Einführung - Lehrstuhl für Datenbanksysteme

Einführung
Dr. Angelika Reiser
Lehrstuhl für Informatik III:
y
Datenbanksysteme
www-db.in.tum.de
TU München / Garching
[email protected]
@
Datenbanksysteme für Hörer anderer Fachrichtungen WS 2015/2016
13.10.2015
Vorlesung
• Vorlesungswebseite
V l
b it siehe
i h TUMonline-Eintrag
TUM li Ei t
www-db.in.tum.de/teaching/ws1516/DBSandere
• IN4714:
• Teil des Pflichtmoduls Geodatenbanken und
Visualisierung
g 2V SWS und 2 ECTS
• Umfang:
Datenbanksysteme für Hörer anderer Fachrichtungen WS 2015/2016
13.10.2015
Modalitäten Vorlesung
•
•
•
•
•
•
•
2 Stunden Vorlesung wöchentlich
Mittwochs, 16.30 – 18.00 Uhr
Klausur: Termin steht noch nicht fest
IN4714: 40 Minuten
Bestehensgrenze: 50%
Fragen gerne während der Vorlesung
nach der Vorlesung individuelle Fragen
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13.10.2015
Modalitäten Vorlesung (cont.)
(cont )
• Lesestoff zur Vorbereitung
• Eingebettete Übungen
• Vorrechnen an der Tafel
 interaktive
Veranstaltung
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13.10.2015
Vorlesungsinhalt
• Datenbankentwurf
• E/R-Modellierung
• UML-Modellierung
UML Modellierung
• Relationales Datenmodell
• Relationale Anfragesprache SQL
• Datenintegrität
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13.10.2015
Vorlesungsinhalt cont.
Vorlesungsinhalt,
cont
• Physische Organisation der Daten
• B-Bäume
• Hashing
• Anfragebearbeitung
• Transaktionsverwaltung
• (Hauptspeicherdatenbanken, NoSQL
Datenbanken, Data Warehouses, …)
 Vorbereitung für Geodatenbanken,
Andreas Dona
Donaubauer,
ba er ab De
Dezember
ember 2015
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13.10.2015
Verwendete Materialien
Folien von Prof. Kemper:
p
www db in tum de/teaching/bookDBMSeinf
www-db.in.tum.de/teaching/bookDBMSeinf
und
dP
Prof.
f Neumann:
N
www-db.in.tum.de/teaching/ws1415/grundlagen
Danke  - Fehler g
gehen auf mich☻
☻
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13.10.2015
Literatur
Alfons Kemper und André Eickler
Datenbanksysteme: Eine Einführung
10. Auflage (2015)
((ältere Auflagen
g sind auch ok))
Oldenbourg Verlag, München
(ca 50 Euro)
www-db
www
db.in.tum.de/teaching/bookDBMSeinf
in tum de/teaching/bookDBMSeinf
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13.10.2015
Übungsbuch dazu …
Alfons Kemper und Martin Wimmer
Üb
Übungsbuch
b hD
Datenbanksysteme
t b k
t
3. Auflage (2011)
(ältere Auflagen sind auch ok)
Oldenbourg Verlag, München
(ca 30 Euro)
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13.10.2015
Zusatzmaterial
www-db in tum de/teaching/bookDBMSeinf
www-db.in.tum.de/teaching/bookDBMSeinf
•
•
•
•
•
Folien
Videos von Vorlesungen
Daten zum Aufbau von eigenen Datenbanken
SQL-Schnittstelle
Programmbeispiele für
• IBM DB2
• Oracle
• MS SQL Server
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Weitere Literatur
A. Silberschatz, H. F. Korth und S. Sudarshan
Database System Concepts, 6. Auflage,
McGraw-Hill, 2010.
codex.cs.yale.edu/avi/db-book/db6/slide-dir/
R. Elmasri,, S.B. Navathe
Fundamentals of Database Systems, 6. Auflage,
Addison-Wesley,
y, 2010. (auch
(
in Deutsch
erhältlich)
R. Ramakrishnan, J. Gehrke
Database Management Systems, 3. Auflage,
2003.
