Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V MSR via TCP/IP

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1 Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V MSR via TCP/IP Aufsetzen eines Webservers mittels Ubuntu 12.04, Datenbankzugriffe via Perl und PHP, Programmierung der GPIO des Raspberry PI unter Perl und Python Jürgen Wehling J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 0

2 Inhalt 1 Der Ansatz nach L.A.M.P Aufsetzen eines Webservers (Ubuntu 12.04) Das Grundsystem Der Desktop Dateimanager Editor Netzadresse ändern Der Apache Webserver Der Apache und Perl Der Apache und SSI Der Apache und php Das RDBMS MySQL phpmyadmin einrichten Datenbanken ER-Diagramme SQL - Abfragesprache für Datenbanken Datenbankzugriffe mit dem Modul DBI unter Perl Datenbankzugriff unter php One step further: Raspberry Pi Aufsetzen eines L.A.M.P. Servers Freigabe für CGI-Skripten Freigabe für Server Side Includes Freigabe für php in den Nutzer-Verzeichnissen Die Schnittstelle GPIO GPIO-Programmierung in Python Ausgabe binärer Daten Einlesen binärer Daten GPIO-Programmierung in Perl Ausgabe binärer Daten Einlesen binärer Daten GPIO-Zugriff für registrierte Nutzer Vorbereitungen für die Ausgabe von Daten Die Ausgabe von Daten mittels Python Die Ausgabe von Daten mittels Perl J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 1

3 4.5.4 Vorbereitungen für das Einlesen von Daten Hinweise für das Einlesen von Daten mysql-basierte Speicherung sensorischer Daten Der Datenbankzugriff mittels Perl Abbildungen Abbildung 1: Visualisierung des L.A.M.P.-Ansatzes... 3 Abbildung 2: Screenshot des Midnight Commander (mc)... 6 Abbildung 3: Screenshot des x-terminals... 7 Abbildung 4: Screenshot des Editors nano mit dem Inhalt der datei php5.conf... 7 Abbildung 5: Screenshot der Datei interfaces unter dem Dateimanager mc... 8 Abbildung 6: Screenshot der Datei httpd.conf unter dem Dateimanager mc Abbildung 7: Screenshot des Ergebnisses von test_php.php Abbildung 8: Screenshot des mysql-befehls show databases Abbildung 9: Screenshot von phpmyadmin Version Abbildung 10: ER-Diagramm, Beispiel Abbildung 11: Raspberry Pi, UK-Version 2, Typ B Abbildung 12: Konfigurationsmenü, Aufteilung des Arbeitsspeichers Abbildung 13: Freigabe von CGI-Skripten Abbildung 14: Freigabe von php für die Nutzer-Verzeichnisse Abbildung 15: Anschlussbelegung des GPIO-Leiste auf dem Raspberry Pi Board Abbildung 16: Binäre Datenausgabe über Pin 11 (GPIO 17) Abbildung 17: Bildschirmausgabe des Python-Programms gpioinput.py Abbildung 18: Binäre Dateneingabe über Pin 12 (GPIO 18) Abbildung 19: Das Verzeichnis Device-BCM im home-verzeichnis des Nutzers pi Abbildung 20: Auszug exportfähige Konstanten Abbildung 21: Bildschirmausgabe des Perl-Programms gpioinput.pl Abbildung 22: Screenshot der Wetterdatenbank Abbildung 23: HTML-Ausgabe einer Datenbank-Abfrage J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 2

