Datenbankentwurf. 4.2 Logischer Entwurf. Kapitel 4. ER-Modell. Umsetzung. Entwurfsdokumentation. relationales Modell. Verbesserung

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1 4.2 Logischer Entwurf Datenbankentwurf 4.2 Logischer Entwurf 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme Logischer Entwurf: Einordnung Entwurfsdokumentation logische Strukturen "auf dem Papier" konzeptueller Entwurf logischer Entwurf ER-Modell Umsetzung relationales Modell Verbesserung physischer Entwurf Kemper: 3.2/3.3, 4.7, Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 2

2 4.2 Logischer Entwurf Logischer Entwurf Umsetzung von ER-Schemata in relationale Schemata 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 3 Umsetzung ER Relationen: Grundprinzip Abbildung vom ER-Modell ins relationale Modell: vom Prinzip her sehr einfach: pro Typ eine Relation (Tabelle) in den Details und für Erweiterungen: durchaus diffizil Abbildung von Entity-Typen: ganz naheliegend Typ Tabellenname Attribut Spaltenname E E A n A n Schlüsselattribute werden auf Primärschlüssel-Spalten abgebildet Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 4

3 Abbildung von Relationship-Typen: Grundprinzip für Relationship-Typen: Dieselbe Grundidee kann verwendet werden, aber man muss sich zusätzlich überlegen, wie die beteiligten Entity-Typen relational repräsentiert werden. ame Einwohner seit ame Fläche naheliegende Lösung auch hier: Die beteiligten Entities werden stets durch die Werte ihrer Schlüsselattribute repräsentiert (ggf. nach Umbenennung)..ame.ame seit Fremdschlüssel 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 5 Abbildung von Relationship-Typen: Verfeinerung Liegen allerdings spezielle Funktionalitäten vor ( :, : bzw. : ), kann man auf eine eigene "Relationship-Relation" (-Tabelle) verzichten und stattdessen die Beziehungsinformation noch mit in eine der beteiligten Entity-Tabellen einbetten. ame Einwohner seit ame Fläche Fremdschlüssel.ame Einwohner.ame seit 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 6

4 Einbettung von Beziehungen in E-Tabellen: Berechtigung Berechtigung für dieses Zusammenfassen zweier Tabellen: Wegen der funktionalen atur der Beziehung ( ) wäre in der Relationship-Tabelle selbst nur.ame ein Schlüsselattribut! Die ''-Tabelle besitzt dasselbe Schlüsselattribut. Tabellen mit identischem Schlüsselattribut lassen sich (durch Join) zusammenfassen, ohne das Information verloren ginge..ame.ame seit.ame Einwohner 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 7 Verfeinerung des Entwurfs bei : - und bei nicht-binären Beziehungen hauptstadt_von_land seit Bei : -Beziehungen kann man ganz analog die Beziehungsinformationen entweder in die eine oder in die andere Entity-Tabelle einbetten. im Beispiel ('hauptstadt_von'): entweder:.ame wird Fremdschlüssel in der -Tabelle oder:.ame wird Fremdschlüssel in der -Tabelle bei drei- oder mehrstelligen Relationship-Typen mit funktionalen Anteilen: analoges "Einsparen" von Relationship-Tabellen möglich Bei mehrfachen partiellen Funktionen innerhalb einer Relationship (etwa der Form : : ) ist dann Einbettung von Fremdschlüsseln in mehreren Entity-Tabellen nötig. Probleme gibt es in solchen Fällen u.u. beim "Unterbringen" von eigenen Attributen der Relationship-Typen Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 8

