Informationssysteme / Datenbankabfragen

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1 Informationssysteme / Datenbankabfragen Thomas Mohr Agenda Datenbanken Wozu? Abfragesprachesprache SQL Verwaltung MySQL Datenbankmodellierung Themenvernetzung (DB-Zugriff, etc.) Ausblick 2

2 Informationssysteme 3 Was ist ein Informationssystem? Ein Informationssystem kann auf formalisierte Fragen eines Anwenders Antworten aus einer gegebenen Datenmenge geben Komponenten eines Informationssystems: Erfassung Speicherung Analyse Darstellung Informationssystem Datenbanksystem DBS Datenbankmanagementsystem DBMS, z.b. MySQL Datenbank (Datenbasis) Datenbank (Datenbasis) 4

3 Ein Ausgangspunkt im Unterricht Schüler führen eine Internet-Recherche durch: Städte in Deutschland Einwohner, geografische Lage Schüler nutzen ein Informationssystem Schüler stellen automatisch Informationen unterschiedlich dar Mainz Nord 8 16 Ost Landau ,19 8,12 Listen Name Mainz Landau Tabellen Einwohner Breite Länge Tabellen bieten schon von Hand Vorteile: leichter zu ergänzen (neue Spalte) Summenzeile Motivation - Datenbank Idee: Sammlung der gefundenen Städte in einem Tabellenblatt (OpenOffice Calc / MS Excel) auf einem zentralen Laufwerk Es treten typische Probleme auf: Es kann immer nur ein Benutzer die Datei öffnen. Daten können von jedem geändert / gelöscht werden. Keinerlei Konsistenzprüfung der eingegebenen Daten. Abhilfe: Nutzung eines Datenbanksystems MS Access ist in dieser Hinsicht schon ungeeignet. 7

4 Software-Architekturen: Standalone -Programm z.b. selbst programmierte Schülerdatei in Delphi programmierte Übersicht von Länderinformationen Anwendungsprogramm PC 8 Software-Architekturen: Standalone -Programm Vorteile Übersichtlichkeit (?) Schnell zu programmieren nur eine Programmiersprache Anwendungsprogramm Nachteile Daten meist nur vom erzeugenden Programm zu lesen Erweiterungen aufwändig Immer wieder gleiche Probleme (z.b. Datumsformat) PC 9

5 Software-Architekturen - Client-Server z.b. Outlook und Exchange-Server einfache, datenbank-basierte Schülerverwaltung Anwendungsprogramm Anwendungsprogramm (Datenbank)Server Client Server 10 Software-Architekturen - Client-Server z.b. Outlook und Exchange-Server einfache, datenbank-basierte Schülerverwaltung Anwendungsprogramm (Datenbank)Server Client Server 11

6 Software-Architekturen - Client-Server Vorteile Datenbank übernimmt Standardaufgaben Daten zentral vorhanden (für mehrere Benutzer / Programme) Erweiterungen relativ einfach Anwendungsprogramm (Datenbank)Server Nachteile Installation von Software auf allen Clients notwendig Weitere Sprache zum Datenbankzugriff Client Server 12 Software-Architekturen Webarchitektur Eine moderne 3-schichtige Webarchitektur Webclient (Browser) Anwendungsprogramm Webserver (z.b. Apache und PHP) Datenbankserver (z.b. MySQL) Client Server Server 13

7 Software-Architekturen Webarchitektur Eine moderne 3-schichtige Webarchitektur Webclient (Browser) Webserver (z.b. Apache und PHP) Datenbankserver (z.b. MySQL) Client Server Server 14 Software-Architekturen Webarchitektur Vorteile Keine Installation von zusätzlicher Software beim Client Webclient (Browser) Webserver (z.b. Apache und PHP) Datenbankserver (z.b. MySQL) Nachteile http-protokoll ohne Sessionverwaltung Client Server Server 15

8 Typische Hardware-Verteilung Viele (Web-) Clients teilen sich die Dienste eines Webservers, der wiederum auf einen Datenbankserver zurückgreift. In kleinen Systemen können Web- und Datenbankserver auf dem gleichen Rechner sein. Clients Webserver Datenbankserver 16 und zum Testen / für die Fortbildung? Alle drei Schichten sind auf einem Rechner! Clients Client Webserver Datenbankserver Webserver Internet Explorer Apache Datenbankserver MySQL 17

9 Das andere Extrem eine Web Farm Application Server Farm je 4 Prozessoren HACMP Fail-Over Production DB Server FailOver DB Server 32 GByte RAM 32 GByte RAM Load Balancer FDDI Switch 18 2,4 TByte Arten von Datenbanken Man unterscheidet verschiedene Arten von Datenbanken: Hierarchische Datenbanken Die Datenelemente sind baumartig miteinander verbunden Vernetzte Datenbanken Die Datenelemente sind mit Zeigern zu einem Netz miteinander verbunden 19 Beide Formen waren vor allem bei Großrechnern im Einsatz und werden zunehmend von relationalen Datenbanken abgelöst