4 1 Der Ansatz nach L.A.M.P. Eine sinnvolle Kombination von Open-Source-Software stellt der Ansatz nach L.A.M.P. dar, der in Abbildung 1 visualisiert ist. Abbildung 1: Visualisierung des L.A.M.P.-Ansatzes Hier wird deutlich, dass der Webserver Apache das zentrale Bindeglied zwischen Nutzer und Server 1 darstellt. Er regelt den Datenaustausch mit dem RDBMS durch Einsatz der Skriptsprachen PHP / Perl. Apache, MySQL und PHP / Perl laufen unter dem Betriebssystem Linux. Die Wahl von MySQL als RDBMS impliziert gleichzeitig, wie oben bereits erwähnt, die Verwendung von PHP und Perl als serverseitige Programmiersprachen zur dynamischen Generierung von Web- Seiten bzw. zur Implementierung administrativer Vorgänge. Da sowohl MySQL als auch PHP und Perl freie Software sind und eine breite Unterstützung innerhalb der Gemeinschaft der Linux-Anwender finden, besteht der nächste konsequente Schritt darin, ein UNIX-basiertes Betriebssystem oder eines der vielen UNIX-Derivate einzusetzen. Die meisten UNIX-Derivate, wie Debian, Red Hat oder Suse- Linux stehen ebenfalls kostenlos als Open-Source-Produkte zur Verfügung. Es bleibt anzumerken, dass MySQL auch für Windows-basierte Betriebssysteme verfügbar ist; ebenso PHP und auch der Apache-Webserver. Es würde also nichts dagegen sprechen, beispielsweise einen Ansatz nach W.A.M.P. zu verfolgen; leider existiert zu dieser Thematik kaum Literatur. Da Windowsbasierte Betriebssysteme kommerziell vertrieben werden, würde dieser Umstand außerdem einer konsequenten Umsetzung des Open-Source-Ansatzes widersprechen. Es sei kurz angemerkt, dass es neben PHP und Perl alternative Möglichkeiten wie ASP und ASP.Net von Microsoft, ColdFusion von Macromedia oder VelociGen von VelociGen Inc. 2 gibt. Sie sind jedoch nicht unter allen relevanten Betriebssystemen einsetzbar, bzw. verfügen nur über einen geringen Sprachumfang, sind propriertär ausgerichtet oder werden durch hohe Lizenzgebühren indiskutabel. [siehe: Wehling, J: Multimedia- Datenbank für die Techniklehrerausbildung in: Technische Bildung in Unterrichtsforschung und Lehrerbildung, Lang, Frankfurt am Main, 2005, ISBN: , S ] 1 Mit Server ist in diesem Fall die konkrete Hardware, also der Rechner selbst, gemeint. Der Webserver Apache ist ein reines Softwareprodukt. 2 VelociGen ist das eingetragene Warenzeichen von Blue Titan Software. J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 3

5 2 Aufsetzen eines Webservers (Ubuntu 12.04) 2.1 Das Grundsystem Ein (fast) beliebiger Rechner kann hier als Server dienen. Ubuntu ist ein Linux-System auf der Basis von Debian. Es soll im Folgenden gezeigt werden, wie ein Webserver nach L.A.M.P. mit OpenSSH aufgesetzt werden kann. Der Vorgang ist relativ einfach und weitestgehend menügeführt. Es sind allerdings, wie üblich, ein paar Dinge zu beachten, damit die Server-Installation auch erfolgreich ist. Unter der offizielle Website zum Betriebssystem Ubuntu (link: existieren u.a. zwei Links für den Download: Ubuntu Desktop und Ubuntu Server 12.04; es empfiehlt sich, die Server-Software herunterzuladen, da es hier eine Menüführung für spezielle Serverinstallationen gibt. Dank ihrer Größe lässt sie sich auch gut als iso-file auf eine CD packen, was bei der Desktop-Version bedingt durch ihre Größe von 753 MB problematisch ist. Als Sprache sollte man auf keinen Fall Deutsch wählen, da Ubuntu so traurig es klingen mag immer noch oder auch jetzt schon wieder, Probleme mit der Darstellung von Umlauten hat. Also: eine englische Version sollte es sein. Bei der Angabe eines Rechner-Namens lässt Ubuntu keinen Unterstrich zu, man sollte, je nach Fall, einen Bindestrich wählen (z.b. ubuntu-fred12). Für den Namen des Nutzers trägt man einen Vor- und Zunamen (z.b. juergen wehling) ein. Der Vorname wird später als Nutzername für einen zu erstellenden Account vorgeschlagen. Danach kann man wählen, ob der entsprechende Ordner verschlüsselt werden soll oder nicht. Als Zeitzone wählt man Berlin aus. Jetzt empfiehlt es sich, die automatische Netzwerkerkennung abzubrechen, da sonst u.u. DHCP genutzt wird; für einen Server ist aber eine statische IP-Adresse wesentlich besser. Bei der anschließenden manuellen Eingabe der entsprechenden Daten kann für die Suchdomäne einfach domain.de eingetragen werden die existiert zwar nicht, der Eintrag vermeidet aber spätere Fehlermeldungen serverseitig auszuführender Programme. Letztlich sollt das System samt LVM (logical volume manager) installiert werden. Nachdem jetzt somit die gesamte HD (oder SSD) plus swap-partition als systemrelevant ausgewählt wurden, kann das Grundsystem installiert werden. Es wird kein proxy-server gewählt und auch der Punkt automatische Aktualisierungen wird nicht angewählt. Anschließend konfiguriert sich das System mittels apt (advanved packaging tool) durch ein Herunterladen von ca. 65 Dateien aus dem Netz. Nachdem dieser Vorgang abgeschlossen ist, wird ein Auswahlmenü präsentiert, um den Server zu konfigurieren. Hier wählt man für ein allgemeines Aufsetzen eines einfachen Webservers OpenSSH Server und LAMP Server an. Das System begibt sich jetzt in den Download von ca. 196 Dateien und installiert diese. Während dieses Vorgangs wird man nach dem Passwort für das relationale Datenbanksystem mysql gefragt. Anschließend räumt das System auf und installiert bei Bedarf noch den Boot-Manager grub, was sich bei nur einem einzigen Betriebssystem auf einer Festplatte sicherlich erübrigt. Wer möchte, der kann jedoch grub im MBR (master boot record) installieren. Nach abschließender Systemprüfung (Nutzer, Passwörter, Zeiteinstellungen, Laufwerke, etc.) erfolgt ein Installationsbericht mit anschließendem Neustart. Das Grundsystem ist jetzt installiert und betriebsbereit und erwartet die ersten Eingaben am üblichen Systemprompt: J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 4

