Datenmodelle, Datenbanksprachen und Datenbankmanagementsysteme:
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| Format: | Book |
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| Published: |
München [u.a.]
Oldenbourg
2000
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| Edition: | 4., korr. und erg. Aufl. |
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| Item Description: | 3. Aufl. u.d.T.: Vossen, Gottfried: Datenbankmodelle, Datenbanksprachen und Datenbankmanagementsysteme |
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort zur ersten Auflage xv
Vorwort zur zweiten Auflage xvii
Vorwort zur dritten Auflage xxi
Vorwort zur vierten Auflage xxiv
I
1 Motivation. Historisches 3
1.1 Datenintensive Anwendungen und deren Anforderungen. 3
1.2 Einordung und historische Entwicklung des Gebiets „Datenbanken" . . 5
1.3
1.4 Netzwerk- und hierarchische Datenbanken. 11
1.5 Relationale Datenbanken. 14
1.6 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 19
1.7 Übungen. 19
2 Aufbau und Organisation von Datenbanken und Datenbank¬
systemen 21
2.1 Datenunabhängigkeit. 21
2.2 Die ANSI/SPARC-Schemaebenen. 22
2.3 Sprachebenen und
2.4 Ein Systemschichtenmodell . 28
2.5 Zentrale Systemkomponenten. 30
2.6 Bibliographische Hinweise, Ergänzungen, Querbezüge. 36
2.7 Übungen. 37
3 Physische Architekturkonzepte 39
3.1 Zentralisierte Datenbanksysteme. 40
3.2 Datenbank-Serverarchitekturen. 41
3.2.1 Das Client/Server-Konzept. 41
3.2.2 Anfrageserver. 43
vi
3.2.3 Objekt- und Seitenserver . 44
3.3 Verteilte Datenbanksysteme. 47
3.3.1 Vor- und Nachteile. 48
3.3.2 Klassifikationen. 49
3.3.3 Homogene Verteilung . 51
3.3.4 Heterogene Verteilung. 54
3.4 Parallele Datenbanksysteme. 57
3.5 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 62
3.6 Übungen. 63
II
4 Statischer Datenbank-Entwurf mit dem Entity-Relationship-Modell 67
4.1 Der Datenbank-Lebenszyklus. 68
4.2 Aspekte der Qualitätssicherung. 71
4.3 Phasen des Entwurfsprozesses. 72
4.3.1 Anforderungsanalyse und -Spezifikation . 74
4.3.2 Konzeptioneller Entwurf. 75
4.3.3 Logischer Entwurf. 77
4.3.4 Physischer Entwurf. 77
4.3.5 Weitere Entwurfsschritte. 78
4.4 Allgemeine Abstraktionskonzepte. 79
4.5 Das Entity-Relationship-Modell. 80
4.5.1
4.5.2
4.5.3 IS-A-Beziehungen . 95
4.5.4 Zusammenfassung. 101
4.6 Konzeptioneller Entwurf mit dem ER-Modell. 102
4.7 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 109
4.8 Übungen. 110
5 Das relationale Datenmodell 115
5.1 Relationen. 115
5.2 Datenabhängigkeiten. Relationenschemata. 118
5.2.1 Intrarelationale Abhängigkeiten. 119
5.2.2 Relationale Datenbanken . 121
5.2.3 Interrelationale Abhängigkeiten. 122
5.3 Transformation eines ER-Diagramms in das Relationenmodell. 125
5.3.1 Vorbereitende Schritte. 125
5.3.2 Transformation. 126
5.4 Datenbank-Definition mit SQL. 129
5.4.1 Datenbankschema-Definition. 130
5.4.2 Tabellen-Definition. 131
5.4.3 Integritätsbedingungen. 132
5.4.4 Weitere Definitionsaspekte . 133
5.5 Fallstudie Buchverlag. 135
5.6 Bemerkungen zum Reverse Engineering. 142
Inhalt
5.7 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 143
5.8 Übungen. 144
6 Integrität in relationalen Datenbanken 147
6.1 Arten von Integritätsbedingungen. 147
6.2 Funktionale Abhängigkeiten. 152
6.2.1 Definition. Implikation. 152
6.2.2 Ableitung. Das
6.2.3 Anwendungen des Membership-Algorithmus. Schlüssel. 161
6.2.4 (Abhängigkeits-) Basen. 164
6.3 Bemerkungen zur allgemeinen Implikation. 167
6.4 Inklusionsabhängigkeiten. 169
6.5
6.6 Aktive Datenbanken. 177
6.7 Bibliographische Hinweise, Ergänzungen, Querbezüge. 180