10 Arten von Datenbanken Relationale Datenbanken Die Daten werden in Form von Tabellen gespeichert Zwischen den Tabellen werden Beziehungen aufgebaut (Relationen) Ort Datensatz (Tupel) Spalte (Merkmal, Attribut) Datenwert (Attributwert) Name Einwohner Breite Laenge Land Berlin ,52 13,41 Deutschland Mainz ,00 8,27 Deutschland Paris ,86 2,35 Frankreich Speyer ,31 8,43 Deutschland Attributklasse 20 Empfehlung: Einheitliche Begriffe nutzen, nicht zu nah an der mathematischen Betrachtung (Relationenalgebra) Arten von Datenbanken Relationale Datenbanken typische Vertreter Oracle IBM (DB/2) Microsoft SQL Server (Access?) Informix MySQL OpenSource PostGreSQL 21

11 Was bietet mir eine Datenbank? Strukturierte Speicherung von Daten Verteilter, gleichzeitiger Zugriff mehrerer Benutzer / Programme Verwaltung von Zugriffsrechten ACID Prinzip (Idee: Analogie zu Bank-Transaktionen) Atomicity Transaktionen (Änderungen an der Datenbank) werden ganz oder gar nicht durchgeführt. Consistency Eine Transaktion führt wieder zu einem konsistenten (gültigen) Zustand der Datenbank. Isolation Transaktionen beeinflussen sich nicht gegenseitig. Durability Eine Transaktion ist dauerhaft gespeichert, auch gegen Systemabstürze gesichert. 22 Im Unterricht gut durch Rollenspiele zu veranschaulichen. ACID-Prinzip A Atomicity Bsp.: Ein Kontosystem mit nicht überziehbaren Konten Bob überweist Alice 500. Die Transaktion bricht nach der Abbuchung von Bobs Konto ab. Bob Alice Die Transaktion darf nur ganz oder gar nicht stattfinden. Konkret: Das Geld darf unterwegs nicht verschwinden 23

12 ACID-Prinzip C Consistency Bsp.: Bob will Alice 1000 überweisen. Die Transaktion überzieht sein Konto, was nicht erlaubt ist. Bob Alice Jede Transaktion muss die Datenbank in einem konsistenten (den definierten Regeln entsprechenden) Zustand hinterlassen. (insbesondere bei der Konsistenz von Schlüsselbeziehungen, s.u.) ACID-Prinzip I Isolation Bsp.: Bob überweist Alice 400 und gleichzeitig an Carol 500. Jede Transaktion für sich ist in Ordnung, zusammen überziehen sie das Konto. Carol Bob Alice Jede Transaktion muss so ablaufen, dass parallel ablaufende Transaktionen sie nicht stören können. (zumindest logisch nacheinander ablaufen serialisierbar)

13 Agenda Datenbanken Wozu? Abfragesprachesprache SQL Verwaltung MySQL Datenbankmodellierung Themenvernetzung (DB-Zugriff, etc.) Ausblick 26 Sprachen zur Datenbankverwaltung An der Schnittstelle nach außen bietet das Datenbanksystem (DBS) Sprachen für folgende Zwecke: Datenabfrage und -manipulation (DML) Verwaltung der Datenbank und Definition der Datenstrukturen (DDL) Berechtigungssteuerung (DCL) Bei relationalen DBS ist dies alles in der Sprache SQL vereint. Beschränkung in der Schule im Wesentlichen auf Abfragesprache. GF - Lehrplan 27

14 MySQL Jetzt wird es (endlich) praktisch Starten Sie den Datenbankserver und den Webserver Das Datenbanksystem bietet einen Service für andere Rechner an Die Windows-Firewall kann dies melden. Der Port muss freigegeben werden. 28 Die erste Datenbank importieren Die Administration von MySQL funktioniert selbst schon am einfachsten über den Browser (oder Admin-Button in Control Panel) Webarchitektur Client Webserver Browser Apache MySQL 29 Datenbankserver

15 Die erste Datenbank importieren Legen Sie eine neue Datenbank terra1 an. Wechseln Sie zur Datenbank (links), wählen Sie den Punkt Importieren und suchen die Datei terra1.sql 30 Die erste Tabelle Klicken Sie auf Struktur : u.a. wird die Tabelle ort angezeigt. Lassen Sie sich den Inhalt der Tabelle anzeigen. Tipp: Ändern Sie die Einstellungen von phpmyadmin, so dass nur die Icons angezeigt werden! 31