5 Abbildung schwacher Entitytypen Gebäude Gebr Höhe liegt_in Raum Raumr Größe Relationale Umsetzung im Prinzip wie bisher definiert: eigene "Entity-Relation" für Entity-Typ 'Raum' 'Gebr' als Fremdschlüssel in 'Raum', um : -Beziehung zu realisieren Umsetzung der speziellen Eigenschaft als schwacher Entity-Typ? 'Gebr' und 'Raumr' zusammen bilden den Schlüssel von 'Raum'. Fremdschlüsselbedingung für 'Raum' erforderlich: Gebr REFERECES Gebäude vorzugsweise mit Lösch- und Änderungsweitergabe (referential action) 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 9 Aggregierung im relationalen Modell Modul is_part_of is_part_of Vorlesung Übungen spezielle 'is_part_of'-relationships: relationale Realisierung wie bei "normalen" Relationship-Typen ur wenn die Existenz der Teile von der Existenz des gesamten Entities abhängt (bzw. umgekehrt - angedeutet durch Verwendung einer 'is_part_of'- Raute): Analoge Situation wie bei schwachen Entity-Typen realisiert durch Fremdschlüsselbeschränkungen Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 0

6 Relationale Darstellung von Generalisierungshierarchien E,, Wie realisiert man Vererbung und Unter-/Obertyp-Beziehungen relational? is_a B, B 2, Vererbung Relationenmodell: kennt keine Vererbung! Vererbung muss also "simuliert" werden. relationale Darstellung des Obertyps E ist offensichtlich: E 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme Relationale Darstellung von Generalisierungshierarchien (2) E E,, a a 2 a 2 a 22 is_a Vererbung vererbte "eigene" Attribute B B 2 B, B 2, a a 2 b b 2 naheliegende relationale Realisierung des Untertyps: Untertyp-Relation besitzt "eigene" und vererbte Attribute. aber: Werte der vererbten Attribute aller -Instanzen müssen dann in der E -Relation (redundant) wiederholt werden! Grund: Jede -Instanz ist gleichzeitig auch eine E -Instanz! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 2

7 Relationale Darstellung von Generalisierungshierarchien (3) E is_a,, Vermeidung der Duplizierung: nur "eigene" Attribute (+Schlüssel zur Verknüpfung) in der Untertyp-Relation vererbte Attribute B, B 2, E Vererbung gemeinsamer Schlüssel a a 2 a 2 a 22 "eigene" Attribute Aber dann enthält die Relation nicht mehr alle Attribute der -Entities! B B 2 a b b Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 3 Relationale Darstellung von Generalisierungshierarchien (4) Ausweg: E2-Population wird vollständig über eine Sicht realisiert, die durch JOI- Verknüpfung die vererbten und die eigenen Attribute wieder zusammenführt. vererbte Attribute -global B B 2 a a 2 b b 2 CREATE VIEW E2-global AS (SELECT * FROM E IER JOI E2-lokal O E.A = E2-lokal.A) E -lokal a a 2 a 2 a 22 "eigene" Attribute B B 2 a b b Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 4

8 Relationale Darstellung von Generalisierungshierarchien (5) dritte Alternative (auch redundanzfrei und mittels Sicht): Werte der vererbten Attribute werden auf verschiedene Relationen verteilt - Obertypen werden durch Sichten "wiederhergestellt". E -lokal E -global a a 2 a 2 a 22 a 2 a 22 π vererbte "eigene" Attribute CREATE VIEW E-global AS ( TABLE E-lokal ) UIO (SELECT,, FROM E2 ) B B 2 a a 2 b b Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 5 Relationale Darstellung von Generalisierungshierarchien (6) Welche der drei Alternativen ist nun "die beste"?. Relationen E und, keine Sichten: + schnelle Zugriffszeit (ohne jede Tabellenverknüpfung) erhöhter Platzbedarf (wegen redundanter Speicherung) 2. Relationen E und -lokal, Sicht -global (JOI): + nur Schlüsselattribute werden doppelt gespeichert Zugriff auf -Attribute ist langsamer (wegen Join) 3. Relationen und E -lokal, Sicht E -global (PROJECT-UIO): + überhaupt keine Duplizierung von Attributwerten Zugriff auf E -Attribute ist langsamer (wegen Projektion und Vereinigung) 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 6

