Einleitung. Literatur. Pierre Fierz. Architektur von Datenbanksystemen. Physische Datenunabhängigkeit. Der Datenbank Administrator (DBA) 1.

Transkript

1 Inhalt der Vorlesung Literatur 1 Datenmodellierung (Entity-Relationship Modell) 2 Das relationale Modell 3 Relationenalgebra 4 Datenbanksprache (SQL) 5 Normalisierung 6 Vom ERM zum Datenbankschema 7 Routinen und Trigger 8 SQL in Programmiersprachen 9 Transaktionstheorie 10 Java Persistence API Original Artikel E.F. Codd. A relational model for large shared data banks. Communications of the ACM, 13(6):9 36, Juni P.P. Chen. The entity-relationship model towards a unified view of data. ACM Transactions on Datbase Systems, 1(1):9 36, Bücher R. Elmasri and S.B. Navathe. Fundamentals of Database Systems. Addison Wesley, 5 edition, ISBN X. G. Vossen. Datenmodelle, Datenbanksprachen und Datenbankmanagementsysteme. Oldenburg Verlag, München Wien, 5 edition, SQL:2011 ISO/IEC 9075:2011 ist die aktuelle Revision des SQL-Standards Bewertung Chapter 1 Prüfung während des Semesters Dauer: 90 Minuten Hilfsmittel: Skript, Slides und eigene Notizen Gewicht: 25% Schlussprüfung Dauer: 120 Minuten Hilfsmittel: Skript, Slides und eigene Notizen Gewicht: 75% Lecture Berner Fachhochschule Technik und Informatik

2 Contents Historisches Zugriff auf gemeinsame Daten in einem Filesystem Ab 18. Jhrd.: Lochkarten eingesetzt bei Webstühlen insbesondere der Jacquard Webstuhl 1956: Erfindung der Festplatte erste : Hierarchisches Datenmodell Zugriffsregelung Applikation 1 Applikation : Edgar Frank Codd: "A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks". Applikation : Netzwerk Datenmodell Ab 1980: Durchbruch des relationalen Datenmodells Daten Gemeinsame Daten

3 Eigenschaften des Filesystems 1 Die Applikation regelt den Zugriff auf die Daten selbst Daten sind sehr oft redundant Das Wiederverwenden der Daten in anderen Applikationen ist schwierig Die Datenintegrität ist oft nicht gewährleistet 2 3 Auch kleine Änderungen an der Datenstruktur führen zu einem erheblichen Programmieraufwand Eigenschaften einer Datenbank Definition Datenbank Die Daten werden klar strukturiert. Es gibt keine Redundanz Die Datenstruktur wird zentral gespeichert und ist unabhängig von der Applikation. - Die Anwendungsprogramme sind datenunabhängig, d.h. interne Reorganisationen innerhalb des Datenbanksystems tangieren die Anwendungsprogramme nicht. - Die Datenbank ist leicht erweiterbar. Definition Eine Datenbank ist ein System zur Beschreibung, Speicherung und Wiedergewinnung von umfangreichen Datenmengen, die von mehreren Anwendungen ( gleichzeitig ) benutzt werden können. Sie besteht aus zwei Hauptteilen: Den eigentlichen Daten und Die Integrität der Daten wird von der Datenbank garantiert Die Daten sind zeitlich persistent und nicht an die Lebensdauer eines Programms gebunden. Dem Datenbank-Management-System, (DBMS) das gemäss einer vorgegebenen Beschreibung Daten speichern, suchen, löschen oder ändern kann. Den verschiedenen Benutzern stehen spezifische Datensichten zur Verfügung

