Vorlesung DBIS I (SoSe2011) Teil 1: Einführung. Web & Datenbanken

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1 Web & Datenbanken Vorlesung Prof. Johann Christoph Freytag, Ph.D. Institut für Informatik, Humboldt-Universität zu Berlin SoSe2012 Bitte Handys ausschalten! 1.1 Ziel dieser Präsentation Grundkonzepte für Nutzung von MSen im Kontext des web (Webprogrammierung) Theoretische Aspekte Praktische Sicht 1.2 Netz gestellt noch an Dritte weitergegeben werden. 1

2 Überblick Architekturen von Systemen im Web dabei wichtige Konzepte Kategorien von MS SQL-Datenbanken NoSQL-Datenbanken 1.3 MS Architecktur (allgemein) User query in SQL Logical Database Processor (LP) Query Execution Plan (QEP) Physical Database Processor (PP) Prof. J.C. Freytag, Ph.D. 2.4 Netz gestellt noch an Dritte weitergegeben werden. 2

3 MS Architecktur (Details) User interface (Parsing, semantical checking) View processing Query optimization QEP Transaction Manager Access Manager Buffer Manager Prof. J.C. Freytag, Ph.D. 2.5 Traditionelle Datenbankanwendungen App 1 App 2 App n MS Datenbanken sind die Plattform für die Anwendungsentwicklung Einfaches --Prinzip App i : s MS: Zentralistische Sicht: es gibt nur einen /-Architektur mit zentraler Datenbank 1.6 Netz gestellt noch an Dritte weitergegeben werden. 3

4 übergreifende Datenbankanwendungen App 11 App 12 App 21 App 22 App B1 App B2 MS A1 MS A2 MS B A1 A2 B Unternehmen A Unternehmen B /-Architektur mit Anwendungen über mehrere Datenbanken Zugriff auf Datenbanken auch über Systemgrenzen hinweg Anwendungen operieren auf mehreren Daten-banken (hier App 11 und App B1 ) Wichtige Fragestellungen in diesem dese Kontext: t System-Unterstützung durch S-Produkte Umgang mit Heterogenität Übergreifender Transaktionskontext 1.7 System-Unterstützung: Datenbank-Links App 11 App 12 App 21 App 22 App B1 App B2 Zugriff auf andere Datenbanken mittels Datenbank-Links -Link -Link Oracle MS SQL MS Anwendungen greifen nicht A1 MS A2 MS B direkt auf entfernte Datenbank zu MS bietet Datenbank-Link: A1 A2 B Indirektion zum entfernten System über lokale Keine Heterogenität alle S vom gleichen Hersteller! Unternehmen A Unternehmen B Verteilte Transaktion mit Two- Phase- (2PC) Implementierung von Anwendungen über mehrere Datenbanken mit Datenbank-Links 1.8 Netz gestellt noch an Dritte weitergegeben werden. 4

5 Eigenschaften für Synchronisation Wird verwirklicht durch dastransaktionskonzept Eine Transaktion (TA) ist die logische Einheit einer Interaktion mit der Datenbank Eigenschaften einer TA: TA ist atomar: Alles oder nichts (Atomicity) TA überführt die Datenbank von einem konsistenten Zustand in einen anderen (Consistency) Bei Mehrbenutzerbetrieb führt die TA ihre Aktionen so aus, als ob sie alleine auf der arbeitet (Isolation) Veränderungen auf der Datenbank sind bei erfolgreichem Beenden der TA dauerhaft (Durability) Fazit: Diese Eigenschaften werden als ACID Eigenschaften bezeichnet Prof. J.C. Freytag, Ph.D. 2.9 Transaction 2PC First approach: TM sends COMMIT message (or ABORT message) to all DMs TM Problems: DM 1 DM 2 DM n DMs may accept or reject COMMIT request In case of reject by one DM Atomicity is violated!! Conclusion: This approach is not feasible for performing a in a DS 1.10 Netz gestellt noch an Dritte weitergegeben werden. 5