6 Für diejenigen, die es ganz genau und mit Screenshots haben wollen, sei der folgende Link empfohlen: Der Desktop Unter Ubuntu existieren mehrere Möglichkeiten, einen Desktop zu wählen. Die beiden bekanntesten sind wahrscheinlich der Gnome- und der KDE-Desktop. Der Gnome-Desktop heißt mittlerweile lightdm und wird mit dem Kommando sudo apt-get install ubuntu-desktop Installiert. Hier taucht der befehl sudo erstmalig auf. Er bedeutet ein Umschalten des bisherigen Nutzers auf den sog. Superuser, der alle Rechte an allen Verzeichnissen und Dateien besitzt. Hier wird das Passwort des Superusers, das bei der Grundinstallation eingetragen wurde, zusätzlich abgefragt. Es gibt somit keinen Nutzer mehr mit dem Namen root, wie es in vergangenen Versionen von Ubuntu üblich war. Möchte man anstelle des Gnome-Desktop lieber den KDE-Desktop installieren, so lautet die Befehlszeile: sudo apt-get install kubuntu-desktop Das k ist hier der einzige Unterschied. Dann startet ein etwas längerer Download (ca. 500 MB), um die zusätzlichen Dateien zu installieren. Standardmäßig wird ein einfaches Office-System mit installiert. Möchte man das verhindern und ein wirklich schlankes Serversystem haben, so empfiehlt sich das Kommando: juergen@ubuntu-fred12:~$ sudo apt-get install no-install-recommands kubuntu-desktop Falls sich kein KDE-Desktop aufrufen lässt, startet man das GUI (graphical user interface) mit juergen@ubuntu-fred12:~$ startx Anschließend sollte der Rechner neu gestartet werden und von nun an wird der KDE-Desktop automatisch aufgerufen. Um trotz aufgerufenen Desktops wieder auf die Ebene des Betriebssystems zu gelangen, helfen die Tastenkombinationen Strg-Alt-F1 zum Ausblenden des Desktops sowie Strg-Alt-F7 zum erneuten Anzeigen des Desktops. Ein Herunterfahren des Rechner kann jetzt über KDE-GUI erfolgen oder auf Systemebene durch den Befehl: juergen@ubuntu-fred12:~$ sudo shutdown h now Ein Neustart kann mit juergen@ubuntu-fred12:~$ sudo shutdown r now erfolgen. J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 5

