Datenbanksysteme: eine Einführung
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Hauptverfasser: | , |
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Format: | Buch |
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
München [u.a.]
Oldenbourg
2004
|
Ausgabe: | 5., aktualisierte und erw. Aufl. |
Schlagworte: | |
Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis Klappentext Inhaltsverzeichnis |
Beschreibung: | Erg. durch: Kemper, Alfons: Übungsbuch Datenbanksysteme |
Beschreibung: | 640 S. graph. Darst. |
ISBN: | 3486273922 |
Internformat
MARC
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Datenbanksysteme
Eine Einführung
5., aktualisierte und erweiterte Auflage
Dieses Buch vermittelt eine systematische und um¬
fassende Einführung in moderne Datenbanksysteme.
Der Schwerpunkt der Darstellung liegt auf der derzeit
marktbeherrschenden relationalen Datenbanktechno¬
logie.
Folgende Aspekte werden ausführlich dargestellt:
Datenmodellierung, Datenbankentwurf, SQL,
Speichertechnologie, Anfrageoptimierung sowie die
Transaktionsverwaltung mit Fehlerbehandlung und
Mehrbenutzersynchronisation. Darauf aufbauend
stellt das Buch das objektorientierte Datenmodell, die
objektrelationalen Modellierungskonzepte und das
deduktive Datenmodell vor.
Einen Schwerpunkt der nunmehr 5. Auflage bilden
die fortschrittlichen Anwendungen von Datenbanken
im Internet sowie im betriebswirtschaftlichen Data
Warehouse
Data Mining. Die Anbindung von Datenbanken an das
Internet über die Java-Schnittstellen sowie die XML-
Datenmodellierung, XML-Anfragesprachen und Web¬
services wurden neu ausgearbeitet.
Alle Konzepte werden an einer durchgehenden
Beispielanwendung veranschaulicht. Jedes Kapitel
enthält zahlreiche Übungsaufgaben. So eignet sich
das Buch sowohl für Studenten als Lehrbuch als auch
für Anwender als Referenz bzw. Anleitung zum Selbst¬
studium.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort 15
1 Einleitung und Übersicht 17
1.1 Motivation für den Einsatz eines DBMS. 17
1.2 Datenabstraktion. 19
1.3 Datenunabhängigkeit. 20
1.4 Datenmodelle. 21
1.5 Datenbankschema und Ausprägung. 22
1.6 Einordnung der Datenmodelle. 22
1.6.1 Modelle des konzeptuellen Entwürfe. 22
1.6.2 Logische
1.7 Architekturübersicht eines DBMS. 26
1.8 Übungen. 28
1.9 Literatur. 28
2 Datenbankentwurf 29
2.1 Abstraktionsebenen des Datenbankentwurfs. 29
2.2 Allgemeine Entwurfsmethodik. 30
2.3 Die Datenbankentwurfeschritte. 31
2.4 Die Anforderungsanalyse . 31
2.4.1 Informationsstrukturanforderungen. 33
2.4.2 Datenverarbeitungsanforderungen. 35
2.5 Grundlagen des Entity-Relationship-Modells. 35
2.6 Schlüssel . 37
2.7 Charakterisierung von Beziehungstypen. 37
2.7.1 Funktionalitäten der Beziehungen. 37
2.7.2 Funktionalitätsangaben bei n-stelligen Beziehungen. 39
2.7.3 Die (min, moa;)-Notation. 42
2.8 Existenzabhängige Entitytypen. 46
2.9 Generalisierung. 47
2.10 Aggregation. 48
2.11 Kombination von Generalisierung und Aggregation. 50
2.12 Konsolidierung, Sichtenintegration. 51
