I Database Management System (DBMS) sono sistemi software progettati per creare, gestire e manipolare basi di dati, in funzione di esigenze specifiche aziendali e con obiettivi mirati per ciascun tipo di organizzazione.

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I DBMS, infatti, sono fondamentali per la gestione dei dati in un’ampia varietà di settori e applicazioni. Scegliere il DBMS giusto richiede un’attenta considerazione del tipo di dati, delle esigenze di accesso, della scalabilità e della sicurezza. Con l’avanzamento della tecnologia, i DBMS continuano ad evolversi, fornendo sempre più funzionalità per sostenere le esigenze dinamiche delle organizzazioni moderne.

In questo articolo forniamo una panoramica generale su cosa sia un DBMS, le sue funzionalità e quando dovrebbe essere utilizzato.

Cos’è un database management system o DBMS

Un Database Management System (DBMS) è un complesso di software che fornisce un’interfaccia sistematica per la creazione, la gestione e l’interazione con i database. È il cuore di molte applicazioni moderne, fungendo da deposito centrale per i dati che possono essere utilizzati e gestiti in maniera efficiente, sicura e coerente.

Se volessimo provare a darne una definizione, potremmo riassumere così la sua essenza: “Il DBMS è un sistema software progettato per gestire i database. Un database è una raccolta organizzata di dati. I dati in un database sono tipicamente organizzati per minimizzare la ridondanza e ottimizzare il recupero dei dati. Il DBMS serve come intermediario tra l’utente e il database, consentendo agli utenti di recuperare, aggiornare e gestire come i dati vengono organizzati e ottimizzati”.

Come funziona

Un Database Management System (DBMS) funziona come il layer di mediazione tra l’utente o l’applicazione e il database stesso. La sua funzionalità può essere spiegata attraverso vari componenti e processi.

Componenti di un DBMS

1. Interfaccia utente: gli utenti interagiscono con il DBMS attraverso varie interfacce come linee di comando, interfacce grafiche (GUI), o applicazioni che usano API specifiche.

2. Motore di esecuzione delle query: questo componente analizza, interpreta e esegue le query scritte in SQL (o altro linguaggio di query) e traduce le operazioni in azioni sui dati.

3. Linguaggio di Definizione dei Dati (DDL): permette agli amministratori di definire nuove tabelle e relazioni usando comandi come CREATE, ALTER e DROP.

4. Linguaggio di Manipolazione dei Dati (DML): utilizzato per l’inserimento, l’aggiornamento, il cancellamento e la selezione dei dati nelle tabelle. Comandi comuni includono INSERT, UPDATE, DELETE e SELECT.

5. Database Engine: è il cuore del DBMS che gestisce le operazioni di database, inclusi DDL e DML, transazioni, controlli di concorrenza e di integrità.

6. Database Catalog: contiene metadati che descrivono la struttura del database, come lo schema dei dati.

7. Sistema di gestione delle transazioni: assicura che tutte le transazioni rispettino le proprietà ACID (Atomicità, Coerenza, Isolamento, Durabilità), che sono essenziali per mantenere l’integrità del database.

Processo di Funzionamento di un DBMS

1. Richiesta di dati: l’utente invia una richiesta al DBMS, solitamente sotto forma di una query SQL.

2. Analisi e ottimizzazione delle query: la query viene analizzata per verificare la sintassi e la semantica. Successivamente, l’ottimizzatore di query sceglie il piano di esecuzione più efficiente.

3. Elaborazione della query: basandosi sul piano di esecuzione, il DBMS procede con l’elaborazione della query. Questo include la ricerca dei dati nelle tabelle, l’applicazione di eventuali condizioni o filtri e l’esecuzione di operazioni come il join tra tabelle.

4. Gestione delle transazioni: se la query modifica i dati, il sistema di gestione delle transazioni garantisce che l’operazione sia completata integralmente o non venga eseguita affatto (atomicità), e che le modifiche siano isolate dalle altre operazioni fino al completamento.

5. Controllo della concorrenza: quando più utenti accedono o modificano i dati contemporaneamente, il DBMS utilizza meccanismi come il locking per evitare conflitti e assicurare l’integrità dei dati.

6. Backup e Ripristino: il DBMS esegue regolarmente backup dei dati e, in caso di malfunzionamenti, può ripristinarli per assicurare la durabilità e la coerenza.