7 2.2.1 Dateimanager Um Änderungen am System durchzuführen sind ein paar wesentliche Dinge notwendig. Dazu gehört beispielsweise ein graphischer Dateimanager. Unter dem KDE-Desktop findet sich im Menü Computer das Muon Software Center. Über die Suche-Funktion lässt sich hier z.b. der Midnight Commander (mc) als Dateimanager installieren; die Installation ist menügeführt. Abbildung 2: Screenshot des Midnight Commander (mc) Der Midnight Commander findet sich nach der Installation im Menü Applications unter Utilities und wird in einem eigenen Fenster geöffnet. Die Tastenkombination Strg-O Blendet die Benutzeroberfläche des mc ein oder aus. Bei ausgeblendeter Benutzeroberfläche lässt sich am Systemprompt dann z.b. ein administratives Fenster öffnen: das x-terminal xterm J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 6

8 Abbildung 3: Screenshot des x-terminals Editor Ubuntu stellt eine Reihe an Editoren für den einfachen Gebrauch zur Verfügung; dabei ist allerdings allen gemeinsam, dass sie gewöhnungsbedürftig sind. Der am leichtesten zu handhabende Editor ist offensichtlich nano. Nutzt man mc und möchte eine Datei mit F4 editieren, so öffnet sich erstmalig ein Menü, in welchem man den Editor seiner Wahl anwählen kann. Für ein wirklich einfaches, schlankes Editieren liegt die Wahl beim Editor nano. Abbildung 4: Screenshot des Editors nano mit dem Inhalt der datei php5.conf Netzadresse ändern Ein Ändern der bestehenden Netzwerk-Konfiguration erfolgt durch Editieren der Datei interfaces unter: /etc/network/interfaces Dazu ist können die Dateiattribute geändert werden oder aber die Datei wird gleich im xterm-fenster als Superuser mit dem Editor nano geändert: /etc/network$ sudo nano interfaces Nach Eingabe des Passwortes lassen sich unterhalb der Zeile iface eth0 inet static J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 7

9 die entsprechenden Änderungen durchführen. Nach dem letzten Stand ist der Server nach Änderung der Netzadresse neu zu starten. Eine systemgebundene Administration mittels network-manager respektive networking restart führen zu keinem veränderten Ergebnis. Eine Ausgabe der jeweiligen Netzwerk-Konfiguration erfolgt mittels ifconfig Die nachfolgende Abbildung zeigt die entsprechenden Änderungen in der Datei interfaces, wobei die Adresszeilen für ein LAN auskommentiert sind. Abbildung 5: Screenshot der Datei interfaces unter dem Dateimanager mc 2.3 Der Apache Webserver Unter dem LAMP-Ansatz des Ubuntu-Servers wird der Apache Webserver in der Version 2.2 eingerichtet. Eine relativ gute Referenz zum Apache unter Ubuntu findet man im Netz unter dem Link: Möchte man jetzt auf den Webserver zugreifen, so geschieht das durch Eingabe der IP-Adresse des Webservers im Client-Rechner. Da bis jetzt lediglich ein Grundsystem eingerichtet ist, zeigt der Apache dem anfragenden Client eine standardisierte Seite an, die signalisieren soll, dass der Apache arbeitet: It works! Diese Webpage (index.html) ist zu finden unter: /usr/share/apache2/default-site/index.html oder auch unter /var/www/index.html J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 8

