2 Grundkonzepte im Überblick

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1 7 In diesem Kapitel führen wir die wichtigsten Begriffe und Charakteristika aktiver Datenbanksysteme ein und stellen die Teilaufgaben vor, die bei ihrem Aufbau zu bewältigen sind. All dies geschieht hier noch in recht grober Form und soll lediglich einen ersten»technischen«eindruck von aktiven Datenbanksystemen vermitteln; viele Punkte werden später wieder aufgegriffen und dann auch detaillierter behandelt. Anschließend skizzieren wir eine kleine Beispielapplikation, die uns im weiteren Verlauf immer wieder zu Illustrationszwecken dienen soll. 2.1 Begriffsklärung Nach den motivierenden Erläuterungen im vorausgegangenen Kapitel wollen wir nun den hier interessierenden Gegenstandsbereich wie folgt erklären: Ein Datenbanksystem heißt aktiv, wenn es zusätzlich zu den üblichen DBS-Fähigkeiten in der Lage ist, definierbare Situationen in der Datenbank (und wenn möglich darüber hinaus) zu erkennen und als Folge davon bestimmte (ebenfalls definierbare) Reaktionen auszulösen. grobe Definition aktiver DBS Wir verwenden die Begriffe und Abkürzungen in Analogie zum passiven Fall: Die aktive Datenbank enthält zusätzlich zu den bekannten Primär- und Sekundärdaten auch Beschreibungen der interessierenden Situationen und der bei ihrem Eintreten gewünschten Reaktionen; das aktive Datenbankverwaltungssystem ist die Software für Verwaltung und Benutzung der aktiven Datenbank, und ein aktives Datenbanksystem ist ein aktives DBMS samt (mindestens) einer aktiven Datenbank. Ein aktives DBS ist somit zuallererst wiederum ein Datenbanksystem, wenn auch eines mit erweiterter Funktionalität. Damit muss auch ein aktives DBMS alle charakteristischen DBMS-Eigenschaften und -Konzepte aufweisen, also etwa ein Daten- und ein

2 8 was können aktive DBS»mehr«als konventionelle DBS? Transaktionsmodell besitzen, Datenabfrage- und -manipulationsmöglichkeiten realisieren, Datensicherung, Wiederanlauf und Datenschutz gewährleisten bzw. unterstützen usw. Man beachte, dass für ein Datenbanksystem die Eigenschaft»aktiv«orthogonal zu seinem zugrunde liegenden Datenmodell ist; demzufolge kann man von»aktiven relationalen DBS«,»aktiven objektorientierten DBS«usw. sprechen. Die zusätzliche Funktionalität eines aktiven Datenbanksystems besteht darin, dass interessierende Situationen definierbar sein und erkannt werden müssen, gewünschte Reaktionen ebenfalls definierbar und automatisch ausführbar sein müssen. Zudem müssen die Konzepte für diese neuen Leistungen natürlich mit den schon vorhandenen harmonisch zusammenspielen. In dieser kurzen Aufzählung stecken eine ganze Reihe von Begriffen und»einfach«klingende Zusammenhänge, die der näheren Erläuterung bedürfen. 2.2 Situationen, Ereignisse, Aktionen Beispiele von Situationen Analysieren wir zuerst etwas genauer, was unter einer»situation«und einer»interessierenden Situation«zu verstehen ist. Intuitiv fallen einem etwa folgende Beispiele ein: Die Datenbank ist in einem bestimmten Zustand (weist also für bestimmte Teile etwa für ein Attribut eines Tupels in einer Relation bestimmte Werte auf:»gehalt ist über Franken«). Es findet ein bestimmter Zustandswechsel der Datenbank statt (»Gehalt ist gesunken«). Es erfolgt eine bestimmte Operation auf der Datenbank (»Einfügen eines neuen Tupels in die Relation ANGESTELLTER«). Während die bisherigen Beispiele in unmittelbarem Zusammenhang mit der Datenbank standen, zeigen die folgenden auch andere Möglichkeiten auf:

