#2 Sistem Basis Data : DBMS & Perancangan Basis Data

Di balik setiap aplikasi yang efektif, terdapat perancangan basis data yang solid. Selain itu, artikel ini mengulas bagaimana DBMS berperan dalam mengelola kompleksitas data dan strategi esensial dalam merancang basis data yang responsif terhadap kebutuhan bisnis. Memilih DBMS yang tepat dan merancang basis data yang optimal adalah langkah awal yang krusial dalam membangun sistem informasi yang berkelanjutan.

DBMS adalah perangkat lunak yang memungkinkan pemakai untuk mendefinisikan, mengelola, dan mengontrol akses ke basis data. Contoh dBase, PostgreSWL, MySQL, Oracle, Microsoft access.

Apa itu DBMS?

Sebuah Database Management System (DBMS) adalah perangkat lunak yang dirancang untuk mengelola dan menyimpan data secara efisien. Dengan menggunakan DBMS, pengguna dapat membuat, mengelola, dan memanipulasi basis data dengan mudah. Sistem ini tidak hanya menyediakan akses cepat ke data, tetapi juga memungkinkan untuk menjaga keamanan, konsistensi, dan integritas data. Dalam perkembangannya, DBMS telah menjadi fondasi utama di balik aplikasi modern yang meliputi segala hal mulai dari sistem e-commerce hingga analisis data tingkat lanjut.

Bahasa dalam DBMS

Structure Query Language (SQL) adalah bahasa standar basis data yang digunakan aplikasi atau pemakai untuk berinteraksi dengan basis data melalui DBMS.

Jenis-jenis SQL, yaitu:

Data Definision Language (DDL) adalah SQL yang digunakan untuk mendefinisikan basis data.
Data Manipulation Language (DML) adalah SQL yang digunakan untuk mengkases dan mengelola data pada basis data.
Data Control Language (DCL) yang digunakan untuk mengatur hak akses dan izin pengguna terhadap objek-objek dalam basis data.

Data Definition Language (DDL)

Data Definition Language (DDL) adalah bagian dari bahasa query yang digunakan dalam sistem manajemen basis data (DBMS) untuk mendefinisikan struktur basis data. Selanjutnya, DDL memungkinkan pengguna untuk mendefinisikan, mengubah, dan menghapus struktur objek dalam basis data, seperti tabel, indeks, dan tipe data.

Beberapa operasi umum yang termasuk dalam DDL antara lain:

CREATE: Digunakan untuk membuat objek baru dalam basis data, seperti tabel, indeks, dan tipe data.
ALTER: Mengizinkan pengguna untuk mengubah struktur objek yang sudah ada, seperti menambahkan kolom baru ke tabel atau mengubah tipe data kolom.
DROP: Digunakan untuk menghapus objek dari basis data, seperti tabel, indeks, atau tipe data.
RENAME: Mengubah nama objek dalam basis data.
TRUNCATE: Menghapus semua data dari sebuah tabel, tetapi mempertahankan struktur tabel.

DDL berperan penting dalam perancangan dan pengelolaan basis data, karena memungkinkan administrator basis data untuk mengontrol struktur dan definisi data yang disimpan dalam sistem.

Dalam bahasa ini dapat membuat tabel baru, membuat indeks, menentukan struktur penyimpanan tabel, dan sebagainya. Hasil kompilasi perintah DDL disimpan dalam file khusus yang disebut Kamus Data (Data Dictionary). Kamus Data merupakan suatu metadata (super-data) yaitu data yang mendeskripsikan data sesungguhnya.

Data Manipulation Language (DML)

Bahasa yang berguna untuk melakukan manipulasi data pada suatu basis data. Manipulasi dapat berupa penambahan, penghapusan, pengubahan data pada suatu basis data.

Ada dua tipe DML, yaitu:

Prosedural, bahasa yang mensyaratkan pemakai untuk menentukan data apa yang diinginkan serta bagaimana cara untuk mendapatkannya.
Non Prosedural, bahasa yang membuat pemakai dapat menentukan data apa yang diinginkan tanpa menyebutkan bagaimana cara untuk mendapatkannya.

Data Manipulation Language (DML) adalah bagian dari bahasa query yang digunakan dalam sistem manajemen basis data (DBMS) untuk mengelola data yang ada dalam basis data. Selain itu, DML memungkinkan pengguna untuk memanipulasi data dengan melakukan operasi seperti pengambilan, penambahan, penghapusan, dan pembaruan data di dalam tabel.

