Datenbanken im Einsatz Rainer Unland / Gu ̈ nther Pernul ISBN: 978-3-486-72141-6 © 2015 Walter de...

Datenbanken im EinsatzRainer Unland / Gunther Pernul ISBN: 978-3-486-72141-6

Abbildungsübersicht / List of FiguresTabellenübersicht / List of Tables

Abb. 1.1: Entwicklungszyklus einer Datenbankanwendung

Abb. 1.2: Phasen des Datenbankentwurfs

Abb. 1.3: Entwurfsphasen, Daten- und Datenbankmodelle

Abb. 2.1: Unterschiedliche Anforderungstypen im Anforderungsdokument

Abb. 2.2: Isolierte Dateiverwaltung

Abb. 2.3: Integrierte Dateiverwaltung

Abb. 2.4: Externes und internes Modell einer Datenbankverarbeitung

Abb. 2.5: ANSI/SPARC Architekturmodell

Abb. 2.6: Auswahl von Erhebungstechniken (nach [Hane84])

Abb. 2.7: Strukturierungsmerkmale fur Attribute

Abb. 2.8: Entitytyp mit Ausprägungen

Abb. 2.9: Beziehungstyp „liefert“ mit Ausprägungen

Abb. 2.10: Strukturierungsmerkmale fur Beziehungstypen

Abb. 2.11: Teil der Informationsanforderungen an Entitytyp „Auftrag“

Abb. 2.11: Teil der Informationsanforderungen an Entitytyp „Auftrag“ (Fortsetzung)

Abb. 2.12: Elemente im Datenflussdiagramm

Abb. 2.13: Prozess im Datenflussdiagramm

Abb. 2.14: Datenspeicher im Datenflussdiagramm

Abb. 2.15: Akteure im Datenflussdiagramm

Abb. 2.16: Formen von Wertfluss im Datenflussdiagramm

Abb. 2.17: Schematransformationen in Datenflussdiagrammen nach [BaCN92]

Abb. 2.18a,b: Top-down-Vorgehensweise, Schritt 1 und 2

Abb. 2.18c,d: Top-down-Vorgehensweise (Fortsetzung)

Abb. 2.19a,b: Bottom-up-Vorgehensweise, Schritt 1 und 2

Abb. 2.19c,d: Bottom-up-Vorgehensweise (Fortsetzung)

Abb. 2.20: Beispiel einer Inside-out-Vorgehensweise

Abb. 2.21: Szenario und Ereignisabfolgediagramm „Bestellvorgang“

Abb. 2.22: Transaktion „Bestellungen erstellen“

Abb. 2.23: Anforderungsformular der Transaktion „Bestellungen erstellen“

Abb. 3.1: Ansätze zur konzeptuellen Modellbildung

Abb. 3.2: ERD-Notation

Abb. 3.3: Kursverwaltung

Abb. 3.4: Beispiele unterschiedlicher Beziehungstypen

Abb. 3.5: Beispiel Bestellvorgang (Fortsetzung)

Abb. 3.6: Gegenuberstellung von Darstellungsformen fur ERD, nach [Teor98]

Abb. 3.7a–d: Beispiele dreistelliger Beziehungstypen

Abb. 3.7e–g: Beispiele dreistelliger Beziehungstypen (Fortsetzung)

Abb. 3.8: Aggregation im ERM

Abb. 3.9: Generalisierungs- und Subtypenhierarchie

Abb. 3.10: Konzepte des SERM [FeSi98]

Abb. 3.11: Bestellvorgang in SERM (nach [FeSi98])

Abb. 3.12: Kategorisierung im ER-Modell, nach [ElNa94]

Abb. 3.13a–d: Struktur- und funktionsorientierte Modellbildung

Abb. 3.13e,f: Struktur- und funktionsorientierte Modellbildung(Fortsetzung)

Abb. 3.14: Entwicklungsgeschichte der Unified Modeling Language UML

Abb. 3.15: Klassen und Objekte in UML

Abb. 3.16: Assoziation in UML

Abb. 3.17: Generalisierung in UML

Abb. 3.18: Anwendungsfalldiagramm in UML

Abb. 3.19: Sequenzdiagramm in UML

Abb. 3.20: Kollaborationsdiagramm in UML

Abb. 3.21: Zustandsdiagramm in UML

Abb. 3.22: ARIS-Zerlegungssichten und -Beschreibungsebenen [nach Sch98a]

