AufderlogischenEbenesollteesmoglichsein,denAusschnittdermodelliertenWeltzu

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1 InformatikIII Datenbanken Sommersemester1992 Prof.Dr.R.Laue GraphikenvonWalterDorwald,HelmutHahnundMartinDobmann ErstelltvonWalterDorwald,MartinDobmannundHelmutHahn

2 Inhalt: A.Literaturverzeichnis DiephysikalischeEbene EntwurfstheorierelationalerDatenbanken DieSpracheSQL Datenmodelle FormaleBeschreibungsmittel Einfuhrung...1

3 BeispielVersicherungsunternehmen entnommenwurde. 1.Einfuhrung Eswirddaraufhingewiesen,dadieVorlesungzugroenTeilenausderimAnhangstehendenLiteratur IneinemVersicherungsunternehmengebeesdieSparten beziehungsweisevorgenommen.dahermumandaten,diemehrerespartenbetreen,mehrfach jeweiligenbereich.diedatenfalleningroenmengenan.deshalberfolgtdiespeicherungund VerwaltungimComputer. FurdieeinzelnenSpartenwerdenspezielleAuswertprogrammeundDatensammlungenbenotigt AuerdemgibtesAbteilungenfurdieeinzelnenBereiche.DortarbeitenSpezialistenfurden Lebens-,Kfz-,Gebaude-,Kranken-,Hausrat-,Transport-undRechtsschutzversicherung. speichern. Vorteil Nachteil zwischendenverschiedenenabteilungennotig. JedeSparteistfurihreeigenenDatenverantwortlich,daherergebensichkeineKompetenzschwierigkeitenundessindkeinezeitaufwendigenAbstimmungenuberDatenfestlegung IsteineInformationmehrfachvorhanden,sobestehtbeieinerAnderungdasRisiko,dadie Informationnichtuberallgleichzeitiggeandertwird.Ursachendafurkonnensein Beispiel DieInformationenvomKundenkommenaneinebestimmteSparte,zumBeispielKonto- anderungoderadressanderung.beizahlungsunfahigkeitwirdeinesparteinformiert.fur WerbezweckemujedeSparteaufdieKundendatenderanderenSpartenzugreifen.Auchdie 2.Informationensindverschiedenmodelliert(Transformationschwierig) 1.SchlechteOrganisation 1.13-Ebenen-Modell Mankannsichdas3-Ebenen-Modellwiefolgtveranschaulichen RentabiltatundReaktionenaufdenMarktsindspartenubergreifend. Anwendersichten PhysikalischeEbene LogischeEbene Sicht1 ZZZZZZZZZ Datenbanksystem Sicht2 B BBBBSichtn Massenspeicher B 1

4 desunternehmens.diesistsomitnichtnureinedatenverarbeitungsspezischebeschreibung! DielogischeEbenestellteinGesamtmodellallerDatendesUnternehmensdar.Derzuverwaltende DieverschiedenenSichtenstellenAusschnitteausdieserGesamtheitdar.Sieentsprechenspeziellen AusschnittderrealenWeltisthierdeniert.DaserfordertdieKenntnisderBedeutungallerDaten Anwenderwunschen,etwadeneneinerAbteilung. DiephysikalischeEbenebeschreibtdieDatenverarbeitungssichtderDaten.Diesbeinhaltetdie AufteilunginDateien,Zugriswege,Zugrisrechteundanderes. Bemerkung 1.2Datenbanksystem Eswirdgefordert,dadieEbenenunabhangigseinmussen. AnderungderphysikalischenSpeicherungdarfAnwenderprogrammenichtberuhren. JederzeitmussenneueSichtenaufvorhandeneDatenhinzufugbarsein. transformationderergebnissedurchgefuhrtwerden.auerdemmussendieeingegebenendaten DieAufgabedesDatenbanksystemsistes,eineautomatischeTransformationderAnwenderwunschezuDatenverarbeitungsanfragendurchzufuhren.WeiterhinmudurchProgrammedieRuck- AufderlogischenEbenesollteesmoglichsein,denAusschnittdermodelliertenWeltzu aufihrekorrektheituberpruftwerden. vergroern,ohnevorhandenesichtenzuandern. 2

