Datenbanksysteme: eine Einführung
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
München [u.a.]
Oldenbourg
2006
|
| Edition: | 6., aktualisierte und erw. Aufl. |
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort 15
1 Einleitung und Übersicht 17
1.1 Motivation für den Einsatz eines DBMS. 17
1.2 Datonabstraktion. 19
1.3 Datonunabhängigkeit. 20
1.4 Datenmodelle. 21
1.5 Datenbankschema und Ausprägung. 22
1.6 Einordnung der Datenmodelle. 22
1.6.1 Modelle des kouzeptuellen Entwurfs. 22
1.6.2 Logische (Implementations-)Datenmodelle . 23
1.7 Arehitekturübersicht 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 Datenbankentwurfsschritte. 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:)-Notat.ion. 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
3 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:iV-Beziehungen. 76
3.3.2 l:l-Beziehungen. 78
3.3.3 Vermeidung von Null-Werten. 79
3.3.4 Relationale Modellierung der Generalisierung. 80
3.3.5 Beispielausprägung der Universitäts-Datenbank . 81
3.3.6 Relationale Modellierung schwacher Entitytypen. 83
3.4 Die relationale Algebra. 83
3.4.1 Selektion. 84
3.4.2 Projektion. 85
3.4.3 Vereinigung. 85
3.4.4 Mengendifferenz. 86
3.4.5 Kartesisches Produkt (Kreuzprodukt). 86
3.4.6 Umbenennung von Relationen und Attributen. 87
3.4.7 Definition der relationalen Algebra. 88
3.4.8 Der relationale Verbund
3.4.9 Mengendurchschnitt. 93
3.4.10 Die relationale Division. 94
3.4.11 Operatorbaum-Darstellung. 95
3.5 Der Relationenkalkül. 95
3.5.1 Beispielanfrage im relationalen Tupelkalkül. 96
3.5.2 Quantifizierung von Tupelvariablen. 97
3.5.3 Formale Definition des Tupelkalküls. 98
3.5.4 Sichere Ausdrücke des Tupelkalküls. 99
3.5.5 Der relationale Domänenkalkül. 99
3.5.6 Beispielanfragen im Domänenkalkül. 100
3.5.7 Sichere Ausdrücke des Domänenkalküls. 101
3.6 Ausdruckskraft der Anfragesprachen.'. 102
3.7 Übungen. 102
3.8 Literatur. 105
4 Relationale Anfragesprachen 107
4.1 Geschichte .107
4.2 Datentypen.108
4.3 Schemadefinition.108
4.4 Schemaveränderung.109
4.5 Elementare Datenmanipulation: Einfügen von Tupeln.110
4.6 Einfache SQL-Anfragen.110
Inhaltsverzeichnis
4.7 Anfragen über mehrere Relationen.111
4.8 Aggregatfunktionen und Gruppierung.114
4.9 Geschachtelte Anfragen.115
4.10 Quantifizierte Anfragen in SQL.120
4.11 Nullwerte.122
4.12 Spezielle Sprachkonstrukte .123
4.13
4.14 Rekursion.125
4.15 Veränderungen am Datenbestand.130
4.16 Sichten.132
4.17 Sichten zur Modellierung von Generalisierungen.133
4.18 Charakterisierung update-fähiger Sichten.135
4.19 Einbettung von SQL in Wirtssprachen.136
4.20 Anfragen in Anwendungsprogrammen.137
4.21 JDBC:
4.21.1 Verbindungsaufbau zu einer Datenbank.141
4.21.2 Resultset-Programmbeispiel.143
4.21.3 Vorübersetzung von SQL-Ausdrücken.145
4.22 SQLJ: Eine Einbettung von SQL in Java.145
4.23
4.24 Übungen.150
4.25 Literatur.153
Datenintegrität 155
5.1 Referentielle Integrität.156
5.2 Gewährleistung referentieller Integrität.156
5.3 Referentielle Integrität in SQL.157
5.4 Überprüfung statischer Integritätsbedingungen.158
5.5 Das Universitätsschema mit Integritätsbedingungen.160
5.6 Komplexere Integritätsbedingungen.162
5.7 Trigger.163
5.8 Übungen.165
5.9 Literatur.166
Relationale Entwurfstheorie 167
6.1 Punktionale Abhängigkeiten.167
6.1.1 Konventionen zur Notation.168
6.1.2 Einhaltung einer funktionalen Abhängigkeit.168
6.2 Schlüssel.169
6.3 Bestimmung funktionaler Abhängigkeiten.170
6.3.1 Kanonische Überdeckung.173
6.4 „Schlechte" Relationenschemata.174
6.4.1 Die Updateanomalien.174
6.4.2 Einfügeanomalien.175
6.4.3 Löschanomalien.175
6.5 Zerlegung (Dekomposition) von Relationen .175
6.5.1 Verlustlosigkeit .176
6.5.2 Kriterien für die Verlustlosigkeit einer Zerlegung.178
6.5.3 Abhängigkeitsbewahrung.179
6.6 Erste Normalform.181
Inhaltsverzeichnis
6.7 Zweite Normalform.182
