01 - Datenbanksystem
Was ist eine Datenbank
Ein Datenbanksystem ist eine Zusammenfassung von Daten, die von einer speziellen Software (Data Base Management System, DBMS) verwaltet und über eine definierte Schnittstelle vielen Nutzern gleichzeitig und kontrolliert zur Verfügung gestellt werden.
Eine ideale Datenbank zeichnet sich durch folgende charakteristischen Eigenschaften aus:
- Auf die Datenbank greifen gleichzeitig viele Benutzer innerhalb eines Netzwerkes zu (Mehrbenutzerbetrieb)
- Verwaltung von sehr großen Datenbeständen
- Die Daten werden den Benutzern ständig bereitgestellt. (Im Extremfall muss eine Datenbank weltweit, ohne Unterbrechung „rund um die Uhr“ in Betrieb sein; z.B. Flugbuchungssystem.)
- Die gespeicherten Daten können nahezu beliebig miteinander verknüpft werden.
- Die interne Datenorganisation (Datenhaltung) und die Benutzung der Daten durch Anwendungsprogramme sind strikt getrennt (Schichtenmodell). Es muss möglich sein, die inteme Organisation der Daten innerhalb einer Datenbank ändem zu können, ohne dass die Benutzer ihre Anwenderprogramme (Applikationen) anpassen müssen. Im Idealfall merken die Benutzer von Strukturänderungen innerhalb einer Datenbank nichts. Andererseits muss es möglich sein, die Anwendungsprogramme der Benutzer zu verändern, ohne dass dies eine Strukturänderung der Datenbank erfordert.
- Die Datenbank gewährleistet die Integrität und Sicherheit der verwalteten Daten. (Vgl. dazu die nachfolgenden Punkte.)
Grundanforderung an eine Datenbank
Grundoperationen auf Datenbanken
| Abfragen | Mutationen (DML) | DB-Schema verwalten (DDL / DCL) |
|---|---|---|
| Der Datenbestand wird nicht verändert | Der Datenbestand wird verändert. | Festlegung der Grundstruktur einer Datenbank |
| Über spezielle Abfragesprache oder über vorbereitete Eingabemasken. | Daten … * Einfügen * Ändern * Löschen | * Tabellen definieren * Datenfelder, Wertebereiche und Regeln definieren * Zugriffsrechte festlegen * Indices anlegen |
Grundsätzlicher Aufbau
DBS = DB + DBMS
Ein Datenbanksystem (data base system, DBS) ist ein System zur Beschreibung, Speicherung und Wiedergewinnung von Datenmengen, die von mehreren Anwendungsprogrammen genutzt werden können.
Es setzt sich zusammen aus der Datenbank (oft data base genannt), also der Menge der Daten und einer Software, dem Datenbankverwaltungssystem (data base management system, DBMS), das die Schnittstelle zum Benutzer darstellt.
Die Datenbank enthält sowohl die reinen Nutzdaten als auch Meta-Daten (meta-data), die zur Verwaltung des gesamten Systems nötig sind.
Allgemeine Anforderung an DBMS
Aus den Notwendigkeiten der Datenhaltung ergeben sich allgemeine Anforderungen an ein Datenbank Management System (DBMS):
- Große Datenbestände ( > 107 Datensätze) verwalten =⇒ erfordert effiziente Suchverfahren
- Beliebige Verknüpfung nach inhaltlichen Gesichtspunkten
- Redundanzfreiheit
- Datenkonsistenz
- Zentrale Datenhaltung
- Gleichzeitige Benutzung durch viele Anwender (z. B. Flugbuchung)
- Trennung von DB-Anwender und DB-Administratoren
Die Realisation solcher Anforderungen hat ein Ergebnis mit völlig neuer Qualität zur Folge.
- Es gibt zu Datenbanken kein materielles Äquivalent (z. B. Sammlung von vielen Karteikästen); d. h. das Modell selbst wird zu einem Objektsystem.
- Der Datenbestand hat eine potentiell unendliche Lebensdauer.
Daraus folgt, dass Techniken erforderlich sind, die vor Verlust und Verfälschung der Daten schützen.
Sicht auf das Datenmodell
Im Gegensatz zu prozeduralen Dateiverwaltungsprogrammen, die im allgemeinen Daten nur einem Anwenderprogramm zugänglich machen und deren Algorithmen beschreiben, wie ein Datensatz zu finden ist, stehen bei einem (relationalen) DBS im Vordergrund
- Datenobjekte
- welche Objekte gibt es?
- Beschreibung von Daten
- welche Eigenschaften haben sie?
- in welcher Beziehung stehen sie zu einander?
- Operationen auf Daten
- mit einer deskriptiven DB-Sprache (was will ich haben?)
Insgesamt ergeben sich damit hervorragende Möglichkeiten zur Abbildung realer Objekte, aber dennoch sind Datenmodelle - streng betrachtet - kein Ausschnitt der Realwelt, sondern
- die Menge der definierten Strukturmerkmale und
- der darauf möglichen Operationen.
Die Nähe zur objektorientierten Modellierung ist unverkennbar. Die Modellierung mit dem Entity Relationship Model (ERM) kann als ein geistiger Wegbereiter zu OOM angesehen werden.