UNIDAD IV: Operación y Mantenibilidad

4.1 Bitacoras de trabajo del DBMS

Una bitácora (log) es una herramienta (archivos o registros) que permite registrar, analizar, detectar y notificar eventos que sucedan en cualquier sistema de información utilizado en las organizaciones.

La estructura más ampliamente usada para grabar las acciones que se llevan en la base de datos.

Nos ayuda a recuperar la información ante algunos incidentes de seguridad, detección de comportamiento inusual, información para resolver problemas, evidencia legal, es de gran ayuda en las tareas de computo forense.

Permite guardar las transacciones realizadas sobre una base de datos en específico, de tal manera que estas transacciones puedan ser auditadas y analizadas posteriormente.

Pueden obtenerse datos específicos de la transacción como:

1. Operación que se realizó

2. Usuario de BD

3. Fecha

4. Máquina

5. Programa

6. Tipo de conexión

7. Estado

No se requiere hacer cambios en los sistemas de producción o de desarrollo o en una simple instalación para la implementación de la bitácora.

A través de la parametrización se generan las pantallas de consulta y reportes sin necesidad de programar.

Acceso a la bitácora a través de una aplicación Web.

Control de Acceso a la información de la bitácora a través de Roles.

Se puede implementar en los sistemas de información que utilicen las principales bases de datos: Oracle, SQL Server, Informix, Sybase.

Permite hacer el seguimiento de todos los cambios que ha tenido un registro.

4.1.1 Funciones especificas de las bitacoras

La estructura más ampliamente usada para grabar las modificaciones de la base de datos es la Bitácora. Cada registro de la bitácora escribe una única escritura de base de datos y tiene lo siguiente:

• Nombre de la Transacción
• Valor antiguo
• Valor Nuevo

Es fundamental que siempre se cree un registro en la bitácora cuando se realice una escritura antes de que se modifique la base de datos.

También tenemos la posibilidad de deshacer una modificación que ya se ha escrito en la base de datos, esto se realizará usando el campo del valor antiguo de los registros de la bitácora.

Los registros de la bitácora deben residir en memoria estable como resultado el volumen de datos en la bitácora puede ser exageradamente grande.

Las operaciones COMMIT y ROLLBACK establecen lo que se le conoce como punto de sincronización lo cual representa el límite entre dos transacciones consecutivas, o el final de una unidad lógica de trabajo, y por tanto al punto en el cual la base de datos esta (o debería estar) en un estado de consistencia. Las únicas operaciones que establecen un punto de sincronización son COMMIT, ROLLBACK y el inicio de un programa. Cuando se establece un punto de sincronización:

Se comprometen o anulan todas las modificaciones realizadas por el programa desde el punto de sincronización anterior.

Se pierde todo posible posicionamiento en la base de datos. Se liberan todos los registros bloqueados. Es importante advertir que COMMIT y ROLLBACK terminan las transacción, no el programa.

4.1.2 Recuperación  (rollback)

En tecnologías de base de datos, un rollback es una operación que devuelve a la base de datos a algún estado previo. Los Rollbacks son importantes para la integridad de la base de datos, a causa de que significan que la base de datos puede ser restaurada a una copia limpia incluso después de que se han realizado operaciones erróneas. Son cruciales para la recuperación de crashes de un servidor de base de datos; realizando rollback (devuelto) cualquier transacción que estuviera activa en el tiempo del crash, la base de datos es restaurada a un estado consistente.

En SQL, ROLLBACK es un comando que causa que todos los cambios de datos desde la última sentencia BEGIN WORK, o START TRANSACTION sean descartados por el sistema de gestión de base de datos relacional (RDBMS), para que el estado de los datos sea "rolled back"(devuelto) a la forma en que estaba antes de que aquellos cambios tuvieran lugar.

Una sentencia ROLLBACK también publicará cualquier savepoint existente que puediera estar en uso.

En muchos dialectos de SQL, los ROLLBACK son específicos de la conexión. Esto significa que si se hicieron dos conexiones a la misma base de datos, un ROLLBACK hecho sobre una conexión no afectará a cualesquiera otras conexiones. Esto es vital para el buen funcionamiento de la Concurrencia.

La funcionalidad de rollback está normalmente implementada con un Log de transacciones, pero puede también estar implementada mediante control de concurrencia multiversión.

4.1.3 Permanencia (commit)

En el contexto de la Ciencia de la computación y la gestión de datos, commit (acción de comprometer) se refiere a la idea de consignar un conjunto de cambios "tentativos, o no permanentes". Un uso popular es al final de una transacción de base de datos.

