01671 - Datenbanken I

Relationenalgebra und Relationenkalkül

Der Relationenkalkül ist nichts anderes als eine formale Sprache zur Definition einer neuen Relation in den Begriffen schon gegebener Relationen.

Man bezeichnet eine Abfragesprache als relational Vollständig, wenn mit ihr alles ausgedrückt werden kann, was im Relationenkalkül ausgedrückt werden kann.

Sichten stellen abgeleitete Tabellen dar, sie unterscheiden sich von Basistabellen dadurch, dass ihr Inhalt bzgl. Des konzeptuellen Schemas redundant ist und sie nicht physisch gespeichert sind, sondern zum Zeitpunkt des aktuellen Zugriffs aus den Basistabellen ermittelt werden. Somit sind alle Änderungen der Basistabellen sofort in den darauf abgeleiteten Sichten sichtbar.

Eine Folge von Befehlen die entweder vollständig und korrekt ausgeführt wird oder überhaupt nicht.

• Atomicity (Unteilbarkeit)  - Transaktion ganz oder gar nicht.

• Consistency (Konsistenz) – Transaktion führt die DB von einem konsistenten Zustand zu einem konsistenten Zustand.

• Isolation – Zwischenzustände einer Transaktion dürfen für andere Transaktionen nicht sichtbar sein.

• Durability (Dauerhaftigkeit) – Ergebnisse einer erfolgreich beendeten Transaktion überleben jeden nachfolgenden Fehler

Bei Commit muß das DBMS die Ergebnisse einer Transaktion dauerhaft machen, und es kann nach Durchführung von Commit die Ergebnissee der Transaktion für andere Transaktionen sichtbar machen. Nach einem Commit ist das rückgängig machen einer Transaktion durch das DBMS nicht mehr möglich, dies muss dann per Anwendungsprogramm geschehen.

Bei Commit muß das DBMS die Ergebnisse einer Transaktion dauerhaft machen, und es kann nach Durchführung von Commit die Ergebnissee der Transaktion für andere Transaktionen sichtbar machen. Nach einem Commit ist das rückgängig machen einer Transaktion durch das DBMS nicht mehr möglich, dies muss dann per Anwendungsprogramm geschehen.

Der ZUgriffsmanager stellt eine Schnittstelle zur Verfügung, in der einzellne Tupel und logische Zugriffspfade angesprochen werden können.

Neben der übersetzung und Optimierung von Benutzerabfragen muss der Datenmanager die Zugriffsberechtigungender Benutzer zu allen in den Anweisungen referenzierten Daten überprüfen und die Integritätskontrollen durchführen.

Join - Verbund

• Ausnutzung von Sekundärindexen

• Sortieren der Relationen  und danach parallel durchlaufen

• Heuristiken

Da bei einer Änderung des Datenbestandes ( i.d.R.) auch der Sekundärindex angepaßt werden muß, ist die Entscheidung, einen Sekundärindex einzusetzen, gegen die erhöhten Kosten bei der Änderung des Datenbestandes abzuwägen.

Ja, den Systempuffer-Manager.

• Pinned Pages: Im Zusammenspiel mit der Recovery dürfen Seiten nicht beliebig in die Datenbank geschrieben werden. Solche Seiten nennen wir pinned. Beispielsweise ist Recovery nach einem Fehler sehr einfach, wenn die betroffenen Seiten noch nicht in die DB geschrieben wurden.

• Forced Output: Ebenfalls im Zusammenhang mit der Recovery müssen gelegentlich Seiten auf den Externspeicher zurückgeschrieben werden, obwohl der Platz im Systempuffer gar nicht benötigt wird. Abgeschossene Transaktionen persistent machen.

DBMS

• Daten Speichern und Verwalten

• Bereitstellen von Daten in Form von Anfragen( DBMS akzeptiert die Benutzeraufträge,, die in den Begriffen des Externen Schemas formuliert sind. Es Stellt über die verschiedenen Datenebnen hinweg fest, welche gespeicherten Daten für die Bearbeitung des Benutzerauftrags benötigt werden.

• Datendefinition: DBMS muss Datendefinitionen( externe Schemata, das konzeptuelle Schema, das interne Schema, die zugehörigen Transformationsregeln) in den zugehörigen DDLs (data definition language(Datenbeschreibungssprache)) akzeptieren und interpretieren können.

• Integrität der Datenbank: z.B. verwehren von Daten die vorgegebenen Intigritätsbedingungen widersprechen

• Datensicherung: Nach dem Auftritt von Fehlern die DB in einen konsistenten Zustand zu versetzen.

• Koordination gleichzeitig auf der Datenbank arbeitender Benutzer

• Schutz der Daten gegen unberechtigten Zugriff: Alle technischen Maßnahmen zum Datenschutz, d.h. zum Schutz der Daten gegen Mißbrauch jeder Art.

Bei Datenbanken werden die Daten einmal definiert und für alle Benutzer zentral verwaltet. Das DBMS übergibt nicht ganze Sätze sondern genau die vom Anwendungsprogramm benötigten Sätze.

Probleme von Daten:

• Redundanz: Dieselben Daten in unterschiedlichen Dateien führen zu Speicherverschwendung und erhöhen Verarbeitungskosten, vor allem bei Änderungen.

• Inkonsistenz: Die Konsistenz der Daten kann nur schwer gewährleistetet werden, da durch Änderung einer Größe alle Dateien die diese Größe enthalten geändert werden müssen und die Änderungen müssen so abgestimmt sein daß Programme zum selben Zeitpunkt nicht unterschiedliche Werte derselben Größe sehen können.