Abb. 3.23: Metamodelle in ARIS [nach Scha98a]

Abb. 3.24: V-Modell des SOM-Ansatzes [nach FeSi95]

Abb. 3.25: Sichtweisen auf Artikeldaten

Abb. 3.26: Integration enthaltender Entitytypen

Abb. 3.27: Integration uberlappender Entitytypen

Abb. 3.28: Korrespondenzen zwischen Beziehungstypen

Abb. 3.29: Integration von Beziehungstypen gleichen Grades, gleicher Rollen, unterschiedlicher Kardinalitäten

Abb. 3.30: Integration von Beziehungstypen gleichen Grades, unterschiedlicher Rollen, Untermengenbeziehung

Abb. 3.31: Integration von Beziehungstypen gleichen Grades, unterschiedlicher Rollen, uberlappende Beziehungsmengen

Abb. 3.32: Integration von Beziehungstypen unterschiedlichen Grades, bedingt zusammenfuhrbar

Abb. 3.33: Integration von Beziehungstypen unterschiedlichen Grades, nicht zusammenfuhrbar

Abb. 3.34: Formale und informelle Begriffe des Relationenmodells

Abb. 3.35: Beispiel „Fuhrpark“

Beispiel 3.26: Division r1 ÷ r2

Abb. 3.36: Darstellung der Relation „Zuordnung“

Beispiel 3.29: Verletzung der Verbundtreue

Abb. 3.37: DB-Normalisierungsvorgang

Beispiel 3.32: Mehrwertige Abhängigkeit

Aufgabe 3.26: Normalisierung

Aufgabe 3.28: Normalisierung

Aufgabe 3.29: Mehrwertige Abhängigkeiten

Abb. 4.1: Abbildungsprozess Realwelt ↔Relationales Datenbankmodell

Beispiel 4.1: Transformation unärer 1:1 -Beziehungstypen⟨ ⟩

Beispiel 4.2: Transformation unärer 1:N -Beziehungstypen⟨ ⟩

Beispiel 4.3: Transformation unärer N:M -Beziehungstypen⟨ ⟩

Abb. 4.2: Transformation totaler 1:1 -Beziehungstypen⟨ ⟩

Abb. 4.3: Nullmarken bei Beziehungstypen und Entitytypen

Beispiel 4.5: Transformation binärer 1:1 -Beziehungstypen⟨ ⟩

Beispiel 4.6: Transformation binärer 1:N -Beziehungstypen (⟨ ⟩ Fortsetzung)

Beispiel 4.6: Transformation binärer 1:N -Beziehungstypen⟨ ⟩

Beispiel 4.7: Transformation binärer N:M -Beziehungstypen⟨ ⟩

Beispiel 4.8: Transformation ternärer 1:1:1 -Beziehungstypen⟨ ⟩

Beispiel 4.9: Transformation ternärer 1:1:N -Beziehungstypen⟨ ⟩

Beispiel 4.10: Transformation ternärer 1:N:M -Beziehungstypen⟨ ⟩

Beispiel 4.11: Transformation ternärer N:M:P -Beziehungstypen⟨ ⟩

Beispiel 4.12: Transformation von Generalisierungshierarchien

Beispiel 4.13: Transformation von Subtypenhierarchien

Abb. 4.4: EER-Modell des Produktionsunternehmens

Aufgabe 4.1: Flugteilnehmer

Aufgabe 4.2: Flughafeninformationssystem

Aufgabe 4.3: Krankenhausinformationssystem

Abb. 2.5: ANSI/SPARC Architekturmodell

Aufgabe 4.4: Projektverwaltung

Abb. 5.1: Drei-Ebenen-Schemaarchitektur nach ANSI

Abb. 5.2: Vereinfachte Darstellung der Systemarchitektur eines DBMS

Abb. 5.3: Datenstruktur eines konzeptuellen Datenbankschemas

Abb. 5.4: Struktur einer Datenbank aus der Sicht von SQL7

7Genau genommen impliziert diese Abbildung, dass es sogar noch eine weitere Ebene, die Ebene der Menge von Katalogen gibt. Grundsätzlich gilt fur diese Ebene dasselbe wie fur die Ebene der Datenbankschemata. Deshalb soll diese Ebene hier auch nicht weiter diskutiert werden.

