Problem: Hauptspeicher ist flüchtig (volatil)

• Daten, die ein Programm ver arbeitet, existieren zunächst nur im Hauptspeicher

• nach einem Neustart des Programms sind sie verloren

Persisterz (Dauerhaftigkeit)

• Datenhaltung auf nicht ftüchtigen Speichermedien

• Daten überleben den Kontext ihrer Erzeugung

• Daten sind verfügbar, selbst wenn die erzeugende Software nicht mehr läuft

Anspruch an DBIS

• wenn ein Schreibvorgang quittiert wird, sind die Daten persistent, auch wenn danach ein Fehler auftritt

Integrität

• Korrekt im Sinne der Anwendung

• fachliche Korrektheit: Daten müssen die reale Welt Korrekt repräsentieren

konsistenz: Wiederspruchsfreiheit

• Logische Korrektheit: Datenbanken enthält keine widersprüchlichen Informationen

werden oft synonym verwendet

Anspruch an DBMS

• Konsistenz bzw. Integrität der Datenbank muss während das Systembetriebs aufrecht erhalten werden

• Unterstützung bei Konsistenzsicherung durch Integritätsregeln

Semantische Integritätgregeln

• Kriterien, welche die Datensätze erfüllen müssen

• was muss ich machen?

• Bsp. CHECK (Gehalt>0)

Eindeutigkeit (Entity Integrity)

• Definiert über ausgezeichnete Schlüsselattribute

• Bsp. Personalnummer ...

Referentielle Integrität

• Datensätze dürfen nicht gelöscht werden, solange sie noch referen ziert werden

• keine “dangling references”

• mehrfaches Vorhanden sein gleicher oder begrifflich / funktionaler äquivalenter Daten/ Komponenten

Redundanz von Daten

• Gleiche Informationen mehrfach gespeicht

Gefahr der Inkonsistenz

• Redundanz ermöglicht Inkonsistenz

• Bsp. Verschiedene Adressen zu einem Kunden

Erhöhter Aufwand bei der Anwendungsentwicklung

• Einzelne logische Aktualisierung (z.B. Adressänderung) muss mehrfach ausgeführt werden

• Besondere Pronleme durch Mehrbenutzerbetrieb

• Datenbanksysteme können durch automatische Synchronisierung von Datenbestände unterstützten

Redundanzvermeidung durch Integration

• Einheitliche Verwaltung aller benötigten Daten

• Möglichkeiten für kontrollierte, nicht-redundante Datenhaltung

Anspruch an DBMS

• Minimierung von Redundanzen durch integrierte Datenhaltung

• Redundanzkontrolle durch geeignete Datenmodellierung (Normalisierung)

• Redundanzfrei geht nicht

Nebenhäufigkeitskontrolle (Isolation)

• Gleichzeitig ausgeführte Transaktionen sollen korrekt ablaufen

• Serialisierung von Lese- und Schreibaktionen (logische Hintereinander - Ausführung)

Anspruch an DBMS

• Schreibender Zugriff auf DB durch mehrere Benutzer bzw. App ohne unerwünschte Nebenwirkungen

• Transaktion:

  • Zusammenfassung aufeinander folgender Operationen, die eine DB von einem konsistenten Zustand wieder in einen konsistenten Zustand überführt

• ACID-Prinzip

  • Atomicity

  • Consistency

  • Isolation

  • Durability

• Anspruch an DBMS

  • Schutz vor unbefugtem Zugriff

• Sicherheitsmechanismen in DBMS

  • Authentifizierung und Autorisierung durch feingranulare Rollen- und Rechtekonzepte

  • je nach DBMS gibt es Rechte für Lesen/Ändern/Einfügen/Löschen sowie administrative Funktionen bis hin zur Ressourcen-Kontrolle

  • Einsatz von Verschlüsselungstechnologien

• Problem: Fehlersituationen

  • Welche Arten von Fehlern fallen Ihnen ein?