6.8 Dritte Normalform.184
6.9 Boyce-Codd Normalform .186
6.10 Mehrwertige Abhängigkeiten.189
6.11 Vierte Normalform.191
6.12 Zusammenfassung.193
6.13 Übungen.194
6.14 Literatur.197
Physische Datenorganisation 199
7.1 Speichermedien.199
7.2 Speicherarrays: RAID.200
7.3 Der Datenbankpuffer.204
7.4 Abbildung von Relationen auf den Sekundärspeicher.206
7.5 Indexstrukturen .207
7.6 ISAM.209
7.7 B-Bäume.211
7.8 B+-Bäume.215
7.9 Präfix-B+-Bäume.216
7.10
7.11 Erweiterbares
7.12 Mehrdimensionale Indexstrukturen.221
7.13 Ballung logisch verwandter Datensätze.225
7.14 Unterstützung eines Anwendungsverhaltens.227
7.15 Physische Datenorganisation in SQL.229
7.16 Übungen.229
7.17 Literatur.231
Anfragebearbeitung 233
8.1 Logische Optimierung.234
8.1.1 Äquivalenzen in der relationalen Algebra.236
8.1.2 Anwendung der Transformationsregeln .238
8.2 Physische Optimierung.242
8.2.1 Implementierung der Selektion.244
8.2.2 Implementierung von binären Zuordnungsoperatoren.244
8.2.3 Gruppierung und Duplikateliminierung.251
8.2.4 Projektion und Vereinigung.252
8.2.5 Zwischenspeicherung.252
8.2.6 Übersetzung der logischen Algebra.254
8.3 Kostenmodelle.257
8.3.1 Selektivitäten.258
8.3.2 Kostenabschätzung für die Selektion.260
8.3.3 Kostenabschätzung für den
8.3.4 Kostenabschätzung für die Sortierung.261
8.4 „Tuning" von Datenbankanfragen.262
8.5 Übungen.263
8.6 Literatur.266
Inhaltsverzeichnis
9 Transaktionsverwaltung 269
9.1 Begriffsbildimg.269
9.2 Anforderungen an die Transaktionsverwaltung.270
9.3 Operationen auf Transaktions-Ebene.270
9.4 Abschluss einer Transaktion.271
9.5 Eigenschaften von Transaktionen.273
9.6 Transaktionsverwaltung in SQL.274
9.7 Zustandsübergänge einer Transaktion .275
9.8 Literatur.276
10 Fehlerbehandlung 277
10.1 Fehlerklassifikation.277
10.1.1 Lokaler Fehler einer Transaktion.277
10.1.2 Fehler mit Hauptspeicherverlust.278
10.1.3 Fehler mit Hintergrundspeicherverlust.279
10.2 Die Speicherhierarchie.279
10.2.1 Ersetzung von Puffer-Seiten.279
10.2.2 Einbringen von Änderungen einer Transaktion.280
10.2.3 Einbringstrategie.281
10.2.4 Hier zugrunde gelegte Systemkonfiguration.282
10.3 Protokollierung von Änderungsoperationen .282
10.3.1 Struktur der Log-Einträge.283
10.3.2 Beispiel einer Log-Datei.283
10.3.3 Logische oder physische Protokollierung.283
10.3.4 Schreiben der Log-Information.284
10.3.5 Das WAL-Prinzip.286
10.4 Wiederanlauf nach einem Fehler .286
10.4.1 Analyse des Logs.287
10.4.2 Redo-Phase.288
10.4.3 Undo-Phase.288
10.5 Fehlertoleranz des Wiederanlaufs.288
10.6 Lokales Zurücksetzen einer Transaktion .290
10.7 Partielles Zurücksetzen einer Transaktion.291
10.8 Sicherungspunkte.292
10.8.1 Transaktionskonsistente Sicherungspunkte .292
10.8.2 Aktionskonsistente Sicherungspunkte.293
10.8.3 Unscharfe
10.9
10.10 Übungen.297
10.11 Literatur.298
11 Mehrbenutzersynchronisation 299
11.1 Fehler bei unkontrolliertem Mehrbenutzerbetrieb.300
11.1.1 Verlorengegangene Änderungen
11.1.2 Abhängigkeit von nicht freigegebenen Änderungen.300
11.1.3 Phantomproblem.301
11.2 Serialisierbarkeit.301
11.2.1 Beispiele serialisierbarer Ausführungen (Historien).302
11.2.2 Nicht serialisierbare Historie.302
11.3 Theorie der Serialisierbarkeit.305
10_Inhaltsverzeichnis
11.3.1 Definition einer Transaktion.305
11.3.2 Historie
11.3.3 Äquivalenz zweier Historien.307
11.3.4 Serialisierbare Historien.308
11.3.5 Kriterien für Serialisierbarkeit.308
11.4 Eigenschaften von Historien bezüglich der
11.4.1 Rücksetzbare Historien.310
11.4.2 Historien ohne kaskadierendes Rücksetzen.310
11.4.3 Strikte Historien.311
11.4.4 Beziehungen zwischen den Klassen von Historien.311
11.5 Der Datenbank-Scheduler.312
11.6 Sperrbasierte Synchronisation.313
11.6.1 Zwei Sperrmodi.313
11.6.2 Zwei-Phasen-Sperrprotokoll.314
11.6.3 Kaskadierendes Rücksetzen (Schneeballeffekt) .316
11.7 Verklemmungen