Tabelle 6.1: Typen von Relationen

Tabelle 6.2: Verwendete Notation

Tabelle 6.3: Beispielrelationen mit konkreten Instanzen bzw. Ausprägungen

Abb. 6.1: Basisoperationen der relationalen Algebra (Fortsetzung)

Abb. 6.1: Basisoperationen der relationalen Algebra

Beispiel 6.8: Vereinigung

Beispiel 6.9: Differenz

Beispiel 6.10: Durchschnitt

Beispiel 6.11: (Konstanten-)Selektion

Beispiel 6.12: Attributselektion

Beispiel 6.16: Gleichverbund

Beispiel 6.18: Naturlicher Verbund

Beispiel 6.19: Varianten von Verbunden (Fortsetzung)

Beispiel 6.19: Varianten von Verbunden

Tabelle 6.4: Mit den unterschiedlichen Verbundoperationen verbundener Aufwand16

16 nach [FMRW94]

Tabelle 6.5: Operatoren der Relationenalgebra

Abb. 6.2: Formale Basis gängiger relationaler Anfragesprachen

Abb. 7.1: Die Entwicklung der SQL-Standards

Abb. 7.2: Aufbau einer SQL-Anfrage

Tabelle 7.1: Gegenuberstellung von relationalen und SQL-Ausdrucken

Tabelle 7.2: Verwendete erweiterte Backus-Naur-Syntaxnotation

Tabelle 7.3: Basisbefehle der DDL

Abb. 7.3: Basisdatentypen in SQL-92

Tabelle 7.4: Erlaubte arithmetische Operationen auf chronologischen Datentypen

Tabelle 7.5: Speicherplatzbedarf von Multimediaobjekten

Tabelle 7.6: Spezifikation der Datentypen in SQL-92

7 Es sei darauf hingewiesen, dass der Standard viele Schreibweisen unterstutzt, die hier nicht alle aufgefuhrt werden können. So kann beispielsweise VARCHAR auch als CHAR VARYING oder CHARACTER VARYING geschrieben werden.8 l steht fur Länge9 Hinter dem TO darf nur eine Zeiteinheit stehen, deren Granularität feiner ist als die Zeiteinheit vor dem TO (YEAR TO MONTH ist korrekt, während YEAR TO YEAR nicht erlaubt ist).10 Es gilt Fußnote 7.2.2.1 sinngemäß.

Tabelle 7.7: Beispiele fur SQL-92-Datentypen

11 Die Bitfolge ist in Hexadezimalnotation dargestellt

Tabelle 7.8: Prädikate und ihre Aufgabe

Abb. 7.4: Fremdschlussel

Abb. 7.5: ER-Diagramm Nahverkehr

Tabelle 7.9: Aggregatfunktionen und ihre Semantik

Abb. 7.6: FROM-Klausel

Tabelle 7.10: Verbundoperation und ihre Bezeichnung in SQL

Beispiel 7.73: Prinzipielle Arbeitsweise des äußeren Verbundes

Beispiel 7.76: UNION JOIN der Tabellen von Beispiel 7.73

Tabelle 7.11: Vergleich der Verbundbedingung nach altem und SQL-92-Standard74

73 Hier sind wieder alle Varianten wie beim inneren Verbund möglich. Da sie identisch zum inneren Verbund zu formulieren sind, ist hier nur beispielhaft der naturliche äußere Verbund spezifiziert worden. Die hier angegebene „alte“ Variante ist eine mögliche Formulierung. Nicht jeder SQL-Dialekt unterstutzt den äußeren Verbund und die, die ihn anbieten, tun dies oft in einer anderen Form.74 Man beachte, dass SQL-92 auch eine Formulierung von Verbunden entsprechend der „alten“ Variante erlaubt.