2.13 Konzeptuelle Modellierung mit UML. 57
2.13.1 UML-Klassen. 57
2.13.2 Assoziationen zwischen Klassen . 58
2.13.3 Aggregation in UML. 59
2.13.4 Anwendungsbeispiel: Begrenzungsflächendarstellung von Poly¬
edern in UML. 60
2.13.5 Generalisierung in UML-Notation. 61
2.13.6 Die Modellierung der Universität in UML. 61
2.13.7 Verhaltensmodellierung in UML. 62
2.13.8 Anwendungsfall-Modellierung
Inhaltsverzeichnis
2.13.9 Interaktionsdiagramme. 64
2.13.10 Interaktionsdiagramm zur Prüfungsdurchführung. 64
2.14 Übungen. 65
2.15 Literatur. 67
Das relationale Modell 69
3.1 Definition des relationalen Modells. 69
3.1.1 Mathematischer Formalismus. 69
3.1.2 Schema-Definition. 70
3.2 Umsetzung eines konzeptuellen Schemas in ein relationales Schema . 71
3.2.1 Relationale Darstellung von Entitytypen . 71
3.2.2 Relationale Darstellung von Beziehungen. 71
3.3 Verfeinerung des relationalen Schemas. 76
3.3.1 l:i\T~Beziehungen . 76
3.3.2 l:l-Beziehungen. 78
3.3.3 Relationale Modellierung der Generalisierung. 79
3.3.4 Beispielausprägung der Universitäts-Datenbank . 80
3.3.5 Relationale Modellierung schwacher Entitytypen. 80
3.4 Die relationale
3.4.1 Selektion. 82
3.4.2 Projektion. 83
3.4.3 Vereinigung. 83
3.4.4 Mengendifferenz. 84
3.4.5 Kartesisches Produkt (Kreuzprodukt). 84
3.4.6 Umbenennung von Relationen und Attributen. 85
3.4.7 Definition der relationalen Algebra. 86
3.4.8 Der relationale Verbund
3.4.9 Mengendurchschnitt. 90
3.4.10 Die relationale Division. 92
3.4.11 Operatorbaum-Darstellung. 93
3.5 Der Relationenkalkül. 93
3.5.1 Beispielanfrage im relationalen Tupelkalkül. 94
3.5.2 Quantifizierung von Tupelvariablen. 95
3.5.3 Formale Definition des Tupelkalküls. 96
3.5.4 Sichere Ausdrücke des Tupelkalküls. 97
3.5.5 Der relationale Domänenkalkül. 97
3.5.6 Beispielanfragen im Domänenkalkül. 98
3.5.7 Sichere Ausdrücke des Domänenkalküls. 99
3.6 Ausdruckskraft der Anfragesprachen. 100
3.7 Übungen. 100
3.8 Literatur. 103
Relationale Anfragesprachen 105
4.1 Geschichte .105
4.2 Datentypen.106
4.3 Schemadefinition.106
4.4 Schemaveränderung.107
4.5 Elementare Datenmanipulation: Einfügen von Tupeln.107
4.6 Einfache SQL-Anfragen.108
4.7 Anfragen über mehrere Relationen . . .109
Inhaltsverzeichnis
4.8 Aggregatfunktionen und Gruppierung.112
4.9 Geschachtelte Anfragen.114
4.10 Quantifizierte Anfragen in SQL.118
4.11 Nullwerte.120
4.12 Spezielle Sprachkonstrukte .121
4.13
4.14 Rekursion.123
4.15 Veränderungen am Datenbestand.128
4.16 Sichten.129
4.17 Sichten zur Modellierung von Generalisierungen.130
4.18 Charakterisierung update-fähiger Sichten.132
4.19 Einbettung von SQL in Wirtssprachen.:.133
4.20 Anfragen in Anwendungsprogrammen.135
4.21 JDBG:
4.21.1 Verbindungsaufbau zu einer Datenbank.138
4.21.2 Resultset-Programmbeispiel.140
4.21.3 Vorübersetzung von SQL-Ausdrücken.140
4.22 SQLJ: Eine Einbettung von SQL in Java. 142
4.23
4.24 Übungen.147
4.25 Literatur.149
5 Datenintegrität 151
5.1 Referentielle Integrität.152
5.2 Gewährleistung referentieller Integrität.152
