Gliederung Datenbanksysteme

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1 Gliederung Datenbanksysteme 5. Datenbanksprachen 1. Datendefinitionsbefehle 2. Datenmanipulationsbefehle 3. Grundlagen zu SQL 6. Metadatenverwaltung 7. DB-Architekturen 1. 3-Schema-Modell 2. Verteilte und föderierte Datenbanksysteme 8. Datenintegrität 1. Datenkonsistenz 2. Datensicherheit 3. Datenschutz Teil II 9. Data Warehouse: Konzept und Architektur 10. On-Line Analytical Processing (OLAP): Konzept und multidimensionale Datenmodellierung 1 Metadatenverwaltung relationaler Datenbanksysteme Data Dictionary Systeme: Aufgaben Entwicklungsumgebung zum Aufbau von Informationssystemen Bestandteil von CASE-Systemen Repository Integraler Bestandteil eines Datenbankmanagementsystems Endbenutzerunterstützung Folie 2 1

2 Gliederung Datenbanksysteme 5. Datenbanksprachen 1. Datendefinitionsbefehle 2. Datenmanipulationsbefehle 3. Grundlagen zu SQL 6. Metadatenverwaltung 7. DB-Architekturen 1. 3-Schema-Modell 2. Verteilte und föderierte Datenbanksysteme 8. Datenintegrität 1. Datenkonsistenz 2. Datensicherheit 3. Datenschutz Teil II 9. Data Warehouse: Konzept und Architektur 10. On-Line Analytical Processing (OLAP): Konzept und multidimensionale Datenmodellierung 3 Allgemeine Eigenschaften von Datenbanksystemen Unterschiedliche Benutzer mit verschiedenen Anforderungen können mit dem Datenbestand (gleichzeitig) arbeiten Das Datenbanksystem übernimmt den eigentlichen Datenzugriff und gewährt den Zugang nur berechtigten Benutzern Die abgelegten Daten sind als gemeinsame Basis abgespeichert Folie 4 2

3 Komponenten eines Datenbanksystems Datenbank Enthält die Problemdaten Datenbankverwaltungssystem (DBVS, DBMS) Zentrale Verwaltung und Kontrolle der Datenbank DV-System Datenbanksystem (DBS) Datenbank DB Datenbankkommunikationsschnittstelle (DBKS) Einzige Schnittstelle zu Benutzern (Anwendern, Administratoren) und Anwendungsprogrammen Anwendungsprogramme Datenbankverwaltungssystem Datenbankkommunikationsschnittstelle DBVS DBKS Benutzer Folie 5 Datenbankverwaltungssystem Implementierung des Datenmodells über eine Datenbanksprache Verwaltung, Steuerung und Kontrolle der Daten Datenmanipulation über festgelegte Datenbankoperationen Bereitstellen der Datenbanksprache Datenbanksystem (DBS) DB DBVS Programme (Software) zur Verwaltung, Steuerung und Kontrolle der Daten in der Datenbank (DB) und der Kommunikation über die Kommunikationsschnittstelle (DBKS) DBKS Folie 6 3

4 Datenbankkommunikationsschnittstelle Kommunikation mit Dem Computersystem über das Betriebssystem Anwendungsprogrammen, die auf das DBS zugreifen Datenbank-Benutzern Anwendungs-programmierer Datenbankadministratoren Datenadministratoren Endbenutzer Kommunikation über Datenbanksprachen Data Definition Language Data Manipulation Language... Datenbanksystem (DBS) DB DBVS DBKS Datendefinitionssprachen (DDL) Datenmanipulationssprachen (DML) Anwendungsprogramme Benutzer Betriebssystem DB-Entwickler DB-Administrator / Datenadministrator Folie 7 Gliederung Datenbanksysteme 5. Datenbanksprachen 1. Datendefinitionsbefehle 2. Datenmanipulationsbefehle 3. Grundlagen zu SQL 6. Metadatenverwaltung 7. DB-Architekturen 1. 3-Schema-Modell 2. Verteilte und föderierte Datenbanksysteme 8. Datenintegrität 1. Datenkonsistenz 2. Datensicherheit 3. Datenschutz Teil II 9. Data Warehouse: Konzept und Architektur 10. On-Line Analytical Processing (OLAP): Konzept und multidimensionale Datenmodellierung 8 4