16 Abfragen mit SQL SQL = Structured Query Language. bezeichnet eine Sprache zur Kommunikation mit Datenbanken. ist international genormt und wird von vielen DBS verstanden. wird im Folgenden zur Formulierung von Abfragen eingesetzt. Syntax einer (einfachen) SQL-Abfrage: SELECT [Spalten] FROM [Tabelle] WHERE [Bedingung] ORDER BY [Attribute]; Die WHERE- und die ORDER BY-Klausel sind optional. 32 Datenbankzugriff mit SQL - Ein erstes Beispiel SELECT Name, Einwohner, Land FROM Ort WHERE Einwohner > Ort Name Einwohner Breite Laenge Land Berlin ,52 13,41 Deutschland Mainz ,00 8,27 Deutschland Paris ,86 2,35 Frankreich Speyer ,31 8,43 Deutschland Ergebnistabelle Name Einwohner Land Berlin Deutschland Paris Frankreich Millionenstädte? 35

17 SQL WHERE Bedingungen mit Textattributen: Name = 'Paris' Name LIKE 'P%' Name LIKE 'A_len' (Potsdam, Peine, Pirmasens) (Aalen, Ahlen) Bedingungen mit Zahlattributen: Stufe=7 (gleich 7) Stufe<>7 (ungleich 7) Stufe<7 (kleiner 7) Stufe>7 (größer 7) Stufe<=7 (kleiner gleich 7) Stufe>=7 (größer gleich 7) Stufe BETWEEN 7 AND 10 (zwischen 7 und 10) 36 SQL WHERE Vergleich auf Nullwert (kein Attributwert angegeben): Breite IS NULL Logische Verknüpfungen: NOT (Land='Deutschland') (Land nicht Deutschland) (Land='Deutschland') AND (Einwohner>100000) (Millionenstädte in Deutschland) (Land='Deutschland') OR (Land='Schweiz') (Orte in Deutschland und Schweiz) 37

18 SQL ORDER BY Das Abfrageergebnis kann sortiert werden: SELECT [Spalten] FROM [Tabelle] WHERE [Bedingung] ORDER BY [Attribute]; Die Sortierung geschieht nach dem angegebenen Attribut. Bei mehreren Sortierattributen wird nach dem zweiten (dritten...) sortiert, sobald die Werte des ersten (zweiten...) identisch sind. Absteigende Sortierung mit DESC Beispiele: SELECT * FROM Ort ORDER BY Name SELECT * FROM Ort ORDER BY Land, Einwohner DESC 38 Die ersten SQL Befehle Öffnen Sie das SQL-Fenster 1. Geben Sie alle Länder aus! SELECT * FROM Land 2. Geben Sie alle Länder aus: Name, Einwohner, Hauptstadt Sortierung nach Einwohner absteigend SELECT Name, Einwohner, Hauptstadt FROM Land ORDER BY Einwohner DESC 39

19 Aufgaben, Datenbank: terra1 3. Welche Länder liegen in Asien und Australien? WHERE Kontinent='Asien' OR Kontinent='Australien' 4. Welche Länder haben zwischen 10 und 100 Mio. Einwohner? Absteigend nach Einwohner sortiert WHERE Einwohner BETWEEN 10 AND 100 ORDER BY Einwohner DESC 5. Welche Länder haben einen Arm oder ein Bein im Namen? WHERE name like '%bein%' OR name like '%arm%' 40 Hilfsfunktionen Wichtig sind vor allem Funktionen zur Manipulation von Strings und Datumsangaben, z.b. DATEDIFF(D1, D2) Differenz (Tage) NOW() Aktuelle Zeit/Datum (SELECT CURDATE()) Wichtige Stringfunktionen CONCAT(S1,S2, ) Verbinden von Strings LOWER(),UPPER() In Groß-/Kleinbuchstaben umwandeln CHAR_LENGTH() Länge in Zeichen MID(str,pos,len) String ausschneiden TRIM(s), LTRIM, RTRIM Abschneiden von Leerzeichen Weitere Funktionen online in der Hilfe zu MySQL! 41 SQL ist hier nicht standardisiert Die Funktionen sind bei anderen DBS oft unterschiedlich

20 Aufgaben, Datenbank: terra1 5. Geben Sie die Länder in folgender Form aus: CONCAT(UPPER(Name),' - ',Hauptstadt) AS Land, round(einwohner) AS "Mio. Einwohner" Spalten können mit AS umbenannt werden 6. Welche Länder gibt es in Europa mit mehr als 20 Mio Einwohner? WHERE Kontinent = 'Europa' AND Einwohner > 20 Frankreich?? Problem: Europa wird unterschiedlich geschrieben! Lösung: Auslagerung in eine eigene Tabelle 42 Exkurs: Primärschlüssel Wozu dient die Spalte LNR in der Land-Tabelle? ein anderes Beispiel: Suche nach der Hauptstadt Berlin Suche nach der Hauptstadt Washington Man benötigt noch das Land als Suchhilfe. 43 Selbst das Land reicht als Suchhilfe nicht aus.