3 2.2 Situationen, Ereignisse, Aktionen 9 Ein bestimmter Zeitpunkt tritt ein (»es ist 18:00 Uhr«). In einem Anwendungsprogramm (welches das DBMS nutzt) wird ein bestimmter Zustand/Zustandswechsel etc. erreicht (»eine Folge von Dateneingaben ist abgeschlossen, es soll nun ihre globale Plausibilität überprüft werden«). Zudem kann eine Situation auch durch die Kombination mehrerer anderer Situationen entstehen (»nach 18:00 Uhr wurde eine Änderung an der Datenbank vorgenommen«). Offensichtlich wird es bei jedem Betrieb eines (aktiven) Datenbanksystems zahllose solcher Situationen geben. Von Interesse ist eine Situation aber nur dann, wenn bei ihrem Eintreten auch tatsächlich eine Folgeaktion ausgelöst werden soll. Dies führt zu zweierlei Aspekten, die zu trennen sind: Eine interessierende Situation muss im DBMS beschrieben (spezifiziert) werden, damit dort bekannt ist, auf welche Situationen überhaupt zu reagieren ist. Das tatsächliche Eintreten einer interessierenden Situation muss durch das aktive DBMS erkannt werden. Wie lassen sich nun interessierende Situationen beschreiben? Aus den obigen Beispielen kann man erkennen, dass offenbar häufig bestimmte Geschehnisse im DBMS oder seiner Umgebung eine Rolle spielen (z.b. die Durchführung von Operationen) und dass andererseits auch Prädikate über den Datenbankzustand von Bedeutung sein können. Diese Überlegungen führen dazu, eine Situation allgemein durch ein Paar, bestehend aus einem Ereignis und einer Bedingung, zu beschreiben. Ein Ereignis kennzeichnet ein bestimmtes punktuelles Geschehnis, dem letztlich immer ein Zeitpunkt zugeordnet werden kann; es legt also ein WAS und ein WANN fest. Wiederum ist zwischen der Beschreibung eines Ereignisses und seinem Eintreten zu unterscheiden. Betrachten wir beispielsweise das Ereignis insert in einem relationalen aktiven DBMS. Hierbei handelt es sich um das Geschehnis des Einfügens eines Tupels in eine Relation (= was?); der Zeitpunkt des Ereignisses ist derjenige unmittelbar bei Beginn der Ausführung der Einfügeoperation durch das DBMS (= wann?). Bei dem Ereignis»18:00 Uhr«fallen beide Aspekte praktisch zusammen (was?:»es ist 18:00 Uhr«wann?:»um 18:00 Uhr«). welche Situationen sind von Interesse? wie lassen sich Situationen beschreiben? Ereignis

4 10 Bedingung Aktion ECA-Regel Trigger/Alerter Regelsprache Wissensmodell Eine Bedingung ist ein Prädikat über der Datenbank, wobei man der Einfachheit halber bestimmte Statusanzeigen (etwa: welcher Benutzer arbeitet gerade mit dem DBMS, welche Transaktion läuft gerade ab usw.) ebenfalls als Inhalte der DB auffasst. Bedingungen legen fest, unter welchen Voraussetzungen man sich für ein Ereignis interessiert; wenn es im Trivialfall keine solchen Voraussetzungen gibt, lautet die Bedingung einfach true. Eine Aktion spezifiziert, wie auf das Eintreten einer interessierenden Situation reagiert werden soll; für den Augenblick reicht es aus, sich ein beliebiges Programm darunter vorzustellen. Der Zusammenhang zwischen interessierenden Situationen und gewünschten Reaktionen wird mit Hilfe von Regeln hergestellt, welche Tripel der Art (Ereignis, Bedingung, Aktion) sind; sie heißen daher auch ECA-Regeln (für»event/condition/action«). Andere Bezeichnungen für (oft eingeschränkte) ECA-Regeln sind etwa Trigger oder Alerter; vor allem die erste wird oft synonym zu ECA- Regel verwendet. Eine Situation interessiert also gerade dann, wenn ihre Beschreibung als (E,C)-Paar in einer im System spezifizierten Regel enthalten ist; für Ereignisse gilt eine analoge Sprechweise. Man beachte bereits an dieser Stelle, dass eine beschriebene Situation prinzipiell durchaus mehr als einmal eintreten kann; man wird also de facto Situationsklassen beschreiben; analoges gilt wiederum auch für Ereignisse. Weiter sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung von Situationen durch Ereignisse und Bedingungen keineswegs der einzige denkbare Weg ist, sich dieses Vorgehen jedoch als bequem und zweckmäßig erwiesen und damit weitgehend durchgesetzt hat. Ein aktives Datenbanksystem muss nun also über eine Regeldefinitionssprache (oder einfach Regelsprache) verfügen, mit der Anwender das gewünschte»aktive Verhalten«spezifizieren können; die ihr zugrunde liegenden Konzepte bilden das Wissensmodell, welches das herkömmliche Datenmodell komplementiert. In Kapitel 3 wird genauer erläutert, welche Arten von Ereignissen, Bedingungen und Aktionen man in aktiven DBS spezifizieren kann bzw. möchte.