Beberapa operasi umum yang termasuk dalam DML antara lain:

SELECT: Digunakan untuk mengambil atau menampilkan data dari satu atau lebih tabel berdasarkan kondisi yang ditentukan.
INSERT: Memasukkan data baru ke dalam sebuah tabel.
UPDATE: Mengubah data yang sudah ada di dalam tabel berdasarkan kondisi tertentu.
DELETE: Menghapus data dari sebuah tabel berdasarkan kondisi tertentu.

DML memungkinkan pengguna atau aplikasi untuk berinteraksi langsung dengan data dalam basis data. Operasi-operasi DML ini penting dalam menjaga integritas data dan memastikan bahwa data yang disimpan di dalam basis data tetap akurat dan terkini sesuai dengan kebutuhan aplikasi yang menggunakan basis data tersebut.

Data Control Language (DCL)

Data Control Language (DCL) adalah bagian dari bahasa SQL (Structured Query Language) yang digunakan untuk mengontrol hak akses dan izin terhadap data dalam sebuah database. DCL terutama terdiri dari dua perintah utama:

GRANT: Perintah ini digunakan untuk memberikan hak akses tertentu kepada pengguna atau peran dalam database. Hak akses ini dapat berupa izin untuk melakukan operasi seperti SELECT (membaca data), INSERT (menambah data baru), UPDATE (memperbarui data yang ada), DELETE (menghapus data), dan lainnya. Contoh:

   GRANT SELECT, INSERT, UPDATE ON table_name TO user_name;

REVOKE: Perintah ini digunakan untuk mencabut atau menghapus hak akses yang telah diberikan sebelumnya kepada pengguna atau peran dalam database. Contoh:

   REVOKE DELETE ON table_name FROM user_name;

DCL memungkinkan administrator basis data (DBA) untuk mengelola dengan tepat siapa yang memiliki akses ke data tertentu, serta jenis operasi apa yang diizinkan untuk dilakukan oleh pengguna atau peran tersebut. Hal ini sangat penting untuk menjaga keamanan dan integritas data dalam lingkungan database.

Komponen DBMS

DBMS (Database Management System) terdiri dari beberapa komponen utama yang bekerja bersama-sama untuk mengelola dan menyediakan akses ke data dalam sebuah database. Berikut ini adalah komponen-komponen utama dari sebuah DBMS:

Database: Merupakan kumpulan data yang terorganisir dengan baik yang disimpan di dalam sistem. Database ini biasanya terdiri dari tabel, indeks, view, dan objek data lainnya.
DBMS Engine: Komponen inti dari DBMS yang bertanggung jawab untuk mengelola data dalam database. DBMS Engine ini menangani operasi dasar seperti penyimpanan, pengambilan, pembaruan, dan penghapusan data dari database.
Query Processor: Komponen yang menafsirkan dan mengeksekusi perintah SQL (Structured Query Language) yang dikirimkan ke database. Query Processor ini melakukan optimisasi query untuk memastikan pengambilan data yang efisien.
Database Manager : Menerima query & menguji eksternal & konceptual untuk menentukan apakah record – record tersebut dibutuhkan untuk memenuhi permintaan kemudian database manager memanggil file manager untuk menyelesaikan permintaan.
File Manager, memanipulasi penyimpanan file dan mengatur alokasi ruang penyimpanan disk.
DML Precompiler, modul yang mengubah perintah DML yang ditempelkan kedalam program aplikasi dalam bentuk fungsi-fungsi.
DDL Compiler, merubah statement DDL menjadi kumpulan table atau file yang berisi data dictionary/metadata.
Database Schema: Struktur logis dari database yang mendefinisikan struktur tabel, relasi antara tabel, dan batasan-batasan data (constraints) seperti primary keys, foreign keys, dan lain-lain.
Data Dictionary: Koleksi metadata yang menyimpan informasi tentang struktur database, definisi data, hubungan antar tabel, dan hak akses pengguna. Data Dictionary juga digunakan untuk mengelola izin-izin akses ke data.
Transaction Management: Komponen yang mengelola transaksi dalam database. Transaksi adalah operasi tunggal atau serangkaian operasi yang harus dilakukan secara keseluruhan atau tidak dilakukan sama sekali (konsep ACID: Atomicity, Consistency, Isolation, Durability).
Storage Management: Bertanggung jawab untuk alokasi dan manajemen ruang penyimpanan fisik di dalam database. Ini termasuk pengelolaan struktur penyimpanan, indeks, dan teknik-teknik penyimpanan seperti pengelompokan data (clustering) dan partisi.
Backup and Recovery: Proses untuk membuat salinan cadangan database dan kemampuan untuk mengembalikan database ke keadaan yang konsisten setelah kegagalan sistem atau bencana.
Security Management: Komponen yang menangani keamanan database, termasuk pengaturan izin akses pengguna, autentikasi pengguna, enkripsi data, dan audit logging.
Concurrency Control: Menangani akses simultan ke data oleh beberapa pengguna atau transaksi untuk memastikan integritas data dan menghindari anomali.

