Datenbanksysteme

Datenbanksysteme • Datenbanksysteme verwalten große Mengen strukturierter Daten. • Typische Eigenschaften: • Schema-Definition für die abgelegten Datensätze • Einlesen und Ausgeben großer Mengen von Datensätzen • Abfragesprache zur gezielten Abfrage bestimmter Daten • Manipulationssprache zur kontrollierten Änderung bestimmter Daten • Transaktionskonzept zum Zusammenfassen logisch zusammengehöriger Modifikationen • Maßnahmen zur Sicherung der Integrität des Datenbestandes • Schnittstellen zu Programmiersprachen und -systemen • Oft: Mehrbenutzerbetrieb, Zugriffsrechteverwaltung

Typen von Datenbanksystemen • 1. Generation: Spezielle Dateitypen • ISAM, VSAM • 2. Generation: Hierarchische Datenbanksysteme • Baumstrukturen • 3. Generation: Netzwerk-Datenbanksysteme • CODASYL • 4. Generation: Relationale Datenbanksysteme • Tabellen als Repräsentation von Relationen • Abfragen durch Operationen auf Relationen • 5. Generation: Objektorientierte Datenbanksysteme • Dauerhaft bestehende (persistente) Objekte • Praktische Nutzung (derzeit): • überwiegend relationale Datenbanksysteme • gelegentlich: hierarchisch (Altsysteme), objektorientiert (Neusysteme)

Relationale Datenbanksysteme • Verteilungsarchitektur: • lokal • Client-Server • verteilt • Bekannte lokale Datenbanksysteme für Windows: • Access • Paradox • dBase • Bekannte Client-Server-Datenbanksysteme für Unix und Großrechner (Mainframes): • Oracle • Sybase • Informix • DB2 (IBM) • ADABAS (Software AG)

Relationen • Beispiel für Datensatz-Schema: • Stadtname (String15), Postleitzahl (String5), Einwohnerzahl (Integer) • Mathematisches Modell: Relation • Datenbestand D ist Relation: D  String15  String5  Integer • Konkreter Beispiel-Datenbestand (3 Datensätze): { ("Jena", "07743", 105000), ("Lübeck", "23552", 150000), ("Pirna", "01796", 50000) } • Mathematische Operationen auf Relationen: • z.B. Projektion, Vereinigung, Komposition

Tabellen • Tabellen dienen als effiziente Implementierung von Relationen. • Beispiel "Städte": • Zeilen sind Datensätze des aktuellen Schemas. • Spalten sind Datenfelder des aktuellen Schemas. • Alle Einträge in einer Spalte (einem Datenfeld) sind vom selben, im Schema festgelegten Datentyp. Name (String15) PLZ (String5) EWZ (Integer) Jena 07743 105000 Lübeck 23552 150000 Pirna 01796 50000

Relationale Datenbanken und Delphi • Delphi bietet ausgereifte und umfangreiche Unterstützung der Datenbankprogrammierung. • Unterstützte Datenbanksysteme: • dBase • Access • Paradox (Inprise) • einfache Version von Paradox wird mit Delphi geliefert • "Datenbankoberfläche" • SQL-basierte Client-Server-Systeme • SQL = Standard-Abfragesprache für relationale Datenbanken • Hinweis: Der Übergang zu einem anderen Datenbanksystem ist im allgemeinen nicht einfach! • Auch unter Delphi bestehen Differenzen zwischen Datenbanken: z.B. bezüglich unterstützter Datentypen, Integritätsprüfungen. • Delphi bietet aber einheitliche Entwicklungsumgebung.

Sichten auf Datenbanktabellen • Struktursicht: • Anlegen oder ändern des Schemas der Tabelle • Führt bei vorhandenen Datenbeständen u.U. zu Problemen • Datenverlust • Konversion • Datensicht (lesend): • Abfrage von Daten aus den Tabellen • Datensicht (schreibend/editierend): • Modifizieren von Daten in den Tabellen • Läßt Struktur unverändert • Beschränkung des Modifikationsmöglichkeiten sinnvoll • Integritätserhaltung !

