Datenbanken. Christian Silberbauer. Inhaltsverzeichnis

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1 Datenbanken Christian Silberbauer Inhaltsverzeichnis 1. Allgemeine Begriffsdefinitionen Datenbanken allgemein Relationale Datenbanken Transaktion Normalformen Begriffsdefinitionen Definitionen der Normalformen SQL Begriffsdefinitionen Data Definition Language (DDL) Data Manipulation Language (DML) SQL für Objektrelationale Datenbanken PHP Funktionen Beispielskripte Regeln zum Datenbankentwurf Concurrency und Recovery...17 Dieses Skript orientiert sich überwiegend an der Vorlesung Datenbanken im Studiengang Wirtschaftsinformatik an der Fachhochschule Regensburg von Prof. Dr. Schicker. Alle Rechte vorbehalten.

2 Allgemeine Begriffsdefinitionen 1. Allgemeine Begriffsdefinitionen 1.1. Datenbanken allgemein Datenbank Semantisch zusammengehörige Daten, die von einem Datenbankmanagementsystem verwaltet werden Datenbankmanagementsystem (DBMS) Ein Datenbankverwaltungssystem kapselt die Verwaltung persistenter Daten von deren Nutzung durch ein Anwendungssystem. Semantisch zusammengehörige Daten werden in so genannten Datenbanken vereint. Die derzeit wirtschaftlich erfolgreichsten Datenbankmanagementsysteme sind der Reihe nach Oracle (Oracle), DB/2 (IBM) und SQL-Server (Microsoft). Weit verbreitet sind zudem MS-Access (Microsoft) und MySQL Datenbankschnittstelle Die Datenbankschnittstelle ermöglicht dem Anwendungssystem den Zugriff die Daten der Datenbank Relationale Datenbanken Relationale Datenbank Relationale Datenbanken sind Datenbanken, deren Daten in Relationen gespeichert sind. Beziehungen zwischen diesen Relationen werden ausschließlich durch Fremdschlüsselattribute hergestellt Überblick Formale Relationale Ausdrücke Informelle Ausdrucksweise Relation Tupel Kardinalität Attribut Grad Primärschlüssel Gebiet Tabelle eine Zeile einer Tabelle Anzahl der Zeilen einer Tabelle eine Spalte einer Tabelle Anzahl der Spalten einer Tabelle eindeutiger Bezeichner Menge aller möglichen Werte Relation Eine Relation ist eine Tabelle mit folgenden Eigenschaften: - Es gibt keine doppelten Tupel - Tupel sind nicht geordnet - Attribute sind nicht geordnet - Alle Attribute sind atomar Datenbanken Christian Silberbauer

3 Allgemeine Begriffsdefinitionen Schwache Relation Eine Relation heißt schwach, wenn sie lediglich eine andere Relation referenziert und die Existenz ihrer Tupel von der Existenz der referenzierten Tupel der anderen Relation abhängig ist. Eine Subtyp-Relation (1-1-Beziehung) ist meistens schwach Beziehungsrelation Eine Beziehungsrelation ist eine Relation mit zwei oder mehreren Fremdschlüsseln, die zusammen einen Schlüsselkandidaten bilden Schlüsselkandidat Ein Schlüsselkandidat besteht aus einer minimalen Menge von Attributen einer Relation, die die Tupel der Relation eindeutig identifizieren. minimale Menge bedeutet, dass keine Teilmenge dieser Attribute auch Schlüsselkandidat sein darf Primärschlüssel Ein Primärschlüssel ist ein ausgewählter Schlüsselkandidat einer Relation. Der Wert eines Fremdschlüssels, der auf ein Tupel dieser Relation verweist, muss einem Wert des Primärschlüssels entsprechen Alternative Schlüssel Alternative Schlüssel sind Schlüsselkandidaten, die nicht Primärschlüssel sind Fremdschlüssel Als Fremdschlüssel bezeichnet man ein oder mehrere Attribute, der oder die gemeinsam einen definierten Primärschlüssel beinhalten und somit auf das zugehörige Tupel verweisen Schlüsselattribut Ein Schlüsselattribut ist ein Attribut eines Schlüsselkandidaten Nichtschlüsselattribut Ein Nichtschlüsselattribut ist ein Attribut, das keinem Schlüsselkandidaten zugehört Transaktion Eine Transaktion ist eine feste Folge von Operationen. Transaktionen besitzen die ACID- Eigenschaften: Atomarität (atomicity): Konsistenz (consistency): Isolation (isolation): Eine Transaktion wird entweder ganz oder gar nicht ausgeführt. Nach Ausführung der Transaktion ist die Datenbank wieder in widerspruchsfreiem Zustand. Jede Transaktion ist unabhängig von eventuell parallel laufenden Transaktionen. Dauerhaftigkeit/Persistenz (durability): Änderungen von Transaktionen gelten auf Dauer. Datenbanken Christian Silberbauer