11.7.1 Erkennung von Verklemmungen.317
11.7.2 Preclaiming zur Vermeidung von Verklemmungen.318
11.7.3 Verklemmungsvermeidung durch Zeitstempel.319
11.8 Hierarchische Sperrgranulate.320
11.9 Einfüge- und Löschoperationen, Phantome.324
11.10 Zeitstempel-basierende Synchronisation .325
11.11 Optimistische Synchronisation .327
11.12 Synchronisation von Indexstrukturen.328
11.13 Mehrbenutzersynchronisation in SQL-92.331
11.14 Übungen.333
11.15 Literatur.336
12 Sicherheitsaspekte 337
12.1
12.2 Zugriffskontrolle in SQL.339
12.2.1 Identifikation und Authentisierung.340
12.2.2 Autorisierung und Zugriifskontrolle.340
12.2.3 Sichten.341
12.2.4 Individuelle Sicht für eine Benutzergruppe .342
12.2.5
12.3 Verfeinerung des Autorisierungsmodells .343
12.3.1 Rollenbasierte Autorisierung: Implizite Autorisierung von Sub¬
jekten .344
12.3.2 Implizite Autorisierung von Operationen.346
12.3.3 Implizite Autorisierung von Objekten.346
12.3.4 Implizite Autorisierung entlang einer Typhierarchie.347
12.4
12.5 Multilevel-Datenbanken.349
12.6 Kryptographie.352
12.6.1 Der Data
12.6.2
12.6.3 Public Key Infrastruktur (PKI) .356
12.7 Zusammenfassung.356
Inhaltsverzeichnis
12.8 Übungen.357
12.9 Literatur.358
13 Objektorientierte Datenbanken 359
13.1 Bestandsaufnahme relationaler Datenbanksysteme .359
13.2 Vorteile der objektorientierten Datenmodellierung.363
13.3 Der ODMG-Standard.364
13.4 Eigenschaften von Objekten.365
13.4.1 Objektidentität.366
13.4.2 Typ eines Objekts.367
13.4.3 Wert eines Objekts.367
13.5
13.5.1 Attribute,.368
13.5.2 Beziehungen.368
13.5.3 Typeigenschaften: Extensionen und Schlüssel.375
13.6 Modellierung des Verhaltens: Operationen.375
13.7 Vererbung und Subtypisierung.378
13.7.1 Terminologie.378
13.7.2 Einfache und Mehrfachvererbung.379
13.8 Beispiel einer Typhierarchie.380
13.9 Verfeinerung (Spezialisierung) und spätes Binden von Operationen . 383
13.10 Mehrfachvererbung.386
13.11 Die Anfragesprache OQL.387
13.11.1 Einfache Anfragen.387
13.11.2 Geschachtelte Anfragen und Partitionierung.388
13.11.3 Pfadausdrücke.389
13.11.4 Erzeugung von Objekten.390
13.11.5 Operationsaufruf.390
13.12 C++-Einbettung.390
13.12.1 Objektidentität.392
13.12.2 Objekterzeugung und Ballung.393
13.12.3 Einbettung von Anfragen.393
13.13 Übungen.394
13.14 Literatur.395
14 Erweiterbare und objekt-relationale Datenbanken 397
14.1 Übersicht über die objekt-relationalen Konzepte.397
14.2
14.3
14.4
14.4.1 Nutzung einer
14.4.2 Implementierung einer
14.5 Benutzerdefinierte strukturierte Objekttypen.407
14.6 Geschachtelte Objekt-Relationen.411
14.7 Vererbung von SQL-Objekttypen.415
14.8 Komplexe Attribut-Typen.418
14.9 Übungen.419
14.10 Literatur.420
12_Inhaltsverzeichnis
15 Deduktive Datenbanken 421
15.1 Terminologie.421
15.2 Datalog.421
15.3 Eigenschaften von Datalog-Programmen.425
15.3.1 Rekursivität.425
15.3.2 Sicherheit von Datalog-Regeln. 425
15.4 Auswertung von nicht-rekursiven Datalog-Programmen.426
15.4.1 Auswertung eines Beispielprogramms.426
15.4.2 Auswertungs-Algorithmus .429
15.5 Auswertung rekursiver Regeln.431
15.6 Inkrementelle (semi-naive) Auswertung rekursiver Regeln .433
15.7 Bottom-Up oder
15.8 Negation im Regelrumpf.439
15.8.1 Stratifizierte Datalog-Programme.439
15.8.2 Auswertung von Regeln mit Negation.440
15.8.3 Ein etwas komplexeres Beispiel.441
15.9 Ausdruckskraft von Datalog.441
15.10 Übungen.443
15.11 Literatur.447
16 Verteilte Datenbanken 449
16.1 Terminologie und Abgrenzung.449
16.2 Entwurf verteilter Datenbanken.451
16.3 Horizontale und vertikale Fragmentierung.453
16.3.1 Horizontale Fragmentierung.454
16.3.2 Abgeleitete horizontale Fragmentierung.456
16.3.3 Vertikale Fragmentierung.457
16.3.4 Kombinierte Fragmentierung.459
16.3.5 Allokation für unser Beispiel.460
16.4 Transparenz in verteilten Datenbanken.461
16.4.1 Fragmentierungstransparenz.461