5.3 Referentielle Integrität in SQL.153
5.4 Überprüfung statischer Integritätsbedingungen.154
5.5 Das Universitätsschema mit Integritätsbedingungen.156
5.6 Komplexere Integritätsbedingungen.158
5.7 Trigger.159
5.8 Übungen.161
5.9 Literatur.162
6 Relationale Entwurfstheorie 163
6.1 Funktionale Abhängigkeiten.163
6.1.1 Konventionen zur Notation.164
6.1.2 Einhaltung einer funktionalen Abhängigkeit.164
6.2 Schlüssel.165
6.3 Bestimmung funktionaler Abhängigkeiten.166
6.3.1 Kanonische Überdeckung.169
6.4 „Schlechte" Relationenschemata.170
6.4.1 Die Updateanomalien.170
6.4.2 Einfügeanomalien.171
6.4.3 Löschanomalien.171
6.5 Zerlegung (Dekomposition) von Relationen .171
6.5.1 Verlustlosigkeit .172
6.5.2 Kriterien für die Verlustlosigkeit einer Zerlegung.174
6.5.3 Abhängigkeitsbewahrung.175
6.6 Erste Normalform.177
6.7 Zweite Normalform.178
Inhaltsverzeichnis
6.8 Dritte Normalform.180
6.9 Boyce-Codd Normalform .182
6.10 Mehrwertige Abhängigkeiten.185
6.11 Vierte Normalform.187
6.12 Zusammenfassung.189
6.13 Übungen.189
6.14 Literatur.193
Physische Datenorganisation 195
7.1 Speichermedien.195
7.2 Speicherarrays: RAID.196
7.3 Der Datenbankpuffer.200
7.4 Abbildung von Relationen auf den Sekundärspeicher.202
7.5 Indexstrukturen .203
7.6 ISAM.205
7.7 B-Bäume.207
7.8 B+-Bäume.211
7.9 Präfix-B+-Bäume.212
7.10
7.11 Erweiterbares
7.12 Mehrdimensionale Indexstrukturen.217
7.13 Ballung logisch verwandter Datensätze.221
7.14 Unterstützung eines Anwendungsverhaltens.223
7.15 Physische Datenorganisation in SQL.225
7.16 Übungen.225
7.17 Literatur.227
Anfragebearbeitung 229
8.1 Logische Optimierung.230
8.1.1 Äquivalenzen in der relationalen Algebra.232
8.1.2 Anwendung der Transformationsregem .234
8.2 Physische Optimierung .238
8.2.1 Implementierung der Selektion.240
8.2.2 Implementierung von binären Zuordnungsoperatoren.240
8.2.3 Gruppierung und Duplikateliminierung.247
8.2.4 Projektion und Vereinigung.248
8.2.5 Zwischenspeicherung .248
8.2.6 Übersetzung der logischen Algebra.250
8.3 Kostenmodelle.253
8.3.1 Selektivitäten.254
8.3.2 Kostenabschätzung für die Selektion.256
8.3.3 Kostenabschätzung für den
8.3.4 Kostenabschätzung für die Sortierung.257
8.4 „Tuning" von Datenbankanfragen.258
8.5 Übungen.259
8.6 Literatur.262
Inhaltsverzeichnis
9 Transaktionsverwaltung 265
9.1
9.2 Anforderungen an die Transaktionsverwaltung.266
9.3 Operationen auf Transaktions-Ebene.266
9.4 Abschluss einer Transaktion.267
9.5 Eigenschaften von Transaktionen.269
9.6 Transaktionsverwaltung in SQL.270
9.7 Zustandsübergänge einer Transaktion .271
9.8 Literatur.272
10 Fehlerbehandlung 273
10.1 Fehlerklassifikation.273
10.1.1 Lokaler Fehler einer Transaktion.273
10.1.2 Fehler mit Hauptspeicherverlust.274
10.1.3 Fehler mit Hintergrundspeicherverlust.275
10.2 Die Speicherhierarchie.275
10.2.1 Ersetzung von Puffer-Seiten .275
10.2.2 Einbringen von Änderungen einer Transaktion.276
10.2.3 Einbringstrategie.277
10.2.4 Hier zugrunde gelegte Systemkonfiguration.278
10.3 Protokollierung von Änderungsoperationen .278