4 Schematische Darstellung eines Datenbanksystems 1 Daten Hilfsdaten Datenbank Managementsystem Datenbank Applikation1 Applikation 2 Applikation ANSI-SPARC-Architektur (1) Im Jahre 1975 veröffentlichte das American National Standard Institut (ANSI) eine Studie bezüglich der Architektur eines Datenbanksystems. Das vorgeschlagene Konzept ist unter dem Namen 3-Schemen-Architektur bekannt Die Welt (Realität) EDS (View) DBMS EDS (View) LDS PDS EDS (View) Externe Ebene Logische Ebene Interne Ebene ( Ebene) Speichermedium ANSI-SPARC-Architektur (2) Die logische Ebene (LDS) beschreibt die Struktur der Daten. Zur Beschreibung der Datenstruktur auf dieser Ebene wird meistens das relationale Modell verwendet. Auf der internen Ebene wird die physische Datenstruktur (PDS) der Daten auf externen Speichermedien festgehalten. Die physische Datenstruktur wird von der logischen Datenstruktur abgeleitet. Die auf dieser Ebene eingesetzten Strukturarten sind Files, B-Trees, Hashtabellen usw. Die externe Ebene stellt den einzelnen Benutzern und Anwendungen individuelle Benutzersichten zur Verfügung. Beispiele sind: Formulare, Masken-Layouts, Listen, Schnittstellen usw. Die Werkzeuge sind hier Views, SQL und Schnittstellen

5 Datenabhängige Applikationen (1) In einer datenabhängigen Applikation, sind Organisation und Zugriff auf die Daten in der Logik der Programme eingebaut. Zugriff auf Kunden Wir nehmen an, dass über das Feld Name des Kundenfiles einen B-Tree existiert. Will man den Kunden Meyer suchen, so wird man diese Tatsache ausnutzen und ein Befehl der folgenden Form schreiben. 5 get from KUNDE key = Meyer with index NAME; Datenabhängige Applikationen (2) Anzeigen des Umsatzes der Kunden Definition der physischen Eine weitere Aufgabe ist das Auslisten aller Kunden mit einem Umsatz, der zwischen zwei gegebenen Zahlen Z1 und Z2 liegt. Die Kunden sollen nach Umsatz sortiert ausgegeben werden. Der folgende Pseudocode löst diese Aufgabe in einem Filesystem. getfirst from KUNDE; while (EOF == false) { if (Umsatz >= Z1 && Umsatz <= Z2) put to TMP; getnext from KUNDE; } sort TMP; getfirst from TMP; while (EOF == false) { print(info); getnext from TMP; } Definition (engl.: data independence) beschreibt, zu welchem Grad ein Benutzer oder ein Programm auf die Daten eines Datenbanksystems zugreifen kann, ohne Details der systemtechnischen Realisierung der Datenspeicherung und des Datenzugriffs zu kennen. Änderungen an der physischen Organisation der Daten führen nicht zu Änderungen in der Software. Was ändern kann ist die Zugriffsgeschwindigkeit auf die Daten

6 Datenunabhängige Applikationen : Fazit Suchen eines Kunden mit SQL SELECT * FROM KUNDE WHERE Name = Meyer ; Auslisten der Kundenumsätze mit SQL Beim Suchen eines Kunden wird beim Filesystem der Index angegeben. Wird der Index fallengelassen, so muss das Programm angepasst werden. In der SQL-Version wird der Optimizer entscheiden, wie die Daten gefunden werden (über den Index oder sequentiell) SELECT FROM KUNDE WHERE Umsatz >= Z1 AND Umsatz <= Z2 ORDER BY Umsatz; Wird über den Umsatz ein Index gelegt, so hat dies beim Filesystem nur einen Einfluss, wenn der Code im Programm entsprechend angepasst wird. Bei der SQL-Version wird wieder der Optimizer entscheiden, ob ein Index ausgenutzt werden kann. Der Code muss nicht angepasst werden Aufgabe des Datenbank Administrators DBA Bei grösseren ist eine Stelle notwendig, die die zentralen Wartungsaufgaben des Datenbanksystems wahrnimmt: der Datenbankadministrator. Datenbankadministrator ist dabei als Rolle zu verstehen es muss sich dabei nicht um eine Person handeln. Der Datenbankadministrator hat die folgenden Aufgaben: Erstellen und warten der logischen Datenstrukturen 4 5 Definieren und warten der physischen Datenstrukturen Datenschutz und -sichrheit durch Rechtevergabe Datensicherung Leistungsüberwachung mit Hilfe von Statistiken