4 Normalformen 2. Normalformen 2.1. Begriffsdefinitionen Funktionale Abhängigkeit Ein Attribut Y einer Relation R heißt funktional abhängig vom Attribut X derselben Relation, wenn zu jedem X-Wert höchstens ein Y-Wert möglich ist. (X -> Y) alle Attribute hängen vom Primärschlüssel und den alternativen Schlüsseln funktional ab Volle Funktionale Abhängigkeit Ein Attribut Y einer Relation R heißt voll funktional abhängig vom Attribut X derselben Relation, wenn es funktional abhängig ist von X und es nicht funktional abhängig ist von beliebigen Teilattributen von X. (X => Y) es gilt: es gilt nicht: Primärschlüssel -> alle anderen Attribute Primärschlüssel => alle anderen Attribute Determinante Eine Determinante ist ein Attribut, von dem ein anderes voll funktional abhängig ist Mehrfache Abhängigkeit (Grob-Definition) Ein Attribut Y einer Relation R heißt mehrfach abhängig vom Attribut X derselben Relation, wenn zu jedem X-Wert höchstens eine eng begrenzte Anzahl Y-Werte möglich sind Definitionen der Normalformen Normalform Eine Relation ist in der 1. Normalform, wenn alle ihr zugrunde liegenden Gebiete nur atomare Werte enthalten. Eine (normalisierte) Relation ist immer in der ersten Normalform Normalform Eine Relation ist in der 2. Normalform, wenn sie in der 1. Normalform ist und jedes Nicht- Schlüsselattribut vom Primärschlüssel voll funktional abhängig ist. Das heißt, die Attribute müssen vom ganzen Primärschlüssel abhängig sein Es gilt mit 2. NF: Primärschlüssel => Nichtschlüsselattribute Eine Relation in erster Normalform mit nicht zusammengesetztem Primärschlüssel ist immer in der zweiten Normalform Normalform (nach Boyce/Codd) Eine Relation ist in der 3. Normalform, wenn sie in der 2. Normalform ist und jede Determinante dieser Relation ein Schlüsselkandidat ist. Das heißt, ein Nichtschlüsselattribut darf von keinem anderen Nichtschlüsselattribut abhängig sein. Datenbanken Christian Silberbauer

5 Normalformen Normalform Eine Relation ist in der 4. Normalform, wenn sie in der 3. Normalform ist und jede mehrfache Abhängigkeit auch eine funktionale Abhängigkeit nach sich zieht Normalform (Projektion-Join-Normalform; Grob-Definition) Eine Relation ist in der 5. Normalform, wenn sie in der 4. Normalform ist und sie nicht-trivial nicht mehr in mindestens zwei Relationen zerlegt werden kann. Datenbanken Christian Silberbauer