10.3.1 Struktur der Log-Einträge.279
10.3.2 Beispiel einer Log-Datei.279
10.3.3 Logische oder physische Protokollierung.279
10.3.4 Schreiben der Log-Information. . . . 280 ,
10.3.5 Das WAL-Prinzip.282
10.4 Wiederanlauf nach einem Fehler .282
10.4.1 Analyse des Logs.283
10.4.2 Redo-Phase.284
10.4.3 Undo-Phase. 284
10.5 Fehlertoleranz des Wiederanlaufs.284
10.6 Lokales Zurücksetzen einer Transaktion .286
10.7 Partielles Zurücksetzen einer Transaktion.287
10.8 Sicherunppunkte.288
10.8.1 Transaktionskonsistente Sicherungspunkte .288
10.8.2 Aktionskonsistente Sicherungspunkte.289
10.8.3 Unscharfe
10.9
10.10 Übungen.293
10.11 Literatur.294
11 Mehrbenutzersynchronisation 295
11.1 Fehler bei unkontrolliertem Mehrbenutzerbetrieb.296
11.1.1 Verlorengegangene Änderungen
11.1.2 Abhängigkeit von nicht freigegebenen Änderungen.296
11.1.3 Phantomproblem.297
11.2 Serialisierbarkeit.297
11.2.1 Beispiele serialisierbarer Ausführungen (Historien).298
11.2.2 Nicht serialisierbare Historie.298
11.3 Theorie der Serialisierbarkeit.301
10_Inhaltsverzeichnis
11.3.1 Definition einer Transaktion. 301
11.3.2 Historie
11.3.3 Äquivalenz zweier Historien.303
11.3.4 Serialisierbare Historien.304
11.3.5 Kriterien für Serialisierbarkeit.304
11.4 Eigenschaften von Historien bezüglich der
11.4.1 Rücksetzbare Historien.306
11.4.2 Historien ohne kaskadierendes Rücksetzen.306
11.4.3 Strikte Historien.307
11.4.4 Beziehungen zwischen den Klassen von Historien.307
11.5 Der Datenbank-Scheduler.308
11.6 Sperrbasierte Synchronisation.309
11.6.1 Zwei Sperrmodi.309
11.6.2 Zwei-Phasen-Sperrprotokoll.310
11.6.3 Kaskadierendes Rücksetzen (Schneeballeffekt) .312
11.7 Verklemmungen
11.7.1 Erkennung von Verklemmungen.313
11.7.2
11.7.3 Verklemmungsvermeidung durch Zeitstempel.315
11.8 Hierarchische Sperrgranulate. 316
11.9 Einfüge- und Löschoperationen, Phantome.320
11.10 Zeitstempel-basierende Synchronisation .321
11.11 Optimistische Synchronisation.323
11.12 Synchronisation von Indexstrukturen.324
11.13 Mehrbenutzersynchronisation in SQL-92.327
11.14 Übungen.329
11.15 Literatur.332
12 Sicherheitsaspekte 333
12.1
12.2 Zugriffskontrolle in SQL.335
12.2.1 Identifikation und Authentisierung.336
12.2.2 Autorisierung und Zugriffskontrolle.336
12.2.3 Sichten.337
12.2.4
12.3 Verfeinerung des Autorisierungsmodells.338
12.3.1 Implizite Äutorisierung von Subjekten.339
12.3.2 Implizite Autorisierung von Operationen.340
12.3.3 Implizite Autorisierung von Objekten.341
12.3.4 Implizite Autorisierung entlang einer Typhierarchie.341
12.4
12.5 Multilevel-Datenbanken. 343
12.6 Kryptographie.347
12.6.1 Der Data
12.6.2
12.7 Zusammenfassung.350
12.8 Übungen.351
12.9 Literatur.352
inhaltsverzeichnis_11
13 Objektorientierte Datenbanken 353
13.1 Bestandsaufnahme relationaler Datenbanksysteme .353
13.2 Vorteile der objektorientierten Datenmodellierung.357
13.3 Der ODMG-Standard.358
13.4 Eigenschaften von Objekten.359
13.4.1 Objektidentität.360
13.4.2 Typ eines Objekts.361
13.4.3 Wert eines Objekts.361
13.5 Definition von Objekttypen.362