Una sentencia COMMIT en SQL finaliza una transacción de base de datos dentro de un sistema gestor de base de datos relacional (RDBMS) y pone visibles todos los cambios a otros usuarios. El formato general es emitir una sentencia BEGIN WORK, una o más sentencias SQL, y entonces la sentencia COMMIT. Alternativamente, una sentencia ROLLBACK se puede emitir, la cual deshace todo el trabajo realizado desde que se emitió BEGIN WORK. Una sentencia COMMIT publicará cualquiera de los savepoints (puntos de recuperación) existentes que puedan estar en uso.

En términos de transacciones, lo opuesto de commit para descartar los cambios "en tentativa" de una transacción, es un rollback.

4.2 Definicion de los modos de operacion de un DBMS. (alta, baja, recovery)

La vida de todo archivo comienza cuando se crea y acaba cuando se borra. Durante su existencia es objeto de constante procesamiento, que con mucha frecuencia incluye acciones de consulta o búsqueda y de actualización. En el caso de la estructura archivos, entenderemos como actualización, además de las operaciones, vistas para vectores y listas enlazadas, de introducir nuevos datos (altas) o de eliminar alguno existente (bajas), la modificación de datos ya existentes, (operación muy común con datos almacenados). En esencia, es la puesta al día de los datos del archivo.

Una operación de alta en un archivo consiste en la adición de un nuevo registro. En un archivo de empleados, un alta consistirá en introducir los datos de un nuevo empleado. Para situar correctamente un alta, se deberá conocer la posición donde se desea almacenar el registro correspondiente: al principio, en el interior o al final de un archivo.

El algoritmo de ALTAS debe contemplar la comprobación de que el registro a dar de alta no existe previamente. Una baja es la acción de eliminar un registro de un archivo. La baja de un registro puede ser lógica o física. Una baja lógica supone el no borrado del registro en el archivo. Esta baja lógica se manifiesta en un determinado campo del registro con una bandera, indicador o “flag” -carácter *. $, etc.,-, o bien con la escritura o rellenado de espacios en blanco en el registro dado de baja

--Altas

La operación de dar de alta un determinado registro es similar a la de añadir datos a un archivo. Es importante remarcar que en un archivo secuencial sólo permite añadir datos al final del mismo.

En otro caso, si se quiere insertar un registro en medio de los ya presentes en el archivo, sería necesaria la creación nueva del archivo.

El algoritmo para dar de alta un registro al final del fichero es como sigue:

algoritmo altas

leer registro de alta

inicio

abrir archivo para añadir

mientras haya más registros hacer {algunos lenguajes ahorran este bucle}

leer datos del registro

fin_mientras

escribir (grabar) registro de alta en el archivo

cerrar archivo

fin

--Bajas

Existen dos métodos para dar de baja a un registro en un archivo secuencial, donde no es fácil eliminar un registro situado en el interior de una secuencia: Para ello podemos seguir dos métodos:

1) Utilizar y por tanto crear un segundo archivo auxiliar transitorio, también secuencial, copia del que se trata de actualizar. Se lee el archivo completo registro a registro y en función de su lectura se decide si el registro se debe dar de baja o no. En caso afirmativo, se omite la escritura en el archivo auxiliar. Si el registro no se va a dar de baja, este registro se reescribe en el archivo auxiliar 

Tras terminar la lectura del archivo original, se tendrán dos archivos: original (o maestro) y auxiliar. El proceso de bajas del archivo concluye borrando el archivo original y cambiando el nombre del archivo auxiliar por el del inicial.

2) Guardar o señalar los registros que se desean dar de baja con un indicador o bandera que se guarda en un array; de esta forma los registros no son borrados físicamente, sino que son considerados como inexistentes.

Inevitablemente, cada cierto tiempo, habrá que crear un nuevo archivo secuencial con el mismo nombre, en el que los registros marcados no se grabarán.

--Propósito de Backup y Recuperación

Como administrador de copia de seguridad, la tarea principal es diseñar, implementar y gestionar una estrategia de backup y recuperación. En general, el propósito de una estrategia de recuperación de copia de seguridad y es para proteger la base de datos contra la pérdida de datos y reconstruir la base de datos después de la pérdida de datos. Normalmente, las tareas de administración de seguridad son las siguientes:

· Planificación y probar las respuestas a diferentes tipos de fallas.

· Configuración del entorno de base de datos de copia de seguridad y recuperación.

· La creación de un programa de copia de seguridad

· Seguimiento de la copia de seguridad y entorno de recuperación

· Solución de problemas de copia de seguridad

· Para recuperarse de la pérdida de datos en caso de necesidad

Como administrador de copia de seguridad, es posible que se le pida que realice otros deberes que se relacionan con copia de seguridad y recuperación:

· La preservación de datos, lo que implica la creación de una copia de base de datos para el almacenamiento a largo plazo

· La transferencia de datos, lo que implica el movimiento de datos de una base de datos o un host a otro.