  • Was für Folgen können Fehler haben?

• Anforderungen an DBMS

  • Hohe Zuverlässigkeit/Ausfallsicherheit für hohe Verfügbarkeit

  • Wiederherstellbarkeit eines konsistenten Zustands nach einem Systemfehler

• Performance

  • DBS muss die geforderten Antwortzeiten (insbes. bei der Suche) und Durchsätze (bei Schreiboperationen) erfüllen können

• Skalierbarkeit

  • Wird die Hardware-Leistung ver-N-facht, sollte auch das N-fache Daten- bzw. Transaktionsvolumen verarbeitet werden können oder sich die Performance um Faktor N steigern

• Probleme bei Datenverwaltung direkt durch Anwendung

  • kein standardisiertes Format

  • Daten werden mehrfach verwaltet Daten aus mehreren Dateien nur mit hohem Aufwand kombinierbar

  • Dateninkonsistenzen bei gleichzeitigem Zugriff durch mehrere Benutzer oder kein Zugriff auf die Daten von anderen Benutzern

• Keine Datenunabhängigkeit, d.h. hoher Aufwand für die Entwicklung maßgeschneiderter, aber unflexibler Programme

• Ab frühen 60er Jahre: Einführung von Datenbanksystemen

  • nur ein zentraler Datenbestand, der die (eigentlichen) Daten, Metadaten (Daten über die Daten) und auf den Daten ausführbare Funktionen enthält

• Schema einer Relation

  • Strukturbeschreibung

  • Notation: <Relationenname> (<Attribut 1> , ... <Attribut n>)

• Grad einer Relation: Anzahl der Attribute

• Kardinalität einer Relation: Anzahl der Datensätze (Tupel)

• Vorteile

• Leicht verständliches Datenmodell

  • Einfache und flexible Datenabfragen mit SQL

  • Datenzugriff mengenorientiert, statt satz-orientiert

• Nachteile

  • Geschachtelte oder dynamische Strukturen schlecht abbildbar

  • Daten eines Objekts (Student) werden auf viele Relationen verteilt -> viele Verknüpfungen (Joins) notwendig

  • Flexibilität erfordert hohe Rechnerleistung

• Breiter Einsatz ab Mitte 80er Jahre

  • Marktreife war erreicht, Rechner leistungsfähig genug

  • Bessere Flexibilität führt zu Verdrängung hierarchischer und netzwerkbasierter DBMS

• Warum ein Standard-DBMS verwenden?

  • Vereinfachung der Anwendungsentwicklung

  • Mehrbenutzerfähigkeit eingebaut

  • Einfache und sichere Speicherung der Daten

  • Flexibler Datenzugriff

• Aber: DBMS bietet immer Kompromisslösung

  • Mehrbenutzerfähigkeit vs. Performance

  • Verfügbarkeit (Redundanz) vs. Konsistenz

  • Lizenz- und Support-Kosten

• Eigenentwicklung für Datenhaltung kann sinnvoll sein

  • Spezifische Anforderungen in Bezug auf Performance, Skalierbarkeit, Verfügbarkeit, Sicherheit, Funktionalität

  • Spezielle Anforderungen an Datenmodellierung

  • Nur eine Anwendung, d.h. keine Mehrfachverwendung der Datenstrukturen

• Meist lohnt sich das aber nicht!

• Vorteile

  • Bessere Steuerung der DB-Ressourcen durch Bündelung der Kommunikation

  • Weitere Ebene zur Lastverteilung

  • Zentralisierte Installation der Server-Software

• (Potenzielle) Nachteile

  • Erhöhte Komplexität der Anwendung durch Aufteilung in Client und ApplicationServer

  • Zusätzlicher Kommunikationsoverhead

• Technologien für Application Server

  • Proprietär: Server für bestimmte Anwendungen (z.B. SAP)

  • Web-basiert: Applikation auf Web-Server (PHP, JSP, ...), Web-Services, Ausführungsumgebungen basierend auf JEE, z.B. Redhat JBoss, IBM WebSphere, Oracle Weblogic, Apple WebObjects

Dauerhaftigkeit:

Speicherung der Daten für immer.