10 Damit ist erst einmal sichergestellt, dass der Apache als Webserver läuft. Jetzt ist es natürlich sinnvoll, auf einen bestimmten User-Account zugreifen zu können. Da ein User-Account in einem komplett anderen Verzeichnis liegt, sollte für den Apache das Modul userdir freigeschaltet sein. Dazu wechselt man wieder zum Superuser und führt den Befehl a2enmod (apache2 enable module) aus: sudo a2enmod userdir Damit dieses Modul auch ausgeführt wird, ist ein Neustart des Apache notwendig. Das lässt sich auf unterschiedliche Art bewältigen, nämlich einmal klassisch sudo /etc/init.d/apache2 restart oder auch systemgebunden durch die Befehlsfolge sudo service apache2 restart Der Apache lässt sich über start, restart und stop steuern. Unter Umständen ist noch notwendig, den Pfad für das so frei geschaltete Modul anzupassen. Dazu muss ein entsprechender Eintrag in der Datei userdir.conf vorhanden sein. Zu finden unter: /etc/apache2/mods-enabled/userdir.conf Jetzt kann mittels z.b. WinScp vom Client-Rechner eine sftp-verbindung zum entsprechenden User- Account aufgebaut werden, wobei sich der Rechnername zusammensetzt aus dem User-Account und der zugehörigen IP-Adresse verbunden durch beispielsweise: Der sftp-server ist hier schon etabliert durch die Installation der secure shell OpenSSH-Server. 2.4 Der Apache und Perl Zu den nachfolgenden Anweisungen findet sich im Netz eine Referenz für die Umsetzung dynamischer Inhalte mittels CGI unter dem Link: Um den Apache Webserver für User-Accounts zu konfigurieren, muss die Datei httpd.conf geändert werden. Zu finden ist sie unter /etc/apache2/httpd.conf Bevor diese Datei jedoch geändert werden kann, müssen die Nutzer-Rechte richtig gesetzt sein. Das geschieht beispielsweise durch: sudo chmod 0666 httpd.conf Dadurch ist die Datei jetzt schreibbar und es sollten die folgenden Einträge aufgenommen werden: LoadModule cgi_module modules/mod_cgi.so Falls dieser Eintrag nach dem Neustart von Apache zu einer Fehlermeldung führen sollte, liegt der Pfad für modules eventuell nicht richtig. Dann sollte der Eintrag folgendermaßen lauten: LoadModule cgi_module /usr/lib/apache2/modules/mod_cgi.so Anschließend erfolgen die Einträge für mögliche User-Accounts mit dem ausführbaren Verzeichnis cgi-bin: J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 9

11 <Directory /home/*/public_html/cgi-bin> Options +ExecCGI AddHandler cgi-script.cgi.pl </Directory> Letztlich sollte die Datei httpd.conf wieder schreibgeschützt werden durch sudo chmod 0644 httpd.conf und der Apache sollte neu gestartet werden, um die Änderungen zu übernehmen: sudo service apache2 restart Fehlermeldungen des Apache werden zusätzlich in einer error-datei abgelegt. Es ist daher sinnvoll, dort von Zeit zu Zeit nachzusehen. Sie ist zu finden unter: /var/log/apache2/error.log Hinweis: Das Modul cgi.pm ist schon unter Perl eingebunden und muss nicht mehr nachinstalliert warden. 2.5 Der Apache und SSI Das Einbinden von server side includes (SSI) folgt fast analog der Einbindung von Perl. Auch dieses Mal ist wieder die Datei htppd.conf zu ändern, zb. im xterm-fenster: /etc/apache2$ sudo nano httpd.conf Hier ist zuerst das Modul mod_include.so einzubinden LoadModule include_module /usr/lib/apache2/modules/mod_include.so Anschließend erfolgen die Einträge für mögliche User-Accounts: <Directory /home/*/public_html> Options +IncludesNOEXEC AddType text/html.shtml AddOutputFilter INCLUDES.shtml </Directory> Die Option IncludesNOEXEC verhindert eine Ausführung von Programmen mittels SSI. Auch hier sollte der Apache neu gestartet werden, um die Änderungen zu übernehmen: sudo service apache2 restart Jetzt ist der Webserver für die Darstellung dynamischer Inhalte mittels Perl und SSI eingestellt. J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 10

12 Abbildung 6: Screenshot der Datei httpd.conf unter dem Dateimanager mc 2.6 Der Apache und php Gegebenenfalls sollte ein php-update auf die neueste Version durchgeführt werden mit anschließendem Neustart des Apache mittels sudo apt-get install php5 sudo service apache2 restart Wie schon erwähnt, führt der Webserver php-dateien standardmäßig im Verzeichnis /var/www aus. Genau dort sollte jetzt eine Datei vorhanden sein, die Informationen über die Installation von php enthält. Diese Datei muss erst noch erstellt werden. Sie heißt test_php.php und hat den folgenden Inhalt: <? php phpinfo();?> Über den URI kann die o.g. Datei jetzt aufgerufen und ausgeführt werden. Das ergibt u.a. den nachfolgenden Screenshot unter Chrome. Damit php auch in einem User-Account lauffähig ist, muss die Konfigurationsdatei von php5 geändertwerden: /etc/apache2/mods-available/php5.conf Durch die jetzt schon mehrfach beschriebene Vorgehensweise muss folgende Zeile mit einem # auskommentiert werden: php_admin_value engine off J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 11