6.8 Übungen. 184
7 Normalisierung und algorithmischer Schema-Entwurf 187
7.1 Selektion, Projektion und Verbundoperation. 187
7.2 Universalrelationen und Update-Anomalien. 191
7.3 Zweite, dritte und Boyce-Codd-Normalform. 193
7.4 Dekomposition und Synthese. 199
7.5 Mehrwertige und Verbund-Abhängigkeiten. 209
7.6 Vierte und fünfte Normalform. 212
7.7 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 215
7.8 Übungen. 217
8 Semantische Datenmodellierung und Prozeßentwurf 219
8.1 Grenzen des ER-basierten Datenbank-Entwurfs. Semantische Daten¬
modellierung . 219
8.2 Daten-,
8.2.1 Revision des statischen Datenbankentwurfs. 223
8.2.2 Geschäftsprozeßmodellierung und Workflow-Management . . . 224
8.3 Das
8.3.1 Lokale GSM-Konstrukte. 227
8.3.2 Globale GSM-Aspekte. 235
8.3.3 Zusammenfassung. 236
8.4 Ein Modellierungswerkzeug für dynamische Aspekte. 239
8.4.1 Petri-Netze. 239
8.4.2 Verwendung von Petri-Netzen in der Modellierung. 243
8.5 Einführung in
8.5.1 Übersicht. 246
8.5.2 Eine Fallstudie zur Analyse. 248
8.6 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 259
8.7 Übungen. 260
viii
9 Objektbasierte Modelle 261
9.1 Grundlagen. 261
9.1.1 Modellierung stark strukturierter Information. 261
9.1.2 Objektorientierung in höheren Programmiersprachen. 264
9.1.3 Das Paradigma der Objektorientierung. 268
9.2 Kennzeichen objektorientierter Datenmodelle. 269
9.3 Einführung in den
9.3.1 Grundzüge des ODMG-Modells. 284
9.3.2 Die Objekt-Definitionssprache
9.4 Grundzüge objektrelationaler Datenmodelle. 291
9.5 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 297
9.6 Übungen. 297
III
10 Codd-vollständige (relationale) Sprachen 301
10.1 Die Relationenalgebra. 301
10.1.1 Relationale Operationen und ihre Rechenregeln. 302
10.1.2 Ausdrücke der Relationenalgebra. 305
10.1.3 Eigenschaften der Relationenalgebra. 310
10.1.4 Algebraische Optimierung. 312
10.2 Relationenkalküle. 315
10.2.1 Der Relationen-Tupelkalkül. 316
10.2.2 Der Relationen-Domainkalkül. 321
10.3 Datenbank-Updates. IDM-Transaktionen. 322
10.4 View-Updates. 328
10.5 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 333
10.6 Übungen. 334
11 Der Sprachstandard SQL 339
11.1 Zur Evolution von SQL . 339
11.2 Beispieldatenbank . 340
11.3 Datenbank-Updates . 342
11.4 Datenbank-Anfragen. 343
11.4.1 Einführung. 343
11.4.2 Zur Syntax von
11.4.3 Semantik von
11.4.4 Verbund-Operatoren in SQL . 349
11.4.5 Beispiele. 353
11.4.6 Abschließende Bemerkungen . 360
11.5 Rekursion in DB2 UDB. 361
11.6 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 362
11.7 Übungen. 363
Inhalt_ix
12 Einschränkungen und Verallgemeinerungen Codd-vollständiger Spra¬
chen 365
12.1 Universalrelationen-Anfragen. 365
12.2 Geschachtelte Relationen und ihre Operationen. 373
12.2.1 Geschachtelte Strukturen. 373
12.2.2 Operationen auf geschachtelten Relationen . 376
12.3 Grundlagen von Datalog. 385
12.3.1 Motivationen. 385
12.3.2 Logik als Anfragesprache . 387
12.3.3 Intensionale und extensionale Datenbanken. 388
12.3.4 Rekursion. 389
12.3.5 Integritätsbedingungen. 391
12.3.6 Datalog-Programme und deren Interpretation. 391
12.3.7 Ausdruckskraft von Datalog. 394
12.4 Weitere Vollständigkeitsbegriffe für Anfragesprachen. 395
12.5 Ausdruckskraft und Komplexität von Anfragesprachen. 397
12.6 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 401
12.7 Übungen. 404
13 Sprachen für Objektdatenbanken 407
13.1 Spezielle Eigenschaften von objektorientierten Datenbanksprachen . . 407
13.1.1 Objekterhalt
13.1.2 Zugriff auf komplexe Objekte. Pfad-Ausdrücke. 410