21 Relationale Datenbanken Beziehungen 45 Land und Kontinent werden in zwei getrennten Tabellen gespeichert und über eine Beziehung miteinander verknüpft. Zur Verknüpfung dient ein Kürzel des Kontinents, das als Fremdschlüssel in Land gespeichert wird. Land LNR Name Einwohner Hauptstadt Kontinent DK Dänemark 5.16 Kopenhagen Europa D Deutschland Berlin Europa IND Indien Delhi Asien RWA Rwanda 6.30 Kigali Afrika LNR Name KNR DK Dänemark EU D Deutschland EU IND Indien AS RWA Rwanda AF Schlüsselattribut aus Kontinent Kontinent KNR EU AS AF Name Europa Asien Afrika Relationale Datenbanken Beziehungen 46 Land LNR Name KNR DK Dänemark EU D Deutschland EU IND Indien AS RWA Rwanda AF Primärschlüssel aus Kontinent Kontinent KNR Name Die Verknüpfung erfolgt grundsätzlich dadurch, dass ein Fremdschlüssel der einen Tabelle auf den zugehörigen Primärschlüssel der anderen Tabelle zeigt. Vorteile: Daten werden jeweils nur in einer Tabelle gespeichert. Datenänderungen sind leichter durchzuführen. Strukturänderungen (z.b. das Hinzufügen der Kontinentfläche) lassen sich meist mit geringem Aufwand realisieren. Die Struktur lässt flexiblere Abfragen zu. EU AS AF Europa Asien Afrika

22 SQL einfache Joins Müssen in SQL Daten aus mehreren Tabellen entnommen werden, so werden sog. Joins gebildet. Die Abarbeitung eines Joins in mehreren Schritten kann an folgendem Beispiel veranschaulicht werden: Land Es sollen alle Länder mit ihren Kontinenten ausgegeben werden, die mehr als 10 Mio. Einwohner haben. LNR Name Einwohner KNR DK Dänemark 5.16 EU D Deutschland EU IND Indien AS RWA Rwanda 6.30 AF Kontinent KNR EU AS AF Name Europa Asien Afrika 47 SQL einfache Joins 48 Land 1. Cross-Join ( jede Zeile mit jeder ) SELECT * FROM Land, Kontinent LNR Name Einwohner KNR DK Dänemark 5.16 EU D Deutschland EU IND Indien AS RWA Rwanda 6.30 AF KNR EU AS AF LNR Name Einwohner KNR KNR Name DK Dänemark 5.16 EU EU Europa DK Dänemark 5.16 EU AS Asien DK Dänemark 5.16 EU AF Afrika D Deutschland EU EU Europa D Deutschland EU AS Asien D Deutschland EU AF Afrika IND Indien AS EU Europa IND Indien AS AS Asien IND Indien AS AF Afrika Name Europa Asien Afrika Kontinent

23 SQL einfache Joins Einschränken auf passende Datensätze. Es dürfen nur die Zeilen genommen werden, für die die Land und die Kontinent Tabelle Daten des gleichen Kontinents enthalten. Dies wird durch die sog. Join-Bedingung erreicht. SELECT * FROM Land, Kontinent WHERE Land.KNR= Kontinent.KNR LNR Name Einwohner KNR KNR Name DK Dänemark 5.16 EU EU Europa DK Dänemark 5.16 EU AS Asien DK Dänemark 5.16 EU AF Afrika D Deutschland EU EU Europa D Deutschland EU AS Asien D Deutschland EU AF Afrika IND Indien AS EU Europa IND Indien AS AS Asien IND Indien AS AF Afrika SQL einfache Joins Einschränken auf passende Datensätze (2). Es sollen nur Länder mit > 10 Mio. Einwohner gezeigt werden. Momentan würde auch Dänemark ausgegeben werden. Also muss eine weitere Bedingung erfüllt sein: SELECT * FROM Land, Kontinent WHERE Land.KNR = Kontinent.KNR AND Land.Einwohner > 10 LNR Name Einwohner KNR KNR Name DK Dänemark 5.16 EU EU Europa DK Dänemark 5.16 EU AS Asien DK Dänemark 5.16 EU AF Afrika D Deutschland EU EU Europa D Deutschland EU AS Asien D Deutschland EU AF Afrika IND Indien AS EU Europa IND Indien AS AS Asien IND Indien AS AF Afrika

