Ausblick: Datenbanksysteme Motivation

Ausblick: Datenbanksysteme
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Motivation
Begriffe
Entwurf, Implementierung, Nutzung, Administration
Architektur von DBS
Datenorganisation 2006
Datenbanksysteme
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Motivation
• Dateistruktur:
– durch den Entwickler definiert
– Zugriffs- und Verarbeitungsoperationen individuell zu
programmieren
• Zugriff auf Dateien
– Kenntnis von Dateinamen und –struktur notwendig
– auf einen Nutzer beschränkt
• Bedarf:
– Dialog-Betrieb mit Zugriff mehrerer Nutzer quasi gleichzeitig
– Zugriff ohne Kenntnis von Dateinamen und -struktur
– flexible Dateistruktur, während der Nutzung veränderbar
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Datenbanksysteme
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Traditionelle Datenverarbeitung
Änderungen
alte Personal-Stammdaten
Änderungsprogramme
Korrekturen
neue Personal-Stammdaten
Fehlerliste
Lohnrechnungsprogramm
Lohnauswertungen
Lohnliste
Lohnstatistik
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Datenbankarbeit
Personal-Stammdaten
Datenbank
Datenbanksystem
Datenbankverwaltungssystem
Änderungsprogramme
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Lohnrechnungsprogramm
Lohnauswertungen
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Datenbanksysteme
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Datenbanksystem
Begriffe
• Ein Datenbanksystem (DBS) ist
eine Menge von
– großen,
– integrierten und
– mehrfach und unterschiedlich nutzbaren
Datenbanken (DB) samt Software (+ evtl. Hardware) für ihre
– dauerhafte ("persistente"),
– zuverlässige und
– programmunabhängige
Verwaltung
– DB-Managementsystem (DBMS) / DB-Betriebssystem (DBBS)
also:
DBS = DB + DBMS
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Datenbanksystem
Begriffe
Nutzer 1
Datenbank
(DB)
Nutzer 2
Nutzer 3
Datenbankbetriebssystem
(DBBS)
Nutzer n
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Datenbanksysteme
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Datenbanksystem
Anforderungen
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Trennung der Daten von den Anwendungen
Strukturierung der Daten
Permanente ("persistente") Speicherung der Daten
Integration von Datenbeständen
Datenunabhängigkeit
Spezifische, anwendungsgerechte Datensicht
Verfügbarkeit „rund um die Uhr“
Effizienz
Integritätssicherung
– referentielle Integrität
– bei konkurrierendem Zugriff
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Betrieb von Datenbanksystemen
Bearbeitung von Datenbeständen
• Anfrage (query / select):
– Abgrenzen eines Datenbank-Ausschnitts und Herauslesen des
Inhalts (ohne Änderung)
• Änderung (insert / update / delete):
– (teilweise oder vollständige) Veränderung eines abgegrenzten
Datenbank-Ausschnitts
• Transaktion:
– aus Anwendersicht abgeschlossene, konsistenzerhaltende Folge
von elementaren Operationen auf einer Datenbank
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Relationales Datenmodell
Person =
r(Person) =
Name
GebDat
...
Gehalt
Müller
03.03.45
...
1350
Nowak
01.02.63
...
