Datenbanksysteme

Was ist ein Datenbanksystem (DBS)?

Ein System zum speichern und Verwalten von Daten

Warum kein herkömmliches Dateisystem verwenden?

Ausfallsicherheit und Skalierbarkeit nur mit hohem Aufwand erreichbar.

Typische Probleme ohne DBS

Redundanz und Inkonsistenz
Verschiedene Datenformate
Probleme beim Mehrbenutzerbetrieb
Verlust von Daten
Integritätsverletzungen
Sicherheitsprobleme
Hohe Entwicklungskosten für Anwendungsprogramme

Gründe für den DBS-Einsatz

Datenunabhängigkeit

Sicht: beschreibt wie ein Benutzer die Daten sieht Logische Ebene: beschreibt wie die Daten strukturiert sind Physische Ebene: beschreibt wie die Daten gespeichert wird

DBS entkoppelt Anwendungen von der eigentlichen Struktur und Speicherung der Daten
Logische Datenunabhäangigkeit
- Änderungen auf der logischen Ebene haben keinen Einfluß auf Anwendungen
Physische Datenunabhäangigkeit
- Änderungen auf der physischen Ebene haben keinen Einfluß auf Anwendungen
- Wird in fast allen modernen DBS durchgesetzt

Deklarative Anfragesprache

Benutzer sagt DBS was für Daten geholt werden sollen ...
... und nicht wie die Daten geholt werden sollen
Weniger fehleranfällig (beim Formulieren von Anfangen / Entwickeln von Anwendungen), da kein wissen über die tieferen Schichten des DBS nötig sind.

Mehrbenutzersynchronisation

Wenn mehrere Benutzer ohne jegliche Kontrolle gleichzeitig Daten ändern können, gibt es große Probleme
DBS erlaubt gleichzeitigen Zugriff und verhindert schlimme Seiteneffekte

Fehlerbehandlung

DBS kann Zustand zum Zeitpunkt eines Absturzes rekonstruieren
Dafür werden Logdateien vom DBS angelegt und verwaltet

Datenintegrität

Datenverarbitung in einer anwendung läuft nicht völlig zufallig ab, sondern folgt gewissen Prinzipien
DBS befolgt (angegebene) Prinzipien und schützt so vor:
- Benutzerfehlern
- Programmfehlern

Effizienz und Skalierbarkeit

DBSe sind für groß angelegte Anwendungen konzipiert
In DBSen sind Techniken integriert, die mit großen Datenvolumen umgehen können

Grobe Architektur

Detalierte Übersicht

Datenmodellierung

Ein Benutzer muss immer noch die Anforderungen einer Anwendung und die Art von daten die gespeichert werden sollen spezifieren

Zwei wichtige konzepte beim Entwurf

Datenmodell

Es legt fest, welche Konstrukte zum Beschreiben der Daten existieren

Beispiel

→ SQL: Das relatione Modell ist dein Datenmodell. Deine "Lego-Bausteine" sind Konzepte wie Tabellen, Spalten (mit Datentypen wie VARCHAR, INT, BOOLEAN) Primärschlüssel und Fremdschlüssel. Das Modell gibt vor, dass Daten in Tabellen organisiert werden und wie diese Tabellen miteinander in Beziehung stehen können

Schema

eine konkrete Bescreibung einer bestimmten Datensammlung (unter Verwendung eines Datenmodells)

Beispiel

→ SQL: deine CREATE TABLE Anweisungen sind dein Schema. Wenn man schreibt:

CREATE TABLE Kunden (
    kunden_id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255),
    email VARCHAR(255),
    age INT
);

... dan hast du gerade das Schema für eine Kundendatenbank definiert-

Datenmodelle

Konzeptuelle Modelle:

Entity-Relationship-Modell (ER-Modell)
Unified Modeling Language (UML)

Logische Modelle:

Hierarchisches Modell
Netzwerkmodell
Relationales Modell
Objekt-orientiertes Modell
Objekt-relationales Modell
Semistrukturiertes Modell
Graphstrukturiertes Modell

Schritte der modellierung

Beispiel

Beispiel(2)

Zusammenfassung

Viele Anwendungen haben ähnliche Erfordernisse, was die Datenverwaltung angeht
Ein DBS bildet eine gemeinsame Basis und bietet eine Infrastruktur, die diese Anwendungen unterstützt