24 SQL einfache Joins Einschränken auf gesuchte Spalten. Nur bestimmte Spalten werden ausgegeben. SELECT Land.Name, Land.Einwohner, Kontinent.Name FROM Land,Kontinent WHERE Land.KNR = Kontinent.KNR AND Land.Einwohner > 10 LNR Name Einwohner KNR KNR Name D Deutschland EU EU Europa IND Indien AS AS Asien Name Einwohner Name Deutschland Europa Indien Asien In der Realität versucht das DBMS, durch geschicktes Vorgehen die Datenmenge schon früher zu reduzieren. Aufgaben, Datenbank: terra2 1. Geben Sie alle Kontinente mit ihren Ländern aus: Name der Kontinente und Länder Sortierung nach Kontinent absteigend 2. In welchen Kontinenten gibt es Länder mit mehr als 100 Mio. Einwohner? SELECT DISTINCT Kontinent.Name Kontinent.Name FROM Land, Kontinent WHERE Land.KNR = Kontinent.KNR AND Land.Einwohner > 100 Problem: Es werden Duplikate angezeigt SELECT Kontinent.Name, Land.Name FROM Kontinent, Land WHERE Kontinent.KNR = Land.KNR ORDER BY Kontinent.Name DESC 52 Lösung: DISTINCT-Anweisung

25 Erweiterung der Datenbank Es sollen nun die wichtigsten Orte der Länder gespeichert werden. Wie sieht eine solche Ländertabelle aus? Es wird eine neue Tabelle Ort angelegt mit einem Fremdschlüssel auf Land. Ort ONR Name LNR BANGAL Bangalore IND GOETTI Göttingen D KARLSR Karlsruhe D KOPENH Kopenhagen DK Land LNR Name KNR DK Dänemark EU D Deutschland EU IND Indien AS RWA Rwanda AF Schlüsselattribut aus Land 53 Bisheriges Schema der Datenbank 54 Ein erstes E/R-Modell (Entity/Relationship) eigentlich intuitiv zu lesen!? Teil von Land Hauptstadt Teil von Kontinent Ort Finden Sie die Stelle in der Datenbank terra3, an der die Hauptstadt abgespeichert ist?

26 Aufgaben, Datenbank: terra3 1. Geben Sie alle Orte mit ihren Ländern aus: Name der Orte und Länder Sortierung nach Einwohnerzahl absteigend SELECT Ort.Name, Ort.Einwohner, Land.Name AS Land FROM Ort, Land WHERE Ort.LNR = Land.LNR ORDER BY Ort.Einwohner DESC 2. Geben Sie alle Länder mit ihrer Hauptstadt aus! Sortierung nach Kontinent und Land. SELECT Kontinent.Name AS Kontinent, Land.Name, Ort.Name AS Hauptstadt FROM Ort, Land, Kontinent WHERE Ort.ONR = Land.HauptONR AND Land.KNR = Kontinent.KNR ORDER BY Kontinent.Name, Land.Name 55 SQL Tabellen-Alias Soll in SQL auf eine Tabelle mehrfach zugegriffen werden, so kann dies mit Alias-Namen geschehen: Es sollen alle Städte mit mehr als 1 Mio. Einwohner ausgegeben werden; dabei auch das zugehörige Land mit Hauptstadt. logische Struktur: Ort Teil von Land SELECT o.name AS Stadt, l.name AS Land, hs.name FROM Ort o, Land l, Ort hs WHERE o.lnr = l.lnr AND l.hauptonr = hs.onr AND o.einwohner> Hauptstadt Ort Der Alias-Name für Land ist nicht notwendig (verkürzt die Abfrage) 56

27 Erweiterung der Datenbank Es sollen Flüsse gespeichert werden. Flüsse fließen durch Orte. Manche Orte werden von mehreren Flüssen durchflossen (z.b. Koblenz) Wie sieht die Tabelle für die Flüsse aus? Fluss FNR Name Laenge ELB Elbe 1144 MEK Mekong 4500 MOS Mosel 544 RHE Rhein 1320 ONR HAMBUR PHNOMP KOBLEN KOBLEN Ort ONR Name GOETTI Göttingen KARLSR Karlsruhe KOBLEN Koblenz KOPENH Kopenhagen Problem: Für Flüsse müssen beliebig viele Orte eingetragen werden. 57 Erweiterung der Datenbank Es sollen Flüsse gespeichert werden. Flüsse fließen durch Orte. Manche Orte werden von mehreren Flüssen durchflossen (z.b. Koblenz) Wie sieht die Tabelle für die Flüsse aus? Fluss FNR Name Laenge ELB Elbe 1144 MEK Mekong 4500 MOS Mosel 544 RHE Rhein 1320 Ort ONR Name GOETTI Göttingen KARLSR Karlsruhe KOBLEN Koblenz KOPENH Kopenhagen FNR LEI RHE RHE Problem: Für Orte müssen mehrere Flüsse eingetragen werden. 58 Lösung: Auslagerung der Zuordnung in eine eigene Tabelle