2200
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
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Datenbank-Entwurf
• Definition von Objekt-Klassen mit
– Identifikator (Primärschlüssel)
– Objekteigenschaften
• Definition von Beziehungen zwischen den Einzel-Objekten mit
– Kardinalität der Beziehungen
– Beziehungseigenschaften
• Abbildung im Entity-Relationship-Diagramm
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Entity-Relationship-Diagramm
Buch
# ISBN
* Autor
* Titel
° Preis
Buch ist im Katalog
Katalogeintrag
ist Buch
Katalog
# BuchNr
# ExemplarNr
Katalog-Buch wird von
Leser ausgeliehen
Rückg.Datum (RDatum)
Leser
leiht Katalog-Buch aus
Einfache Verwaltung einer Bibliothek
• Bibliotheksbestand steht im Katalog
• Buchdaten stehen im Buch
• Leserdaten in Leser
Leser
# LeserNr
* Name
* Vorname
° Straße
° PLZ
° Ort
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Datenbank-Implementierung
• Definition der Tabellen
• Festlegung von Primärschlüsseln
• Abbildung der Beziehungen zwischen Tabellen durch
Fremdschlüssel
• Beschreibung in einer Datendefinitionssprache (DDL)
• Füllen der Datenbank mit Daten
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Implementierung von Tabellen
CREATE TABLE Leser (
LNr
CHAR(8) NOT NULL,
Name
VARCHAR2(30),
Vorname VARCHAR2(30),
Str
VARCHAR2(30),
PLZ
VARCHAR2(10),
Ort
VARCHAR2(30),
CONSTRAINT L_pk PRIMARY KEY (LNr)
);
CREATE TABLE Buch (
ISBN
CHAR(13) NOT NULL,
Autor
VARCHAR2(80),
Titel
VARCHAR2(180),
Preis
NUMBER(8,2),
CONSTRAINT B_PK PRIMARY KEY (ISBN)
);
CREATE TABLE Katalog (
BNr
CHAR(6) NOT NULL,
ExNr
CHAR(2) NOT NULL,
ISBN
CHAR(13) NOT NULL,
LNr
CHAR(8),
RDatum
DATE,
CONSTRAINT K_pk PRIMARY KEY (BNr, ExNr),
CONSTRAINT K_fk1 FOREIGN KEY (ISBN) REFERENCES Buch,
CONSTRAINT K_fk2 FOREIGN KEY (LNr) REFERENCES Leser
);
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Datenbank-Nutzung
• Abfragesprache (query language)
select
from
where
group by
having
order by
spalte, ...
tabelle, ...
spalten-auswahlbedingung
gruppierungsspalte, ...
gruppen-auswahlbedingung
spalte, ... ;
• Beispiel: Ausgeliehene Bücher
select
from
where
and
and
order by
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Leser.Name, Buch.Titel, Katalog.RDatum
Leser, Buch, Katalog
Leser.LNr = Katalog.LNr
Buch.ISBN = Katalog.ISBN
Katalog.LNr is not null
RDatum ;
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Datenbank-Administration
•
•
•
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Starten und Stoppen der Datenbank
Einrichten von Nutzern
Vergabe und Entzug von Rechten
DB-Monitoring, DB-Tuning
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DB-Transaktionen
• Transaktionen sind logisch zusammengehörige DB-Zugriffe, die
von einem konsistenten Zustand der DB wieder zu einem
konsistenten Zustand führen
• werden vollständig oder gar nicht ausgeführt
• Überwachung
– konkurrierender Zugriffe
– gesetzter Sperren
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Datenbanksysteme
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Physische DB-Struktur
Beispiel: Oracle
F6
F1
F2
F4
F3
F5
Datenbank-Files
Online-REDO-Log-Files
Control-Files
Fn – DB-Tablespaces
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Datenbank-Software-Architektur
Beispiel: Oracle
Anwendungsprozesse
ORACLE-Datenbankbetriebssystem
ORACLE-Datenbank
DBWR
DBC
LGWR
A
C
H
E
ARCH
SMON
PMON
CHKP
Shared und Dedicated
ORACLE-Server-Prozesse
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ORACLE-Instanz mit DB-Cache (SGA)
und Hintergrundprozessen
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Datenbank-Prozess-Struktur
Beispiel: Oracle
ORACLE-Datenbank-Server
DB-Cache
R
E
D
O
DB-BlockPuffer
1
4
DBWR
1
2
3
LGWR
4
PMON
Shared
SQL-Pool
3
4
SMON
2
ARCH
4
5
5
4'
Datenbank-Files
Redo-Log-Files
archivierte
Redo-Log-Files
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Transaktionsablauf
Beispiel: Oracle
Prozess
insert into
<tabelle>
update <tabelle>
delete from
<tabelle>
commit
DB-Cache
LGWR
DBB
L
O
C
K
P
U
F
F
E
R
R
E
D
O
DBWR
schreibt asynchron
modifizierte DB-Blöcke
vorausgegangener und
eventuell aktueller
Transaktionen zurück
auf die DB-Files
Nach dem commit
wird der Redo-Log-Puffer
auf das Redo-Log-File
geschrieben
if ok then weiter
Redo-Log-Files
DB-Files
Zeit
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