5 mengefat.objektebesitzeneigenschaftenodermerkmale,dieseheienattribute.alleentitieseines 2.FormaleBeschreibungsmittel 2.1DasEntity-Relationship-Model SeiennunA1;:::;AndieAttributeeinesEntity-setsE.DannwirdjedemAieinWertebereichD(Ai) Entity-setshabendiegleichenAttribute. Beispiel DieObjektederrealenWeltheienEntities.ObjektegleichenTypswerdenzuEntity-setszusam- zugeordnet.jedesentityeausewirdbeschriebendurch(e1;:::;en),wobeiei2d(ai).esistalso DieAttributwertedienendazu,Eigenschaftenzubeschreiben.DamitkonnenzudiesenObjekten eiderwertdesobjektsebeieigenschaftai.fallsai=alter,dannistbeispielsweiseei=45jahre. Informationenausgegebenwerden.Auerdemdienensiedazu,dieObjekte(Entities)zuidentizieren. AttributesindetwaAlter,Telefonnummer,Anschrift,Kinderzahl,Gehaltusw. HinzundKunzsindAngestellte.Hinz,KunzsindalsoEntitiesdesEntity-setsAngestellter. Esreicht,dieWertebeieinemSchlusselzukennen,umeinObjekteindeutigzuidentizieren.Ein Denition EswerdenhaugspezielleAttributezurIdentikationeingefuhrt. allgemeinenmehrereschlussel.dienicht-primarschlusselheiensekundarschlussel. speziellerschlusselwirdimallgemeinenalssogenannterprimarschlusselausgezeichnet.esgibtim ist. mitanderenworteneinminimalessmitsa=fa1;:::;angunddereigenschaft,dafur jedese=(e1;:::;en)2eunde0=(e01;:::;e0n)2emitei=e0ifuralleai2sfolgt,dae=e0 EineminimaleMengevonAttributen,derenEintrageeinObjektbereitsfestlegen,heitSchlussel, Beispiel Denition NebendenEntity-setsbestehenauchBeziehungenzwischendiesen. Schlusselnummer,oderuberPolizeilichesKennzeichen. HieristdieHinzunahmedesredundantenAttributs\PolizeilichesKennzeichen"ausDatenschutzgrundenerwunscht. KraftfahrzeugelassensichidentizierenuberHersteller,Fahrgestellnummer,uberBesitzerund Beispiel (Ang,Abt)mitAng2AngestellterundAbt2Abteilung EsseiE1=AngestellterundE2=Abteilung.DannistdieBeziehung\arbeitetin"dieMengeder EineBeziehungzwischenE1;:::;EnisteineTeilmengevonE1:::En,dasheitgewissen-Tupel (E1;:::;En)2E1:::En. 2.2DasEntity-Relationship-Diagramm EineDarstellungderrealenWeltdurcheineMengevonEntity-setsundBeziehungenwirddurcheinen Somitgehorenalso(Hinz,Versand)und(Kunz,Reklamation)zu\arbeitetin". AngarbeitetinAbt. Graphenveranschaulicht.Esgibt3ArtenvonKnoten 3

6 EinEntity-Relationship-Diagrammsiehttypischerweisewiefolgtaus: Entity-setswerdenRechteckenzugeordnet, AttributewerdenKreisenzugeordnet, BeziehungenwerdenRautenzugeordnet. &%Angestellter '$ Name &% '$ RufNr &% '$ Gehalt &% '$ arbeitetin Leiter Abteilung DieKantenverlaufenzwischenRechteckenundKreisenzugehorigerAttributeundzwischenRechteckenundRautenzugehorigerEntity-sets.DieBeziehungensindhaug2-stellig,wobeiesfolgende TypenvonBeziehungengibt &% '$ (1,n)-Beziehung Aufgabe fureine(1,n)-beziehung. ZujedemEntityausE2gehorthochstenseinEntityausE1.Somitfolgtaus(E1;E2)2Bund SeiE1=AbteilungsleiterundE2=Abteilung,dannistdieRelationB\gehortzu"einBeispiel (E01;E2)2B,daE1=E01ist. 1 ne2 (n,m)-beziehung Beziehung. SeiE1=StudentundE2=Vorlesung,dannistdieRelationB\hort"einBeispielfureine(n,m)- EsdurfenmehrereEntitiesausE1zumehrerenEntitiesausE2inderjeweiligenBeziehungstehen. n B me2 4

7 isa-beziehung SeiE1=TechnikerundE2=Angestellter,dannistdieRelationB\istein"einBeispielfureine JedesEntityausE1istSpezialisierungeinesEntitiesausE2 Fureineisa-Beziehunggilt (isa)-beziehung. B -E2 MitdiesenBeispielenkonnenwireinkomplexesEntity-Relationship-Diagrammkonstruieren,wobei dieschlusselattributeunterstrichensind. 1.JedesE12E1hatdieAttributederE22E2. 2.IstE12E1,soistihmeinE22E2zugeordnet,dasdiegleichenAttributwertehat. &% '$ AngNr kanniegen Pilot isa 6 &% '$ Name Angestellter&% '$ Beruf mn Maschine &% '$ AngNr Abug um 1 iegt Flugn1 kannwarten Techniker isa 6&% '$ Gehalt mn hatgebucht Passagier n1 5

8 3.Datenmodelle EsgibtimwesentlichendreiverschiedeneModelle,undzwardasNetzwerk,dasHierarchischeModell unddasrelationalemodell. IneinemNetzwerkgibtesEntity-Setsund(1,n)-Beziehungen. 3.1Netzwerk gestellt. Beispiel FurjedesEntity-SetwirdeinRechteckgezeichnet.Eine(1,n)-BeziehungwirddurcheinenPfeildar- EinegraphischeVeranschaulichungfureinNetzwerkerfolgtdurchdasBachmann-Diagramm. Denition EswerdendieVorlesungenAnalysisI,AlgebraIundsoweiterangeboten.DieVorlesung IstBE1E2eine(1,n)-Beziehung,soheitE1Owner-TypundE2Member-Typ. Kunz,:::Egon.DannsiehtdasBachmann-Diagrammwiefolgtaus: AnalysisIhorenHinz,Kunz,:::Meier,unddieVorlesungAlgebraIhorendieStudentenMeier, AlgebraI j.? rr? R..? Meier Kunzr Kunz Egon ImplementierungvonBeziehungendurchZeigerketten(LineareListe) r FurjedeBeziehungbenotigtmaneineeigeneZeigerkette.DiePositioneinesZeigersbestimmtdie Beispiel undeiner(1,m)-beziehung. Beziehung,diedurchdieentsprechendeZeigerkettedargestelltwird. Problemegibtesbeiden(n,m)-Beziehungen.Diesewerdenaufgelostzueiner(1,n)-Beziehungen handeltessichumeinesogenannte(n,m)-beziehung.nachauosen,dieserfurdasnetzwerkmodellnichtzuverarbeitendenbeziehung,erhaltenwirdieentity-sets IndiesemBeispielwollenwirwissenwelcheStudentenwelcheVorlesungenbesuchen.Da Owner-Typ Member-Typ/Member-Typ -Vorlesung/Horer 6 Owner-Typ einstudentmehrerevorlesunghorenkann,undinjedervorlesungmehrerestudentensind, Horer