6 SQL 3. SQL 3.1. Begriffsdefinitionen SQL (Structured Query Language) ist eine Abfrage- und Manipulationssprache für relationale Datenbanken. SQL ist eine deklarative, mengenorientierte Sprache. SQL-Anweisungen werden in drei Klassen: - DDL (Data Definition Lanugage): Datenbankobjekte (Tabellen, Views etc.) angelegen und manipulieren (z.b. CREATE TABLE, CREATE VIEW) - DML (Data Manipulation Language): Daten aus Tabellen selektieren und verändern (z.b. SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE) - DCL (Data Control Language): Steuern von Transaktionen (z.b. COMMIT, ROLLBACK) 3.2. Data Definition Language (DDL) CREATE TABLE-Befehl Syntax CREATE TABLE Tabellenname ({ Spalte { Datentyp Gebietsname } [Spaltenbedingung [ ]] Tabellenbedingung } [, ] ) Spaltenbedingung := [CONSTRAINT Bedingungsname] { NOT NULL PRIMARY KEY UNIQUE CHECK (Bedingung) REFERENCES Tabellenname [(Spalte [, ])] [ ON DELETE { NO ACTION CASCADE SET NULL }] [ ON UPDATE { NO ACTION CASCADE SET NULL }] } [ ] Tabellenbedingung := [CONSTRAINT Bedingungsname] { PRIMARY KEY (Spalte [, ]) UNIQUE (Spalte [, ]) CHECK (Bedingung) FOREIGN KEY (Spalte [, ]) REFERENCES Tabellenname [(Spalte [, ])] [ ON DELETE { NO ACTION CASCADE SET NULL }] [ ON UPDATE { NO ACTION CASCADE SET NULL }] } [ ] Datenbanken Christian Silberbauer

7 SQL Die wichtigsten Datentypen INTEGER, INT SMALLINT NUMERIC(x, y) DECIMAL(x, y) FLOAT(x) CHARACTER(n), CHAR(n) VARCHAR(n) DATE Ganzzahl Ganzzahl x-stellige Dezimalzahl mit y Nachkommastellen mindestens x-stellige Dezimalzahl mit y Nachkommastellen Gleitpunktzahl mit x Nachkommstellen Zeichenkette der Länge n (ungenutzte Zeichen werden mit Leerzeichen aufgefüllt!) Variable Zeichenketten mit bis zu n Zeichen Datumsfeld Anwenden der relationalen Integritätsregel Im Falle von Manipulationen referenzierter Tupel (Primärschlüsselwerte ändern oder Tupel löschen) sind bei einem Fremdschlüssel folgende Konsequenzen zur Erhaltung der relationalen Integrität möglich: Aktion zurückweisen ON DELETE NO ACTION ON UPDATE NO ACTION Aktion kaskadierend ausführen ON DELETE CASCADE ON UPDATE CASCADE Referenzen auf NULL setzen ON DELETE SET NULL ON UPDATE SET NULL Datumsfeld Variable (String) in Datum umwandeln SQL CAST z.b. CAST( AS DATE) DATE z.b. DATE Oracle TO_DATE z.b. TO_DATE( 00-Jan-01, YY-MMM-DD ) MySQL STR_TO_DATE z.b. STR_TO_DATE( , %d.%m.%y ) MS-Access CDATE z.b. CDATE( ) Heutiges Datum SQL, Oracle, MySQL Oracle MS-Access Current_Date Sysdate Date() CHECK Im CHECK als Spaltenbedingung darf nur auf das assoziierte Attribut selbst Bezug genommen werden. Andernfalls ist eine Tabellenbedingung notwendig. Datenbanken Christian Silberbauer

8 SQL CREATE VIEW-Befehl Syntax CREATE VIEW Sichtname [(Spalte [, ] )] AS Select-Befehl [WITH CHECK OPTION] // wenn gesetzt, wird eine Änderung auf die Sicht nur dann // ausgeführt, wenn die betroffenen Tupel weiterhin Elemente // der Sicht bleiben. Mutationen auf Sichten sind nicht erlaubt, wenn der Select-Befehl - auf mehr als eine Relation zugreift, - eine GROUP-BY-Klausel enthält, - eine DISTINCT-Angabe enthält, - die Spaltenliste nicht nur aus einzelnen Spaltennamen besteht, - mindestens einen der Operatoren UNION, INTERSECT oder EXCEPT enthält oder: - der SELECT-Befehl auf einer Sicht basiert, die eine der fünf obigen Bedingungen erfüllt GRANT-Befehl Syntax GRANT { Zugriffsrecht [, ] ALL PRIVILEGES } ON { DOMAIN Gebietsname [TABLE] { Tabellenname Sichtname } } TO { Benutzer [, ] PUBLIC } [WITH GRANT OPTION] // erh. Rechte dürfen weitergegeben werden Zugriffsrecht := { SELECT INSERT [(Spalte [, ] )] UPDATE [(Spalte [, ] )] DELETE REFERENCES [(Spalte [, ] )] // Referenzieren der angegebenen Attribute USAGE // Verwenden des angegebenen Gebiets } Datenbanken Christian Silberbauer

