Componentes de un SGBD

Sistema Gestor de Bases de Datos (SGBD): Software que actúa como interfaz entre los usuarios/aplicaciones y los datos físicos almacenados.

Tabla Resumen de Componentes

Tipo de componente	Elemento	Función
Procesamiento de consultas	Compilador DML	Traduce consultas (SELECT, INSERT…) a bajo nivel
	Precompilador DML	Extrae código DML de programas (ej: embebido en Java/C)
	Intérprete DDL	Procesa definiciones (CREATE, ALTER…)
	Motor de ejecución	Ejecuta las operaciones en la BD
Gestión de almacenamiento	Gestor de ficheros	Maneja archivos físicos
	Gestor de buffers	Controla memoria intermedia
Gestión de transacciones	Gestor de transacciones	Controla concurrencia y ACID
	Control de concurrencia	Evita conflictos entre usuarios
	Recuperación	Recupera datos ante fallos
Metadatos	Diccionario de datos	Información sobre tablas, índices, etc.

Arquitectura General

USUARIO / APLICACIÓN
        │
        ▼
┌─────────────────────────────────────┐
│     PROCESAMIENTO DE CONSULTAS      │
│  ┌───────────┐   ┌───────────────┐  │
│  │Precompil. │   │  Compilador   │  │
│  │   DML     │──▶│     DML       │  │
│  └───────────┘   └──────┬────────┘  │
│  ┌───────────┐          │           │
│  │Intérprete │   ┌──────▼────────┐  │
│  │   DDL     │──▶│  Motor de     │  │
│  └───────────┘   │  Ejecución    │  │
│                  └──────┬────────┘  │
└─────────────────────────┼───────────┘
                          │
        ┌─────────────────┼─────────────────┐
        ▼                 ▼                 ▼
┌──────────────┐ ┌──────────────┐  ┌──────────────┐
│   GESTIÓN DE │ │   GESTIÓN DE │  │  METADATOS   │
│ ALMACENAM.   │ │TRANSACCIONES │  │              │
│              │ │              │  │ Diccionario  │
│ Gest.Fich.   │ │ Gest.Trans.  │  │  de datos    │
│ Gest.Buffer  │ │ Ctrl.Concur. │  │              │
│              │ │ Recuperación │  │              │
└──────┬───────┘ └──────────────┘  └──────────────┘
       │
       ▼
  [DATOS FÍSICOS]

1. Procesamiento de Consultas

Bloque encargado de recibir, interpretar y optimizar las peticiones al SGBD.

Compilador DML

Traduce instrucciones DML (Data Manipulation Language) a código ejecutable de bajo nivel.
Realiza análisis sintáctico, semántico y optimización de la consulta.
Genera el plan de ejecución más eficiente.

-- Entrada al compilador DML:
SELECT nombre FROM empleados WHERE salario > 3000;
-- Salida: plan de acceso optimizado (ej: uso de índice sobre 'salario')

Precompilador DML

Actúa cuando el DML está embebido en lenguajes de alto nivel (C, Java, COBOL…).
Extrae las sentencias SQL del código fuente antes de compilar.
Sustituye las sentencias SQL por llamadas al SGBD.

// Ejemplo DML embebido en Java (JDBC):
String sql = "SELECT * FROM clientes WHERE id = ?";
PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql);

Intérprete DDL

Procesa instrucciones DDL (Data Definition Language): CREATE, ALTER, DROP.
Actualiza el diccionario de datos con los cambios de esquema.

-- Instrucciones procesadas por el Intérprete DDL:
CREATE TABLE empleados (id INT PRIMARY KEY, nombre VARCHAR(100));
ALTER TABLE empleados ADD COLUMN salario DECIMAL(10,2);

Motor de Ejecución

Ejecuta el plan de acceso generado por el compilador.
Coordina la interacción con el gestor de almacenamiento y el gestor de transacciones.

2. Gestión de Almacenamiento

Responsable de la organización física de los datos en disco y memoria.