28 Erweiterung der Datenbank 59 Es sollen Flüsse gespeichert werden. Flüsse fließen durch Orte. Manche Orte werden von mehreren Flüssen durchflossen (z.b. Koblenz) Zuordnungstabelle mit Schlüsseln aus beiden Haupttabellen. Fluss FNR Name Laenge ELB Elbe 1144 MEK Mekong 4500 MOS Mosel 544 RHE Rhein 1320 Stadtfluss FNR ONR ELB HAMBUR RHE KOBLEN RHE KARLSR MOS KOBLEN Ort ONR Name GOETTI Göttingen KARLSR Karlsruhe KOBLEN Koblenz KOPENH Kopenhagen Struktur der Datenbank terra4 Land n Teil von 1 Kontinent 1 n Teil von Ort Hauptstadt 1 1 n durchfließt m Fluss 60

29 Aufgaben, Datenbank: terra Welche Orte liegen an der Donau? 2. Welche Länder durchfließt die Donau? 3. Welche Flüsse fließen durch Deutschland? SELECT o.name FROM Ort o, Stadtfluss sf, Fluss f WHERE o.onr = sf.onr AND sf.fnr = f.fnr AND f.name = 'Donau' SELECT DISTINCT l.name FROM Land l, Ort o, Stadtfluss sf, Fluss f WHERE l.lnr = o.lnr AND o.onr = sf.onr AND sf.fnr = f.fnr AND f.name = 'Donau' SELECT DISTINCT f.name, f.laenge FROM Fluss f, StadtFluss sf, Ort o, Land l WHERE f.fnr = sf.fnr AND sf.onr = o.onr AND o.lnr = l.lnr AND l.name = 'Deutschland' Gruppieren von Ergebnissen 62 Manchmal müssen die Ergebnisse einer Anfrage gruppiert und verrechnet werden. Bsp.: Wie viele Städte sind in Europa pro Land verzeichnet? SELECT o.onr, l.name FROM Ort o, Land l WHERE o.lnr = l.lnr AND l.knr = 'EU ORDER BY l.name ONR Name AALBOR Dänemark KOPENH Dänemark BERLIN Deutschland DUESSE Deutschland MAINZ Deutschland TALLIN Estland Selbst zählen??? NEIN!

30 Gruppieren von Ergebnissen Manchmal müssen die Ergebnisse einer Anfrage gruppiert und verrechnet werden. Bsp.: Wie viele Städte sind in Europa pro Land verzeichnet? SELECT l.name, COUNT(*) AS Anzahl FROM Ort o, Land l WHERE o.lnr = l.lnr AND l.knr = 'EU GROUP BY l.name ORDER BY l.name ONR Name AALBOR Dänemark KOPENH Dänemark BERLIN Deutschland DUESSE Deutschland MAINZ Deutschland TALLIN Estland Name Dänemark 2 Deutschland 3 Estland 1 Anzahl 63 Aufgaben, Datenbank: terra4 1. Wie viele Staaten haben Megacities (> 5 Mio. Einwohner) als Hauptstadt? SELECT COUNT(*) FROM Land L, Ort O WHERE O.ONR = L.HauptONR AND O.Einwohner > Zählen Sie die Staaten pro Kontinent! Geben Sie die Kontinente nach der Anzahl absteigend aus. SELECT K.Name, COUNT(*) AS Anzahl FROM Land L, Kontinent K WHERE L.KNR = K.KNR GROUP BY K.Name ORDER BY Anzahl DESC GROUP BY entfällt, wenn nur gezählt wird. 64

31 Aufgaben, Datenbank: terra4 3. Wie viele Einwohner haben die Länder pro Kontinent im Schnitt? SELECT k.name AS Kontinent, AVG(l.Einwohner) AS Schnitt FROM Kontinent k, Land l WHERE k.knr = l.knr GROUP BY k.name ORDER BY k.name 4. Welche Städte liegen an mehr als einem Fluss? SELECT o.name, COUNT(*) AS Anzahl FROM Ort o, StadtFluss sf WHERE o.onr = sf.onr GROUP BY o.name HAVING COUNT(*)>1 ORDER BY o.name Weitere BuiltIn- Funktionen: MAX, MIN, SUM, 65 Struktur der kompletten Datenbank miniterra n benachbart m Sprache n gesprochen m Land n Teil von 1 1 n Teil von Ort Hauptstadt 1 1 n durchfließt m Kontinent Fluss 1 mündet 66 n

32 Für Experten Welche Städte liegen an mehr als einem Fluss? Welche Flüsse sind es jeweils? SELECT o.name, f.name FROM Ort o, StadtFluss sf1, Fluss f WHERE o.onr = sf1.onr AND f.fnr = sf1.fnr AND EXISTS (SELECT NULL FROM StadtFluss sf2 WHERE sf1.fnr<>sf2.fnr AND sf2.onr=o.onr) ORDER BY o.name Welche Länder grenzen an Deutschland? SELECT l1.name, l2.name FROM Nachbarland n, Land l1, Land l2 WHERE (n.lnr1='d' OR n.lnr2='d') AND l1.lnr = n.lnr1 AND l2.lnr = n.lnr2 67 Für Experten Welche Länder grenzen an Deutschland? Geben Sie nur die Nachbarländer aus! SELECT IF(l1.LNR='D',l2.Name, l1.name) AS "Direkte Nachbarn" FROM Nachbarland n, Land l1, Land l2 WHERE (n.lnr1='d' OR n.lnr2='d') AND l1.lnr = n.lnr1 AND l2.lnr = n.lnr2 ORDER BY "Direkte Nachbarn" Welche Flüsse münden in den Rhein? SELECT fc.name FROM Fluss fp, Fluss fc WHERE fp.fnr = fc.zielfnr AND fp.name = 'Rhein' ACHTUNG: Nicht genormt! Selbstreferenz der Tabelle Fluss 68