7. Restituzione dei risultati: dopo l’esecuzione della query, il DBMS elabora i risultati e li presenta all’utente o all’applicazione che ha fatto la richiesta.

Attraverso questi passaggi, un DBMS consente di manipolare grandi quantità di dati in modo efficiente e sicuro, garantendo che le operazioni sui dati siano veloci, affidabili e accessibili agli utenti autorizzati.

Le diverse tipologie

L’architettura di un DBMS è comunemente suddivisa in tre livelli:

  • Livello Fisico: questo è il livello più basso che dettaglia come i dati sono effettivamente memorizzati, includendo complessi meccanismi di storage e i metodi di accesso ai dati, come indici e partizioni.
  • – Livello Logico: a questo livello, il DBMS definisce quali dati sono memorizzati e in quale relazione si trovano tra loro, senza preoccuparsi di come sono organizzati fisicamente. Qui si definiscono schemi, tabelle, viste, indici e vincoli.
  • – Livello di Vista: questo livello è quello a cui gli utenti e le applicazioni interagiscono direttamente. Può presentare una parte dei dati del database o una loro rappresentazione riformattata. Le viste possono aiutare a semplificare le interazioni degli utenti con i dati.

Tenendo conto dell’architettura di base, diverse sono le tipologie di Database Management System che si possono adottare in azienda.

  1. Relazionale (RDBMS): basato su un modello tabulare con relazioni tra i dati definiti tramite chiavi primarie e chiavi esterne. Questi DBMS si basano sul modello relazionale, che utilizza tabelle per rappresentare i dati e le relazioni tra di essi; sono ideali per applicazioni che richiedono transazioni complesse e relazioni ben definite tra i set di dati. Esempi popolari includono MySQL, PostgreSQL, Oracle, e Microsoft SQL Server.
  2. Oggetto-relazionale (ORDBMS): estende le funzionalità degli RDBMS con il supporto per i tipi di dati complessi e l’ereditarietà degli oggetti. Queste le sue caratteristiche: memorizza i dati in forma di oggetti, come in linguaggi di programmazione orientati agli oggetti; consente di rappresentare dati più complessi rispetto agli RDBMS.
  3. NoSQL: una classe di DBMS progettata per il grande volume di dati distribuiti, che spesso non richiede schemi fissi, e supporta modelli di dati come chiave-valore, documenti, colonne larghe o grafici. Progettati per la scalabilità orizzontale e per gestire grandi volumi di dati non strutturati o semi-strutturati. I tipi includono:
    • – Database a Documenti: come MongoDB e Couchbase, ottimi per dati gerarchici.
    • – Database a Colonne Larghe: come Cassandra e HBase, utili per analisi su larga scala.
    • – Database a Grafi: come Neo4j, ideali per rappresentare e interrogare relazioni complesse.
    • – Database Chiave-Valore: come Redis e DynamoDB, per accesso rapido ai dati tramite chiave.
  4. NewSQL: cerca di unire la scalabilità dei sistemi NoSQL con l’uso di SQL e le caratteristiche di transazione degli RDBMS classici. Questi DBMS mirano a unire l’alta performance e la scalabilità dei NoSQL con le transazioni atomiche e la linguistica di query degli RDBMS. Solitamente forniscono supporto per operazioni in tempo reale e alta concorrenza, mantenendo la coerenza dei dati.

    Le funzionalità principali

    Le funzioni principali di un Database Management System (DBMS) sono il nucleo delle sue capacità operative e di gestione. Di seguito forniamo una breve panoramica delle principali funzionalità di un DBMS, raggruppate in base alle effettive operazioni che vengono svolte a livello di dati.