13.5.1 Attribute.362
13.5.2 Beziehungen.362
13.5.3 Typeigenschaften: Extensionen und Schlüssel.369
13.6 Modellierung des Verhaltens: Operationen.369
13.7 Vererbung und Subtypisierung .372
13.7.1 Terminologie.372
13.7.2 Einfache und Mehrfachvererbung.373
13.8 Beispiel einer Typhierarchie.374
13.9 Verfeinerung (Spezialisierung) und spätes Binden von Operationen . 377
13.10 Mehrfachvererbung.380
13.11 Die Anfragesprache OQL.381
13.11.1 Einfache Anfragen.381
13.11.2 Geschachtelte Anfragen und Partitionierung.382
13.11.3 Pfadausdrücke.383
13.11.4 Erzeugung von Objekten.384
13.11.5 Operationsaufruf .384
13.12 C++-Einbettung . .384
13.12.1 Objektidentität.386
13.12.2 Objekterzeugung und Ballung.387
13.12.3 Einbettung von Anfragen.387
13.13 Übungen.388
13.14 Literatur.389
14 Erweiterbare und objekt-relationale Datenbanken 391
14.1 Obersicht über die objekt-relationalen Konzepte.391
14.2
14.3
14.4
14.4.1 Nutzung einer
14.4.2 Implementierung einer
14.5 Benutzerdefinierte strukturierte Objekttypen .401
14.6 Geschachtelte Objekt-Relationen.405
14.7 Vererbung von SQL-Objekttypen.409
14.8 Komplexe Attribut-Typen.412
14.9 Übungen.413
14.10 Literatur.414
12_Inhaltsverzeichnis
15 Deduktive Datenbanken 415
15.1 Terminologie.415
15.2 Datalog.415
15.3 Eigenschaften von Datalog-Programmen.419
15.3.1 Rekursivität.419
15.3.2 Sicherheit von Datalog-Regeln.419
15.4 Auswertung von nicht-rekursiven Datalog-Programmen.420
15.4.1 Auswertung eines Beispielprogramms.420
15.4.2 Auswertungs-Algorithmus .423
15.5 Auswertung rekursiver Regeln.425
15.6 Inkrementelle (semi-naive) Auswertung rekursiver Regem .427
15.7 Bottom-Up oder Top-Down Auswertung.431
15.8 Negation im Regelrumpf.433
15.8.1 Stratifizierte Datalog-Programme .433
15.8.2 Auswertung von Regeln mit Negation.434
15.8.3 Ein etwas komplexeres Beispiel.435
15.9 Ausdruckskraft von Datalog.435
15.10 Übungen.".437
15.11 Literatur.'.440
16 Verteilte Datenbanken 443
16.1 Terminologie und Abgrenzung.443
16.2 Entwurf verteilter Datenbanken.445
16.3 Horizontale und vertikale Fragmentierung.447
16.3.1 Horizontale Fragmentierung.448
16.3.2 Abgeleitete horizontale Fragmentierung.450
16.3.3 Vertikale Fragmentierung.451
16.3.4 Kombinierte Fragmentierung.453
16.3.5 Allokation für unser Beispiel.454
16.4 Transparenz in verteilten Datenbanken.455
16.4.1 Fragmentierungstransparenz.455
16.4.2 Allokationstransparenz.456
16.4.3 Lokale Schema-Transparenz .456
16.5 Anfrageübersetzung und -Optimierung in VDBMS.457
16.5.1 Anfragebearbeitung bei horizontaler Fragmentierung.457
16.5.2 Anfragebearbeitung bei vertikaler Fragmentierung.459
16.6
16.6.1
16.6.2 Join-Auswertung mit Filterung.462
16.7 Transaktionskontrolle in VDBMS.465
16.8 Mehrbenutzersynchronisation in VDBMS .470
16.8.1 Serialisierbarkeit.470
16.8.2 Das Zwei-Phasen-Sperrprotokoll in VDBMS .470
16.9
16.9.1 Erkennung von
16.9.2
16.10 Synchronisation bei replizierten Daten.475
16.11 Übungen.478
16.12 Literatur.481
Inhaltsverzeichnis_13
17 Betriebliche Anwendungen: OLTP, Data