33 u.v.m. SQL bietet noch einige weitere (hier nicht behandelte) Möglichkeiten: OUTER JOINS: Es werden beim Join auch Datensätze angezeigt, die keinen Join-Partner finden. Bsp.: Alle Städte sollen ausgegeben werden und zwar (wenn vorhanden) mit ihren Flüssen. Behandlung von leeren Feldern (NULL-Werten) 69 Agenda Datenbanken Wozu? Abfragesprachesprache SQL Verwaltung MySQL Datenbankmodellierung Themenvernetzung (DB-Zugriff, etc.) Ausblick 70

34 Verwaltung des Datenbanksystems In einem Datenbanksystem müssen Rechte für verschiedene Benutzer verwaltet werden: MySQL arbeitet nach der Installation ohne Schutz des Administrators Jeder kann auf alle Datenbanken zugreifen und diese verändern Mehrere Schüler sollen sich einen Datenbankserver teilen, dabei sich aber nichts gegenseitig kaputtmachen Die Rechte können sehr fein vergeben werden, am Wichtigsten sind: SELECT: Benutzer kann Tabellen auslesen INSERT/UPDATE/DELETE: Tabelleninhalte dürfen verändert werden CREATE/ALTER/ : Tabellenstruktur darf verändert werden 71 Grundlegenden Schutz einrichten Das XAMPP-Paket erlaubt das Einrichten des Administrator- Passworts auf einfache Weise: Rufen Sie auf. Klicken Sie auf Sicherheitscheck. Im Link unter der Tabelle können wichtige Sicherheitslücken geschlossen werden. Setzen Sie zumindest das Passwort für den Administrator (root) und stellen Sie die Anmeldung um auf http. 72 dann: MySQL Server neu starten (XAMPP Control Panel)

35 MySQL Passwort für Administrator ändern phpmyadmin in Browser starten Menüpunkt Rechte Benutzer root auswählen und bearbeiten Passwort eingeben und speichern Beim nächsten Aufruf von phpmyadmin ist die Eingabe des neuen Passworts notwendig 73 Benutzer / Rechte vergeben Über den Reiter Rechte können weitere Benutzer angelegt werden und Rechte auf den Datenbanken vergeben werden z.b. für einen zentralen Datenbankserver sollen pro Schülergruppe exklusive Datenbanken zur Verfügung gestellt werden Da phpmyadmin immer lokal auf dem Server läuft 74

36 Benutzer / Rechte vergeben Einem Benutzer können aber auch Rechte (z.b. nur Leserecht) auf zentralen Datenbanken wie miniterra vergeben werden: 75 Problem: XAMPP-Rechte Jetzt kann der Benutzer über oder über vom Schulnetzwerk auf den Server zugreifen. Problem: Neues Rechte-System in aktuelleren XAMPP-Versionen Manuelles Anpassen der Konfigurationsdatei httpd-xampp.conf nötig. 76

37 Anpassen der Konfigurationsdatei httpd-xampp.conf 77 Im Verzeichnis \xampp\apache\conf\extra findet sich die Konfigurationsdatei httpd-xampp.conf Sicherungskopie anlegen! Im letzten Abschnitt muss der Zugriff wieder erlaubt werden, indem das Verbot auskommentiert wird. Danach muss der Webserver mit XAMPP Control Panel neu gestartet werden. Dies ist die quick and dirty -Methode ohne Beachtung eines Sicherheitskonzepts Die Anpassung ist für ein öffentliches System im Internet absolut ungeeignet! Benutzer anlegen 1. Schützen Sie den Administrator-Zugang für ihren mysql-server wie zuvor beschrieben. 2. Legen Sie einen Benutzer ifb und Passwort Speyer an. Dieser soll die Leserechte (SELECT) auf der Datenbank miniterra erhalten. 3. Passen Sie die Konfigurationsdatei httpd-xampp.conf an. 4. Versuchen Sie, mit diesem Benutzer auf die Datenbank des Nachbarn / der Nachbarin zuzugreifen. 78

