Grundlagen von Datenbanksystemen

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1 Ramez Elmasri Shamkant B. Navathe Grundlagen von Datenbanksystemen 3., überarbeitete Auflage Pearson Studium ein Imprint der Pearson Education Deutschland GmbH

2 Vorwort Über die Autoren Teil 1 Grundkonzepte Kapitel 1 Datenbanken und Datenbanknutzer Einführung Ein Beispiel Merkmale des Datenbankansatzes Akteure auf der Bühne Akteure hinter der Bühne Vorteile eines DBMS Vorteile des Datenbankeinsatzes Wann ein DBMS nicht benutzt werden sollte Zusammenfassung 41 Kapitel 2 Datenbanksystemkonzepte und Architektur Datenmodelle, Schemas und Instanzen DBMS-Architektur und Datenunabhängigkeit Datenbanksprachen und -Schnittstellen Die Datenbanksystemumgebung Klassifikation von Datenbankmanagementsystemen Zusammenfassung 60 Kapitel 3 Datenmodellierung mit Hilfe des Entity-Relationship-Modells Verwendung konzeptueller Datenmodelle für den Datenbankentwurf Beispiel für eine Datenbankanwendung Entitätstypen, Entitätsmengen, Attribute und Schlüssel Beziehungen, Beziehungstypen, Rollen und strukturelle Einschränkungen Schwache Entitätstypen Verfeinerung des ER-Entwurfs der Datenbank FIRMA ER-Diagramme, Namenskonventionen und Entwurfsfragen Zusammenfassung 88

3 Kapitel 4 Erweitertes Entity-Relationship-Modell und Objektmodellierung Subklassen, Superklassen und Vererbung Spezialisierung und Generalisierung Einschränkungen und Merkmale von Spezialisierung und Generalisierung Modellierung von UNiON-Typen mittels Kategorien Beispiel des EER-Schemas UNIVERSITY und formale Definitionen für das EER-Modell Konzeptuelle Objektmodellierung mittels UML-Klassendiagrammen Beziehungstypen höheren Grades Datenabstraktion und Wissensdarstellungskonzepte Zusammenfassung 128 Kapitel 5 Datensatzspeicherung und primäre Dateiorganisation Einleitung Sekundäre Speichergeräte Parallelisierung des Plattenzugriffs mit Hilfe der RAI D-Technologie Zwischenspeicherung von Blöcken Schreiben von Dateisätzen auf Platte Operationen auf Dateien Dateien mit ungeordneten Datensätzen (Heap-Dateien) Dateien mit geordneten Datensätzen (sortierte Dateien) Hash-Techniken Andere primäre Dateiorganisationen Zusammenfassung 176 Kapitel 6 Indexstrukturen für Dateien Einstufige geordnete Indextypen Mehrstufige Indexe B- und B + -Bäume Indexe auf Mehrfachschlüssel Andere Indexarten Zusammenfassung 217 Teil 2 Das relationale Modell, seine Sprachen und Systeme Kapitel 7 Das relationale Datenmodell, relationale Einschränkungen und relationale Algebra Konzepte des relationalen Modells Einschränkungen auf Datenbankschemas Update-Operationen und Behandlung von Einschränkungsverletzungen Relationale Algebra-Operationen Weitere relationale Operationen Beispiele von Anfragen in relationaler Algebra Zusammenfassung 262