http://pages.cs.wisc.edu/~dbbook/
Datenbanksysteme für Hörer anderer Fachrichtungen WS 2015/2016
13.10.2015
Weitere Literatur,
Literatur cont.
cont
J.D. Ullmann,, J. Widom
A First Course in Database Systems, Prentice
Hall, 3. Auflage, 2007.
infolab.stanford.edu/~ullman/fcdb.html
MOOCS
• Self paced mini courses
courses, Stanford
class.stanford.edu/courses/DB/2014/SelfPaced/
about
• Datenmanagement mit SQL, HPI
open hpi de/courses/sql
open.hpi.de/courses/sql
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Weitere Literatur,
Literatur cont.
cont
• Informationssysteme/
y
Einführung in Datenbanksysteme, Uni Saarland
infosys.uni-saarland.de/datenbankenlernen/
Datenbanksysteme für Hörer anderer Fachrichtungen WS 2015/2016
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Begriffsklärung
• Was ist ein Datenbanksystem
y
((DBS)?
)
Ein System zum Speichern und Verwalten von
Daten.
•
Warum kein herkömmliches Dateisystem
y
verwenden?
Ausfallsicherheit und Skalierbarkeit nur mit
hohem Aufwand erreichbar
erreichbar.
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13.10.2015
Beispiele
Traditionelle Anwendungsbiete:
g
• Geschäftsdaten
• Buchhaltung
• Verwaltung
...
Heute sehr viel breiter:
• Wissenschaftliche/Medizinische
Wi
h ftli h /M di i i h D
Daten
t
• Data Mining
• Geoinformationssysteme
• Websuche
...
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Beispiele, cont.
Indirekt benutzen wir ständig
g Datenbanken:
• Websuche bei Google, Yahoo, ...
• Anfragen bei Amazon,
Amazon EBay
EBay, ...
• Backend vieler großer Webseiten
Viele Spielarten (DB/IR, zentralisiert,
dezentralisiert etc.))
Datenbanken werden fast immer eingesetzt
wenn
• die Datenmengen groß sind
• die Daten wertvoll sind
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Beispiele, cont.
Die großen kommerziellen Datenbanksysteme:
• Oracle
• IBM DB2
• Microsoft SQL Server
• Sybase
Einige freie Datenbanksysteme:
• PostgreSQL
• MySQL
• MonetDB
Noch viele weitere, teils stark spezialisierte Systeme
Datenbanksysteme für Hörer anderer Fachrichtungen WS 2015/2016
13.10.2015
Motivation für den Einsatz
eines
i
Datenbanksystems
D t b k
t
Typische Probleme bei
Informationsverarbeitung ohne DBMS
•
•
•
•
•
•
•
Redundanz und Inkonsistenz
Beschränkte Zugriffsmöglichkeiten
g
g
Probleme beim Mehrbenutzerbetrieb
Verlust von Daten
Integritätsverletzung
Sicherheitsprobleme
hohe Entwicklungskosten für
An end ngsprogramme
Anwendungsprogramme
Datenbanksysteme für Hörer anderer Fachrichtungen WS 2015/2016
13.10.2015
Motivation für den Einsatz
eines Datenbanksystems
Datenbanksystems, cont
cont.
Gründe für den DBS-Einsatz
g p
• Deklarative Anfragesprachen
• Mehrbenutzersynchronisation
• Fehlerbehandlung
• Sicherstellung der Datenintegrität
• Effizienz und Skalierbarkeit
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13.10.2015
Abstraktionsebenen eines
Datenbanksystems
Sicht1
Sicht 2 ...
Sicht 3
Logische Ebene
Physische
y
Ebene
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13.10.2015
Abstraktionsebenen eines
Datenbanksystems cont.