13.1.3 Zugriff auf Mengen von Objekten. 413
13.1.4 Update-Operationen. 414
13.2 Beispiele objektorientierter Sprachen. 415
13.2.1 O2. 415
13.2.2 ObjectStore. 420
13.3 Die ODMG-Sprache OQL. 422
13.4 Beispiele objektrelationaler Sprachen. 424
13.4.1
13.4.2 UniSQL/X . 429
13.5 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 431
13.6 Übungen. 432
IV
14 Interne Datenbank- und Speicherorganisation 435
14.1 Plattenspeicher. 435
14.1.1 Blöcke und Blockzugriffe. 437
14.1.2 RAID-Architekturen. 438
14.2 Pufferverwaltung. 441
14.3 Files. 442
14.3.1 Sequentielle Files. 443
14.3.2 Effizienter Filezugriff durch Indexierung. 445
14.4 Spezielle Indexstrukturen. 446
14.4.1 ISAM. 446
x
14.4.2 Baumstrukturen für eindimensionale Punktdaten. 448
14.4.3 Baumstrukturen für mehrdimensionale Punktdaten. 453
14.4.4 Hash-Organisationsformen. 458
14.4.5 Index-Strukturen zur Auswertung von Pfad-Ausdrücken . 462
14.5 Beispiel: Speicherorganisation bei DB2. 464
14.6 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 467
14.7 Übungen. 469
15 Verarbeitung und Optimierung von Anfragen 471
15.1 Anfrageverarbeitung im Überblick. 472
15.2 Anfragen in homogen verteilten Datenbanksystemen. 473
15.3 Anfrage-Optimierung. 476
15.3.1 Ziele und Ansätze . 476
15.3.2 High-Level-Optimierung. 477
15.3.3 Low-Level-Optimierung. 481
15.4 Implementierungstechniken für den Verbund. 482
15.4.1
15.4.2 Sort-Merge-Join . 483
15.4.3
15.5 Spezielle QEP-Parameter. 487
15.6 Anfrage-Prozessoren. 490
15.7 Der Systemkatalog am Beispiel DB2. 492
15.8 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 495
15.9 Übungen. 495
16 Physischer Datenbankentwurf und Tuning 499
16.1 Grundlagen des physischen Datenbankentwurfs. 499
16.2 Fragmentierung in verteilten Datenbanken. 503
16.3 Datenbank-Tuning. 504
16.3.1 Grundlegende Prinzipien. 505
16.3.2 Tuning von Indexen. 507
16.3.3 Tuning in relationalen Systemen. 507
16.4 Datenbank-Benchmarks. 508
16.4.1 Der Wisconsin-Benchmark. 509
16.4.2 Die TPC-Benchmarks. 510
16.4.3 Der 007-Benchmark. 513
16.5 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 516
16.6 Übungen. 516
V
17 Transaktionen und deren korrekte Verarbeitung 521
17.1 Das Transaktionskonzept . 522
17.2 Beispiele für Synchronisationsprobleme. 525
17.3 Das ACID-Prinzip. 527
17.4 Das Read-Write-Modell für Transaktionen. 529
17.5 Serialisierbarkeit von
Inhalt_xi
17.5.1
17.5.2 View-Serialisierbarkeit. 535
17.5.3 Konflikt-Serialisierbarkeit. 537
17.5.4 Commit-Serialisierbarkeit. 541
17.6 Fehlersicherheit von
17.6.1 Motivation . 544
17.6.2 Rücksetzbarkeit. 545
17.6.3 Vermeidung kaskadierender Aborts. 545
17.6.4 Striktheit. 546
17.7 Korrektheit von
17.8 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 548
17.9 Übungen. 548
18
18.1 Überlegungen zum Scheduler-Entwurf. 551
18.2 Sperrende
18.2.1 Einführung. 555
18.2.2 Das 2-Phasen-Sperrprotokoll. 557
18.2.3 Varianten des 2-Phasen-Sperrprotokolls. 561
18.2.4 Das MGL-Protokoll. 563
18.2.5 Das TL-Protokoll. 567
18.2.6 Tuning in Gegenwart sperrender
18.3
18.3.1 Zeitmarken-Verfahren. 573
18.3.2 Serialisationsgraphen-Tester. 574
18.4 Zur Ausnutzung semantischer Information . 576
18.5 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 580
18.6 Übungen. 581
19 Grundlagen des
19.1 Einführung. 583
19.2 Organisation eines Data-Managers. 585
19.3 Der
19.4 Ein Undo/Redo-Protokoll. 591
19.5 Alternativen zum Undo/Redo-Protokoll. 593
19.6
19.7 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 595
19.8 Übungen. 595
20 Transaktionsverarbeitung bei homogener Verteilung 597
20.1 Verteilte Transaktionen und