Setiap komponen ini berperan penting dalam mengelola dan menyediakan akses yang aman, efisien, dan terstruktur ke data dalam sebuah sistem database.

Abstraksi Data

Terbagi menjadi tiga tingkatan :

Internal level yaitu menerangkan struktur penyimpanan basis data secara fisik dan organisasi file yang digunakan.
Konseptual level yang menerangkan secara menyeluruh dari basis data dengan menyembunyikan penyimpanan data secara fisik.
Ekternal level yang menerangkan view basis data dari sekelompok pemakai.

Perancangan Basis Data

Perancangan basis data adalah proses yang sistematis untuk merancang struktur dan organisasi sebuah database berdasarkan kebutuhan aplikasi atau sistem yang akan menggunakan database tersebut. Berikut adalah beberapa tahap utama dalam perancangan basis data:

Analisis Kebutuhan: Tahap awal dalam perancangan basis data adalah memahami kebutuhan informasi dari aplikasi atau sistem yang akan dibangun, termasuk mengidentifikasi entitas utama yang perlu disimpan dalam database, atribut yang harus disimpan, serta hubungan antar entitas.
Perancangan Konseptual: Pada tahap ini, perancang membuat model data konseptual yang independen dari sistem manajemen basis data yang akan digunakan. Model ini menggunakan teknik seperti Entity-Relationship Diagrams (ERD) untuk menggambarkan entitas, atribut, dan hubungan di antara entitas.
Perancangan Logikal: Setelah model konseptual disetujui, langkah berikutnya adalah menerjemahkannya ke dalam model data yang lebih detail yang spesifik untuk sistem manajemen basis data tertentu (seperti MySQL, PostgreSQL, Oracle, dll.). Perancangan logikal mencakup skema database yang spesifik, termasuk tabel, kolom, indeks, kunci, dan constraint (batasan).
Implementasi Fisik: Tahap ini melibatkan implementasi skema database yang telah dirancang ke dalam DBMS yang dipilih. Ini termasuk menciptakan tabel, mengatur indeks, menerapkan constraint, dan memastikan kinerja optimal berdasarkan karakteristik data dan operasi yang akan dilakukan.
Testing dan Evaluasi: Setelah basis data diimplementasikan, tahap penting berikutnya adalah menguji basis data untuk memastikan bahwa sistem berfungsi sesuai yang diharapkan. Ini melibatkan pengujian fungsionalitas (seperti memastikan query berjalan dengan benar), pengujian kinerja (memeriksa waktu respons dan throughput), dan pengujian keamanan (memastikan hanya pengguna yang berwenang yang dapat mengakses data).
Pengoperasian dan Pemeliharaan: Setelah basis data berjalan, tugas administratif termasuk pemantauan kinerja, melakukan backup dan restore secara teratur, melakukan optimisasi struktur dan query, dan mengelola izin akses pengguna sesuai kebijakan keamanan.
Evolusi: Basis data sering kali berubah seiring waktu dengan kebutuhan bisnis yang berubah atau perubahan dalam aplikasi yang menggunakannya. Perancangan basis data harus dapat menanggapi perubahan ini dengan melakukan pembaruan skema dan mengelola migrasi data dengan aman.

Perancangan basis data yang baik sangat penting untuk memastikan bahwa sistem informasi beroperasi dengan efisien, aman, dan dapat dikelola dengan baik. Itu juga memastikan bahwa data tersimpan dengan cara yang terstruktur dan konsisten, memungkinkan aplikasi untuk mengakses dan memanipulasi data dengan efektif sesuai kebutuhan bisnis.

Tujuan Perancangan Basis Data

Untuk memenuhi informasi yang berisi kebutuhan–kebutuhan user secara khusus dan aplikasinya.
Memudahkan pengertian struktur informasi
Mendukung kebutuhan–kebutuhan pemrosesan dan beberapa objek penampilan (respone time, processing time dan strorage space).

Fase perancangan Basis Data

6 Fase dalam perancangan Basis Data

Pengumpulan dan Analisa

Menentukan kelompok pemakai dan bidang-bidang aplikasinya
Peninjauan dokumentasi yang ada
Analisa lingkungan operasi dan pemrosesan data
Daftar pertanyaan dan wawancara

Perancangan database secara konseptual

Perancangan skema konseptual
Perancangan transaksi yang akan terjadi didalam database

Pemilihan DBMS

Faktor teknis
Contoh faktor teknik : Tipe model data (hirarki, jaringan atau relasional), Struktur penyimpanan dan jalur pengaksesan yang didukung sistem manajemen database, Tipe interface dan programmer, Tipe bahasa query.
Faktor Ekonomi dan Politik organisasi : Biaya penyediaan hardware dan software, Biaya konversi pembuatan database, Biaya personalia, dll.