9 SQL 3.3. Data Manipulation Language (DML) SELECT-Befehl Syntax Select-Hauptteil [ { UNION EXCEPT INTERSECT } [ALL] // Vereinigung, Differenz, Schnitt Select-Hauptteil [{ UNION EXCEPT INTERSECT } [ALL] ] ] [ORDER BY Ordnungsliste] // Sortierung Select-Hauptteil := SELECT [ALL DISTINCT] Spaltenauswahlliste // Projektion FROM Tabellenliste // Kreuzprodukt oder Join [WHERE Bedingung] // Restriktion [[GROUP BY Spaltenliste] // Gruppierung [HAVING Bedingung]] // Restriktion nach Gruppierung Aggregatsfunktionen Durchschnitt avg() Anzahl count() Maximum max() Minimum min() Summe sum() // Besonderheit: count() gibt 0 zurück, wenn keine Sätze gefunden // wurden. Alle anderen Aggregatsfunktionen geben in einem solchen // Fall NULL zurück. Funktionen, um NULL-Werte zu ersetzen coalesce() SQL-Standard nvl() Oracle nz() Access // Ermittelt eigentlich aus einer Liste den ersten Wert ungleich NULL Operatoren in der WHERE-Klausel Boolesche Operatoren AND, OR, NOT Vergleichsoperatoren <, <=, >, >=, =, <> Intervalloperator [NOT] BETWEEN AND Enthaltenoperator [NOT] IN Auswahloperatoren ALL, ANY, SOME // SOME und ANY sind Synonyme Ähnlichkeitsoperator [NOT] LIKE Existenzoperator EXISTS Eindeutigkeitsoperator UNIQUE Nulloperator IS [NOT] NULL Datenbanken Christian Silberbauer

10 SQL Wildcards (unter Verwendung des Ähnlichkeitsoperators) % ersetzt beliebig viele Zeichen (* in Access) _ ersetzt genau ein Zeichen (? in Access) JOIN Inner-Join Outer-Join Natural-Join Tabelle1 [INNER] JOIN Tabelle2 ON Tabelle1.Feld = Tabelle2.Feld Tabelle1 {LEFT RIGHT FULL} [OUTER] JOIN Tabelle2 ON Tabelle1.Feld = Tabelle2.Feld Tabelle1 NATURAL INNER JOIN Tabelle2 Logische Abarbeitungsreihenfolge des Select-Befehls 1. Relationen mittels Kreuzprodukt oder JOIN verknüpfen 2. Restriktion mit Hilfe der WHERE-Bedingung 3. Projektion durchführen 4. Gruppieren gemäß der GROUP-BY-Klausel 5. Restriktion auf Ergebnis der Gruppierung mit HAVING-Klausel 6. Alle so erstellten Hauptteile des SELECT-Befehls mittels UNION, INTERSECT oder EXCEPT miteinander verknüpfen 7. Ergebnisrelation anhand der ORDER-BY-Klausel sortieren Beispiele SELECT count(*) FROM tab SELECT count(distinct feld) FROM tab SELECT * FROM tab WHERE feld = any(1000, 2000, 3000) SELECT feld1 AS a, feld2 FROM tab ORDER BY 1 desc, a Datenbanken Christian Silberbauer

11 SQL INSERT-Befehl Syntax INSERT INTO { Tabellenname Sichtname } [(Spaltenliste)] { VALUES (Auswahlliste) Select-Befehl } Beispiel INSERT INTO Auftragsposten (Nr, Menge, Preis) VALUES (1, 10, 9.99) UPDATE-Befehl Syntax UPDATE { Tabellenname Sichtname } SET { Spalte = { Spaltenausdruck NULL }} [, ] [WHERE Bedingung] Beispiel UPDATE Auftragsposten SET Menge = Menge + 5 WHERE Nr = DELETE-Befehl Syntax DELETE FROM { Tabellenname Sichtname } [WHERE Bedingung] Beispiel DELETE FROM Auftragsposten WHERE Nr = 1 Datenbanken Christian Silberbauer