Datenbanksystems,
cont
Sicht:
Si
h
beschreibt wie ein Benutzer die Daten sieht
Logische Ebene:
beschreibt wie die Daten strukturiert sind
Physische Ebene:
b
beschreibt
h ibt wie
i di
die D
Daten
t gespeichert
i h t werden
d
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Abstraktionsebenen eines
Datenbanksystems cont.
Datenbanksystems,
cont
DBS entkoppelt Anwendungen von der
Struktur und Speicherung der Daten:
• Logische
L i h D
Datenunabhängigkeit
t
bhä i k it
(einfache) Änderungen auf der logischen
Ebene haben keinen Einfluß auf
Anwendungen
• Physische Datenunabhängigkeit
Änderungen auf der physischen Ebene
haben keinen Einfluß auf Anwendungen
Wi d iin ffastt allen
Wird
ll modernen
d
DBS d
durchgesetzt
h
t t
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Eigenschaften von
Datenbanksystemen
Deklarative Anfragesprache
• Benutzer sagt
g DBS was für Daten g
geholt
werden sollen . . .
. . . und nicht wie die Daten g
geholt werden
sollen
 Weniger fehleranfällig (beim Formulieren von
Anfragen/Entwickeln von Anwendungen), da
kein Wissen über die tieferen Schichten des
DBS nötig
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Eigenschaften von
D t b k
Datenbanksystemen,
t
cont.
t
Mehrbenutzersynchronisation
• Wenn mehrere Benutzer ohne jegliche
Kontrolle gleichzeitig Daten ändern können,
können
gibt es große Probleme
 DBS erlaubt
l b gleichzeitigen
l i h ii
Z
Zugriff
iff und
d
verhindert schlimme Seiteneffekte
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Eigenschaften von
Datenbanksystemen cont
Datenbanksystemen,
cont.
Fehlerbehandlung
• DBS kann Zustand zum Zeitpunkt eines
Absturzes rekonstruieren
 Dafür werden Logdateien vom DBS angelegt
und
d verwaltet
l
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Eigenschaften von
Datenbanksystemen cont
Datenbanksystemen,
cont.
Datenintegrität (Konsistenz)
• Datenverarbeitung in einer Anwendung läuft
nicht völlig zufällig ab,
ab sondern folgt
gewissen Regeln
 DBS befolgt (angegebene) Regeln und
schützt
hüt t so (automatisch)
( t
ti h) vor:
• Benutzerfehlern
• Programmfehlern
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13.10.2015
Eigenschaften von
Datenbanksystemen cont
Datenbanksystemen,
cont.
Effizienz und Skalierbarkeit
• DBSe sind für groß angelegte Anwendungen
konzipiert
 In DBSen sind Techniken integriert, die mit
großen
ß Datenvolumen
D
l
umgehen
h kö
können
ttypisch:
i h 100 GB (Gigabyte)
(Gi b t ) – transaktionale
t
kti
l
Daten (auch Expressversionen)
bi zu EB (E
bis
(Exabyte)
b t ) maximale
i l Größe
G öß
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Eigenschaften von
D t b k
Datenbanksystemen
t
•
•
•
•
•
Deklarative Anfragesprache
M hb
Mehrbenutzersynchronisation
t
h i ti
g
Fehlerbehandlung
Datenintegrität
Effizienz und Skalierbarkeit
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13.10.2015
Architekturübersicht eines DBMS
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„Naive“
Fortgeschrittene
Benutzer
Benutzer
Benutzeroberfläche
Interaktive
Anwendung
Anfrage
AnwendungsProgrammierer
Datenbankadministratoren
Präcompiler
Verwaltungswerkzeug
DML-Compiler
p
DDL-Compiler
p
DBMS
Anfragebearbeitung
Mehrbenutzersynchr.
Fehlerbehandlung
g
Datenbankmanager
Schemaverwaltung
Dateiverwaltung
Logdateien
Indexe
Datenbasis
Hintergrundspeicher
Datenwörterbuch