Perancangan database secara logik (data model mapping)

Pemetaan (Transformasi data)
Transformasi yang tidak tergantung pada sistem, pada tahap ini transformasi tidak mempertimbangkan karakteristik yang spesifik atau hal– hal khusus yang akan diaplikasikan pada sistem manajemen database.
Penyesuaian skema ke DBMS
Penyesuaian skema yang dihasilkan dari tahap Pemetaan untuk dikonfirmasikan pada bentuk implementasi yang spesifik dari suatu model data seperti yang digunakan oleh sistem manajemen database yang terpilih.

Perancangan database secara fisik

Response Time
Waktu transaksi database selama eksekusi untuk menerima respon.
Space Utility
Jumlah ruang penyimpanan yang digunakan oleh database file dan struktur jalur pengaksesannya.
Transaction Throughput
Merupakan nilai rata–rata transaksi yang dapat di proses permenit oleh sistem database dan merupakan parameter kritis dari sistem transaksi.

Phase Implementasi Sistem Database

Implementasi sistem database merupakan salah satu tahap penting dalam siklus pengembangan perangkat lunak. Tahap ini meliputi serangkaian langkah untuk menerapkan struktur basis data yang telah dirancang ke dalam lingkungan produksi yang sesungguhnya. Berikut adalah fase-fase utama dalam implementasi sistem database:

Pembuatan Skema Basis Data: Langkah pertama dalam implementasi sistem database adalah membuat skema basis data berdasarkan perancangan logikal yang telah disiapkan sebelumnya. Skema ini mencakup pembuatan tabel, definisi kolom, penentuan tipe data, kunci (primary key, foreign key), indeks, dan constraint (batasan).
Pembuatan Objek Basis Data: Setelah skema dibuat, langkah berikutnya adalah membuat objek-objek basis data yang diperlukan seperti tabel, view, indeks, stored procedure, trigger, dan lain-lain. Ini melibatkan penulisan perintah SQL atau menggunakan alat manajemen basis data (DBMS) untuk membuat objek-objek tersebut di dalam database.
Populasi Data: Setelah struktur basis data dan objek-objeknya dibuat, langkah selanjutnya adalah memasukkan data ke dalam basis data. Ini bisa dilakukan dengan cara mengimpor data dari sumber lain (misalnya file CSV, database lain), atau dengan menulis script untuk memasukkan data secara langsung.
Implementasi Keamanan: Tahap ini melibatkan menerapkan sistem keamanan untuk mengontrol akses ke data dan objek-objek basis data. Ini termasuk membuat pengguna (users) dan role, menetapkan izin (permissions) untuk setiap pengguna atau role terhadap objek-objek basis data, dan memastikan bahwa kebijakan keamanan terpenuhi.
Optimisasi Kinerja: Setelah data dimuat, langkah berikutnya adalah mengoptimalkan kinerja basis data. Ini bisa meliputi pembuatan indeks tambahan, menyesuaikan konfigurasi DBMS (seperti ukuran buffer, cache, dan parameter lain), dan melakukan tuning query untuk memastikan bahwa query yang dieksekusi berjalan secara efisien.
Pengujian: Sebelum sistem database siap digunakan secara penuh, tahap pengujian harus dilakukan. Pengujian ini mencakup pengujian fungsionalitas (seperti memastikan query berjalan dengan benar), pengujian kinerja (mengevaluasi waktu respons dan throughput), dan pengujian keamanan (memeriksa kepatuhan terhadap kebijakan keamanan).
Pelatihan Pengguna: Seringkali diperlukan untuk memberikan pelatihan kepada pengguna yang akan menggunakan sistem database. Pelatihan ini bisa mencakup cara menggunakan antarmuka pengguna (GUI), menjalankan query, melaporkan masalah, dan memahami kebijakan keamanan yang berlaku.
Pemeliharaan dan Monitoring: Setelah sistem database diluncurkan, tugas berikutnya adalah pemeliharaan dan monitoring secara berkala. Ini termasuk menjaga ketersediaan sistem, melakukan backup dan restore data, mengelola ruang penyimpanan, dan memantau kinerja sistem untuk mendeteksi masalah atau potensi untuk melakukan perbaikan.

Implementasi sistem database yang baik memastikan bahwa basis data dapat beroperasi dengan efisien, aman, dan dapat diandalkan sesuai dengan kebutuhan bisnis dan teknis yang telah ditetapkan selama fase perancangan.