12 SQL für Objektrelationale Datenbanken 4. SQL für Objektrelationale Datenbanken 4.1. CREATE TYPE Syntax CREATE TYPE Typname AS { VARRAY VARRYING ARRAY } (Anzahl) OF Datentyp CREATE TYPE Typname AS OBJECT ( Spalte Datentyp [, ], [ { MEMBER { Prozedurname Funktionsname } } [, ]]) CREATE TYPE Typname AS MEMBER { Prozedurdeklaration Funktionsdeklaration }; [, ] CREATE TYPE Typname AS TABLE OF Datentyp 4.2. Funktionen für eingebettete Relationen the() multiset() CAST-Operator Wandelt eingebettete Relation in Ausgaberelation um Fasst eingebettete Relationen zusammen Typkonvertierung 4.3. Beispiele CREATE TYPE T_Name AS VARRAY(10) OF CHARACTER(30) // Array anlegen CREATE TYPE T_Adresse AS OBJECT ( Strasse CHARACTER(30), PLZ CHARACTER(5), ORT CHARACTER(30) ) // Objekt anlegen CREATE TYPE T_APos AS OBJECT ( Nr INTEGER, Anzahl INTEGER, Preis NUMERIC(10,2) ) // Objekt anlegen CREATE TYPE ET_APos AS TABLE OF TAPos // Eingebettete Tabelle anlegen CREATE TABLE Auftrag // Tabelle mit ( Nr INTEGER PRIMARY KEY, Bearbeiter T_Name, // Array Lieferadr T_Adresse, // Objekt APos ET_APos ) // und eingebetteter Tabelle anlegen NESTED TABLE APos STORE AS ET_APos_TAB CREATE VIEW VAuftrag(Nr, Lieferadr) AS // View mit Objekt erzeugen SELECT A.Nr, T_Adresse(A.Strasse, A.PLZ, A.Ort) FROM AuftragAlt A Datenbanken Christian Silberbauer

13 SQL für Objektrelationale Datenbanken INSERT INTO Auftrag // Satz mit Objekten einfügen ( 1, T_Name( Meier, Müller ), T_Adresse( Walhallaallee 26, 93093, Donaustauf ), ET_APos(T_APos(1023, 5, ), T_APos(3938, 1, 15.99)) ) INSERT INTO the(select APos FROM Auftrag WHERE Nr = 1) VALUES(T_APos(8020, 2, 30.11)) // Einfügen in eingebetteter Tabelle SELECT Nr, A.Lieferadr.Ort FROM Auftrag A // Objektattribut auslesen SELECT * // Eingebettete Tabelle ausgeben FROM the(select APos FROM Auftrag WHERE Nr=1) SELECT sum(p.preis) // Aggregatsf. auf eingebettete Tab. FROM the(select APos FROM Auftrag WHERE Nr=1) P SELECT A1.Nr, // Eingeb. Tabellen zusammenfassen cast(multiset( SELECT * FROM the(select APos FROM Auftrag A2 WHERE A2.Nr = A1.Nr) P WHERE P.Preis > 100 ) AS ET_APos) FROM Auftrag A1 Datenbanken Christian Silberbauer

14 PHP 5. PHP 5.1. Funktionen String-Funktionen trim(string) strlen(string) strcmp(str1, str2) strcasecmp(str1, str2) strtolower(string) strtoupper(string) entfernt Leerzeichen am Anfang und am Ende gibt die Länge einer Zeichenkette zurück vergleicht zwei Zeichenketten vergleicht zwei Zeichenketten ohne Beachtung der Groß- /Kleinschreibung wandelt in Kleinbuchstaben um wandelt in Großbuchstaben um Datenbank-Funktionen (Oracle) resource oci_connect (string username, string password, string db) array resource bool int string array object int int bool bool bool bool oci_error (resource source) oci_parse (resource connection, string query) oci_execute (resource stmt, int mode) oci_num_fields (resource statement) oci_field_name (resource statement, int field) oci_fetch_array (resource statement) // per default: numerisch und assoziativ oci_fetch_object (resource statement) oci_fetch_all (resource statement, array &output) oci_num_rows (resource stmt) // nicht bei select verwenden! oci_commit (resource connection) oci_rollback (resource connection) oci_free_statement (resource statement) oci_close (resource connection) Datenbanken Christian Silberbauer