5 Architektur von Datenbanksystemen ANSI/X3/SPARC-Modell, Drei-Ebenen-Modell, Drei-Schema-Architektur Standards Planning and Requirements Commitee (SPARC) of the American National Standards Institute (ANSI) Ebenen Konzeptionelle Ebene Interne Ebene Externe Ebene Ziel: Logische und physische Unabhängigkeit zur Sicherstellung von Flexibilität and Portabilität der Datenbank Veränderungen einer Ebene sollen sich nicht zwangsläufig auf die anderen Ebenen auswirken Trennung/Verteilung von Zuständigkeiten (z.b. Anwendungen, Datenspeicherung, Hardware) Folie 9 Architektur von Datenbanksystemen 3 - Schichten Konzept (ANSI-Study Group on Data Base Management Systems 1975) Sichten (Views) Externe Ebene Benutzer(gruppen)spezifische Sicht Logische Datenmodell Konzeptionelle Ebene Anwendungsunabhängige, globale Datensicht Modell der Datenbasis Interne Ebene Datenorganisation auf den Speichern Folie 10 5

6 Externe Ebene 3-Schichten-Architektur Benutzer/ Anwenderprogramm Benutzer/ Anwenderprogramm Benutzer/ Anwenderprogramm Externes Modell 1 Externes Modell 2 Benutzergerechte (Teil-) Modelle Semantisches Modell Transformationsregeln: definieren die Abbildung zwischen den Ebenen Transformationsregeln Transformationsregeln Konzeptuelles Modell Transformationsregeln Internes Modell Speicher Logisches Modell - durch DDL beschrieben - Integritätsregeln Organisation des Zugriffs auf externe Datenspeicher Folie 11 Das Grundprinzip I Belnea i Anmeldung Name Vorname Geb.dat Wohnort Telefon Kursnr. Kursbez. Ort Zeit VHS Schulstadt Barzahlung? ja nein Kreditinstitut Bankleitzahl Kontonummer Neue Anmeldung Anmeldung löschen Hauptmenü Zugriffsmöglichkeiten sind durch die Struktur der jeweiligen Datenmanipulationssprache bzw. Anwendung vorgegeben. Anwendungsprogramm Trennung von Anwendungssicht und Daten Benutzer sieht die Daten so, wie er sie benötigt Organisation der Daten auf den Speichermedien bleibt für den Benutzer unsichtbar T_nr T_Name T_Kredit T_Tel T_Kurs 123 Müller Deutsche Bank 1234/ Meier Deutsche Bank 2348/ , Schmitz Commerzbank 5677/ , Krause Sparkasse 7891/ Folie 12 6

7 Das Grundprinzip II Interne Ebene Aufgabe von Internen Modellen: Beschreibung, wie logisch beschriebene Daten auf Speichern abgelegt werden und welche Zugriffsmöglichkeiten bestehen. Abbildung der physischen Datenorganisation Dazu gehören: Angaben zum Aufbau gespeicherter Sätze Zugriffsmethoden auf diese Sätze Zusätzliche Zugriffspfade (Indizes, Verkettungen minimale Zugriffszeiten Ziele: optimale Speicherausnutzung Folie 13 Interne Ebene Interne Ebene: Modellaspekte der physischen Speicherung Beispielfrage: Optimale Materialisierung von Attributwerten: Virtuelle Felder Nicht jeder Attributwert wird abgespeichert sondern nur im Bedarfsfall aus den Transformationsregeln abgeleitet. Beispiel: Gesamtsemesterbeitrag eines Teilnehmers läßt sich aus den Einzelbeiträgen errechnen Kriterien: Integrität, Performance, Speicherplatzverbrauch usw. Folie 14 7

8 Zugriff auf Datenbankobjekte I Anwendungsprogramm sendet Befehl an DBMS, ein bestimmtes Objekt zu lesen. DBMS holt sich Informationen zu den Objekttypen aus dem externen Schema. DBMS stellt über die Transformationsregeln (externes/konzeptionelles Schema) fest, welche konzeptionellen Objekte und Beziehungen benötigt werden. Aus den Transformationsregeln konzeptionelles/internes Schema leitet das DBMS ab, welche physischen Objekte zu lesen sind, und ermittelt die entsprechenden Zugriffspfade. Folie 15 Zugriff auf Datenbankobjekte II DBMS übergibt dem Betriebssystem die Nummern der zu lesenden Speicherblöcke. Betriebssystem übergibt die Blöcke an das DBMS in einem Systempuffer. Mit Hilfe der Transformationsregeln stellt das DBMS aus den vorhandenen physischen Sätzen das externe Objekt zusammen. DBMS übergibt das externe Objekt dem Anwendungsprogramm im Arbeitsspeicher. Anwendungsprogramm verarbeitet die übergebenen Daten. Folie 16 8