13 Der Apache muss jetzt neu gestartet werden und damit ist php nunmehr für alle User-Accounts freigeschaltet. Sofern sich die o.g. Datei jetzt in einem User-Account findet, kann sie aufgerufen werden durch den URI Abbildung 7: Screenshot des Ergebnisses von test_php.php 2.7 Das RDBMS MySQL Als relationales Datenbank Management System (RDBMS) ist unter dem Ansatz nach L.A.M.P. mysql eingerichtet worden. Nach dem Einloggen mittels putty kann die Funktionalität von mysql kurz geprüft werden: mysql u root p Der user (u) ist in diesem Fall root und das Passwort (p) ist das bei der Einrichtung von mysql gewählte. Nach erfolgreichem Einloggen ist man auf der Ebene von mysql: mysql> Hier lassen sich dann mit mysql-spezifischen Befehlen z.b. die schon im System vorhandenen Datenbanken anzeigen, wobei datenbankspezifische Befehle immer mit einem Semikolon abgeschlossen werden. mysql> show databases; J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 12

14 Abbildung 8: Screenshot des mysql-befehls show databases Jetzt lässt sich eine neue Datenbank anlegen durch: mysql> create database mmdb; Ein expliziter Nutzer lässt sich dann anlegen mit: mysql> create user identified by ******** ; Er kann dann auch alle ihm zustehenden Rechte erhalten mit der Befehlssequenz: mysql> grant all on mmdb.* to nutzer@localhost; Mit exit verlässt man die mysql Ebene. mysql> exit; 2.8 phpmyadmin einrichten Der Ansatz nach LAMP implementiert das Vorhandensein eines MySQL-Systems. Am einfachsten ist ein solches System handhabbar, wenn eine graphisch orientierte Benutzeroberfläche die Administration erleichtert: dafür steht die Software phpmyadmin. Die Installation erfolgt durch: juergen@ubuntu-fred12:~$ sudo apt-get install phpmyadmin Da diese Software nicht Bestandteil von Ubuntu Server ist, wird sie aus dem Netz nachgeladen. Nach erfolgreicher Installation erfolgt ein Aufruf mittels J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 13

15 Anschließend muss man sich mit Nutzername und Passwort anmelden; beide sind schon bei der Einrichtung von mysql als Grundsystem angelegt worden. Einen ersten Eindruck der Benutzeroberfläche vermittelt der nachfolgende Screenshot. Abbildung 9: Screenshot von phpmyadmin Version J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 14