4 Kapitel 8 SQL - der relationale Datenbankstandard Datendefinition, Einschränkungen und Schemaänderungen in SQL Anfragen in SQL Komplexe SQL-Anfragen Insert-, Delete- und Update-Anweisungen in SQL Views (virtuelle Tabellen) in SQL Spezifikation allgemeiner Einschränkungen als Zusicherungen Weitere SQL-Merkmale Zusammenfassung 313 Kapitel 9 Abbildung der ER- und EER-Modelle in das relationale Modell und andere relationale Sprachen Relationaler Datenbankentwurf Überführung von Konzepten des EER-Modells in Relationen Das relationale Tupel-Kalkül Das relationale Domänenkalkül Übersicht über die Sprache QBE Zusammenfassung 347 Kapitel 10 Beispiele relationaler Datenbankmanagementsysteme: Oracle und Microsoft Access Relationale Datenbankmanagementsysteme: Rückblick Die Grundstruktur des Oracle-Systems Datenbankstruktur und -manipulation in Oracle Speicherorganisation in Oracle Programmierung von Oracle-Anwendungen Oracle-Werkzeuge Übersicht über Microsoft Access Merkmale und Funktionen von Access Zusammenfassung 386 Teil 3 Objektorientierte und erweiterte relationale Datenbanksysteme 387 Kapitel 11 Konzepte für objektorientierte Datenbanken Objektorientierte Konzepte: Übersicht Objektidentität, Objektstruktur und Typkonstruktoren Kapselung von Operationen, Methoden und Persistenz Typhierarchien und Vererbung Komplexe Objekte Weitere objektorientierte Konzepte Zusammenfassung 413 Kapitel 12 Objektdatenbanken: Standards, Sprachen und Entwurf Übersicht über das ODMG-Objektmodell Die Objektdefinitionssprache (ODL) Die Objektanfragesprache (OQL) Übersicht über das C++-Binding Konzeptueller Objektdatenbankentwurf 446

5 12.6 ODBMS-Beispiele 12.7 Übersicht über den CORBA-Standard 12.8 Zusammenfassung Kapitel 13 Objektrelationale und erweiterte relationale Datenbanksysteme 13.1 Evolution und Trends der Datenbanktechnologie 13.2 Der Informix Universal Server 13.3 Objektrelationale Features in Oracle Übersicht über SQL Implementierung und verwandte Themen über erweiterte Typsysteme 13.6 Das verschachtelte relationale Datenmodell 13.7 Zusammenfassung Teil 4 Methoden und Techniken des Datenbankentwurfs Kapitel 14 Funktionale Abhängigkeiten und Normalisierung Informelle Richtlinien für den Entwurf eines Relationsschemas Funktionale Abhängigkeiten Normalformen auf der Grundlage von Primärschlüsseln Allgemeine Definitionen der zweiten und dritten Normalformen Boyce-Codd-Normalform Zusammenfassung 530 Kapitel 15 Algorithmen für den relationalen Datenbankentwurf und weitere Abhängigkeiten Algorithmen für den Entwurf relationaler Datenbankschemas Mehrwertige Abhängigkeiten und vierte Normalform JOIN-Abhängigkeiten und fünfte Normalform Inklusionsabhängigkeiten Weitere Abhängigkeiten und Normalformen Zusammenfassung 560 Kapitel 16 Datenbankentwurf und Tuning Die Rolle von Informationssystemen in Unternehmen Der Datenbankentwurfsprozess Physischer Datenbankentwurf in relationalen Datenbanken Übersicht über das Datenbank-Tuning in relationalen Systemen Entwurfsautomatisierungswerkzeuge Zusammenfassung 605 Teil 5 Implementierung von Datenbanksystemen Kapitel 17 Datenbanksystemarchitekturen und der Systemkatalog Systemarchitekturen für DBMS Kataloge für RDBMS Systemkataloginformationen in Oracle 619