9 Datenbanksysteme als Client-Server-Systeme I Client Server Client Server Präsentation Applikation Datenbank Mehrstufige Konzepte: Präsentation Applikation Datenbank Folie 17 Datenbanksysteme als Client-Server-Systeme II Server Client Select * from Teilnehmer where Ort= Bochum Teilnehmer aus Bochum Selektion Teilnehmer Folie 18 9

10 Gliederung Datenbanksysteme 5. Datenbanksprachen 1. Datendefinitionsbefehle 2. Datenmanipulationsbefehle 3. Grundlagen zu SQL 6. Metadatenverwaltung 7. DB-Architekturen 1. 3-Schema-Modell 2. Verteilte und föderierte Datenbanksysteme 8. Datenintegrität 1. Datenkonsistenz 2. Datensicherheit 3. Datenschutz Teil II 9. Data Warehouse: Konzept und Architektur 10. On-Line Analytical Processing (OLAP): Konzept und multidimensionale Datenmodellierung 19 Verteilte Datenbanken I Unter einer verteilten Datenbank versteht man eine virtuelle Datenbank, deren Komponenten physisch in einer Anzahl unterschiedlicher, real existierender Datenbankmanagement-Systeme abgebildet werden Sammlung von Daten, die aufgrund gemeinsamer, verknüpfender Eigenschaften dem System angehören, auf verschiedenen Rechnern eines Netzwerkes verteilt sind, wobei jeder Rechner seine eigene Datenbank besitzt und autonom lokale Aufgaben abwickeln kann. Folie 20 10

11 Verteilte Datenbanken II Transparenz Dem Anwender erscheint die Datenbank als logische Einheit, ohne dass er bei seinen Operationen auf den Verteilungsort Rücksicht nehmen muß. Unabhängigkeit der Anwendungsprogramme vom physischen Speicherort Folie 21 Referenzarchitektur verteilter Systeme auf Schema-Ebene Globales Schema Fragmentierungsschema Zuordnungsschema Enthält Definitionen aller Daten, so als wäre die DB nicht verteilt Aufteilung globaler Relationen Physikalische Zuordnung der Fragmente innerhalb des Netzes Lokales Schema Lokales Schema Abbild der Fragmente auf eine lokale DB DBMS 1 DBMS 2 Lokale DB Lokale DB Folie 22 11

12 Beispiel einer horizontalen Partitionierung TEIL.NR NAME POSTLEITZAHL WOHNORT 3275 Lustig Kaarst 3389 Hurtig Wesel 2020 Flott Kaarst 2118 Schnell Korschenbroich 4001 Rasch Neuss 2311 Froh Mönchengladbach TEIL.NR NAME POSTLEITZAHL WOHNORT 3275 Lustig Kaarst 3389 Hurtig Wesel 2020 Flott Kaarst 4001 Rasch Neuss TEIL.NR NAME POSTLEITZAHL WOHNORT 2118 Schnell Korschenbroich 2311 Froh Mönchengladbach Teilnehmer VHS Kaarst - Korschenbroich Teilnehmerpartition Kaarst Teilnehmerpartition Korschenbroich Folie 23 Beispiel einer vertikalen Partitionierung TEILNEHMER-NR TEILNEHMER-NR NAME VORNAME POSTLEITZAHL ORT STRASSE HAUS-NR TELEFON-NR KURS-NR DOZ-NR PRUEF-DATUM PRUEF-NOTE SOLL-BETRAG IST-BETRAG ZAHLUNGSART KTO-NR BANKLEITZAHL NAME KURS-NR DOZ-NR PRUEF-DATUM PRUEF-NOTE TEILNEHMER-NR SOLL-BETRAG IST-BETRAG ZAHLUNGSART KTO-NR BANKLEITZAHL Folie 24 12