Base di dati

1️⃣ Base di Dati

Una base di dati è:

• Un insieme organizzato di dati utilizzati per supportare lo svolgimento delle attività di un ente.

• Un insieme di dati gestito da un DBMS (Database Management System).

Database Management System (DBMS)

Un DBMS è un sistema che gestisce collezioni di dati che possono essere grandi, persistenti e condivise. Garantisce vari aspetti cruciali:

• Privatezza: Protezione dei dati da accessi non autorizzati.

• Affidabilità: Capacità di resistere a malfunzionamenti hardware e software, mantenendo l'integrità dei dati.

• Efficienza: Ottimizzazione delle operazioni per garantire prestazioni rapide.

• Efficacia: Capacità di rispondere ai requisiti degli utenti e delle applicazioni in modo accurato e tempestivo.

Esempi di DBMS includono:

• DB2

• Oracle

• SQLServer

• MySQL

• PostgreSQL

• Access (non è considerato un vero DBMS)

Affidabilità dei Database

I database sono considerati affidabili grazie alla loro capacità di resistere a malfunzionamenti hardware e software. Poiché rappresentano una risorsa pregiata, devono essere conservati a lungo termine. Una tecnica fondamentale per garantire l'affidabilità è la gestione delle transazioni.

Gestione delle Transazioni

Una transazione è un insieme di operazioni da considerare indivisibile (atomica). Una transazione deve:

• Fallire o avere successo nella sua interezza: Non ci sono successi parziali.

• Essere corretta: Anche in presenza di concorrenza, le operazioni devono mantenere l'integrità dei dati.

• Effetti definitivi: Dopo il commit, tutti i cambiamenti sono registrati permanentemente nella base di dati.

Questi principi garantiscono che le operazioni sui database siano sicure, coerenti e resistenti agli errori.

Modelli di Dati

• Gerarchico: Organizza i dati in una struttura ad albero. Ogni nodo ha un singolo genitore e può avere più figli. Esempi: IMS di IBM.

• Reticolare: Simile al modello gerarchico, ma ogni nodo può avere più genitori, creando una struttura a rete. Esempi: IDMS.

• Relazionale: Utilizza tabelle (relazioni) per rappresentare i dati e le loro interconnessioni. SQL è il linguaggio standard per l'interazione. Esempi: MySQL, PostgreSQL.

• Object-oriented: Combina i concetti di programmazione orientata agli oggetti con quelli di basi di dati. Esempi: ObjectDB.

• NoSQL: Include vari sottotipi come documenti, grafi, colonne e chiavi-valore. Adatto a dati non strutturati o semi-strutturati. Esempi: MongoDB, Cassandra.

Normalizzazione

La normalizzazione è il processo di organizzazione dei dati in una base di dati per ridurre la ridondanza e migliorare l'integrità dei dati. Include vari livelli (forme normali):

1. Prima Forma Normale (1NF): Rimuove i valori duplicati nelle colonne.

2. Seconda Forma Normale (2NF): Rimuove le dipendenze parziali tra colonne.

3. Terza Forma Normale (3NF): Rimuove le dipendenze transitiva tra colonne.

4. Boyce-Codd Normal Form (BCNF): Una versione più rigorosa della 3NF.

2️⃣ Database Management System (DBMS)

Architettura del DBMS

• Livello Fisico: Come i dati sono effettivamente memorizzati.

• Livello Logico: Quali dati sono memorizzati e le relazioni tra di essi.

• Livello di Vista: Come i dati sono visualizzati dagli utenti finali.

ACID Properties

Le proprietà ACID sono un insieme di proprietà che garantiscono che le transazioni nei DBMS siano affidabili:

1. Atomicità: Le operazioni di una transazione sono indivisibili; o tutte si completano o nessuna si completa.

2. Coerenza: Le transazioni portano il database da uno stato coerente a un altro stato coerente.

3. Isolamento: Le operazioni di una transazione sono isolate dalle operazioni di altre transazioni.

4. Durabilità: Una volta che una transazione è confermata (commit), i suoi effetti sono permanenti anche in caso di guasto del sistema.

Concorrenza e Locking

• Locking Pessimistico: Previene l'accesso concorrente ai dati durante una transazione bloccando i record coinvolti.

• Locking Ottimistico: Consente l'accesso concorrente, ma verifica i conflitti prima di confermare una transazione.

Backup e Recupero

• Full Backup: Una copia completa di tutto il database.

• Incremental Backup: Copia solo i dati modificati dall'ultimo backup.

• Differential Backup: Copia solo i dati modificati dall'ultimo full backup.

Performance Tuning

• Indici: Migliorano la velocità delle query creando una struttura di ricerca sui campi.

• Caching: Memorizza i risultati delle query per ridurre il tempo di accesso ai dati frequentemente richiesti.

• Partitioning: Divide grandi tabelle in parti più piccole per migliorare la gestione e le prestazioni.

Tipi di Indici

• Indice Clustered: Ordina fisicamente i dati della tabella in base ai valori dell'indice.

• Indice Non-Clustered: Mantiene un ordine logico dei dati che differisce dall'ordine fisico.

3️⃣ Tecnologie Emergenti

Big Data

Gestione e analisi di enormi quantità di dati eterogenei raccolti da varie fonti. Esempi di tecnologie: Hadoop, Spark.

Data Warehousing

Archiviazione e gestione di grandi volumi di dati storici per analisi e reportistica. Esempi: Amazon Redshift, Google BigQuery.

Machine Learning e AI nei DBMS

Integrazione di algoritmi di machine learning e intelligenza artificiale per analisi avanzate, previsione e automazione delle operazioni database. Esempi: Google Cloud AI, Azure Machine Learning.

Cloud Databases

Database ospitati su piattaforme cloud che offrono scalabilità, affidabilità e flessibilità. Esempi: Amazon RDS, Microsoft Azure SQL Database, Google Cloud SQL.

Blockchain

Tecnologia emergente per basi di dati decentralizzate e immutabili, utilizzata principalmente in criptovalute e contratti intelligenti. Esempi: Ethereum, Hyperledger.

4️⃣ Sicurezza del Database

Controlli di Accesso

Implementazione di ruoli e permessi per controllare chi può accedere e modificare i dati. Tecniche includono:

• Autenticazione: Verifica dell'identità degli utenti.

• Autorizzazione: Determinazione dei permessi dell'utente.

Crittografia

Protezione dei dati sensibili mediante tecniche di crittografia sia a riposo (stored data) che in transito (data in transit).

Auditing

Monitoraggio e registrazione delle attività degli utenti per identificare e prevenire accessi non autorizzati o comportamenti sospetti.