cosas: la distribución del software de la base de datos y

la distribución de las aplicaciones que se ejecutan en él. La distribución del

software no es un problema significativo ya que una copia de él puede existir en

cada sitio de almacenamiento de datos y las aplicaciones surgen como

necesidades de los usuarios en cada uno de los sitios.

El estudiante en esta práctica realizará el diseño y ejecución de consultas

distribuidas, una consulta puede lograrse mediante el uso de diferentes lenguajes,

pero para nuestro propósito, se utilizarán el Álgebra Relacional y el SQL.

OBJETIVO:

El estudiante aprenderá a diseñar consultas distribuidas y explicará su ejecución

de acuerdo a la estrategia de procesamiento y optimización.

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a) Software, disponer de un sistema Gestor de bases de datos cliente-servidor



Oracle DataModeler.

b) Equipo, se requiere una Sala de computadoras acondicionada con una red



a) El alumno deberá desarrollar el diseño del siguiente esquema global de una

base de datos distribuida. Considere las siguientes relaciones:

empleado (id-emp, nombre, dirección, sueldo, número-planta)

máquina (número-máquina, tipo, número-planta)

b) Supóngase que la relación empleado está fragmentada horizontalmente por

número-planta y que cada fragmento se almacena localmente en el sitio de

su planta correspondiente. Supóngase que la relación maquina se

almacena entera en un sitio. Considerar los siguientes predicados:

Emp1 : Numero de planta menor o igual a 10

Emp2 : Numero de planta mayor o igual a 11

c) Diseñar y ejecutar operaciones de actualización sobre la base de datos

distribuida. Haciendo uso de comandos insert, update y delete.

18








estudiantes.





docente.


El alumno obtendrá como resultado el desarrollo de varios ejercicios sobre

optimización de consultas distribuidas. Empleará sus conocimientos para el diseño

y ejecución de consultas distribuidas, con operaciones básicas sobre bases de

datos con comandos SQL; Insert, Update y Delete.

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PRÁCTICA No. 6


Diseño y ejecución de consultas distribuidas.


UNIDAD: 3. Procesamiento de consultas distribuidas.

INTRODUCCIÓN

Con el desarrollo de la presente práctica, el estudiante desarrollará sus

habilidades y conocimientos en el diseño y ejecución de consultas distribuidas.

Para lo cual se realizarán prácticas utilizando un gestor de bases de datos cliente

servidor, además de algunos nodos en la red computacional para la distribución de

los fragmentos de los datos por utilizar en la práctica.

OBJETIVO:

El estudiante desarrollar ejercicios sobre optimización de consultas distribuidas.


c) Software, disponer de un sistema Gestor de bases de datos cliente-servidor



Oracle DataModeler.

d) Equipo, se requiere una Sala de computadoras acondicionada con una red


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a) Diseñar la ejecución de dos consultas en SQL, que sean equivalentes

semánticamente y que tengan complejidad computacional teórica distinta

en un gestor de bases de datos cliente/servidor.

b) Desarrollar ejercicios sobre optimización de consultas distribuidas definidas

por el profesor.








estudiantes.





docente.


El estudiante, desarrollará varios ejercicios sobre optimización de consultas

distribuidas. Diseñará y ejecutará consultas distribuidas complejas.

21

PRÁCTICA No. 7


Procesamiento de transacciones distribuidas.


UNIDAD: 4. Manejo de transacciones.

INTRODUCCIÓN

Hay dos tipos de transacciones que se deben considerar. Las

transacciones locales son las que tienen acceso a los datos y los actualizan sólo

en una base de datos local; las transacciones globales son las que tienen acceso

a datos y los actualizan en varias bases de datos locales. Se pueden asegurar las

propiedades ACID de las transacciones locales. Sin embargo, para las

transacciones globales, esta tarea resulta mucho más complicada, dado que

puede que participen en la ejecución varios sitios. El fallo de alguno de estos

sitios, o el de un enlace de comunicaciones que conecte esos sitios, puede dar

lugar a cálculos erróneos. El estudiante desarrollara varios ejercicios utilizando

comandos SQL rollback, begin-transaction, commit para implementar

transacciones.

OBJETIVO:

El estudiante diseñará un esquema de transacciones y demostrará los protocolos

de control de concurrencia y de confiabilidad de datos.

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e) Software, disponer de un sistema Gestor de bases de datos cliente-servidor



Oracle DataModeler.

f) Equipo, se requiere una Sala de computadoras acondicionada con una red



a) Diseñar y ejecutar concurrentemente un esquema de transacciones que

permita probar las propiedades ACID en gestores de bases de datos cliente

servidor.

b) Investigar sobre los algoritmos de control de concurrencia:

Basados en bloqueo.

Basados en estampas de tiempo.

Pruebas de validación de optimistas.

c) Realizar una tabla comparativa entre los algoritmos.

d) Desarrollar un ejemplo de transacciones y concurrencia donde se puedan

aplicar cada uno de los algoritmos.

23








estudiantes.





docente.


El estudiante, desarrollará ejercicios sobre optimización de consultas

utilizando transacciones distribuidas y comprobando propiedades ACID. Además

empleará algoritmos o métodos para el control de concurrencia en sistemas de


24

IV.- BIBLIOGRAFÍA

1. M. Tamer Ozsu. Principles of distributed Data Bases Systems. Prentice

Hall.

2. Stefano Ceri, Giuseppe Pelagatti. Distributed Data Bases Principles and Systems. McGraw Hill.

3. C. J. DATE 7a. Ed. Introduction to Data Base Systems. Addison – Wesley

Iberoamericana. 4. James R. Groff, Paul N. Weinberg. Aplique SQL. Mc Graw Hill.

5. Henry F. Korth , Abraham Silberschatz. Fundamentos de Bases de datos.

Mc Graw Hill. 6. David M. Kroenke. Procesamiento de Bases de datos (Fundamentos,

Diseño e Instrumentación). Prentice Hall.

7. K.R. Dittrich And A. Geppert. Component Database Systems. Morgan - Kaufman, 2001.

8. A. Abiteboul, P. Buneman, And D. Suciu. Data on the Web. Morgan -

Kaufman, 1999. 9. J. Han And M. Kamber. Data Mining - Concepts and Techniques. Morgan -

Kaufman, 2001.

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V.- ANEXOS

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