9 horenalgebraierhaltenwirfolgendeentitiesundbeziehungen: FurdaskonkreteBeispielMeier,HinzundKunzhorenAnalysisIundMeier,HinzundEgon AnalysisI r Meier Kunz Hinz AlgebraIr? rr rr6 6? Egon 6 6? Umzustarten,wirdeinEinstiegspunktbenotigt.DazuwirdzujederZeigerkettediezuletztverwendeteAdresseineinerTabellegehalten.Wenn(n,m)-Beziehungensorealisiertwerdensollten, r Navigieren demselbenentitystehen.somitistesschwierigzuentscheiden,welcherzeigerzuwelcherbeziehunggehort. UmdieHorerderVorlesungAnalysisIauszugeben,istdieZeigerkettestartendbeiAnalysisI zudurchlaufen.beijedemmemberistdieanderezeigerkette,diezumhorergehort,solangezu hatteeinmembermehrereowner,unddazumutenmehrerezeigerfurdieselbebeziehungbei MehrstelligeBeziehungen EsseidiemehrstelligeBeziehungBE1E2:::En gegeben.dieimnetzwerkmodellnichtdarstellbare(1,n)-beziehung Zeigerkettefortgesetzt.Brecheab,wenndieKettezuAnalysisIzuruckfuhrt. durchlaufen,bisderownergefundenwird.dieserwirdausgegebenundderdurchlaufder1. wirddurcheinfuhrungeineskunstlichenentity-typesmitnattributenwiefolgtaufgelost. E1 E2B DieEntitiesdieseskunstlichenAttributesbestehenausdenZeigerkombinationenderEntitiesder Ei's,dieinRelationzueinanderstehen.Manerhaltalsofur(a;b;c)2B 7

10 a kunstlichesentity Bewertung DerZugriuberZeigerkettenistschnell,aberdieZugrisroutinensindvolligabhangigvonder 6? b6? c6? AufderlogischenEbenewerdenBaumegebildet,derenKnotenEntity-Setsdarstellen.Esgibtnur 3.2HierarchischesDatenmodell(IMSvonIBM) BeidiesemModellwerdendieDateninBaumenabgespeichert.Manerhalteinen\Wald". Speichermethode.DasNetzwerkmodellentsprichtalsonichtdem3-Ebenen-Modell.Denneine (1,n)-Beziehungen,dieMember-TypensindSohnederOwner-Typen.TritteinEntity-Setinmehreren AnfrageerfolgtaufderphysikalischenEbene. Beziehungenauf,sowerdenvirtuelleKopiendeniert.AlsMember-SettritteinEntity-Setnureinmal DarstellungeinesNetzwerkesdurcheinehierarchischeDatenbank Datenstruktur DafuristdieMengederNachfolgergeordnet. AufderphysikalischenEbenewerdenbeijedemEntityvariabelvieleZeigerzuNachfolgernerlaubt. aufsonstwerdendievirtuellenkopienverwendet.diesekopiensindnieowner-typeinerbeziehung. DieDatenstrukturwirddurcheineninInformatikIIvorgestelltenBaumrealisiert. 1.WahleeinEntity-SetalsWurzeldesBaumes,wennmoglicheinsolches,dasniealsMember- 4.IstjedocheinMember-TypbereitsimWaldaufgetreten,soerndeandieserStelleeinen 2.OrdnealledieEntity-SetsalsSohnean,diealsMember-TypeinerBeziehungzudiesem 3.Versuche,jedenderSohnealsOwner-TypunddamitalsVatereinerweiterenBeziehung darzustellenundmachederenmember-typzusohnen. gewahltenentity-setauftreten. TypeinerBeziehungerscheint. Bewertung 5.KannmandenBaumnichtvergroern,sosucheweitereEntity-Sets,dienochnichtverwendet virtuellenmember-typ,dessenentitiesauszeigernaufdiebereitsbestehendenentitiesdes betrachtenentity-setsbestehen.diesevirtuellenentity-setswerdennievater. ausreichendunterstutzt. DerZugribezuglichderjeweiligenHierarchieistschnell,derZugrianhandvonEigenschaften, dieindenblatternbeschriebensind,istjedochlangsam.auerdembestehteinehoheabhangigkeitderanwenderprogrammevonderspeicherung,dasheitdas3-ebenen-modellwirdnicht wurden.dannfahrefortmit1.sindalleentity-setsverbraucht,sohoreauf. 8