4.3 Comandos de activación de los modos de operación

Para ser uso de los diferentes comandos para un modo de operación debemos estar como administrador o asuma un rol que incluya el perfil de derechos Service Management.

Comando STARTUP

Para el arranque de una base de datos hay tres fases de arranque, para realizar estas fases podemos utilizar startup más un comando, las tres fases son las siguientes:

Fase de no Montaje: se leen los parámetros del sistema, se inician las estructuras de memoria y los procesos de segundo plano. La instancia se arranca sin asociarla a la base de datos. Normalmente se utiliza cuando se modifica o se necesita crear el archivo de control:

startup nomount ;

Fase de Montaje: se asocia la instancia con la base de datos. Se usa el archivo de parámetros para localizar los archivos de control, que contienen el nombre de los archivos de datos y los registros rehacer. Los archivos de datos y los registros de rehacer no están abiertos, así que no son accesibles por usuarios finales para tareas normales. Para realizar esta fase se pueden utilizar dos comandos:

startup mount;

alter database mount;

Fase de Apertura: se abren los archivos de datos y los registros rehacer. La base de datos queda disponible para las operaciones normales. Es necesario que existan registros rehacer de lo contrario si no hay registros usamos el comando resetlogs, que crea registros nuevos. Para esta fase se pueden usar dos comandos:

startup open;

alter database open;

Si es necesario utilizar resetlogs:

startup open resetlogs;

alter database open resetlogs;

startup restrict (sólo permite la conexión de usuarios con el privilegio restricted sesion).

startup force (hace shutdown abort y arranca la BD).

Comando SHUTDOWN

El comando SHUTDOWN lo utilizamos parar una base de datos la cual consiste en varias cláusulas.

Shutdown Normal: Este es el valor por defecto, durante el proceso de parada no admite nuevas conexiones y espera que las conexiones actuales finalicen. En el próximo arranque la base datos no requiere procedimientos de recuperación.

Shutdown Immediate: Se produce una parada inmediata de la base de datos, durante el proceso de parada no permite nuevas conexiones y las actuales la desconecta, las transacciones que no estén commit se hara roolback de ellas. En el próximo arranque la base datos no requiere procedimientos de recuperación.

Shutdown Transactional: Se produce una parada hasta que hayan terminado las transacciones activas, no admite nuevas conexiones y tampoco nuevas transacciones, una vez que las transacciones activas van terminando va desconectando a los usuarios. En el próximo arranque la base datos no requiere procedimientos de recuperación.

Shutdown Abort: Aborta todos los procesos de una base de datos, durante el proceso de parada no permite nuevas conexiones y las actuales la desconecta, las transacciones que no estén commit se hará roolback de ellas. En el próximo arranque la base datos puede requerir procedimientos de recuperación.

Comando Describe

Este comando permite conocer la estructura de una tabla, las columnas que la forman y su tipo y restricciones. 

DESCRIBE f1;

Comando SHOW TABLES y SHOW CREATE TABLE

El comando SHOW TABLES muestra las tablas dentro de una base de datos y SHOW CREATE TABLES muestra la estructura de creación de la tabla.

Modificación

Para realizar una modificación utilizamos el comando ALTER TABLE. Para usar ALTER TABLE, necesita permisos ALTER, INSERT y CREATE para la tabla.

4.4 Manejo de Indices

El índice de una base de datos es una estructura alternativa de los datos en una tabla. El propósito de los índices es acelerar el acceso a los datos mediante operaciones físicas más rápidas y efectivas. En pocas palabras, se mejoran las operaciones gracias a un aumento de la velocidad, permitiendo un rápido acceso a los registros de una tabla en una base de datos. Al aumentar drásticamente la velocidad de acceso, se suelen usar sobre aquellos campos sobre los cuáles se hacen búsquedas frecuentes.