Integrität und Konsistenz:

fachliche Korrekheit - reale Welt korrekt darstellen

logische Korrekrheit - Widerspruchsfreiheit

während des Systembetriebs

Redundanz (Minimierung von Redundanzen):

sonst Inkonsistenz

(erhöhter Speicheraufwand)

Mehrbenutzerbetrieb:

Serialisierung von Lese- und Schreibaktionen

Transaktionale Verarbeitung

-> Atomicity -> Consistency -> Isolation -> Durability

Datensicherheit:

Authentifizierung und Autorisierung durch feingranulare Rollen- und Rechtekonzepte

Verfügbarkeit und Fehlertoleranz:

Hohe Zuverlässigkeit/Ausfallsicherheit für hohe Verfügbarkeit

Performance und Skalierbarkeit:

geforderten Antwortzeiten

N-fache Daten- bzw. Transaktionsvolumen

• Redundanz ist das mehrfache Vorhandensein gleicher oder begrifflich/funktional äquivalenter Daten/Komponenten.

• Redundanz sollte vermieden werden, aufgrund von Gefahr der Inkonsistent, erhöhtem Aufwand bei der Anwendungsentwicklung und einem erhöhten Speicherverbrauch.

• Ein DBS kann durch integrierte Datenhaltung Redundanz minimieren und durch Normalisierung kontrollieren.

Für eine erhöhte Datensicherheit und eine bessere Performance.

• Ist die Zusammenführung von Daten aus mehreren unterschiedlichen Quellen in einer einzigen Aussicht.

• Ein Vorteil ist hierbei die Vermeidung von Datenredundanz und Sicherung der Konsistenz der Daten, zeit sparen, verbessert die Zusammenarbeit, liefert mehr nützliche Informationen.

• Ein Nachteil ist die komplizierte Implementierung des Vermittlercodes. <==

• Semantische Integritätsregeln : Kriterien, welche die Datensätze erfüllen müssen.

• Eindeutigkeit : definiert über ausgezeichnete Schlüsselattribute.<=

• Referentielle Integrität : Datensätze dürfen nicht gelöscht werden, solange sie referenziert werden.

Nebenläufigkeitskontrolle (Isolation): Gleichzeitig ausgeführte Transaktionen sollen korrekt ablaufen.

• NoSQL Datenbank-Systeme (Not Only SQL): Verzichtet auf "Mittelklasse-Komfort relationaler DBS zugunsten von Performance und Skalierbarkeit.

• Vorteile sind eine einfache Programmierung, hohe Verfügbarkeit durch Redundanz kostengünstiger Hardware.

• Ein Nachteil ist die "nackte" Funktionalität - kein SQL.

• Objektorientierte DBs: Persistierung von Objekten in OO-Programmiersprachen ohne Paradigmenwechel.

• Server stellt über ein festgelegtes Protokoll den Dienst bereit.

• Der Client stellt Anfrage und erhält die Antwort vom Server.

• Diese kommunizieren in der Regel über ein Netzwerk.

• Die Schwäche hierbei ist wenn der Server ausfällt, kann der Client nicht arbeiten.

Die erste Schicht: Client (Front End) Darstellung hat (fast keine Logik) ->"Thin Client".

Die zweite Schicht: Application Server -> Dieser übernimmt höhere Dienste und stellt Anwendungsobjekte und -methoden zur Verfügung. Er zentralisiert die Kommunikation zur Datenbank.

Die dritte Schicht ist der Datenbank-Server (Back-End)

• Ein Datenbank-Administrator ist für die Software-Installation und Wartung zuständig. Ebenfalls legt er die Datenbank an, verwaltet die Speicherplätze und das physische Datenbankdesign. Er macht BackUp und Recovery und beobachtet das System.