11 3.3RelationalesModell(Codd1971) DasrelationaleModellvermeidetdieVerwendungvonZeigern.DieBeziehungenwerdenwiedieEntites behandelt.diebeidenrelationalendatenbankenverwendetedatenstrukturistdietabelle. A1A2:::An a1a2.. Beispiel EinTupelt=(a1;a2;:::;an)hatinderi-tenSpalteeinenEintragaiausdemAizugeordneten DieSpaltenderTabellentragenAttributnamen(A1,A2,:::,An),undjedeZeileisteinWertetupel. Wertebereich. DieDatenbankeinesUnternehmensenthaltdieTabellenLieferant,TeilundLieferungmit. folgendendatenlieferant UmdieineinerMengevonTabellenabgespeichertenInformationenabzurufen,kannmandieTabellen LNRLNameLOrt L1MeierKoln L2MeierBerlin L3SchmitzKolnTNRTNameGewicht T1Schraube20 T2Mutter T3Schraube15 Teil10 LFNRTNRMenge LF1T11000 LF2T2500 LF3T12000 Lieferung 1.Schnitt,VereinigungundDierenz Tabellensind. WirkonnenfolgendeOperationenaufMengenvonTabellenanwenden,wobeidieErgebnissewieder verknupfenundgezieltinformationenheraussuchen.dazudientalshilfsmitteleinerelationalealgebra. 2.Projektion Tauf(B1;:::;Bk)projizieren,dasheit bereich,sokannmanmitt1undt2dieoperationen\\",\["und\n"ausfuhren. SeiTeineTabellemitdenAttributenA1;:::;AnundB1;:::;Bk2fA1;:::;Ang.Dannkannman SindT1undT2TabellenundhabenfuralleidieAttributeAi(T1)undAi(T2)denselbenWerte- 4.Selektion 1.StreichejedeSpalteAjmitAj=2fB1;:::;Bkg. \<",\=",\>"und\"deniert.dannkannmaneineformelfbilden,indemmaninjeder SeiTeineTabellemitAttributenA1;:::;An.SeiDiderWertebereichvonAiundaufDisei\", DieProjektionderTabelleTaufdieAttributeAi1;:::;Aikwirdmiti1;:::;ik(T)bezeichnet. 2.SortieredieSpalteninderReihenfolgeB1;:::;Bk. Komponenteivorschreibt,welchePradikatedieEintragedergesuchtenTupel formuliertin 3.StreicheDuplikateunterdenTupeln. denvergleichenundkonstantenausdi erfullensollen.dasergebnisistdiemengedertupel, DieSelektionderTabelleTbezuglichderFormelFwirdmitF(T)bezeichnet. dieallenpradikatengenugt,alsoinobigembeispielbeispielsweisealletupelauslieferant,fur diederortdeneintragkolnbesitzt. 9

12 5.NaturlicherVerbund(\naturaljoin") erzeugt. Attributenverlangert.Wennzut1keinpassendest2existiert,wirdaust1keinTupelvonT1./T2 Eintragenvont1ubereinstimmen,undt1aufC1;:::;CldurchdieEintragevont2beidiesen zujedemtupelt12t1jedestupelt22t2aufsucht,desseneintrageaufb1;:::;bmmitden AttributenA1;:::;An;B1;:::;Bm;C1;:::;Cl.DieTupelvonT1./T2erhaltman,indemman C1;:::;Cl;B1;:::;Bm.WeiterseiAi6=Cjfuralleiundj.T1./T2isteineTabellemitden SeienT1undT2Tabellen.T1habedieAttributeA1;:::;An;B1;:::;BmundT2habedieAttribute InobigemBeispielergibtsichfurLieferung./Teil TNRTNameGewichtLFNRMenge T1Schraube20LF11000 T1Schraube20LF32000 T2Mutter 6.-Verbund assoziativ. samenattributebesitzen. Esgiltunteranderem(T1./T2)./T3=T1./(T2./T3),dasheitder\naturaljoin"ist Teil./LieferantlieferthingegendaskartesischeProdukt,dadiebeidenTabellenkeinegemein- 10LF2500 verbundenwerden,beidenendereintragai(t1)vont1beiciinder-relationzudemeintrag ai(t2)beidisteht.esistauchmoglichstattai(t2)einekonstanteazuwahlen. T1./T2entstehtausdenTupelvonT1,indemausT2dieTupelt2mitdenTupelnt12T1 DieTabelleT1habedieAttributeA1;:::;AnundT2habedieAttributeB1;:::;Bm.Esseien Beispiel C1;:::;Cl2fA1;:::;AngundD1;:::;Dl2fB1;:::;Bmg.Weitergelte Mittelseines-JoinskonnenwirausderTabelle Wertebereich(Ci)=Wertebereich(Di)undi2f;<;=;>;gfurallei: ZugnummerAnkunftAbfahrt :0010:15 Bewertung dertabellemitsichselbst,sodadie\"-beziehungerfulltist. DerEintragbeiAnkunftmukleineralsderbeiAbfahrtsein.ManbildealsodenVerbund eineumsteigetabellekonstruieren :3011:00 DasrelationaleModellerlaubteseineAnfragezuformulieren,ohnedamanbereitsangibt,wie 12:0012:15 langsameralsdiebeidenanderenkonkurrierendenmodelle. werdenvonderrealenimplementationunddiedatenunabhangigkeitnachdem3-ebenen-modell AllerdingssinddierelationalenDatenbankenvorallembeiVerwendungvonVerbundoperationen istgewahrleistet. dieantwortzurealisierenist(\deklarativ").damitkanndielogischedatenbankstrukturgetrennt 10