16.4.2 Allokationstransparenz.462
16.4.3 Lokale Schema-Transparenz .462
16.5 Anfrageübersetzung und -Optimierung in VDBMS.463
16.5.1 Anfragebearbeitung bei horizontaler Fragmentierung.463
16.5.2 Anfragebearbeitung bei vertikaler Fragmentierung.465
16.6 Join-Auswertung in VDBMS.467
16.6.1 Join-Auswertung ohne Filterung.467
16.6.2 Join-Auswertung mit Filterung.468
16.7 Transaktionskontrolle in VDBMS.471
16.8 Mehrbenutzersynchronisation in VDBMS .476
16.8.1 Serialisierbarkeit.476
16.8.2 Das Zwei-Phasen-Sperrprotokoll in VDBMS .476
16.9
16.9.1 Erkennung von
16.9.2
16.10 Synchronisation bei replizierten Daten.481
16.11 Übungen.484
16.12 Literatur.487
Inhaltsverzeichnis_13
17 Betriebliche Anwendungen: OLTP, Data
17.1 SAP R/3: Ein betriebswirtschaftliches Datenbankanwendungssystem 489
17.1.1 Architektur von SAP R/3 .489
17.1.2 Datenmodell und Schema von SAP R/3.490
17.1.3 ABAP/4.491
17.1.4 Transaktionen in SAP R/3.494
17.2 Data
17.2.1 Datenbankentwurf für das Data
17.2.2 Anfragen im Sternschema:
17.2.3 Roll-Up/Drill-Down-Anfragen.500
17.2.4 Flexible Auswertungsmethoden .502
17.2.5 Materialisierung von Aggregaten.502
17.2.6 Der
17.2.7 Wiederverwendung materialisierter Aggregate .504
17.2.8
17.2.9 Auswertungsalgorithmen für komplexe OLAP-Anfragen . 508
17.2.10 Data Warehouse-Architekturen.510
17.3 Data Mining.511
17.3.1 Klassifikation von Objekten .512
17.3.2 Assoziationsregeln.513
17.3.3 Der
17.3.4 Bestimmung der Assoziationsregeln.516
17.3.5 Cluster-Bestimmung.517
17.4 Übungen.518
17.5 Literatur.519
18 Internet-Datenbankanbindungen 521
18.1 HTML- und HTTP-Grundlagen.521
18.1.1 HTML: Die Hypertext-Sprache des World Wide Web.521
18.1.2 Adressierung von Web-Dokumenten.522
18.1.3 Client/Server-Architektur des World Wide Web.524
18.1.4 HTTP: Das HyperText Transfer Protokoll .524
18.1.5 HTTPS.525
18.2 Web-Datenbank-Anbindung via Servlets.526
18.2.1 Beispiel-Servlet.526
18.3 Java Server Pages / Active Server Pages.532
18.3.1 JSP/HTML-Seite mit Java-Code.533
18.3.2 HTML-Seite mit Java-Bean-Aufruf.535
18.3.3 Die Java-Bean Komponente VorlesungenBean.536
18.3.4 Sokrates' Homepage.538
18.4 Datenbankanbindung via Java-Applets.538
18.5 Übungen.539
18.6 Literatur.540
19 XML-Datenmodellierung und Web-Services 541
19.1 XML-Datenmodellierung .541
19.1.1 Schema oder kein Schema.542
19.1.2 Rekursive Schemata.544
19.1.3 Universitätsinformation in XML-Format .544
19.1.4 XML-Namensräume.546
14_Inhaltsverzeichnis
19.1.5 XML Schema: Eine Schemadefinitionssprache.548
19.1.6 Verweise (Referenzen) in XML-Daten.550
19.2 XQuery: Eine XML-Anfragesprache .551
19.2.1 Pfadausdrücke.551
19.2.2 Verkürzte XPath-Syntax.556
19.2.3 Beispiel-Pfadausdrücke in verkürzter Syntax.557
19.2.4 Anfragesyntax von XQuery.558
19.2.5 Geschachtelte Anfragen.560
19.2.6
19.2.7 Join-Prädikat im Pfadausdruck.561
19.2.8 Das let-Konstrukt.562
19.2.9 Dereferenzierung in FLWOR-Ausdrücken.563
19.2.10 Rekursive Anfragen.565
19.3 Zusammenspiel von relationalen Datenbanken und XML.567
19.3.1 XML-Repräsentation gemäß Pre- und Postorder-Rängen . 573
19.3.2 Der neue Datentyp xml.577
19.3.3 Änderungen der XML-Dokumente.581
19.3.4 Publikation relationaler Daten als XML-Dokumente.582
19.4 Web-Services.586
19.4.1 Erstellen und Nutzen eines Web-Services im Überblick.588
19.4.2 Das Auffinden von Diensten.591
19.4.3 Ein Beispiel-Web-Service.593
19.4.4 Definition der Web-Service-Schnittstellen.593
19.4.5 Nachrichtenformat für die Interaktion mit Web-Services . 596
19.4.6 Implementierung des Web-Services.598
19.4.7 Aufruf des Web-Services.599
19.5 Übungen.601
19.6 Literatur.604
20 Leistungsbewertung 607
20.1 Überblick über Datenbanksystem-Benchmarks.607
20.2 Der TPC-C Benchmark.607
20.3 Die TPC-H und TPC-R (früher TPC-D) Benchmarks .610
20.4 Der 007 Benchmark für oo-Datenbanken.616
20.5 Der TPC-W Benchmark.617
20.6 Übungen.620