Sortierung und Schlüssel • Sortieroperation auf Tabelle: • Einmaliges physisches Sortieren des Tabelleninhalts • Später eingefügte Datensätze können Sortierung zerstören • Schlüssel (=Kombination von Datenfeldern): • Automatisches laufendes Sortieren der Tabelle nach dem Schlüssel • Zusatzbedingung: Eindeutigkeit • Keine zwei Datensätze mit gleichem Schlüsselwert! • Ermöglicht einfachen Zugriff auf Datensätze • Primärschlüssel: • Fest der Tabelle zugeordnet, definiert Speicherorganisation • Existenz für viele Operationen vorausgesetzt • Sekundärschlüssel: • Zusätzliche Indizes zum schnellen Suchen in der Tabelle

Normalformen für Datenbankschemata • Regeln für saubere, redundanzfreie Datenbankschemata: • 1. Normalform: Keine zusammengesetzten Datentypen (z.B. record) für Datenfelder • 2. Normalform: Jede Tabelle hat einen Schlüssel, von dem alle Datenfelder abhängig sind. • 3. Normalform: Es gibt keine Abhängigkeiten zwischen zwei Datenfeldern der Tabelle (außer der Abhängigkeit vom Schlüssel) • Beispiel: • In der Stadt-Tabelle des Lehrbriefs hängt das Feld "NEU" vom Feld "LAND" ab. - Keine 3. Normalform. • Abhilfe ("Normalisierung"): • Einführen von zusätzlichen Tabellen und Fremdschlüsseln • Nachteile von Normalisierung: • Viele Tabellen • Viele Schlüssel • Praxis: Normalisierung maßvoll betreiben

Beispiel für Normalisierung • Vorher: • Nachher: Tabelle Stadt:Datentyp von LAND: Alphanumerisch (String) (Beispiel: "Sachsen") STADT LAND NEU PLZ EWZ Tabelle Stadt:Datentyp von LAND: Schlüssel für andere Tabelle (Fremdschlüssel) z.B.: Ländercode (2 Buchstaben) (Beispiel: "SN") STADT LAND PLZ EWZ Tabelle Land:Datentyp von LANDCODE: Schlüssel für Land-Tabelle (Primärschlüssel) z.B.: Ländercode (2 Buchstaben) LANDCODE NEU

Verbinden von Tabellen • Fremdschlüssel einer Tabelle verweist auf Primärschlüssel anderer Tabelle • Delphi: Referentielle Integrität nutzen • Inkonsistenzen automatisch vermeiden • Löschen indirekt zugänglicher Daten verhindern • Als Verweis genutzte Schlüsselfelder konsistent halten • Abfragen: • Delphi: Query-by-Example erfordert weitere Arbeitsschritte: • Hinzufügen weiterer Tabellen • Verbinden der Schlüsselattribute • SQL: "Join"-Operation

Programmierung mit Datenbanken • Direkte Nutzung des Datenbanksystems: • eigene Benutzungsoberfläche • arbeitet auf Datenbank-Dateien • Beispiele: • (1) Delphi-Datenbankoberfläche, "Query by Example" (QBE) • (2) SQL-Kommandoschnittstellen • Datenbankanbindung in konventionellen Programmen • insbesondere Einbettung von SQL-Code • verbreitet für COBOL- und C-Programme • Verwendung spezieller Programmbibliotheken • Beispiel: Datenbank-Komponenten in Delphi • "Verstecken" der Datenbankspeicherung durch geeignete Softwarearchitektur • "Persistenzdienst" für Objekte • Beispiele: CORBA, Enterprise Java Beans

Satzzeiger-Prinzip • In Delphi werden Tabellen ähnlich behandelt wie Dateien von Record-Daten: type Stadt = file of record name: String15; PLZ: String5; EWZ: Integer; end; • Wie bei einer Datei gibt es einen Zeiger auf das aktuelle Element (den aktuellen Datensatz). • Der Zugriff auf Datenbankdaten erfolgt durch spezielle Funktionen. • First: Setzen des Zeigers auf Anfang (erster Datensatz) • Next: Weiterschalten des Zeigers auf nächsten Datensatz • EOF: Abfrage, ob Zeiger am Ende • Last: Setzen des Zeigers auf Ende (letzter Datensatz) • Prior: Weiterschalten des Zeigers auf vorherigen Datensatz • BOF: Abfrage, ob Zeiger am Anfang

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