15 PHP 5.2. Beispielskripte Beispiel Datenbankzugriff <html> <head><title>beispiel Datenbankzugriff (select und update)</title></head> <body> <?php $conn $_POST['Passwort'], rfhs8012_ora9i ) or die( Verbindung zur Datenbank gescheitert. Abbruch ); isset($_post['rabatt']) or die( Rabatt wurde nicht definiert. Abbruch ); isset($_post['limit']) or die( Limit wurde nicht definiert. Abbruch ); $sql = SELECT * FROM Auftragsposten WHERE Gesamtpreis > $_POST[Limit] ; $stmt = oci_parse($conn, OCI_DEFAULT) or die( Fehler beim Daten auslesen. Abbruch. ); ($rec = oci_fetch_array($stmt)) or die( Keine Aufträge betroffen. Abbruch. ); echo <table border=1> ; do { echo <tr> <td>$rec[anr]</td><td>$rec[teilenr]</td> </tr> ; } while ($rec = oci_fetch_array($stmt)); echo </table> ; $sql = UPDATE Auftragsposten SET Gesamtpreis = Gesamtpreis * (100 - $_POST[Rabatt]) / 100 WHERE Gesamtpreis > $_POST[Limit] ; $stmt = oci_parse($conn, OCI_DEFAULT) or die( Fehler beim Daten aktualisieren. Abbruch. );?> oci_commit($conn); oci_close($conn); </body> </html> Datenbanken Christian Silberbauer

16 PHP Beispiel Deadlocks <html> <head><title>beispiel Deadlocks (mit try-catch)</title></head> <body> <?php try { $conn $_POST['Passwort'], rfhs8012_ora9i ) if (!$conn) { $err = oci_error(); throw new Exception( Fehler beim Connect ($err[message]), $err['code']); } do { try { $sql = UPDATE Kunde SET Sperre = 0 WHERE Nr = 1 ; $stmt = oci_parse($conn, OCI_DEFAULT); $err = oci_error($stmt); if ($err['code']) throw new Exception ( Fehler beim Ausführen, $err['code']); $sql = UPDATE Kunde SET Sperre = 0 WHERE Nr = 2 ; $stmt = oci_parse($conn, OCI_DEFAULT); $err = oci_error($stmt); if ($err['code']) throw new Exception ( Fehler beim Ausführen, $err['code']); $ready = true; } catch (Exception $e) { } if ($e->getcode() == 60) { // Deadlock? echo e->getmessage(), Zeile: $e->getline(), Code: $e->getcode()<br> ; echo Deadlock! Transaktion wird abgebrochen und neu gestartet.<br><br> ; oci_rollback($conn); $ready = false; } else throw $e; } while (!$ready); oci_commit($conn); oci_close($conn); } catch (Exception $e) {?> } echo e->getmessage(), Zeile: $e->getline(), Code: $e->getcode()<br><br> ; oci_rollback($conn); oci_close($conn); </body> </html> Datenbanken Christian Silberbauer

17 Regeln zum Datenbankentwurf 6. Regeln zum Datenbankentwurf 6.1. Primärschlüssel - Kein NOT NULL und kein UNIQUE beim Primärschlüssel definieren. Das ist automatisch der Fall Alternative Schlüssel - UNIQUE explizit setzen - Bei zusammengesetztem alternativen Schlüssel jedes Attribut mit NOT NULL kennzeichnen 6.3. Pflichtfelder - NOT NULL setzen 6.4. Fremdschlüssel Allgemein - Generell ON UPDATE CASCADE verwenden Bei Beziehungsrelationen - Bei Fremdschlüsseln sind NULL-Werte nicht erlaubt - Beide Fremdschlüssel haben die Eigenschaft ON DELETE NO ACTION oder ON DELETE CASCADE Bei Schwachen Relationen - Bei dem einzigen (!) Fremdschlüssel sind NULL-Werte nicht erlaubt - Der Fremdschlüssel hat die Eigenschaft ON DELETE CASCADE Bei Subtyp-Relationen - Sie sind i.d.r. Schwache Relationen - Der Fremdschlüssel ist beim Subtyp zu setzen 6.5. Kringel setzen - bei Subtyp-Relation beim Subtyp - bei 1:n-Beziehungen immer beim n (ist technisch bedingt) - bei 1:n-Beziehungen bei der 1, wenn der Fremdschlüssel NULL sein kann. Dann und nur dann darf aber NOT NULL bei Fremdschlüsseln nicht gesetzt sein. Datenbanken Christian Silberbauer