4.4.1 Tipos de Indices

A continuación, vamos a analizar los distintos tipos de índices que se pueden crear y las condiciones que deben cumplir cada uno de ellos:

• INDEX (NON-UNIQUE): este tipo de índice se refiere a un índice normal, no único. Esto implica que admite valores duplicados para la columna (o columnas) que componen el índice. No aplica ninguna restricción especial a los datos de la columna (o columnas) que componen el índice sino que se emplea simplemente para mejorar el tiempo de ejecución de las consultas.
• UNIQUE: este tipo de índice se refiere a un índice en el que todas las columnas deben tener un valor único. Esto implica que no admite valores duplicados para la columna (o columnas) que componen el índice. Aplica la restricción de que los datos de la columna (o columnas) deben tener un valor único.
• PRIMARY: este tipo de índice se refiere a un índice en el que todas las columnas deben tener un valor único (al igual que en el caso del índice UNIQUE) pero con la limitación de que sólo puede existir un índice PRIMARY en cada una de las tablas. Aplica la restricción de que los datos de la columna (o columnas) deben tener un valor único.
• FULLTEXT: estos índices se emplean para realizar búsquedas sobre texto (CHAR, VARCHAR y TEXT). Estos índices se componen por todas las palabras que están contenidas en la columna (o columnas) que contienen el índice. No aplica ninguna restricción especial a los datos de la columna (o columnas) que componen el índice sino que se emplea simplemente para mejorar el tiempo de ejecución de las consultas. Este tipo de índices sólo están soportados por InnoDB y MyISAM en MySQL 5.7.
• SPATIAL: estos índices se emplean para realizar búsquedas sobre datos que componen formas geométricas representadas en el espacio. Este tipo de índices sólo están soportados por InnoDB y MyISAM en MySQL 5.7.

4.4.2 Reorganización de indices

Un factor clave para conseguir una E/S de disco mínima para todas las consultas de bases de datos es asegurarse de que se creen y se mantengan buenos índices. Una vez creados los índices, se debe procurar mantenerlos para asegurarse que sigan trabajando en forma óptima. A medida que se agregan, modifican o borran datos se produce fragmentación. Esta fragmentación puede ser buena o mala para el rendimiento del sistema, dependiendo de las necesidades del trabajo de la base de datos.

Fragmentación de los Índices

La fragmentación es consecuencia de los procesos de modificación de los datos (instrucciones INSERT, UPDATE y DELETE) efectuados en la tabla y en los índices definidos en la tabla. Como dichas modificaciones no suelen estar distribuidas de forma equilibrada entre las filas de la tabla y los índices, el llenado de cada página puede variar con el paso del tiempo. Para las consultas que recorren parcial o totalmente los índices de una tabla, este tipo de fragmentación puede producir lecturas de páginas adicionales. Esto impide el recorrido paralelo de los datos. Existen dos tipos de fragmentación:

Interna: Fragmentación dentro de páginas individuales de datos e índices con espacios libres que generan la necesidad de más operaciones de E/S y más memoria para su lectura. Este hecho disminuye el rendimiento en ambientes de lectura, pero en algunos casos puede beneficiar las inserciones, que no requieren una división de páginas con tanta frecuencia.

Externa: Cuando el orden lógico de las páginas no es correcto, porque las páginas no son contiguas. El acceso a los datos es mucho más lento por la necesidad de búsqueda de los datos.

La fragmentación de índices se puede reparar reorganizando un índice o reconstruyéndolo. Para los índices fraccionados que fueron construidos en una estructura partida se puede usar cualquiera de estos métodos o bien en un índice completo o bien en un único fragmento del índice.

Para reorganizar uno o más índices se debe usar la sentencia ALTER INDEX con la cláusula REORGANIZE. Por ejemplo:

ALTER INDEX PK_LOGS ON THUBAN_LOGS REORGANIZE

El proceso de reorganización de índices se realiza siempre en línea y el consumo de recursos es bajo por lo que no mantiene bloqueos por mucho tiempo.

4.4.3 Reconstrucción de indices

Es importante periódicamente examinar y determinar qué índices son susceptibles de ser reconstruidos. Cuando un índice está descompensado puede ser porque algunas partes de éste han sido accedidas con mayor frecuencia que otras. Como resultado de este suceso podemos obtener problemas de contención de disco o cuellos de botella en el sistema. Normalmente reconstruimos un índice con el comando ALTER INDEX.

Es importante tener actualizadas las estadísticas de la base de datos. Para saber si las estadísticas se están lanzando correctamente podemos hacer una consulta sobre la tabla dba_indexes y ver el campo last_analyzed para observar cuando se ejecutaron sobre ese índice las estadísticas.

Blevel (branch level) es parte del formato del B-tree del índice e indica el número de veces que Oracle ha tenido que reducir la búsqueda en ese índice. Si este valor está por encima de 4 el índice deberá de ser reconstruido.

ALTER INDEX <index_name> REBUILD;

Para reconstruir una partición de un índice podríamos hacer los siguiente:

ALTER INDEX <index_name> REBUILD PARTITION <nb_partition> NOLOGGING;

Nota: En algunos casos cuando alguno de los índices tiene algún tipo de corrupción no es posible reconstruirlo. La solución en este caso es borrar el índice y recrearlo.