13 wirddiespracheobjektorientiertweiterentwickelt. 4.1EinigeBefehleCREATETABLETafelname rungendurchmehrereherstellerwirddiesprachedurcheineansi-normbeschrieben.neuerdings DierelationaleDatenbankspracheSQLwirdweiterentwickeltzuSQL2undSQL3.FurImplementie- 4.DieSpracheSQL ErlaubteTypen [,Attributname2Typ2[NOTNULL] (Attributname1Typ1[NOTNULL] InSQLgibtesdiefolgendenTypen integer2[ 215+1;215 1],AttributnamenTypm[NOTNULL]]);... smallinteger2[ 231+1;231 1] char(n):zeichenkettefesterlange(n254) decimal(m;n):m-stelligezahl(m15)mitnnachkommastellen(0nm) oat2[5:410 79;7:21075] sinderlaubt,auerwennsieexplizitdurch\notnull"verbotenwordensind. NurdiefestenBasistypenhabenVergleichsfunktionen\<",\",\<>",\>",\",\=".Nullwerte dreigraphik-datentypen longchar:zeichenkettevariablerlange(bis215 1Symbole) varchar(n):zeichenkettevariablerlange(n254) ALTERTABLE[Erzeuger]Tafelname CREATE[UNIQUE]INDEXIndexnameON[Erzeuger.]Tafelname ADDAttributnameTyp; [,Attributname2[ASC DESC] (Attributname1[ASC DESC]. DROPTABLETafelname; EswirdeinB-BaumerzeugtzumWertebereichW1:::Wn,wobeiWiderWertebereichvon AttributnameimitlexikographischerAnordnungist.,Attributnamen[ASC DESC]]);. 11

14 DerB-BaumisteineVariationdesB-Baumes,beidemdieDatennurinBlatterngehaltenwerden. DamitergibtsichmehrPlatzfurZeigerindeninnerenKnoten.WerdennurdieAdressenbereits WeitereSQL-Befehlesind vorhandenerdatenabgespeichert,sokanneinsolcherzugriswegjederzeithinzugefugtodergeloscht DasSchlusselwortUNIQUE spezizieren. (zumbeispieltelnr,name,gebdatum,gehalt).damitkannmansogenannteprimarschlussel BeidenangegebenenAttributnamenkannzueinemWertetupelnureinDatensatzexistieren. INSERTINTO[Erzeuger.]{Tafelname Sichtname}[(Attributname)] VALUES(Daten); UPDATE[Erzeuger.]TafelnameSET DELETEFROM[Erzeuger.]Tafelname Attributname1=Ausdruck1, Attributname2=Ausdruck2, [WHEREBedingung]; BeispielCREATETABLEProfessor [WHEREBedingung]; Attributnamen=Ausdruckn.. (Pnrchar(7)NOTNULL, DasDataDictionarystellteineArtDatenbankuberdieDatenbankdar.EsgibtdieStrukturen CREATEUNIQUEINDEXProfindexONProfessor(Pnr); INSERTINTOProfessorVALUES(``N44'',``Gauss'',``Bayreuth''); Ortvarchar(15)NOTNULL); Pnamevarchar(20)NOTNULL, SYSCATALOG:FurjedeTabelleeinTupel. SYSCOLOUMS:FurjedesAttributjederTabelleeinTupel. TNAMECREATORNAME NamederBenutzer-BasisoderAttribut-:::Tupelzahl TabelleKennzeichenSicht TNAME CREATORTABLETYPNCOLSREMARKSROWCOUNT Attribut-Attribut-Wertebereichs-Lange::: name nummer COLNO zahl 12 COLTYPE typ LENGTHREMARKS

15 DasSELECT-Kommando WeitereTabellenbeinhaltendieZugriswege,dieZugrisrechteunddieViews. EintypischesBeispielfurdieSELECT-Anweisungist ::: Ausdruck,derdas Viewdefiniert VIEWTEXT ::: DieallgemeineSemantikfureinSELECT-Kommandolautet SELECTProfessor_Ort,Student_Name FROMProfessor,Student selectlist ORDERBYProfessor.PnameASC; WHEREProfessor_Ort=Student_Ort select 6? ANDStudent_Fach='Mathematik' distinct 6? <Erzeuger.> from6,? <Tafelname>? aliasname wherebedingung groupby havingbedingung? 6 <Attributname> Nummer6? 6? asc orderby, <Attributname> desc 6 ;- wobeibedingungfur6 not Vergleichs-Bed. 6? and or- 13