20.2 Verteiltes
20.2.1 Verteiltes
20.2.2 Verteiltes 2PL . 602
20.2.3 Verteiltes SGT. 603
20.2.4 Deadlock-Erkennung und -Auflösung. 607
20.3 Verteilte Recovery-Protokolle. 609
20.3.1 Atomare Freigaben. 609
xii_Inhalt
20.3.2 Das Zwei-Phasen-Commitprotokoll. 611
20.3.3 Das Drei-Phasen-Commitprotokoll. 616
20.4 Transaktionen auf replikati
20.4.1 Ein-Kopien-Serialisierbarkeit. 618
20.4.2
20.5 Bibliographische Hinweise. 623
20.6 Übungen. 623
21 Transaktionsverarbeitung bei heterogener Verteilung 627
21.1 Einführung. 627
21.2 Ein MDBS-Modell. 628
21.3 Transaktionen und
21.4 Globale Serialisierbarkeit. 633
21.5 Gewährleistung globaler Serialisierbarkeit. 636
21.5.1 Forcierte Konflikte. 636
21.5.2 Rigorosität. 637
21.5.3 Freigabe-Ordnung. 638
21.6 Alternative Korrektheits-Begriffe. 640
21.6.1 Quasi-Serialisierbarkeit . 640
21.6.2 Zweistufige Serialisierbarkeit . 641
21.7 Bibliographische Hinweise. 642
21.8 Übungen. 643
VI
22 Daten-Integration 647
22.1 Integrierter Datenzugriff. 647
22.2 Integration von Datenbank- und anderen Systemen. 651
22.2.1 Verteilte Objektverwaltung. 652
22.2.2 Die
22.2.3
22.3 Integration von Daten aus heterogenen Quellen (im Internet). 660
22.3.1 Datenbanken und Internet. 660
22.3.2 Datenbank-Web-Anbindungen. 662
22.3.3 Das Web als Datenbanksystem. 665
22.3.4 Semistrukturierte Daten. 667
22.4 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 669
22.5 Übungen. 669
23 Daten-Analyse 671
23.1 Datenwarenhäuser. 671
23.1.1 Warenhaus-Anwendungen und -Architektur. 673
23.1.2 Warenhaus-Wartung. 677
23.2 Grundlagen des OLAP. 682
23.2.1 Mehrdimensionale Daten und Datenwürfel. 682
23.2.2 Schemaformen für das OLAP. 686
23.2.3 Der relationale
Inhalt_xiii
23.2.4 Der
23.2.5 Effiziente Speicherung von Faktentabellen. 702
23.3 Data Mining . 703
23.3.1 Ziele, Motivationen und Anwendungen des Data Mining . 703
23.3.2 Klassifikation. 705
23.3.3 Assoziationsregeln. 706
23.3.4 Berechnung von Assoziationsregeln. 709
23.3.5 Analyse von Ereignissequenzen. 713
23.3.6 Sprachkonstrukte für das Data Mining. 716
23.4 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 718
23.5 Übungen. 719
24 Ausblicke 721
24.1 Temporale Datenbanken. 721
24.2 Räumliche Daten und
24.3 Multimedia-Datenbanksysteme. 728
24.4 Stationäre Server mit mobilen Clients . 729
24.5 Bibliographische Hinweise und Ergänzungen. 731
Literaturverzeichnis 733
Sachindex 774
G.
Datenmodelle,
Datenbanksprachen und
Datenbankmanagemeni
système
4., korrigierte und ergänzte Auflage
Datenbanksysteme spielen in zahlreichen Rechner¬
anwendungen, von der einfachen Kundenkartei über
das Reservierungssystem bis zum web-basierten
Electronic
gibt eine umfassende und systematische Einführung
in die grundlegenden Konzepte von Datenbanken
sowie in die wesentlichen Realisierungstechniken von
Datenbankmanagementsystemen. Es erlaubt gleicher¬
maßen einen Einstieg in anwendungsrelevante Fragen
des Aufbaus von und Umgangs mit Datenbanken wie
in aktuelle Forschungsthemen. Schwerpunkte bilden
dabei Datenmodelle und Datenbankentwurf, Architek¬
turkonzepte für zentralisierte und verteilte Systeme,
traditionelle und neuere Sprachkonzepte (für relatio¬
nale sowie für objekt-basierte Systeme), Datenbank¬
systemtechnik und Transaktionsverarbeitung.
Zu den im Buch behandelten aktuellen Entwicklungen
gehören u.a. fortgeschrittene Entwurfskonzepte,
der Umgang mit prozeduralen Daten, die Integration
von Daten aus heterogenen Quellen (wie z.B. dem
Internet bzw. dem WWW), Datenwarenhäuser, Online
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