18 Concurrency und Recovery 7. Concurrency und Recovery 7.1. Concurrency Gleichzeitiger Zugriff auf Daten einer Datenbank im Mehrbenutzerbetrieb Recovery Rekonstruktion einer Datenbank im Fehlerfall Logdatei Eine Logdatei speichert alle Datenbankänderungen zusätzlich auf einer eigenen Festplatte. Die Speicherung in dieser Datei erfolgt im Streaming-Modus (sequentiell). Durch die doppelte Datenhaltung ist das Datenbanksystem immun gegenüber Plattencrashs und gewährt dennoch hohe Performance, da durch das sequentielle Schreiben kaum Positionierzeiten auf der Platte anfallen Hot Spots Aus dem Datenbankpuffer werden geänderte Daten vom Datenbanksystem auf die Festplatte zurück geschrieben, wenn diese länger nicht benötigt werden. Auf manche Daten wird aber laufend lesend und schreibend zugegriffen, sodass die Änderungen auf Platte auf diese Art nicht stattfinden. Die entsprechenden Blöcke im Datenbankpuffer nennt man Hot Spots Checkpoints Regelmäßige Zeitpunkte, in denen der Datenbankpuffer gelehrt wird. Dadurch wird zwar der Datenbankbetrieb durch den hohen Ausgabeverkehr merklich gebremst, allerdings beseitigen sie Hot Spots und beschleunigen eine eventuelle Recovery. Das optimale regelmäßige Zeitintervall zwischen zwei Checkpoints zu finden ist Erfahrungssache. Es ist von der jeweiligen Anwendung abhängig. Zu häufige Checkpoints erhöhen den Ausgabeverkehr, zu seltene Checkpoints führen zu enormen Stoßbelastungen, da der Aufwand pro Checkpoint sehr hoch ist Transaktionssteuerung BEGIN TRANSACTION COMMIT WORK ROLLBACK WORK Startet eine Transaktion Schließt eine Transaktion ab Macht die bisherigen Änderungen einer offenen Transaktion rückgängig 7.7. Zwei-Phasen-Commit Bei datenbankübergreifenden Transaktionen, also bei Transaktionen, an denen mehr als eine Datenbank beteiligt ist, ist ein Protokoll namens Zwei-Phasen-Commit notwendig, um primär die Konsistenz der Datenbank zu gewährleisten. Datenbanken Christian Silberbauer

19 Concurrency und Recovery Dabei wird eine übergreifende Transaktion zunächst in lokalen Transaktionen abgearbeitet. Anschließend erfolgt eine Meldung über die erfolgreiche oder auch nicht erfolgreiche lokale Abarbeitung an einen sog. Koordinator (Phase 1). Wenn alle lokalen Transaktionen erfolgreich abgeschlossen werden konnten, setzt der Koordinator einen globalen Commit (Phase 2). Die datenbankübergreifende Transaktion ist damit abgeschlossen. Andernfalls wird ein Rollback initiiert und alle beteiligten lokalen Transaktionen werden rückgängig gemacht Sperrmodi Share-Lock erlaubt weitere Share-Locks, weist Exclusiv- Locks aber zurück (bei lesendem Zugriff) Exklusiv-Lock weist alle weiteren Lockanforderungen zurück (bei schreibendem Zugriff) 7.9. Deadlock Eine Verklemmung, bei der zwei oder mehrere Transaktionen gegenseitig auf die Freigabe eines oder mehrerer Locks warten, heißt Deadlock Isolation Level Level setzen SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL Level Definierte Level Level Beliebiges Lesen möglich Lesen nicht wiederholbar Phantom möglich Read Uncommitted ja ja ja Read Committed nein ja ja Repeatable Read nein nein ja Serializable nein nein nein Beliebiges Lesen: Nicht wiederholbares Lesen: Phantom-Effekt: Hier sind Lesezugriffe jederzeit erlaubt Innerhalb einer Transaktion kann wiederholtes Lesen andere Ergebnisse liefern. Beim wiederholten Lesen können plötzlich zusätzliche Zeilen auftreten (-> Phantom) Datenbanken Christian Silberbauer