16 steht.derausdruckvergleichs-bed.wiederumstehtfur =<>< is > not? Ausdruck null any6 all? (Spaltenselektion )- DabeiistAusdruckvonderGestalt undtermstehtfur termterm6 + = + 6? Ausdruck <Spaltenname> <constant> DieSpracheSQLarbeitetmengenorientiert.DieTupelwerdenanhandderEintrageangesprochen. InChingegenwerdenVariablenoderStrukturenuberihreAdressenangesprochen.WerdenWerte ( Aggregat )- Variablenerfolgen,dieuberAdressenansprechbarsind. ausc-variableninsqlubernommen,sogeschiehtdiesmittelseinfugeoperationen.sollumgekehrt auseinertabelleeintupelincbenutztwerden,somufurdiesestupeleinzelndiezuweisungan Ubersetzung ausdemquellprogrammdiesql-anweisungenherausundersetztsiedurchdenaufrufvonc- DasQuellprogrammenthaltnebenC-AnweisungenauchSQL-Anweisungen.DerPrecompilersucht Bibliotheksfunktionen. prog.pcprecompiler!prog.ccompiler SQL-Programmbibliothek!9>=>;Linker!prog.o! 14!prog

17 IneinerDeclare-SectionwerdenVariablensowohldemC-TeilalsauchdemSQL-Teilbekanntgemacht. EineinfachesEinfugengeschiehtzumBeispielfolgendermaen execsqlbegindeclaresection; execsqlexecuteimmediate execsqlenddeclaresection; char::: int::: oderumeintupelausc-variableneinzufugen execsqlexecuteimmediate insertintoauftrage insertintoauftrage values(:auftragsnummer,:datum,:name); values(1027,'jan.7','schmidt'); mu.execsqlbegindeclaresection Einprepare-Statementbewirkt,daeinStatementnichtbeijedemAuftreteninterpretiertwerden execsqlprepareauftr_eingfrom/*vorbereitendereinfuge-operation*/ execsqlprepareeinfugenfrom execsqlconnect;/*vorauszufuhrendemsql-aufruf*/ execsqlenddeclaresection; insertintoauftrage values(:auftragsnummer,:datum,:name); intauftragsnummer,menge; insertintoenthalt chardatum[10],name[20],teil[10]; Lies(Teil); Schreib("EingabevonTeil-Mengen-Paaren(Abschlumit'Ende':"); Schreib("EingabevonAuftragsnummer,DatumundKunde:"); Lies(&Auftragsnummer); Lies(Datum); Lies(Name); execsqlexecuteauftr_eingusing:auftragsnummer,:datum,:name; values(:auftragsnummer,:teil,:menge); while(strcmp(teil,"ende")) UmeineausSQLzuruckgegebeneTabelleinCzuverarbeiten,wirdeineTupel-Variableeingefuhrt, {Lies(&Menge); } execsqlexecuteeinfugenusing:auftragsnummer,:teil,:menge; Lies(Teil); 15

18 diedietabellewieeincursordurchlauft. execsqlopenc; execsqlwhenevernotfoundgotoende; for(;;) {execsqlfetchcinto:a1,:a2,:::,:an; execsqldeclareccursorfors; execsqlpreparesfromhselectstatementi; 4.2AlgebraischeOptimierungvonAnfragen }Ende: execsqlclosec; :::/*HierkannnundasWertetupel(A1,A2,:::,An)verarbeitetwerden*/ aufdiezugegrienwird.dieinnerenknotenstelleneinzelneoperationendar,mitdenendieausden WirhabenzweiMoglichkeiten,dieAusfuhrungvonDatenbank-Anfragenzubeschleunigen NachfolgernbestehendenDatenmengezuverarbeitensind.DieWurzelistdieErgebnis-Relation. DieAusdruckewerdendurchBaumedargestellt.DieBlatterstellendieRelationen(Tabellen)dar, ZunachstwollenwirunsmitderNutzungderMoglichkeita)befassen. b)hinzunahmevonindexen,dieimhauptspeicherabgelegtwerden. a)nurbenutzungderrelationalenalgebra,und Beispiel WirhabendieRelationenPersmitAttributenANR,Name,Gehalt,Tel,KindundBerufsowie AbtmitAttributenANR,Ort,ManagerundAufgabe.EssollfolgendeAnfragebeantwortetwerden \FindeNameundGehaltallerAngestellten,dieinBindlacharbeiten". EinAnfrage-Baumsiehtfolgendermaenaus SELECTName,Gehalt ANDOrt='Bindlach' FROMPers,Abt WHEREPers.ANR=Abt.ANR Projektion A Selektion Verbund ProjektionName,Gehalt SelektionOrt='Bindlach' VerbundPers.ANR=Abt.ANR 16Abt

19 erfordert. verursachtebeimverbundeinenaufwandvono(jpersjjabtj). DazuistderBaumineinenanderenzutransformieren,derwenigerAufwandbeiderAbarbeitung DurcheineVeranderungderReihenfolgederOperationenkannderAufwandverringertwerden. DirekteAbarbeitungdiesesBaumes,wieersichzumBeispielauseinemCompilerergebenwurde, A ProjektionName,Gehalt VerbundPers.ANR=Abt.ANR aufgenommenwerden.dieursprunglicheprojektionistwiederumauszufuhren,umdasverbundattributzueliminieren. A UmdieProjektionmitVerbundzuvertauschen,muindieProjektiondasVerbundattributmit SelektionOrt='Bindlach' Abt ProjektionName,Gehalt VerbundPers.ANR=Abt.ANR Beispiel SelektionOrt='Bindlach' Abt InderTabellePersausdemvorausgegangenenBeispielseizusatzlichnochdasAttribut 17