6 17.4 Andere Kataloginformationen, auf die DBMS-Softwarekomponenten zugreifen Datenwörterbuch- und Daten-Repository-Systeme Zusammenfassung 625 Kapitel 18 Anfragenverarbeitung und -Optimierung Übersetzung von SQL-Anfragen in relationale Algebra Basisalgorithmen für die Ausführung von Anfrageoperationen Verwendung von Heuristiken in der Anfrageoptimierung Verwendung von Selektivität und Kostenschätzungen in der Anfragenoptimierung Übersicht über die Anfragenoptimierung in Oracle Semantische Anfragenoptimierung Zusammenfassung 671 Kapitel 19 Konzepte der Transaktionsverarbeitung Einführung in die Transaktionsverarbeitung Transaktionen und Systemkonzepte Wünschenswerte Eigenschaften von Transaktionen Ausführungspläne und Fehlererholung Serialisierbarkeit von Ausführungsplänen Transaktionsunterstützung in SQL Zusammenfassung 704 Kapitel 20 Techniken zur Nebenlaufigkeitskontrolle Sperrtechniken zur Nebenlaufigkeitskontrolle Nebenlaufigkeitskontrolle durch Zeitstempelordnung Multiversionstechniken für Nebenlaufigkeitskontrolle (Optimistische) Validierungstechniken für Nebenlaufigkeitskontrolle Granularität von Datenobjekten und mehrfache Granularitätssperre Verwendung von Sperren für Nebenlaufigkeitskontrolle mit Indexen Weitere Fragen zur Nebenlaufigkeitskontrolle Zusammenfassung 735 Kapitel 21 Techniken zur Fehlererholung Fehlererholungskonzepte Fehlererholungstechniken mit Deferred Update Fehlererholungstechniken mit Immediate Update Schattenspeicherung Der Fehlererholungsalgorithmus ARIES Fehlererholung in Multidatenbanksystemen Datenbanksicherung und Fehlererholung nach katastrophalen Fehlern Zusammenfassung 760

7 10 Inhaltsverzeichnis Kapitel 22 Datenbanksicherheit und Autorisierung 22.1 Einführung in Datenbanksicherheitsaspekte 22.2 Zugriffskontrolle nach eigenem Ermessen durch Vergabe/Widerruf von Privilegien 22.3 Verbindlich vorgeschriebene Zugriffskontrolle für mehrstufige Sicherheit 22.4 Sicherheit in statistischen Datenbanken 22.5 Zusammenfassung Teil 6 Fortschrittliche Datenbankkonzepte und -anwendungen Kapitel 23 Erweiterte Datenmodelle für anspruchsvolle Anwendungen Konzepte für aktive Datenbanken Konzepte für temporale Datenbanken Räumliche und multimediale Datenbanken Zusammenfassung 815 Kapitel 24 Verteilte Datenbanken und Client/Server-Architektur Konzepte für verteilte Datenbanken Datenfragmentierung, Replikation und Allokation im verteilten Datenbankentwurf Verteilte Datenbanksysteme Anfragenverarbeitung in verteilten Datenbanksystemen Nebenlaufigkeitskontrolle und Fehlererholung in verteilten Datenbanken Client/Server-Architektur in Zusammenhang mit verteilten Datenbanken Verteilte Datenbanken in Oracle Künftige Neuerungen der Client/Server-Technologie Zusammenfassung 853 Kapitel 25 Deduktive Datenbanken Einführung in deduktive Datenbanken Prolog/Datalog-Notation Regelinterpretationen Grundlegende Inferenzmechanismen für Logikprogramme Datalog-Programme und ihre Auswertung Deduktive Datenbanksysteme Deduktive objektorientierte Datenbanken Kommerzielle deduktive Datenbanksysteme Zusammenfassung 895 Kapitel 26 Data-Warehousing und Data-Mining Data-Warehousing Data-Mining Zusammenfassung 932

8 11 Kapitel 27 Neue Datenbanktechnologien und -anwendungen 27.1 Datenbanken im World Wide Web 27.2 Multimedia-Datenbanken 27.3 Mobile Datenbanken 27.4 Geografische Informationssysteme 27.5 Genomdatenmanagement 27.6 Digitale Bibliotheken Anhang Anhang A Alternative Diagrammnotationen 975 Anhang B Plattenparameter 979 Anhang C Übersicht über das Netzwerkdatenmodell 983 C.l Netzwerkdatenmodellierungskonzepte 983 C.2 Einschränkungen im Netzwerkmodell 992 C.3 Datenmanipulation in einer Netzwerkdatenbank 997 C.4 Netzwerk-DML 1001 Anhang D Übersicht über das hierarchische Datenmodell 1009 D.l Hierarchische Datenbankstrukturen 1009 D.2 Integritätseinschränkungen und Datendefinition im hierarchischen Modell 1016 D.3 Datenmanipulationssprache für das hierarchische Modell 1019 Literaturverzeichnis 1025 Register 1067