16 3 Datenbanken RDBMS steht für relational database management system. Gemeint ist hier ein relational arbeitendes System für die Handhabung datenbankbasierter Informationen, wie beispielsweise PostgreSQL oder aber MySQL. Allgemein betrachtet besteht die Handhabung datenbankbasierter Informationen aus drei wesentlichen ineinander greifenden Elementen. 1. Die Grundlage datenbankrelevanter Prozesse bildet das sog, management system. Als opensource Software bieten sich die beiden o.g. RDBMS an; kommerzielle Produkte gibt es von Oracle, IBM oder SAP. 2. Auf dieser Basis kann das eigentliche anwendungsbezogene System aufgesetzt werden und es besteht im Wesentlichen aus Tabellen, die über bestimmte Beziehungen miteinander verknüpft sind und so datenbankbasierte Informationen organisieren. 3. Um mit dem anwendungsbezogenen System zu arbeiten, muss eine Art Frontend existieren, dass es dem Nutzer ermöglicht, Anfragen an das System zu stellen. Oft scheint es daher nicht klar zu sein, was genau eine Datenbank eigentlich ist. Während die einen ein management system (Punkt 1) meinen, sprechen die anderen über verknüpfte Tabellen (Punkt 2), während zusätzlich noch eine Gruppe (das ist übrigens die weitaus größte Gruppe) existiert, die das Frontend, also die spezielle Ein-/Ausgabemaske für nutzergebundene Anfragen, für die eigentliche Datenbank hält. Oft werden dann Schwächen im Frontend mit einem fehlerhaften RDBMS verbunden; das führt dann oft zu der unreflektierten Aussage: Wenn diese Datenbank nicht funktioniert, dann wird eben eine andere genommen. Es erscheint in diesem Zusammenhang als empfehlenswert, sich auf Punkt 2 als einfache Definition einer Datenbank zu einigen. Wenn also im Folgenden von einer Datenbank die Rede ist, so ist ein System von verknüpften Tabellen auf Basis eines RDBMS gemeint. 3.1 ER-Diagramme Verknüpfte Tabellen bilden das eigentliche anwendungsbezogene System, da hier spezifiziert werden kann, was genau die Datenbank eigentlich leisten soll. Eine solche tabellarisch organisierte Verknüpfung wird als ER-Diagramm bezeichnet. ER steht für Entity Relationship und bezeichnet die Beziehungen zwischen den in Tabellenform organisierten Datenstrukturen. So enthält beispielsweise eine Entität mit dem Namen nutzer eine den Nutzer beschreibende Struktur mit nachname, vorname, strasse, wohnort, u.s.w. Angenommen, ein zentrales Element dieser Datenbank sind multimedial orientierte Objekte, auf welche der Nutzer zugreifen möchte, so besteht zwischen den beiden Entitäten nutzer und objekte eine 1:N Beziehung, was bedeutet, dass ein Nutzer natürlich auf alle, also N, Objekte zugreifen kann. Jedes Objekt selbst kann jetzt durch einen eigenen Datensatz beschrieben werden, z.b. durch eine Beschreibungssyntax namens dcmi (Dublin Core Metatag Initiative). In diesem Fall würde zu jedem Objekt nur eine einzige signifikante Beschreibung existieren, was wiederum zu einer 1:1 Beziehung zwischen diesen beiden Entitäten führt. Zusätzlich enthalten alle Entitäten wenigstens ein spezifisches Schlüsselelement, mit welchem sie sich anderen Entitäten gegenüber identifizieren und so angesprochen werden können. Dieser Zusammenhang ist in der nachfolgenden Graphik beispielhaft dargestellt; erstellt wurde sie mit xtgdm 2.3.4, dem xtg data modeller. J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 15

17 Abbildung 10: ER-Diagramm, Beispiel Mit der vorgenannten Software xtg data modeller würde sich das graphisch dargestellte Konstrukt der Datenbank direkt auf einen LINUX-Server übertragen lassen. Ohne diese Software muss die Datenbankstruktur händisch übertragen werden. Die in php programmierte Benutzeroberfläche phpmyadmin leistet dabei wertvolle Hilfestellung. 3.2 SQL - Abfragesprache für Datenbanken Grundlage für alle datenbankgebundenen Operationen ist die Programmiersprache SQL. SQLorientierte DBMS speichern Daten nach festgelegten Kriterien. Es sind aktive Datenbanken, die in der Regel über Triggerfunktionen 3 verfügen und sicherstellen, dass die Integrität der gespeicherten Daten nicht verletzt wird. SQL ist als Programmiersprache international standardisiert. Ihr Befehlssatz wird in unregelmäßigen Abständen aktualisiert und erweitert. Viele SQL-orientierte DBMS richten sich nach dem 1992 geschaffenen Standard ANSI-SQL/92, jedoch nutzen immer mehr DBMS proprietäre SQL-Dialekte bei der Behandlung der von ihnen zu verwaltenden Datensätze. Es bleibt anzumerken, dass dieser Standard 1999 überarbeitet wurde (ANSI-SQL/99), jedoch immer noch nicht einheitlich genutzt wird. Der zunehmende Einsatz proprietärer SQL-Dialekte ist für kleinere Entitäten mit geringem Datenaufkommen relativ unerheblich, entwickelt sich bei komplexen Anwendungen mit starker Nutzer-Frequentierung jedoch zu einem ernsthaften Problem. Oracle nutzt eine eigens entwickelte Programmiersprache (PL/SQL), Informix arbeitet mit SPL, Microsoft und Sybase unterstützen T-SQL, während DB2 von IBM einen ganz anderen Ansatz verfolgt und Programmiersprachen wie Rexx, COBOL, C und Java favorisiert. PL/SQL, T-SQL, und SPL sind sog. "block-structured languages" mit eigenen Regeln und einer eigenen Syntax; sie sind aus diesem Grunde bzgl. unterschiedlicher DBMS nicht portierbar. DB2 beispielsweise stellt ein digitales Klassifikationssystem dar und ist deshalb hervorragend für eine Verwendung in digitalen Bibliotheken geeignet, weniger jedoch als multimedialer Lehr- und Lernserver (siehe DuEPublico der Uni Due). Es beschränkt sich auf die Elementarfunktionen add und 3 Trigger erlauben die Aktivierung einer gespeicherten Prozedur bei Eintreten eines bestimmten Ereignisses. J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 16