• Daten-Programm-Abhängigkeit: Ändert sich der Aufbau einer Datei oder ihrer Organisationsform, so müssen alle darauf basierende Programme geändert werden, unabhängig ob sie ein neues Datenelement sehen wollen oder nicht.

• Inflexibilität: Da die Daten nicht in ihrer Gesamtheit, sondern nur anwendungsbezogen gesehen werden, ist es in vielen Fällen sehr kompliziert, neue Anwendungen oder Auswertungen vorhandener Daten zu realisieren.

Vorteile DB:

• Gemeinsame Basis für alle Anwendungen(Vereinheitlichung)

• Redundanz entfällt, wo nützlich durch das DBMS kontrolliert

• Keine Konsistenzprobleme

• Kein wissen über die spezielle Organisation von Daten auf dem Speicher notwendig

• Reduzierte abhängigkeit zwischen Daten und Programmen. Da das DBMS verschidene Sichten bereitstellen kann.

• Mehr Flexibilität für Datenauswertung.

• Datenbanksystem kann zentral die Korrektheit von Daten überprüfen

• Wiederherstellung einer korrekten Datenbank nach dem Auftreten von Fehlern

Korrektheit der gespeicherten Daten

Die notwendigen Umsetzungen von der externen Sicht(Benutzer) in die Logische Gesamtsicht und 

• Die Sicht einzelner Benutzergruppen: externe Sichten: Jede Benutzergruppe sieht den Ausschnitt der Datenbank, der für sie von Bedeutung ist. Die Daten werden so dargestellt, wie es für die Benutzer wünschenswert oder natürlich ist

• Logische Gesamtsicht: Um die Datenbank erstellen zu können, ist eine Gesamtschau der Unternehmensdaten notwendig. Alle Daten müssen zunächst auf logischer Ebene in Form von Informationseinheiten und deren Beziehungen untereinander beschrieben werden, unabhängig von EDV-Gesichtspunkten.

• Die Datenorganisation der Daten auf den Speichern: interne Sicht: Daten müssen auf den Speichern so organisiert werden, daß die Zugriffsanforderungen der verschiedenen Benutzer möglichst effizient erfüllt werden können.

Jeder Benutzer soll seine Eigene Sicht auf Daten haben. Z.B. Sachbearbeiter und Manager

Eine Gesamtschau der Unternehmensdaten die in Form von Informationseinheiten und deren Beziehungen untereinander beschrieben werde.

Da die externe Schicht von den anderen Isoliert ist haben Änderungen des internen oder konzeptuellen Modells keine Auswirkung auf sie.

Das Schema legt dabei fest, welche Daten in einer Datenbank in welcher Form gespeichert werden können und welche Beziehungen zwischen den Daten bestehen. Speziell bei Relationalen Datenbanken legt das Schema die Tabellen und deren Attribute sowie zur Sicherstellung der Konsistenz die Integritätsbedingungen fest.

Jede Ebene der Daten modelliert die Unternehmensdaten auf einem anderen Abstraktionsniveau. Diese Modelle der Datenwelt des Unternehmens werden mit Hilfe sogenannter Datenbeschreibungssprachen in einer für das DBMS verständlichen Form beschrieben; diese Beschreibung heißt dann Schema. Es gibt:

• verschiedenen externe Schemata,

• ein konzeptuelles Schema, das die logische Gesamtschicht beschreibt und ein

• internes Schema

Externe Modell: Benutzer sollen die für sie relevanten Daten sehen, diese Daten sollen ihm in einer ihm vertrauten Form geboten werden. Jeder Benutzer soll seine eigene Sicht (View) auf die Daten haben.

Konzeptuelles Modell: Das konzeptuelle Modell beschreibt die Gesamtheit derjenigen Daten des Unternehmens, die in der Datenbank verwaltet werden – es erfaßt also die logische Gesamtsicht. Das Konzeptuelle Modell ist ein Modell des Unternehmens in dem Sinne, daß alle für das Unternehmen wesentliche Daten und alle wesentlichen Beziehungen zwischen den Daten beschrieben werden. Das Konzeptionelle Model wird in einer geeigneten Datenbeschreibungssprache (DDL) im konzeptuellen Schema beschrieben

Internes Modell: Die Form der logisch, vom konzeptuellen Schema; beschriebenen Daten auf Speichern abgelegt werden und welche Zugriffsmöglichkeiten auf diese Daten bestehen sollen.

Konzeptuelle Ebene

Eine Beschreibung der Datenwelt des Unternehmens.  Es sind gewisse Konstrukte oder Bauelemente vorgegeben, mit deren Hilfe das spezielle konzeptuelle Modell erstellt werden muss.

Das wichtigste dieser Modelle ist das Entity-Relationship-Modell

Physische Datenunabhängigkeit bedeutet Isolierung der Anwendungsprogramme von Änderungen der physischen Datenorganisation. (z.B. Änderung internes Modell)

Logische Datenunabhängigkeit bedeutet Isolierung der Anwendungsprogramme von Änderungen des konzeptuellen Modells. (Z.B. Neue Attribute für Objekttypen)

Statische Datenunabhängigkeit  beim Binden zur Übersetzungszeit und dynamische Datenunabhängigkeit beim Binden zur Zugriffszeit.

Die logische Datenunabhängigkeit