20.7 Literatur.620
Literaturverzeichnis 621
Index 657 |
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
Vorwort 15
1 Einleitung und Übersicht 17
1.1 Motivation für den Einsatz eines DBMS. 17
1.2 Datonabstraktion. 19
1.3 Datonunabhängigkeit. 20
1.4 Datenmodelle. 21
1.5 Datenbankschema und Ausprägung. 22
1.6 Einordnung der Datenmodelle. 22
1.6.1 Modelle des kouzeptuellen Entwurfs. 22
1.6.2 Logische (Implementations-)Datenmodelle . 23
1.7 Arehitekturübersicht 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 Datenbankentwurfsschritte. 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:)-Notat.ion. 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
3 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:iV-Beziehungen. 76
3.3.2 l:l-Beziehungen. 78
3.3.3 Vermeidung von Null-Werten. 79
3.3.4 Relationale Modellierung der Generalisierung. 80
3.3.5 Beispielausprägung der Universitäts-Datenbank . 81
3.3.6 Relationale Modellierung schwacher Entitytypen. 83
3.4 Die relationale Algebra. 83
3.4.1 Selektion. 84
3.4.2 Projektion. 85
3.4.3 Vereinigung. 85
3.4.4 Mengendifferenz. 86
3.4.5 Kartesisches Produkt (Kreuzprodukt). 86
3.4.6 Umbenennung von Relationen und Attributen. 87
3.4.7 Definition der relationalen Algebra. 88
3.4.8 Der relationale Verbund
3.4.9 Mengendurchschnitt. 93
3.4.10 Die relationale Division. 94
3.4.11 Operatorbaum-Darstellung. 95
3.5 Der Relationenkalkül. 95
3.5.1 Beispielanfrage im relationalen Tupelkalkül. 96
3.5.2 Quantifizierung von Tupelvariablen. 97
3.5.3 Formale Definition des Tupelkalküls. 98
3.5.4 Sichere Ausdrücke des Tupelkalküls. 99
3.5.5 Der relationale Domänenkalkül. 99
3.5.6 Beispielanfragen im Domänenkalkül. 100
3.5.7 Sichere Ausdrücke des Domänenkalküls. 101
3.6 Ausdruckskraft der Anfragesprachen.'. 102
3.7 Übungen. 102
3.8 Literatur. 105
4 Relationale Anfragesprachen 107
4.1 Geschichte .107
4.2 Datentypen.108
4.3 Schemadefinition.108
4.4 Schemaveränderung.109
4.5 Elementare Datenmanipulation: Einfügen von Tupeln.110
4.6 Einfache SQL-Anfragen.110
Inhaltsverzeichnis
4.7 Anfragen über mehrere Relationen.111
4.8 Aggregatfunktionen und Gruppierung.114
4.9 Geschachtelte Anfragen.115
4.10 Quantifizierte Anfragen in SQL.120
4.11 Nullwerte.122
4.12 Spezielle Sprachkonstrukte .123
4.13
4.14 Rekursion.125
4.15 Veränderungen am Datenbestand.130
4.16 Sichten.132
4.17 Sichten zur Modellierung von Generalisierungen.133
4.18 Charakterisierung update-fähiger Sichten.135
4.19 Einbettung von SQL in Wirtssprachen.136
4.20 Anfragen in Anwendungsprogrammen.137
4.21 JDBC:
4.21.1 Verbindungsaufbau zu einer Datenbank.141
4.21.2 Resultset-Programmbeispiel.143
4.21.3 Vorübersetzung von SQL-Ausdrücken.145
4.22 SQLJ: Eine Einbettung von SQL in Java.145
4.23
4.24 Übungen.150
4.25 Literatur.153
Datenintegrität 155
5.1 Referentielle Integrität.156
5.2 Gewährleistung referentieller Integrität.156
5.3 Referentielle Integrität in SQL.157
5.4 Überprüfung statischer Integritätsbedingungen.158
5.5 Das Universitätsschema mit Integritätsbedingungen.160
5.6 Komplexere Integritätsbedingungen.162
5.7 Trigger.163
5.8 Übungen.165
5.9 Literatur.166
Relationale Entwurfstheorie 167
6.1 Punktionale Abhängigkeiten.167
6.1.1 Konventionen zur Notation.168
6.1.2 Einhaltung einer funktionalen Abhängigkeit.168
6.2 Schlüssel.169
6.3 Bestimmung funktionaler Abhängigkeiten.170
6.3.1 Kanonische Überdeckung.173
6.4 „Schlechte" Relationenschemata.174
6.4.1 Die Updateanomalien.174
6.4.2 Einfügeanomalien.175
6.4.3 Löschanomalien.175
6.5 Zerlegung (Dekomposition) von Relationen .175
6.5.1 Verlustlosigkeit .176
6.5.2 Kriterien für die Verlustlosigkeit einer Zerlegung.178
6.5.3 Abhängigkeitsbewahrung.179
6.6 Erste Normalform.181
Inhaltsverzeichnis
6.7 Zweite Normalform.182
6.8 Dritte Normalform.184
6.9 Boyce-Codd Normalform .186
6.10 Mehrwertige Abhängigkeiten.189
