DB-Implementierung

▪ Auffindbarkeit von Informationen

▪ Verfügbarkeit von Informationen

▪ Strukturierung von Informationen

▪ Verwaltung von großen Datenmengen

▪ Zugriff von verschiedenen Standorten

▪ Parallele Verwendung von Informationen

▪ Kosteneffizienz im Betrieb von Datenprodukten

▪ Vermeidung von Informationswiederholungen

▪ Steuerung Benutzerzugriffe & Datensichtbarkeit

Beispielsantworten

Ein DBMS dient als das zentrale Verwaltungssystem zur Verwaltung und Organisation von Daten. Bei dem ein Mehrbenutzerbetrieb in einer Organisation mit Sicherstellung das Datenänderungen von Transaktionsausführung zur Gewähleistung der Datenkonsistenz Gewährleistet wird.

An der obersten Stelle ist das DBMS, dies übernimmt die Verwaltung von Datenbankenen, verwaltet die DB-Schemen und liefert vorgaben der physischen Abbildung der Datenformate.

Darunter befinden sich die Datenbanken, hier werden die Daten abgelegt. Zudem die logischen Sichten bereitgestellt und die Datenkonsistenzen sichergestellt

In der untersten Ebene befindet sich der Inhalt der DB-Dateien. Hier befinden sich die Dateien, Ablage der Indizes sowie die Metadaten

In der obersten Ebene verwaltet das Datenbankmanagementsystem die Datenbanken, deren Schemata sowie die physische Abbildung der Datenformate, darunter speichern die Datenbanken die eigentlichen Daten, stellen logische Sichten bereit und gewährleisten die Datenkonsistenz, während auf der untersten Ebene die physischen Datenbankdateien die konkrete Speicherung der Daten, Indizes, Sperrinformationen und Metadaten übernehmen.

1. Datenbanken werden verwendet, weil sie strukturierte Speicherung, schnelle Auffindbarkeit, Mehrbenutzerzugriff, Datensicherheit und Konsistenz gewährleisten, während Dateien lediglich ungeordnete Datensammlungen ohne automatische Verwaltung darstellen.

2. Dateien speichern Daten nur passiv, während ein Datenbanksystem strukturierte Speicherung, effiziente Abfragen, Mehrbenutzerzugriff und Konsistenzsicherung durch das DBMS ermöglicht.

Datenunabhängigkeit

• Trennung von Business-Logik und Datenhaltung

• Änderungen an Programmen ohne Änderung der Daten möglich

• Änderungen an der Datenstruktur ohne Anpassung aller Programme

• Zugriff von verschiedenen Geräten und Anwendungen auf dieselben Daten

Langfristige Speicherung (Datenpersistenz)

• Daten bleiben dauerhaft erhalten

• notwendig für Nachvollziehbarkeit und Dokumentation

• gesetzlich vorgeschriebene Aufbewahrungsfristen

Beispiele für Aufbewahrungsfristen

• Handelsbücher / Bilanzen: 10 Jahre

• Ärztliche Aufzeichnungen: 10 Jahre

• Röntgenaufnahmen: 30 Jahre

• Arbeitsmedizinische Unterlagen: 40 Jahre

Dateibasiertes DBMS

Daten werden in einzelnen Dateien ohne zentrale Verwaltung gespeichert, wodurch Struktur, Konsistenz und Mehrbenutzerzugriff nur schwer kontrollierbar sind.

Hierarchisches DBMS

Die Daten sind in einer Baumstruktur organisiert, bei der jedes Kind genau einen übergeordneten Datensatz besitzt (1:n-Beziehung).

Netzwerkorientiertes DBMS

Daten sind in einem Netz aus Datensätzen organisiert, wodurch ein Datensatz mehrere übergeordnete Datensätze besitzen kann (n:m-Beziehungen).

Relationales DBMS

Daten werden in Tabellen (Relationen) mit Zeilen und Spalten gespeichert und über Schlüssel miteinander verknüpft sowie mit SQL abgefragt.

Objektorientiertes DBMS

Daten werden als Objekte mit Eigenschaften und Methoden gespeichert, passend zu objektorientierten Programmiersprachen.

NoSQL DBMS

Nicht-relationale Datenbanken speichern große, oft unstrukturierte Datenmengen flexibel ohne festes Tabellenschema (z. B. Dokumente oder Key-Value-Paare).

In-Memory DBMS

Die Daten werden hauptsächlich im Arbeitsspeicher statt auf Festplatten gehalten, wodurch extrem schnelle Zugriffe möglich sind.