9 Generalisierung und Änderungen E,, Was passiert, wenn ein -Entity gelöscht wird? is_a B, B 2, relationale Variante (vererbte Attribute dupliziert): Löschung aus beiden Relationen notwendig relationale Variante 2 (vererbte und eigene A. getrennt): Löschung aus beiden Relationen notwendig relationale Variante 3 ( -Attribute nur in einer Relation): keine Propagierung der Löschung erforderlich in Varianten und 2: referentielle Integritätsbedingungen mit Löschweitergabe erforderlich für Einfügungen und Modifikationen: ebenfalls - je nach Realisierung - ggf. Änderungen in mehreren Relationen erforderlich Löschungen von Instanzen des Obertyps E : Löschweitergabe, falls die Instanz gleichzeitig auch -Instanz ist (wieder referentielle Integrität) 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 7 Generalisierung und Änderungen (2) noch einmal: Was passiert, wenn ein -Entity gelöscht wird? differenzierter betrachtet: zwei Fälle möglich E,, zu löschendes Entity existiert nicht mehr (Diskussion auf der vorigen Folie) -Entity verliert nur die speziellen Attribute von, bleibt aber E -Instanz! (z.b.: Student Person nach Exmatrikulation) is_a in diesem Fall: keine Löschweitergabe! B, B 2, daher in Typhierarchien: zusätzliche Änderungsoperation sinnvoll Objektmigration aufwärts oder abwärts in einer Typhierarchie 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 8

10 Relationships und referentielle Integrität Jeder Relationship-Typ induziert FOREIG KEY-Bedingungen: bei : M-Funktionalität: fluss_durch_land Fluss M CREATE TABLE fluss_durch_land ( Fluss String REFERECES Fluss, String REFERECES ) bei : -Funktionalität: CREATE TABLE (, String REFERECES ) 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 9 Funktionalitäten als Integritätsbedingungen aber: Eindeutigkeit des es in der ''-Verknüpfung ist damit noch nicht ausgedrückt! Eine zusätzliche CHECK-Constraint ist erforderlich, die die Anzahl der verknüpften -Instanzen beschränkt: CREATE TABLE (, CHECK COUT(SELECT FROM S WHERE S.ame = ame) =< impliziter Allquantor über jede -Zeile! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 20

11 (min,max)-otation im relationalen Modell Auf ganz analoge Weise lassen sich in (min, max)-otation ausgedrückte ER- Beschränkungen in relationale (SQL-) Integritätsbedingungen übersetzen: (,) (0,*) CREATE TABLE (, CHECK ( COUT(SELECT max FROM S WHERE S.ame = ame) =< AD COUT(SELECT min FROM S WHERE S.ame = ame) >= ) Schwäche von SQL: Wert muss zweimal berechnet werden! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 2 SLF-Datenbank: Modellierung mit Funktionalitäten hauptstadt_von_land nachbarland_von M M stadt_an_fluss M fluss_ durch_ land bezirk_ in_land Fluss Quellfluss quellfluss_von Bezirk Ist das zugehörige relationale Schema nach den Umsetzungsprinzipien dieses Kapitels realisiert worden? 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 22

12 Relationales Schema der Fluss-Datenbank Entity-Relationen Relationship-Relationen zu : -Typen: überflüssig! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 23 Diskussion der Umsetzung bei SLF-Datenbank offensichtlich: Im relationalen Schema der SLF-Datenbank wurden alle R-Typen durch "eigene" Relationen realisiert, unabhängig von der jeweiligen Funktionalität. Alle : - oder : -Typen hätten durch Einbettung in E-Relationen ausgedrückt werden können. Ganz sicher wäre es platzsparender (und änderungsfreundlicher) gewesen, folgende Funktionalitäten zu berücksichtigen: 'hauptstadt_von' ( : ) durch Einbettung in '' '' ( : ) durch Einbettung in '' 'bezirk_in_land' ( : ) durch Einbettung in 'Bezirk' einzige Ausnahme: 'Quellfluss_von' ( : ) hätte zwar in Fluss eingebettet werden können, aber dann wären in fast jeder Zeile ullwerte aufgetreten, weil 'quellfluss_von' nur eine (sehr) partiele Funktion ist. (Die meisten Flüsse haben keine Quellflüsse!) Gibt es objektive Kriterien, wann man den "Regeln" für die Umsetzung folgen soll und wann nicht? 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 24

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