5 2.3 Systemverhalten Systemverhalten ECA-Regeln müssen durch das aktive DBMS verwaltet, überwacht und bei Bedarf ausgeführt werden. Es ist also dafür zuständig, Regeldefinitionen entgegenzunehmen, zu analysieren und in einer geeigneten Form zu speichern, das Eintreten aller relevanten Ereignisse zu erkennen (Ereignisentdeckung), die entsprechenden Regeln, in denen eine Beschreibung dieses Ereignisses enthalten ist, herauszufinden und zu»feuern«(auszulösen, triggern), das heißt, die dort spezifizierten Bedingungen zu überprüfen und gegebenenfalls die entsprechenden Aktionen auszuführen. die wichtigsten Aufgaben eines aktiven DBMS Diese grobe Schilderung des Systemverhaltens wirft wiederum zahlreiche Fragen auf, die in den Folgekapiteln noch zu beantworten sein werden. So ist genauer zu klären, was»eintreten eines Ereignisses«aus Systemsicht eigentlich bedeutet, wie das aktive DBMS feststellt, dass ein Ereignis eingetreten ist, und wann exakt eine Bedingung geprüft und eine zugehörige Aktion ausgeführt wird. Die genauen Regelungen dieser Aspekte führen zum so genannten Ausführungsmodell eines aktiven DBMS. Ausführungsmodell 2.4 Fortlaufendes Beispiel: Einführung Für die Illustration einzelner Konzepte werden wir im Verlaufe des Buches Beispiele benutzen, die von folgendem einfachen Umweltsachverhalt ausgehen. In der Bank»Rappen&Pfennig«(»RP-Bank«) werden Kundendaten mit den entsprechenden Kontoinformationen verwaltet. Ein Kunde kann bis zu vier Konten verschiedener Art haben: Ein Salärkonto, welches in erster Linie für die laufenden Gutschriften, Überweisungen oder Bargeldbezüge eingesetzt und nur geringfügig verzinst wird. Ein Sparkonto mit den üblichen Zinsen, welches als kurz- oder mittelfristiger»parkplatz«für jenes Geld gedacht ist, das der Kunde im Moment nicht für den täglichen Gebrauch benötigt.

6 12 Ein Investitionskonto mit geringem Risiko, welches sich für sicherheitsorientierte Anlagen eignet. Sowie ein weiteres Investitionskonto für Anlagen mit größerem Risiko und entsprechend höherem Zinssatz. Der Kunde benutzt also das Salärkonto, um seine laufenden Einund Auszahlungen vorzunehmen. Hat sich dort aus seiner Sicht zu viel Geld angesammelt, wird er einen Teil davon auf eines oder mehrere der besser verzinslichen Konten transferieren wollen. Die RP-Bank als fortschrittliches Geldinstitut bietet ihren Kunden hierzu die Möglichkeit, im Rahmen eines Portfolio-Management-Systems eine Reihe so genannter Geschäftsregeln für die Verwaltung ihrer Konten festzulegen. Damit kann insbesondere bestimmt werden, wann und wie Geldbeträge zwischen den Konten transferiert werden sollen. Der Kunde muss sich also nicht ständig selbst darum kümmern, entsprechende Überweisungen explizit vorzunehmen (kann dies auf Wunsch aber natürlich immer noch tun). Nehmen wir an, dass für das Salärkonto eine bestimmte, im Laufe der Zeit selbstverständlich auch veränderbare Grenze festgelegt ist, so kann eine Regel etwa wie folgt lauten:»wird bei einem Salärkonto die vorgegebene Grenze überschritten, so ist der überschüssige Betrag dem Sparkonto gutzuschreiben.«wir nehmen an, dass die Bank ein objektorientiertes DBMS für die Verwaltung der Konten benutzt. Die Struktur der Daten wird in Abbildung 2 1 gezeigt. Abb. 2 1: OODB-Schema für Beispielanwendung Konto Kontonr Kontostand Zinssatz Kunde Name Salärkonto: Sparkonto: Inv_Konto1: Inv_Konto2: Salärkonto Grenze Anlagekonto Ratio : has_part Beziehung : is_a Beziehung

7 2.4 Fortlaufendes Beispiel: Einführung 13 Jeder Kunde wird durch ein Objekt der Klasse Kunde repräsentiert, während jedes Konto ein Objekt einer Subklasse der Klasse Konto ist. Jedes Konto wird durch eine Kontonummer identifiziert und weist einen Kontostand und einen bestimmten Zinssatz auf. Für ein Salärkonto soll außerdem eine Grenze im obigen Sinne festgelegt werden können, für die anderen Kontoarten gibt es einen Indikator (»Ratio«), welchen Prozentsatz seines Anlagevermögens der Kunde auf dieser Kontoart ungefähr anlegen möchte. Kunden stehen in Beziehung zu ihren Konten; jedes Kundenobjekt verweist daher auf die zugehörigen Kontoobjekte. Operationen auf den Konten gehen (zumindest auch) von den jeweiligen Kundendaten aus, weswegen auf der Klasse Kunde Methoden wie beispielsweise Salärkontoeinzahlung, Salärkontoauszahlung, Sparkontoeinzahlung, Sparkontoauszahlung, Ratioändern definiert werden.

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