20 Fremdsprachevorhanden.WirsuchenalleenglischoderfranzosischsprechendenMitarbeiter. Union A Hiererhaltenwirkurzer Fremdsprache='englisch'Selektion APers SelektionFremdsprache='franzosisch' Pers AssoziativeOperatorenSelektionFremdsprache='englisch' DasErgebnisderOperationR1./R2./R3./R4istvonderKlammerungunabhangig.Bezuglich PersFremdsprache='franzosisch' oder Beispiel desaufwandsergebensichjedochunterschiede. A R3R4 R1 R2 18

21 FurdieBerechnungvon(R1./R2)./(R3./R4)erhaltmanhingegen./ AHHHHHHHH R1 R2 R3 HeuristikfurdieAbschatzungderGroederZwischenergebnisse jgleichwahrscheinlichenwertengebildetwird,dasheit DieGroederZwischenergebnisse(inobigenBildernfettgezeichnet)entscheidetdaruber, welcherbaumgunstigerist. Eswirdangenommen,dabeiallenvierRelationenderVerbunduberdasselbeAttributmit R4 ZumBeispielhatR1./R2ca.jR1jjR2j diewahlderbesserenalternativeausderungleichung jjr1jjr2jjr3jjr4j: jjr3j jtupel.insgesamterhaltenwirdieentscheidunguber jjr3jjr4j RegelnzurOptimierung Ahnlicheslatsichfur\["und\\"durchfuhren. unddamiteinfacheraus jr1jjr2j jjr4j: j 3)Selektionen,diediegleicheRelationbetreen,sowieentsprechendeProjektionenwerdenzusammengefat. derbeteiligtenrelationenfestgelegt. 2)SelektionenwerdensoweitwiemoglichzudenBlatterngezogen. 1)ProjektionenwerdensoweitwiemoglichzudenBlatterngezogen. BaumefurdierelationalenAusdruckeunterBerucksichtigungderZugriswege. DiezweiteMoglichkeitzuralgebrarischenOptimierungvonAnfragenbestehtinderOptimierungder 4)BeiFolgenvonVerbund-undMengenoperationenwirddieReihenfolgenachderMachtigkeit 5)EventuellauftretendegemeinsameTeilbaumesindalseingemeinsamerBaumzuberechnen. 19

22 4.3MethodenzurBeschleunigungdesZugris AufspaltungeinesBlattknotensfuralleRelationendurchAnwendungeinesOperators\Realisiere"auf denzugriswegunddierelation DieSelektionenundProjektionenkonnenauchhiermitdemOperatorRealisierevertauschtwerden. AngestellterwirdersetztdurchIndex Realisiere Angestellter SomitistderBaumformaltransformierbarineinenBaummitgunstigeremZugrisverhalten. Beispiel GesuchtsindalleProgrammierermiteinemGehaltvonmehrals100000(Mark)undmiteiner bestimmtenangestelltennummer,dasheit SeibezuglichdesAttributsBerufeinIndexI(Pers,Beruf)vorhanden.Dannkonnenwirdieobige SelektionBeruf=`Programmierer'und Anfrageumtransformierenzu (ANR=`K50'oderANR=`K55') Gehalt> und Beruf=`Programmierer' I(Pers,Beruf) Selektion Realisiere SelektionGehalt> und Pers (ANR=`K50'oderANR=`K55') 20

23 IstweiterhineinIndexI(Pers,ANR)vorhanden,soverwende Beruf=`Programmierer' Pers Realisiere SelektionGehalt> A I(Pers,Beruf) Selektion H HHHHHHH \ ANR=`K55' HHHHHHHH I(Pers,ANR) Selektion I(Pers,ANR) SelektionANR=`K50' WirbrauchenalsodieVereinigungzudemAttributAmitzweiRelationen,diebeideeinenIndex bezuglichabesitzen.derindexliefertgeradedieadressendertupel,sortiertnachdemwertdes Verbundattributes. BeimaufsteigendenDurchlaufzweiersortierterFelderkannmitlinearemAufwandpaarweisever- R1:A- R2:A- 21

24 glichenwerden(siehemergesort).wirerhaltenalsofurdasbeispielvonseite17 ProjektionName,Gehalt A 1 HHHHHHHH ProjektionName ANR Gehalt ANR ProjektionANR SelektionOrt=`Bindlach' I(Pers,ANR) Pers Realisiere Operationen,diedieselbeDateioderdasselbeZwischenergebnisbetreen,lassensichdurcheinen Abt AusInformatikIIwissenwir,danDatenmito(nlogn)Zeitaufwandsortiertwerdenkonnen.Der Aufwand,umR1undR2zuverbinden,betragtohneSortierungjR1jjR2j.MitSortierunghingegen IstkeinIndexvorhanden,sosortierebezuglichdesVerbundattributs. durchlaufenwerden. istderaufwand entsprechendmachtigenoperatorzusammenfassen.dadurchbrauchendiedateiennichtmehrfach bundoperationsinddiedoublettenzuentfernen.\realisiere"erhaltdiedaten,diebezuglicheines Indexvorhandenist.BeimSortierenkonnendoppelteRecordsleichterkanntwerden.VoreinerVer- Attributssortiertseinkonnen. DaherstelltmaneinenSortieroperatorzurVerfugung,derdanneingesetztwerdenkann,wennkein DamitistdasSortierenindenmeistenFallengunstiger. c1jr1jlogjr1j SortiereR1+c2jR2jlogjR2j {z } SortiereR2+jR1j+jR2j {z } DurchlaufelinearwiebeiIndex {z} Beispiel Sei(a1;:::;an)einebestimmteReihenfolge,unddieDatenwiefolgtaufderphysikalischenEbene gespeichert. Eslatsichnunvermeiden,dieselbeDatenseitemehrfachvonderPlatteeinzulesen,indemman diephysikalischeadressealssortierkriteriumverwendetunddielistederzuholendentupel a1;a4;a6 22 a2;a5 a3