6.11 Vierte Normalform.191
6.12 Zusammenfassung.193
6.13 Übungen.194
6.14 Literatur.197
Physische Datenorganisation 199
7.1 Speichermedien.199
7.2 Speicherarrays: RAID.200
7.3 Der Datenbankpuffer.204
7.4 Abbildung von Relationen auf den Sekundärspeicher.206
7.5 Indexstrukturen .207
7.6 ISAM.209
7.7 B-Bäume.211
7.8 B+-Bäume.215
7.9 Präfix-B+-Bäume.216
7.10
7.11 Erweiterbares
7.12 Mehrdimensionale Indexstrukturen.221
7.13 Ballung logisch verwandter Datensätze.225
7.14 Unterstützung eines Anwendungsverhaltens.227
7.15 Physische Datenorganisation in SQL.229
7.16 Übungen.229
7.17 Literatur.231
Anfragebearbeitung 233
8.1 Logische Optimierung.234
8.1.1 Äquivalenzen in der relationalen Algebra.236
8.1.2 Anwendung der Transformationsregeln .238
8.2 Physische Optimierung.242
8.2.1 Implementierung der Selektion.244
8.2.2 Implementierung von binären Zuordnungsoperatoren.244
8.2.3 Gruppierung und Duplikateliminierung.251
8.2.4 Projektion und Vereinigung.252
8.2.5 Zwischenspeicherung.252
8.2.6 Übersetzung der logischen Algebra.254
8.3 Kostenmodelle.257
8.3.1 Selektivitäten.258
8.3.2 Kostenabschätzung für die Selektion.260
8.3.3 Kostenabschätzung für den
8.3.4 Kostenabschätzung für die Sortierung.261
8.4 „Tuning" von Datenbankanfragen.262
8.5 Übungen.263
8.6 Literatur.266
Inhaltsverzeichnis
9 Transaktionsverwaltung 269
9.1 Begriffsbildimg.269
9.2 Anforderungen an die Transaktionsverwaltung.270
9.3 Operationen auf Transaktions-Ebene.270
9.4 Abschluss einer Transaktion.271
9.5 Eigenschaften von Transaktionen.273
9.6 Transaktionsverwaltung in SQL.274
9.7 Zustandsübergänge einer Transaktion .275
9.8 Literatur.276
10 Fehlerbehandlung 277
10.1 Fehlerklassifikation.277
10.1.1 Lokaler Fehler einer Transaktion.277
10.1.2 Fehler mit Hauptspeicherverlust.278
10.1.3 Fehler mit Hintergrundspeicherverlust.279
10.2 Die Speicherhierarchie.279
10.2.1 Ersetzung von Puffer-Seiten.279
10.2.2 Einbringen von Änderungen einer Transaktion.280
10.2.3 Einbringstrategie.281
10.2.4 Hier zugrunde gelegte Systemkonfiguration.282
10.3 Protokollierung von Änderungsoperationen .282
10.3.1 Struktur der Log-Einträge.283
10.3.2 Beispiel einer Log-Datei.283
10.3.3 Logische oder physische Protokollierung.283
10.3.4 Schreiben der Log-Information.284
10.3.5 Das WAL-Prinzip.286
10.4 Wiederanlauf nach einem Fehler .286
10.4.1 Analyse des Logs.287
10.4.2 Redo-Phase.288
10.4.3 Undo-Phase.288
10.5 Fehlertoleranz des Wiederanlaufs.288
10.6 Lokales Zurücksetzen einer Transaktion .290
10.7 Partielles Zurücksetzen einer Transaktion.291
10.8 Sicherungspunkte.292
10.8.1 Transaktionskonsistente Sicherungspunkte .292
10.8.2 Aktionskonsistente Sicherungspunkte.293
10.8.3 Unscharfe
10.9
10.10 Übungen.297
10.11 Literatur.298
11 Mehrbenutzersynchronisation 299
11.1 Fehler bei unkontrolliertem Mehrbenutzerbetrieb.300
11.1.1 Verlorengegangene Änderungen
11.1.2 Abhängigkeit von nicht freigegebenen Änderungen.300
11.1.3 Phantomproblem.301
11.2 Serialisierbarkeit.301
11.2.1 Beispiele serialisierbarer Ausführungen (Historien).302
11.2.2 Nicht serialisierbare Historie.302
11.3 Theorie der Serialisierbarkeit.305
10_Inhaltsverzeichnis
11.3.1 Definition einer Transaktion.305
11.3.2 Historie
11.3.3 Äquivalenz zweier Historien.307
11.3.4 Serialisierbare Historien.308
11.3.5 Kriterien für Serialisierbarkeit.308
11.4 Eigenschaften von Historien bezüglich der
11.4.1 Rücksetzbare Historien.310
11.4.2 Historien ohne kaskadierendes Rücksetzen.310
11.4.3 Strikte Historien.311
11.4.4 Beziehungen zwischen den Klassen von Historien.311
11.5 Der Datenbank-Scheduler.312
11.6 Sperrbasierte Synchronisation.313
11.6.1 Zwei Sperrmodi.313
11.6.2 Zwei-Phasen-Sperrprotokoll.314
11.6.3 Kaskadierendes Rücksetzen (Schneeballeffekt) .316
11.7 Verklemmungen
11.7.1 Erkennung von Verklemmungen.317
11.7.2 Preclaiming zur Vermeidung von Verklemmungen.318