*.mdf Main Database File

*.ldf (Transaction) Log Database File

*.ndf Node Database File

SNI = SQL Server Network Interface

TDS = Tabular Data Stream (Protocol)

Mehrbenutzerbetrieb =

Gleichzeitiges Lesen von Daten durch mehrere Benutzer

Gleichzeitiges Bearbeiten von Daten durch mehrere Benutzer

Parallelität erhöht Anzahl an Verarbeitungen pro Zeiteinheit

Flexibler Datenzugriff unabhängig von Ort und Zeit

Gleichzeitigkeit (Concurrency)

Mehrere Zugriffe werden zur selben Zeit vom DBMS koordiniert und korrekt ausgeführt.

Also: Wie werden die Zugriffe verarbeitet? → gleichzeitig ohne Fehler

Dabei kümmert sich das DBMS um:

• Sperren (Locks)

• Transaktionen

• Verhindern von Überschreiben

• Konsistenz

1. Mengenorientierte Schnittstelle

   • Aufgabe: SQL verstehen, Rechte prüfen, Optimierung (Query Plan).

   • Rolle: Der Chef / Übersetzer.

2. Datensatzorientierte Schnittstelle

   • Aufgabe: Führt den Plan aus, iteriert durch Datensätze (Cursor/Pipeline).

   • Rolle: Der Manager.

3. Interne Satzschnittstelle

   • Aufgabe: Kennt Aufbau eines Datensatzes, verwaltet Indizes & Sperren (Locking), findet die Page-ID.

   • Rolle: Der Buchhalter.

4. Dateischnittstelle

   • Aufgabe: Verwaltet den Puffer (RAM), lädt ganze Blöcke/Seiten (Pages).

   • Rolle: Der Lagerist.

5. Geräteschnittstelle

   • Aufgabe: Physischer Zugriff auf die Festplatte/Treiber.

   • Rolle: Der Transporteur.

Sowohl ODBC (Open Database Connectivity) als auch JDBC (Java Database Connectivity) sind Schnittstellen (APIs), die es Anwendungen ermöglichen, mit Datenbanken zu kommunizieren. Der Hauptunterschied liegt in der Programmiersprache und der Plattformabhängigkeit.

A - Atomicity (Atomarität): Das „Alles-oder-Nichts“-Prinzip. Eine Transaktion wird entweder komplett durchgeführt oder gar nicht. Wenn ein Teil fehlschlägt, wird die gesamte Transaktion zurückgerollt (Rollback).

​C - Consistency (Konsistenz): Eine Transaktion führt die Datenbank von einem gültigen Zustand in einen anderen gültigen Zustand. Alle definierten Integritätsbedingungen (Constraints) müssen erfüllt bleiben.

​I - Isolation (Isolation): Gleichzeitig ablaufende Transaktionen dürfen sich nicht gegenseitig beeinflussen. Das Ergebnis muss so sein, als ob die Transaktionen nacheinander ausgeführt worden wären (Serialisierbarkeit).

​D - Durability (Dauerhaftigkeit): Sobald eine Transaktion erfolgreich abgeschlossen (committed) ist, bleiben die Daten dauerhaft gespeichert – selbst bei einem Stromausfall oder Systemabsturz.

Eine Abfolge von Ausführungsschritten zur Bearbeitung von Daten

nach dessen Beendigung ein fehlerfreier und vollständig konsistenten

Datenzustand besteht.

Eine Transaktion folgt dem Prinzip entweder vollständig und fehlerfrei

(COMMIT) oder gar nicht (ROLLBACK) ausgeführt zu werden.

Beachte:

Zur Bewahrung der Datenintegrität und Systemstabilität muss das Transaktionssystem

eines jeden (R)DBMS die ACID-Eigenschaften garantieren.

​Konsistenz: Bezieht sich auf die technische Ebene: korrekte Verwendung von Speicherpfaden, Speicherstrukturen und Metadaten (z. B. Dictionary).

​Integrität: Bezieht sich auf die inhaltliche Ebene: fehlerfreie Daten sowie korrekte Referenzen zwischen den Tabellen.

Table-Level Locking: Sperrt die gesamte Tabelle vor der Ausführung. Kein anderer Prozess kann auf irgendeinen Teil der Tabelle zugreifen, bis der Unlock erfolgt (sehr sicher, aber blockiert stark).

​Row-Level Locking: Sperrt nur die betroffenen Datensätze während der Transaktion. Parallele Änderungen an anderen Zeilen sind weiterhin möglich (bessere Performance bei vielen Zugriffen).