Gestor de Ficheros

Gestiona la estructura física de los archivos en disco.
Controla la asignación de espacio, organización de bloques y acceso a páginas.
Interactúa con el sistema operativo para las operaciones de I/O.

Gestor de Buffers

Administra la memoria caché (buffer pool) entre disco y memoria principal.
Carga páginas de disco en memoria cuando se necesitan (page fetch).
Aplica políticas de reemplazo (LRU, MRU…) cuando el buffer está lleno.

DISCO  ──▶  [Gestor de Buffers / Buffer Pool]  ──▶  Motor de Ejecución
              ↑ Minimiza accesos a disco ↑

⚠️ Importante para el examen: El gestor de buffers es clave para el rendimiento. Su objetivo es maximizar los hits en memoria y minimizar los accesos a disco.

3. Gestión de Transacciones

Garantiza que las operaciones sobre la BD sean correctas, incluso ante fallos o accesos concurrentes.

Propiedades ACID ⚠️

Propiedad	Significado
Atomicidad	La transacción se ejecuta completa o no se ejecuta (todo o nada)
Consistencia	La BD pasa de un estado válido a otro estado válido
Aislamiento	Las transacciones concurrentes no se interfieren entre sí
Durabilidad	Los cambios confirmados (COMMIT) persisten aunque haya fallos

Gestor de Transacciones

Controla el ciclo de vida de cada transacción: inicio, COMMIT, ROLLBACK.
Garantiza las propiedades ACID en coordinación con los otros gestores.

Control de Concurrencia

Evita condiciones de carrera cuando múltiples usuarios acceden simultáneamente.
Técnicas principales:

Técnica	Descripción
Bloqueos (locks)	Bloquea recursos para uso exclusivo o compartido
MVCC	Versiones múltiples para lectura no bloqueante
Sellado temporal	Ordena transacciones por timestamp

Recuperación ante Fallos

Utiliza el fichero de log (journal/WAL) para deshacer o rehacer operaciones.
Mecanismos principales:
UNDO: deshace cambios de transacciones incompletas.
REDO: rehace cambios de transacciones confirmadas no volcadas a disco.

Fallo del sistema
      │
      ▼
  [LOG / WAL]
  /         \
UNDO         REDO
(T no        (T con
confirmadas) COMMIT)

4. Metadatos — Diccionario de Datos

También llamado catálogo del sistema o data dictionary.

Almacena información sobre la propia BD: esquemas, tablas, columnas, tipos de datos, índices, usuarios, permisos, estadísticas…
Es consultado internamente por el compilador DML para validar y optimizar consultas.
Es la "BD de la BD": contiene los metadatos necesarios para gestionar la BD real.

-- Ejemplo: consultar metadatos en PostgreSQL
SELECT table_name, column_name, data_type
FROM information_schema.columns
WHERE table_schema = 'public';

Tabla Comparativa: DML vs DDL

Característica	DML	DDL
Significado	Data Manipulation Language	Data Definition Language
Operaciones	SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE	CREATE, ALTER, DROP, TRUNCATE
Componente	Compilador DML / Precompilador	Intérprete DDL
Afecta a	Los datos	La estructura (esquema)
Transacción	Sí (COMMIT / ROLLBACK)	Generalmente auto-commit

Resumen en 3 puntos

El SGBD tiene 4 bloques funcionales principales: procesamiento de consultas (compilador/precompilador DML + intérprete DDL + motor), gestión de almacenamiento (ficheros + buffers), gestión de transacciones (ACID + concurrencia + recuperación) y metadatos (diccionario de datos).
La gestión de transacciones es el núcleo de la fiabilidad: garantiza las propiedades ACID mediante el gestor de transacciones, el control de concurrencia (bloqueos/MVCC) y el mecanismo de recuperación basado en logs (UNDO/REDO).
El diccionario de datos (metadatos) es transversal a todo el sistema: lo usan el compilador para validar y optimizar, el intérprete DDL para actualizar esquemas, y el gestor de transacciones para controlar accesos. Es imprescindible para el funcionamiento interno del SGBD.