11.7.3 Verklemmungsvermeidung durch Zeitstempel.319
11.8 Hierarchische Sperrgranulate.320
11.9 Einfüge- und Löschoperationen, Phantome.324
11.10 Zeitstempel-basierende Synchronisation .325
11.11 Optimistische Synchronisation .327
11.12 Synchronisation von Indexstrukturen.328
11.13 Mehrbenutzersynchronisation in SQL-92.331
11.14 Übungen.333
11.15 Literatur.336
12 Sicherheitsaspekte 337
12.1
12.2 Zugriffskontrolle in SQL.339
12.2.1 Identifikation und Authentisierung.340
12.2.2 Autorisierung und Zugriifskontrolle.340
12.2.3 Sichten.341
12.2.4 Individuelle Sicht für eine Benutzergruppe .342
12.2.5
12.3 Verfeinerung des Autorisierungsmodells .343
12.3.1 Rollenbasierte Autorisierung: Implizite Autorisierung von Sub¬
jekten .344
12.3.2 Implizite Autorisierung von Operationen.346
12.3.3 Implizite Autorisierung von Objekten.346
12.3.4 Implizite Autorisierung entlang einer Typhierarchie.347
12.4
12.5 Multilevel-Datenbanken.349
12.6 Kryptographie.352
12.6.1 Der Data
12.6.2
12.6.3 Public Key Infrastruktur (PKI) .356
12.7 Zusammenfassung.356
Inhaltsverzeichnis
12.8 Übungen.357
12.9 Literatur.358
13 Objektorientierte Datenbanken 359
13.1 Bestandsaufnahme relationaler Datenbanksysteme .359
13.2 Vorteile der objektorientierten Datenmodellierung.363
13.3 Der ODMG-Standard.364
13.4 Eigenschaften von Objekten.365
13.4.1 Objektidentität.366
13.4.2 Typ eines Objekts.367
13.4.3 Wert eines Objekts.367
13.5
13.5.1 Attribute,.368
13.5.2 Beziehungen.368
13.5.3 Typeigenschaften: Extensionen und Schlüssel.375
13.6 Modellierung des Verhaltens: Operationen.375
13.7 Vererbung und Subtypisierung.378
13.7.1 Terminologie.378
13.7.2 Einfache und Mehrfachvererbung.379
13.8 Beispiel einer Typhierarchie.380
13.9 Verfeinerung (Spezialisierung) und spätes Binden von Operationen . 383
13.10 Mehrfachvererbung.386
13.11 Die Anfragesprache OQL.387
13.11.1 Einfache Anfragen.387
13.11.2 Geschachtelte Anfragen und Partitionierung.388
13.11.3 Pfadausdrücke.389
13.11.4 Erzeugung von Objekten.390
13.11.5 Operationsaufruf.390
13.12 C++-Einbettung.390
13.12.1 Objektidentität.392
13.12.2 Objekterzeugung und Ballung.393
13.12.3 Einbettung von Anfragen.393
13.13 Übungen.394
13.14 Literatur.395
14 Erweiterbare und objekt-relationale Datenbanken 397
14.1 Übersicht über die objekt-relationalen Konzepte.397
14.2
14.3
14.4
14.4.1 Nutzung einer
14.4.2 Implementierung einer
14.5 Benutzerdefinierte strukturierte Objekttypen.407
14.6 Geschachtelte Objekt-Relationen.411
14.7 Vererbung von SQL-Objekttypen.415
14.8 Komplexe Attribut-Typen.418
14.9 Übungen.419
14.10 Literatur.420
12_Inhaltsverzeichnis
15 Deduktive Datenbanken 421
15.1 Terminologie.421
15.2 Datalog.421
15.3 Eigenschaften von Datalog-Programmen.425
15.3.1 Rekursivität.425
15.3.2 Sicherheit von Datalog-Regeln. 425
15.4 Auswertung von nicht-rekursiven Datalog-Programmen.426
15.4.1 Auswertung eines Beispielprogramms.426
15.4.2 Auswertungs-Algorithmus .429
15.5 Auswertung rekursiver Regeln.431
15.6 Inkrementelle (semi-naive) Auswertung rekursiver Regeln .433
15.7 Bottom-Up oder
15.8 Negation im Regelrumpf.439
15.8.1 Stratifizierte Datalog-Programme.439
15.8.2 Auswertung von Regeln mit Negation.440
15.8.3 Ein etwas komplexeres Beispiel.441
15.9 Ausdruckskraft von Datalog.441
15.10 Übungen.443
15.11 Literatur.447
16 Verteilte Datenbanken 449
16.1 Terminologie und Abgrenzung.449
16.2 Entwurf verteilter Datenbanken.451
16.3 Horizontale und vertikale Fragmentierung.453
16.3.1 Horizontale Fragmentierung.454
16.3.2 Abgeleitete horizontale Fragmentierung.456
16.3.3 Vertikale Fragmentierung.457
16.3.4 Kombinierte Fragmentierung.459
16.3.5 Allokation für unser Beispiel.460
16.4 Transparenz in verteilten Datenbanken.461
16.4.1 Fragmentierungstransparenz.461
16.4.2 Allokationstransparenz.462
16.4.3 Lokale Schema-Transparenz .462
16.5 Anfrageübersetzung und -Optimierung in VDBMS.463