25 danachsortiert.wennmandiedurchsortierenbewirktepermutationwiederruckgangigmacht, soerhaltmandieursprunglichereihenfolgezuruck. 23

26 vorgestelltwurden.schlagwortehierfursind 5.DiephysikalischeEbene ZurSpeicherungaufderpysikalischenEbenewerdendieVerfahrenverwendet,dieinInformatikII SortierteDaten, binaressuchen, interpolierendesbinaressuchen, 5.1SortierteDaten Hashfunktionen, B-Baume, k-d-baumeund Gridle. 80%ausgelastet.EswirdeinIndexfurdieBlockanfangeangelegt. DieDatenwerdenblockweisesortiertaufPlatteabgelegt.BeimInitialisierenwirdjederBlockzu IndexsequentielleZugriMetfoden 5.2B-Baume B-BaumesenthaltjeweilsVergleichswerteundNachfolgerzeiger. DieDatenstrukturderBayer-BaumewurdebereitsinInformatikIIbehandelt.EinKnotendes??? rwiwi+1 r vielplatz.daherpassenwenigerzeigerundvergleichswerteaufeineindexseite,undsomitwachst WennindenIndexseitendesB-BaumesbereitsvollstandigeDatensatzeliegen,sobenotigendiese diehohedesbaumesunddieanzahlderseitenzugrie.bessergeeignetsinddaherdiesogenannten j 5.3B-Baume nebendenzeigernnurvergleichswerte. HierwerdennurindenBlatternvollstandigeDatensatzegespeichert.DieIndexseitenenthalten B-Baume. Beispiel Zuspeichernsind Datensatzezuje200Bytes.DieBlockgroesei4096Byte.Im B-BaumstehenproDatenseitemindestens10undhochstens19Datensatze.DieHohedes 24

27 ( =4084)aufeineIndexseite. DieIndexseitenhaben4096Byte,alsopasseninsgesamt170Vergleichswerteund171Zeiger, Baumesistalso1+log10( )=7.DasSchlusselworthabe20Byte,einZeiger4Byte. werden.indenblatternstehen satze.diehoheistalso2+log Somitkonnenmindestens86undhochstens171NachfolgerzeigerineinemKnotengespeichert r??? r r4204 AnzahlderSeitenzugrieproAnfragedarstellt. r?? r 10<5,wasder B-BaumeindenenindenBlatternZeigerstehen Datenbereich:10Satze Indexbereich:86Satze \Zweige" {z } radressenderdaten Indexbereich vollausgenutztwerden.dasbringteineersparnisvonca.25%abzuglich12%furdieadressebene, ImB-BaumwerdennurdieAdressenderDatenabgelegt.SomitkonnendieSeitenbeidenDaten ) rsrsr alsowerdenetwa13%gewonnen.diespeicherungkannneuorganisiertwerden,esbrauchennur ProblembeimehrerenZugriswegen dieentsprechendenadressenuberschriebenwerden. EsexistierenverschiedeneZeiger,dieaufdenselbenDatensatzzeigen.VondiesemDatensatz ausgesehenistjedochnichtbekanntwelchezeigeraufihnzeigen,daherergebensichbeim LoschendiesesDatensatzesKomplikationen. 25

28 ZweiteLosung ErsteLosung lichendatensatzeaufderunterstenebenedurchzeigeraufdiedatensatzeersetzen. feststellenlat,obderdatensatzgultigistodernicht.allerdingsfuhrtdiesemethodelangfristigzueinerspeicherplatzverschwendung,esistdahervonzeitzuzeiteinereorganisationder Datenbanknotig,dasheiteswirdeineneueDatenbankohnediegeloschtenSatzeangelegt. B-Baume UmdenSpeicherplatzverbrauchfurgeloschteDatensatzezuverrringern,kannmandieeigent- rb1r AddresslistederDatensatze -w1null w2 wi ExternerSpeicher SomitistesmoglichdenphysikalischenSpeicherplatzzuverschiebenoderzuloschen.. r TID-Konzept(Tupel-Identier) EinDatensatzwirddurcheineAdressebeschrieben,diesichinzweiTeileaufteilt zeitaufwendiger. SekundarindexeserfordertdannallerdingsdenDurchlaufbeiderZugriswegeundistsomit unterdemderdatensatzimprimarindexgefundenwird,ablegen.derzugribezuglichdes AlsAlternativekonntemanbeidenSekundarindexenstattderDatensatzedenSchlusselwert, 1.AdressederDatenseite 2.NummerderAdressedesDatensatzesineinemAdressfeldaufderSeite r Nummer(1Byte) r -6::: r-datensatz 26