18 access, wobei ihm jegliche Interaktivität (execute/process) fehlt: so stellt es z. B. keine Schnittstelle für PHP zur Verfügung, während aber ein explizit ausgeführter Befehlssatz für ein Ansprechen der DBI-Schnittstelle, über die sowohl MySQL als auch PostgreSQL verfügen, unter PHP vorhanden ist; gerade für die Skriptsprache Perl werden über das Comprehensive Perl Archive Network (CPAN) Module zur Programmierung der DBI-Schnittstelle angeboten, denn DBI ist die standardisierte Datenbankschnittstelle unter Perl. [siehe: Wehling, J: Multimedia-Datenbank für die Techniklehrerausbildung in: Technische Bildung in Unterrichtsforschung und Lehrerbildung, Lang, Frankfurt am Main, 2005, ISBN: , S ] 3.3 Datenbankzugriffe mit dem Modul DBI unter Perl An dieser Stelle soll der Datenbankzugriff mit dem Modul dbi.pm dargestellt werden. Es wird Bezug genommen auf die vorhergehende Abbildung, wobei nach Eingabe eines Nutzernamens mit zugehörigem Passwort die zugehörige Nutzer-ID ermittelt wird; der Ausdruck mmdb ist in diesem Fall der Name der zu referenzierenden Datenbank. Nach Festlegung der Variablen und Konstanten wird das Programm durch eine Einbindung der notwendigen Perl-Module initialisiert: use CGI qw/:standard :html3/; use DBI; Nachdem Nutzernamen und Passwort des registrierten Nutzers erfolgreich verifiziert wurden, erfolgt die Ermittlung der zugehörigen nutzer_id: $DSN = "DBI:mysql:mmdb"; $dbh = DBI->connect($DSN, 'root', '********') or die "Verbindungsaufnahme nicht moeglich"; $sth = $dbh->prepare("select nutzer_id FROM nutzer WHERE (nutzername = '$nutzername' AND passwort = '$passwort')"); $sth->execute(); while = $sth->fetchrow_array ){ for ($i = 0; $i $i++) { $nutzerdaten[$i] = $result[$i]; } }; $sth->finish(); $dbh->disconnect; Das Modul dbi.pm stellt die Verbindung zu einer mysql-datenbank her. Würde man beispielsweise DuEPublico, das digitale Klassifikationssystem der Uni Due ansprechen wollen, so müsste man als Schnittstelle das Perl-Modul db2.pm nutzen müssen. Das Perl Modul dbi.pm stellt hier eine Verbindung für den Nutzer root mit dem Passwort ******** her. Anschließend wird aus der Entität nutzer die nutzer_id ausgewählt, die zu den übermittelten Daten nutzername und passwort gehören. Die zugehörigen Nutzerdaten werden anschließend durch das für ggfs. weitere Verarbeitungsschritte bereitgestellt. Abschließend wird die Verbindung zur Datenbank wieder geschlossen. 3.4 Datenbankzugriff unter php Zuerst sollte das folgende Modul, falls nicht schon geschehen, installiert werden: Loadmodule mysqli module J. Wehling, Auszug aus den Lehrveranstaltungen Infoumsatz IV und V (2013) 17