16.5.1 Anfragebearbeitung bei horizontaler Fragmentierung.463
16.5.2 Anfragebearbeitung bei vertikaler Fragmentierung.465
16.6 Join-Auswertung in VDBMS.467
16.6.1 Join-Auswertung ohne Filterung.467
16.6.2 Join-Auswertung mit Filterung.468
16.7 Transaktionskontrolle in VDBMS.471
16.8 Mehrbenutzersynchronisation in VDBMS .476
16.8.1 Serialisierbarkeit.476
16.8.2 Das Zwei-Phasen-Sperrprotokoll in VDBMS .476
16.9
16.9.1 Erkennung von
16.9.2
16.10 Synchronisation bei replizierten Daten.481
16.11 Übungen.484
16.12 Literatur.487
Inhaltsverzeichnis_13
17 Betriebliche Anwendungen: OLTP, Data
17.1 SAP R/3: Ein betriebswirtschaftliches Datenbankanwendungssystem 489
17.1.1 Architektur von SAP R/3 .489
17.1.2 Datenmodell und Schema von SAP R/3.490
17.1.3 ABAP/4.491
17.1.4 Transaktionen in SAP R/3.494
17.2 Data
17.2.1 Datenbankentwurf für das Data
17.2.2 Anfragen im Sternschema:
17.2.3 Roll-Up/Drill-Down-Anfragen.500
17.2.4 Flexible Auswertungsmethoden .502
17.2.5 Materialisierung von Aggregaten.502
17.2.6 Der
17.2.7 Wiederverwendung materialisierter Aggregate .504
17.2.8
17.2.9 Auswertungsalgorithmen für komplexe OLAP-Anfragen . 508
17.2.10 Data Warehouse-Architekturen.510
17.3 Data Mining.511
17.3.1 Klassifikation von Objekten .512
17.3.2 Assoziationsregeln.513
17.3.3 Der
17.3.4 Bestimmung der Assoziationsregeln.516
17.3.5 Cluster-Bestimmung.517
17.4 Übungen.518
17.5 Literatur.519
18 Internet-Datenbankanbindungen 521
18.1 HTML- und HTTP-Grundlagen.521
18.1.1 HTML: Die Hypertext-Sprache des World Wide Web.521
18.1.2 Adressierung von Web-Dokumenten.522
18.1.3 Client/Server-Architektur des World Wide Web.524
18.1.4 HTTP: Das HyperText Transfer Protokoll .524
18.1.5 HTTPS.525
18.2 Web-Datenbank-Anbindung via Servlets.526
18.2.1 Beispiel-Servlet.526
18.3 Java Server Pages / Active Server Pages.532
18.3.1 JSP/HTML-Seite mit Java-Code.533
18.3.2 HTML-Seite mit Java-Bean-Aufruf.535
18.3.3 Die Java-Bean Komponente VorlesungenBean.536
18.3.4 Sokrates' Homepage.538
18.4 Datenbankanbindung via Java-Applets.538
18.5 Übungen.539
18.6 Literatur.540
19 XML-Datenmodellierung und Web-Services 541
19.1 XML-Datenmodellierung .541
19.1.1 Schema oder kein Schema.542
19.1.2 Rekursive Schemata.544
19.1.3 Universitätsinformation in XML-Format .544
19.1.4 XML-Namensräume.546
14_Inhaltsverzeichnis
19.1.5 XML Schema: Eine Schemadefinitionssprache.548
19.1.6 Verweise (Referenzen) in XML-Daten.550
19.2 XQuery: Eine XML-Anfragesprache .551
19.2.1 Pfadausdrücke.551
19.2.2 Verkürzte XPath-Syntax.556
19.2.3 Beispiel-Pfadausdrücke in verkürzter Syntax.557
19.2.4 Anfragesyntax von XQuery.558
19.2.5 Geschachtelte Anfragen.560
19.2.6
19.2.7 Join-Prädikat im Pfadausdruck.561
19.2.8 Das let-Konstrukt.562
19.2.9 Dereferenzierung in FLWOR-Ausdrücken.563
19.2.10 Rekursive Anfragen.565
19.3 Zusammenspiel von relationalen Datenbanken und XML.567
19.3.1 XML-Repräsentation gemäß Pre- und Postorder-Rängen . 573
19.3.2 Der neue Datentyp xml.577
19.3.3 Änderungen der XML-Dokumente.581
19.3.4 Publikation relationaler Daten als XML-Dokumente.582
19.4 Web-Services.586
19.4.1 Erstellen und Nutzen eines Web-Services im Überblick.588
19.4.2 Das Auffinden von Diensten.591
19.4.3 Ein Beispiel-Web-Service.593
19.4.4 Definition der Web-Service-Schnittstellen.593
19.4.5 Nachrichtenformat für die Interaktion mit Web-Services . 596
19.4.6 Implementierung des Web-Services.598
19.4.7 Aufruf des Web-Services.599
19.5 Übungen.601
19.6 Literatur.604
20 Leistungsbewertung 607
20.1 Überblick über Datenbanksystem-Benchmarks.607
20.2 Der TPC-C Benchmark.607
20.3 Die TPC-H und TPC-R (früher TPC-D) Benchmarks .610
20.4 Der 007 Benchmark für oo-Datenbanken.616
20.5 Der TPC-W Benchmark.617
20.6 Übungen.620
20.7 Literatur.620
Literaturverzeichnis 621
Index 657 |
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