6 Transactions 2PC (cont.) First approach (cont.): Further problems in case of a failure: Failure of one (many) DMs Failure of TMs during coordination phase Failure of network Requirements for an alternative solution: Normal execution: Protocol should always guaranteed all-or-nothing principle (Atomicity) Failure: Protocol should tolerate failures without giving up Atomicity Solution: 2-Phase- (2PC) 1.11 Transaction 2PC (cont.) 2-Phase-: First Phase: Send Prepare-to- message DMs may answer with Acknowledge or Abort TM Ackn./Abort Prepare-to- e Prepare-to- Prepare-to- Ackn./Abort Ackn./Abort DM 1 DM 2 DM n 1.12 Netz gestellt noch an Dritte weitergegeben werden. 6

7 Transactions 2PC (cont.) 2-Phase-: Second Phase / Case 1: Send a Msg. If all DMs answer with Acknowledge during the first phase, then TM can successfully finish TA; TM sends to all DMs TM DM 1 DM 2 DM n 1.13 Transactions 2PC (cont.) 2-Phase-: Two Phase/Case 2: Send an Abort Msg. If at least one DM returns an abort message during the first phase, then the TM must abort the TA and must send an Abort message to all DMs TM Abort Abort Abort DM 1 DM 2 DM n 1.14 Netz gestellt noch an Dritte weitergegeben werden. 7

8 Two-Tier-Architektur und sind völlig getrennt Kommunikation zwischen und Via Netzwerk oder IPC mit gemeinsamen Protokoll (z.b. JC, Oracle Net8) (Klare) Aufgabenteilung zwischen und Präsentation Datenverwaltung Anwendungsfunktionalität??? Library Betriebssystem Netzwerk, IPC Library Betriebssystem 1.15 Two-Tier-Architektur: Realisierung Aufgabenteilung: Anwendungsfunktionalität im oder? Fat / Thin Thin / Fat Was soll der machen? Präsentation Anwendungsfunktionalität (ESQL/CLI) Was sind die Aufgaben des s? Datenverwaltung Anwendungsfunktionalität (Stored Procedures, Trigger, etc.) Data Presentation Access Functionality Data Management 1.16 Netz gestellt noch an Dritte weitergegeben werden. 8

9 Anwendungsentwicklung Fat / Thin Embedded SQL Anwendung SQL Präcompiler Präcompiler- Runtime Library Call-Level SQL Anwendung CLI Calls CLI-API (Application Program Interface) Call Level Interface Runtime Library MS-Treiber SQL-FAP (Format and Protocols), herstellerdefiniert, z.b. Net8 von Oracle MS 1.17 Object CLI Weiterentwicklung von CLI zu Objektschnittstellen (SQL/CLI kennt nur prozedurale APIs) JC (Java Database Connection) ActiveX Data Objects (ADO) Unterstützung von JC Entweder direkt durch Native-API Oder Umweg über JC-OC-Bridge Bridge Java-Anwendung JC-API JC-Treiber-Manager JC-OC- Bridge JC-Native Treiber SQL/CLI-API OC-API Native API Call Level Interface Runtime Library MS-Treiber 1.18 Netz gestellt noch an Dritte weitergegeben werden. 9

10 ORM - Object Relational Mapping Persistente Objekte in einer relationalen MS Transparente Lösung Tabellen und Klassen entkoppelt CRUD (Create, Read, Update and Delete) Unabhängig von RMS Produkten ORM Lösungen Hibernate Open Source ibatis SQL Maps Open Source TopLink Commercial JPA Java EE 5 Solution Siehe auch Vorteile von Hibernate Hibernate wurde für die JAVA-Welt entwickelt XML basierte Konfigurationsdateien für die Abbildung (mapping) Unterstützt viele MS wie Sybase, Oracle, MySQL, etc. Einfache Migration von einem MS zum anderen Hibernate generiert den JC-Treiber abhängig vom zugrunde liegenden MS Hibernate APIs einfach zu lernen und zu nutzen Eigene Anfragesprache: Hibernate Query Language (EQL/HQL) 1.20 Netz gestellt noch an Dritte weitergegeben werden. 10