    • Gestione dei Dati: il DBMS permette di memorizzare grandi quantità di dati in modo strutturato. Utilizza complessi algoritmi per salvare i dati in modo efficiente, massimizzando l’uso dello spazio e minimizzando i tempi di accesso.Un sistema di gestione dei data basefornisce anche meccanismi rapidi ed efficienti per il recupero dei dati attraverso query. Le strutture come indici ottimizzano le prestazioni e velocizzano la ricerca dei dati.
    • – Transazioni: tra le funzionalità principali di un DBMS c’è quella di assicurare che tutte le operazioni di un database siano eseguite in modo sicuro e stabile. Solitamente un DBMS integra la proprietà ACID (Atomicità, Coerenza, Isolamento, Durabilità) per mantenere l’integrità del database in caso di malfunzionamenti o guasti.
    • – Sicurezza e autorizzazioni: in un DBMS non mancano mai funzionalità specifiche per ilcontrollo degli accessi (per impedire l’accesso ai dati da parte di utenti non autorizzati tramite sistemi di autenticazione e autorizzazione) e la gestione della Privacy, per protegge i dati sensibili attraverso la crittografia e altre tecniche di sicurezza per garantire la privacy e la conformità alle normative.
    • – Sostegno all’integrità dei dati: tra le funzionalità di un DBMS ci sono i cosiddetti “vincoli di integrità”, funzioni specifiche che impongono regole sui dati per assicurarne la qualità e l’affidabilità nel database. Ci sono poi anche funzioni di gestione delle “chiavi primarie e esterne” specifiche per mantenere relazioni coerenti tra le varie tabelle e impedire anomalie nei dati.
    • – Backup e ripristino: come accennato, tra le funzionalità di un Database Management System ci sono quelle necessarie alla creazione di copie di sicurezza dei dati per prevenire perdite in caso di guasti hardware o software, nonché meccanismi di ripristino, per avere procedure per recuperare i dati dalle copie di sicurezza dopo incidenti o guasti.
    • Supporto per Query e Report: in questo caso si tratta di specifiche funzionalità, tipiche dei linguaggi come SQL, per permettere agli utenti di eseguire interrogazioni complesse e manipolare i dati, oppure di sfruttare strumenti per la creazione di report dettagliati basati sui dati, essenziali per l’analisi aziendale e la presa di decisioni.

    Queste funzionalità rappresentano il cuore di un sistema DBMS e il motivo per cui sono strumenti indispensabili nel trattamento e nella gestione dei dati moderni. A queste, si aggiungono spesso funzionalità più ampie legate, per esempio, all’ottimizzazione delle prestazioni attraverso indicizzazioni (indici per accelerare le operazioni di ricerca e query sul database) o tuning (funzioni di analisi e modifica delle prestazioni del database per garantire tempi di risposta ottimali e un uso efficiente delle risorse), oppure ad integrazioni con altri sistemi, tramite API (Application Programming Interface).

    Alcuni esempi di database management systems

    Un Database Management System (DBMS) può variare notevolmente in termini di complessità, funzionalità e utilizzo. In commercio, oggi ce ne sono davvero moltissimi; quella fornita di seguito, dunque, è solo una breve sintesi utile a fornire alcuni esempi di Database Management System.

    • 1) Relational Database Management Systems (RDBMS)

    1. Oracle Database

       – Caratteristiche: Estremamente scalabile e ricco di funzionalità, supporta grandi volumi di dati e una vasta gamma di funzionalità di transazione, sicurezza e analisi.

       – Uso: Ampiamente utilizzato in aziende di grandi dimensioni e applicazioni critiche per l’attività dove la robustezza e l’affidabilità sono essenziali.

    2. Microsoft SQL Server

       – Caratteristiche: Integrato strettamente con altri prodotti Microsoft, offre solide prestazioni, strumenti di business intelligence e soluzioni di cloud computing.

       – Uso: Comunemente impiegato in ambienti Windows e in applicazioni che richiedono stretta integrazione con altri software Microsoft.

    3. MySQL

       – Caratteristiche: Open-source, leggero e facile da installare, con una buona scalabilità e strumenti per la replicazione dei dati.

       – Uso: Molto popolare nel web development, specialmente in combinazione con PHP e Apache Web Server.

    • 2) NoSQL Database Management Systems

    1. MongoDB

       – Caratteristiche: Orientato ai documenti, scalabile orizzontalmente e progettato per gestire grandi volumi di dati non strutturati o semi-strutturati.

       – Uso: Ideale per applicazioni che necessitano di agilità nello sviluppo e nella gestione di dati con schemi dinamici.

    2. Cassandra

       – Caratteristiche: Altamente scalabile e progettato per gestire grandi quantità di dati distribuiti su molteplici nodi senza un singolo punto di fallimento.

       – Uso: Utilizzato per applicazioni che necessitano di disponibilità continua e gestione efficiente di grandi volumi di dati.

    3. Redis

       – Caratteristiche: Un DBMS in memoria, utilizzato come database, cache e broker di messaggi, con strutture dati chiave-valore.