17.1 SAP R/3: Ein betriebswirtschaftliches Datenbankanwendungssystem 483
17.1.1 Architektur von SAP R/3 .483
17.1.2 Datenmodell und Schema von SAP R/3.484
17.1.3 ABAP/4.485
17.1.4 Transaktionen in SAP R/3.488
17.2 Data
17.2.1 Datenbankentwurf für das Data
17.2.2 Anfragen im Sternschema:
17.2.3 Roll-Up/Drill-Down-Anfragen.494
17.2.4 Flexible Auswertungsmethoden .496
17.2.5 Materialisierung von Aggregaten.496
17.2.6 Der
17.2.7 Wiederverwendung materialisierter Aggregate .498
17.2.8 Bitmap-Indexe für OLAP-Anfragen.501
17.2.9 Auswertungsalgorithmen für komplexe OLAP-Anfragen . 502
17.2.10 Data Warehouse-Architekturen.504
17.3 Data Mining.505
17.3.1 Klassifikation von Objekten.506
17.3.2 Assoziationsregeln.507
17.3.3 Der
17.3.4 Bestimmung der Assoziationsregeln.510
17.3.5 Cluster-Bestimmung.511
17.4 Übungen . .512
17.5 Literatur.513
18 Internet-Datenbankanbindungen 515
18.1 HTML- und HTTP-Grundlagen.515
18.1.1 HTML: Die Hypertext-Sprache des World Wide Web.515
18.1.2 Adressierung von Web-Dokumenten.'.516
18.1.3 Client/Server-Architektur des World Wide Web.518
18.1.4 HTTP: Das HyperText Transfer Protokoll.518
18.1.5 HTTPS.519
18.2 Web-Datenbank-Anbindung via Servlets.520
18.2.1 Beispiel-Servlet.520
18.3 Java Server Pages / Active Server Pages.526
18.3.1 JSP/HTML-Seite mit Java-Code.527
18.3.2 HTML-Seite mit Java-Bean-Aufruf . .'.529
18.3.3 Die Java-Bean Komponente VorlesungenBean.530
18.3.4 Sokrates' Homepage.532
18.4 Datenbankanbindung via Java-Applets.532
18.5 Übungen.533
18.6 Literatur.534
19 XML-Datenmodellierung und Web-Services 535
19.1 XML-Datenmodellierung .535
19.1.1 Schema oder kein Schema.536
19.1.2 Rekursive Schemata.538
19.1.3 Universitätsinformation in XML-Format .538
19.1.4 XML-Namensräume.540
14_Inhaltsverzeichnis
19.1.5 XML Schema: Eine Schemadefinitionssprache.542
19.1.6 Verweise (Referenzen) in XML-Daten.544
19.2 XQuery: Eine XML-Anfragesprache. 545
19.2.1 Pfadausdrücke.545
19.2.2 Verkürzte XPath-Syntax.550
19.2.3 Beispiel-Pfadausdrücke in verkürzter Syntax.551
19.2.4 Anfragesyntax von XQuery.552
19.2.5 Geschachtelte Anfragen.554
19.2.6
19.2.7 Join-Prädikat im Pfadausdruck.555
19.2.8 Das let-Konstrukt.556
19.2.9 Dereferenzierung in FLWOR-Ausdrücken.557
19.2.10 Rekursive Anfragen.558
19.3 Web-Services.560
19.3.1 Erstellen und Nutzen eines Web-Services im Überblick.562
19.3.2 Das Auffinden von Diensten.564
19.3.3 Ein Beispiel-Web-Service.567
19.3.4 Definition der Web-Service Schnittstellen.567
19.3.5 Nachrichtenformat für die Interaktion mit Web-Services . 570
19.3.6 Implementierung des Web-Services.572
19.3.7 Aufruf des Web-Services.573
19.4 Übungen.575
19.5 Literatur.577
20 Leistungsbewertung 579
20.1 Überblick über Datenbanksystem-Benchmarks.579
20.2 Der TPC-C Benchmark.579
20.3 Die TPC-H und TPC-R (früher TPC-D) Benchmarks .582
20.4 Der 007 Benchmark für oo-Datenbanken.588
20.5 Der TPC-W Benchmark.589
20.6 Übungen.592
20.7 Literatur.592
Literaturverzeichnis 593
Index 626 |
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