11 Anwendungsentwicklung: Thin / Fat Prozedur- Aufruf Rückgabewerte SQL- FAP MS Stored Procedure Trigger UDT 1.21 Fat Anwendungslogik innerhalb der Datenbank Stored Procedures (TP-Lite) Verwendung einer 4GL (forth generation language) Turing-vollständiges SQL Speicherung und Ausführung in der Standard unter SQL3 als SQL/PSM (= Persistent Stored Module) Kommerzielle MS verwenden proprietäre Dialekte, z.b. PL/SQL in Oracle TransactSQL in Sybase und MS SQL Trigger (ereignisgesteuerte Funktionen/Prozeduren) Benutzerdefinierte Datentypen (User Defined Types, UDTs) Bestandteil von SQL Netz gestellt noch an Dritte weitergegeben werden. 11

12 Application Library OS/Netzwerk Three-Tier-Architektur Idee: Zusätzliche Schicht für Anwendungsfunktionalität Doppelrolle: und - gleichzeitig OS/Netzwerk Application Library Anwendung Library OS/Netzwerk Library OS/Netzwerk Präsentation Anwendungslogik Datenhaltung 1.23 Hauptmerkmale und Vorteile der Three-Tier-Architektur Mittlere Schicht ist (künstlicher) dem (eigentlichen) gegenüber (künstlicher) dem (eigentlichen) gegenüber Die folgenden Hauptvorteile resultieren daraus: Anwendungsentwicklung unabhängig vom MS-Hersteller Flexibilität: Verwendung von MSen verschiedener Hersteller Verfügbarkeit und Lastbalancierung: Replikation von n Flexible (technische) Fehlerbehandlung durch Neustart von Teilaktivitäten 1.24 Netz gestellt noch an Dritte weitergegeben werden. 12

13 Mehrstufige Zugriffe C C C Hyper A A MS C A A MS Hyper A A A A MS MS A C C Hyper MS A A A MS Mehrere Schichten von Informationssystemen Rolle der Hyper: Plattform für s, die konkurrierend k gemeinsame Applikationsdienste verwenden Anforderungen: Dienstdefinition und beschreibung Kombination von Diensten Transaktionale Abläufe über mehrere Dienstaufrufe hinweg Ü Objekte höherer Ordnung Transparent: Optimierung von - Anfragen, Routing, Scheduling, Parallelisierung, Korrektheit nebenläufiger Zugriffe, flexible Fehlerbehandlung, garantierte Terminierung, Verfügbarkeit, Effizienz,... Ü Higher Order Data Independence Kategorien von MSen (Objekt-) Relationale MSe 2, Oracle, Informix, MS SQL, Sybase MySQL, Häufig kostenlose Versionen verfügbar ( 2Express, ) NoSQL (Not only SQL) MS Mongo-, Couch- Siehe Se eauch Häufig kostenlos für private Anwendungen (open source, copy left, ) 1.26 Netz gestellt noch an Dritte weitergegeben werden. 13

14 NoSQL MS NoSQL (Not Only SQL) MS Mongo-, Couch-, tiny-, Wirklich keine MS (Key/Value)-Stores Storage Manager Weniger als ACID-Prinzip für TAs/Gar keine TA-Konzept Nicht-standardisierte Schnittstelle (prozedural) Skalierbarkeit fragwürdig ABER: light-weight & passend für Anwendung 1.27 Graph-Datenbanken Idee: Graph ist Datenstruktur/Datenmodell Anfragesprache dafür Pfadanfragen mit Pfadeigenschaften Aggregation über Pfade Nicht alles wird angeboten, weil zu aufwendig Notwendig: Graphentheorie Beispiel SQL-Erweiterung g( (siehe Lehrstuhl Leser) AllegroGraph, Core Data, DEX, Neo4j, Graph Siehe auch Netz gestellt noch an Dritte weitergegeben werden. 14

15 Fragen?? 1.29 Netz gestellt noch an Dritte weitergegeben werden. 15

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