       – Uso: Ottimo per situazioni che richiedono alta velocità e latenza molto bassa, come sistemi di caching e code di messaggi.

    • 3) Object-Oriented Database Management Systems (OODBMS)

    1. db4o (database for objects)

       – Caratteristiche: Consente di memorizzare e recuperare oggetti di programmazione direttamente senza doverli convertire in tabelle.

       – Uso: Adatto per applicazioni che lavorano intensamente con oggetti, come quelle sviluppate in Java o C#.

    • 4) NewSQL Database Management Systems

    1. Google Spanner

       – Caratteristiche: Combina le funzionalità dei DBMS tradizionali con la scalabilità dei NoSQL, assicurando transazioni distribuite globalmente.

       – Uso: Utile per aziende che richiedono una scalabilità orizzontale senza compromettere le proprietà transazionali degli RDBMS.

    Ogni DBMS ha i suoi punti di forza e casi d’uso ideali, e la scelta tra di loro dipende dai requisiti specifici di scalabilità, prestazioni, affidabilità e tipo di dati gestiti da un’applicazione o un’organizzazione.

    Quando utilizzare un DBMS

    L’utilizzo di un Database Management System (DBMS) è fondamentale in molti scenari e per varie ragioni. Ci sono alcuni contesti in cui un DBMS si rivela essenziale, per esempio:

    • Centralizzazione dei dati: un DBMS centralizza la raccolta dei dati, rendendo più semplice per le organizzazioni gestire e accedere alle informazioni da un unico punto. Questa centralizzazione facilita il controllo, l’aggiornamento e la manutenzione dei dati.
    • – Accesso concorrente: come abbiamo esploso e dettagliato in questo articolo, quando più utenti o applicazioni hanno bisogno di accedere e lavorare sui dati contemporaneamente, un DBMS può gestire e sincronizzare questi accessi, mantenendo l’integrità e la coerenza dei dati.
    • – Gestione delle grandi moli di dati: per le organizzazioni che trattano grandi volumi di dati, un DBMS è strumentale per organizzare, archiviare e recuperare le informazioni in maniera efficiente, garantendo prestazioni e risposta veloce alle query.
    • – Integrità e sicurezza dei dati: un DBMS impone vincoli di integrità e fornisce misure di sicurezza per proteggere i dati da accessi non autorizzati, manipolazioni indebite o perdite di dati.
    • – Supporto alle decisioni aziendali: le aziende possono utilizzare un DBMS per l’analisi dei dati e la generazione di report, aiutando i decisori ad estrarre insight preziosi e a formulare strategie basate su dati affidabili.
    • – Complessità delle operazioni sui dati: se le operazioni sui dati sono complesse e coinvolgono transazioni, come le prenotazioni di volo o le operazioni bancarie, un DBMS può gestire le transazioni in modo efficiente e affidabile, garantendo che tutte le operazioni siano completate correttamente.
    • Rispetto di normative e compliance: le organizzazioni che devono aderire a normative sulla privacy e sulla protezione dei dati (come GDPR o HIPAA) possono avvalersi di un DBMS per garantire che i dati siano gestiti in conformità con tali leggi.
    • – Recupero di disastri e continuità operativa: un DBMS offre soluzioni robuste di backup e ripristino che sono vitali per il recupero dei dati in seguito a guasti hardware, errori umani o disastri naturali, assicurando la continuità delle operazioni aziendali.
    • – Evoluzione e scalabilità: le organizzazioni in crescita o che prevedono l’espansione dei loro sistemi di dati possono sfruttare la scalabilità fornita dai DBMS per adattarsi a volumi crescenti di dati senza compromettere le prestazioni.
    • – Integrabilità con altre tecnologie: i DBMS moderni sono progettati per integrarsi con varie altre tecnologie, come i sistemi di Business Intelligence, strumenti di data mining, e applicazioni web, fornendo un ecosistema dati flessibile e potente.

    In sintesi, un DBMS è uno strumento vitale per qualsiasi entità che richiede un’organizzazione sistematica, sicura e facilmente accessibile dei dati. La decisione di utilizzare un DBMS dovrebbe basarsi su un’analisi attenta delle necessità specifiche di gestione dei dati, della scala del progetto, delle risorse disponibili e degli obiettivi a lungo termine. Del resto… come per qualsiasi altra scelta tecnologica.

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