38 Skript zur Anlage der Datenbanken Zur Vereinfachung existiert ein PHP-Skript, das eine erste Umgebung für den Unterricht einrichtet: Verzeichnis terra_install in das htdocs-verzeichnis des XAMPP-Pakets kopieren. aufrufen. Das Skript legt die Datenbanken terra1 4 und miniterra an. erzeugt Benutzerkonten und Datenbanken für die Schüler mit entsprechenden Rechten. 79 Agenda Datenbanken Wozu? Abfragesprachesprache SQL Verwaltung MySQL Datenbankmodellierung Themenvernetzung (DB-Zugriff, etc.) Ausblick 80

39 Ein neues Informationssystem Anforderungskatalog Schulverwaltung Die Benutzer können eine Liste aller Lehrer mit ihrem Dienstkürzel abrufen. Für jede Klasse ist eine Liste der durchgeführten Klassenfahrten mit dem leitenden Lehrer ersichtlich. StD L. Lämpel übernimmt dieses Jahr die 7a als Klassenleiter. Die Klasse kann das im Internet schon in den Ferien erfahren. Eine Suche ist möglich über Klassenstufe, Lehrer oder Fach. StR A. Kribich hat sich fortgebildet und darf ab diesem Jahr neben Mathematik und ev. Religion auch Informatik unterrichten. Die Fachschaftsliste muss aktualisiert werden. Nachdem LiA Sch. Merz in Rente gegangen ist, geht die Fachbereichsleitung in Sport an OStR G. Lenk. 81 Modellbildung Um ein Informationssystem zu erstellen, muss ein Ausschnitt der realen Welt ( Miniwelt ) im Computersystem erfasst werden. Die Benutzer können eine Liste aller Lehrer mit ihrem Dienstkürzel abrufen. StD L. Lämpel übernimmt dieses Jahr die 7a als Klassenleiter. Die Klasse kann das im Internet schon in den Ferien erfahren. Eine Suche ist möglich über Klassenstufe, Lehrer oder Fach. Miniwelt Datenmodell? 82 Unstrukturierte Informationen über die Miniwelt Repräsentation der Informationen als strukturierte Daten

40 Modellbildung 83 Um aus einer Beschreibung einer Miniwelt das Datenmodell einer Datenbank abzuleiten, bietet es sich an, zunächst ein grafisches Konzept der Daten zu erstellen. Text Externe Sicht Konzeptionelle Sicht Internes Modell (z.b. relationales Datenmodell) Konzeptionelles Modell E/R-Diagramme E/R-Diagramme dienen dazu, das konzeptionelle Modell des Informationssystems zu erstellen. Es werden zwei Konstrukte verwendet: Entitätstypen Beziehungstypen (Relationships) Eine Entität ist ein bestimmtes Objekt der realen Welt oder unserer Vorstellung z.b. eine Person, ein Gegenstand, ein Ereignis Entitäten mit gleichen Eigenschaften werden zu Entitätstypen zusammengefasst Symbol: Rechteck Lehrer 84

41 E/R-Diagramme - Entitätstyp 85 Beispiel Entitätstyp: Entität: Lehrer Lämpel, Kürzel Lä Entitätstyp: Menge aller Lehrer mit den Merkmalen Vorname, Nachname, Kürzel, Primärschlüssel: Kürzel (?) (oder ein künstlicher Schlüssel) Entitätstyp Lehrer Kürzel: Lä Name: Lämpel Vorname: Ludwig Titel: StD Kürzel: Kr Name: Kribich Vorname: Alfred Titel: StR Kürzel: Le Name: Lenk Vorname: Gertrud Titel: OStR' 3 Entitäten E/R-Diagramme - Beziehungstyp Gleichartige Beziehungen zwischen Entitäten werden als ein Beziehungstyp zwischen den Entitätstypen definiert. Symbol: Raute Beispiel: Ein Lehrer führt Klassenfahrten durch. Kuerzel: Lä Name: Lämpel Kuerzel: Kr Name: Kribich Kuerzel: Me Name: Merz Beziehungen Stufe: 8 Teil: a Stufe: 11 Teil: M1 Stufe: 12 Teil: m3 Lehrer Klassenfahrt Klasse 86 Entitätstyp Beziehungstyp Entitätstyp

42 Modellierung oft nicht eindeutig Die Beziehung Klassenfahrt könnte man auch als eigenen Entitätstyp modellieren. Modellierung ist oft nicht eindeutig, es gibt je nach Ansicht mehrere sinnvolle Modelle für eine Miniwelt. Lehrer führt durch Klassenfahrt Klasse nimmt teil 87 E/R-Diagramme - Attribute Die Eigenschaften aller Entitäten und Beziehungen eines Entitätstyps bzw. eines Beziehungstyps werden mit Hilfe von Attributen erfasst. Symbol: Ellipse Beispiel: Name Vorname Lehrer beschreibend Kürzel identifizierend Klassenfahrt Ziel Datum Stufe Klasse Teil Anzahl 88