Tabelle 7.12: Kostenvergleich der Verbundoperationen

Tabelle 7.13: Semantik der Booleschen Operatoren

Tabelle 7.14: Wahrheitstabellen fur die dreiwertige Logik

Tabelle 7.15: Das Ergebnis bedingter Ausdrucke in SQL

Tabelle 7.16: Beispiel einer Ausprägung der ProduktLagertIn-Tabelle

Tabelle 7.17: Aufteilung der Ausgangstabelle in Untertabellen durch die GROUP BY-Klausel

Tabelle 7.18: Ergebnis einer Anfrage mit GROUP BY-Klausel

Tabelle 7.19: Ergebnis einer ORDER BY-Klausel92

92 Wie man sieht, ist das Ergebnis wegen der Wiederholungen der Lagerbezeichnungen nicht mehr ganz so gut lesbar. Der SQL-Standard bietet hier keine Möglichkeiten, die Lesbarkeit zu verbessern. Doch unterstutzen viele SQL-Dialekte Formatierungsbefehle (z. B. FORMAT), mit denen die Ergebnisausgabe optisch zumindest etwas ansehnlicher gestaltet werden kann. Auf einer professionelleren Ebene bleibt es den auf SQL aufsetzenden Reportgeneratoren,4GL-Entwicklungswerkzeugen (Sprachen der vierten Generation) oder Wirts- bzw. (Host-) Sprachen uberlassen, fur eine schönere Präsentation zu sorgen.

Tabelle 7.20: Semantik der mengenorientierten Prädikate

105 Wert kann in dieser Tabelle auch einen zusammengesetzten Wert (Zeilenkonstruktor) darstellen.

Tabelle 7.21: Alternativen fur ANY und ALL

110 Kann nur in Ausnahmefällen nicht erfullt sein; Beispiel: WHERE 5 ≠ ANY(5, 5, . . ., 5). Man kann zeigen, dass das Prädikat immer erfullt sein muss, wenn die Wertemenge mindestens zwei unterschiedliche Werte enthält. 111Ist nur in Ausnahmefällen erfullt; Beispiel: WHERE 5=ALL(5, 5, . . ., 5). Man kann zeigen, dass das Prädikat nicht erfullt sein kann, wenn die Wertemenge mindestens zwei unterschiedliche Werte enthält.

Tabelle 7.22: Alternativen fur EXISTS

Abb. 7.7: Abarbeitungsreihenfolge und Semantik der Basisklauseln von SQL

Tabelle 7.23: Vorrangregeln bei den SQL-Operatoren (hoch: 7 . . . 0: niedrig)

Tabelle 7.24: Rechtevergabe fur Operationen in SQL-92

135 Tabelle ist hier als Oberbegriff fur eine Basistabelle oder eine Sicht zu verstehen.

Abb. 7.8: Funktionsweise des Vorubersetzers

Abb. 7.9: Definition eines Cursors

Abb. 7.10: Abarbeitung einer Anfrage

Abb. 7.11: Operatorbaum

Abb. 7.12: Ausfuhrungsplan

Tabelle 7.25: Äquivalente Ausdrucke der Relationenalgebra

Abb. 7.13: Optimierte Anfrage von Beispiel 7.172

Tabelle 7.26: Teilsprachen von SQL und ihre wichtigsten Basiskonstrukte

Abb. 8.1: Basisdatentypen in SQL:2011

Tabelle 8.1: Zusammenfassung der durch die neuen Typkonstruktoren modellierbaren Beziehungsarten

Beispiel 8.32: Identität und Formen von Gleichheit

Abb. 8.2: Klasse Mitarbeiter mit gekapselter Datenstruktur und Methoden

Beispiel 8.47: Tabellen- und Typhierarchie

Beispiel 8.48: Tabellenhierarchie mit mehreren Tabellen vom selben Typ

Abb. 8.3: Alternative Tabellenhierarchien

Beispiel 8.51: Zusammenspiel zwischen Typ- und Tabellenhierarchie

Beispiel 8.53: Zusammenspiel zwischen Typ- und Sichtenhierarchie

Abb. 8.4: Erweiterte Typhierarchie

Abb. 8.5: Typhierarchie und unverbundene Tabellenhierarchien

Abb. 8.6: Typhierarchie und verbundene Tabellenhierarchien

Abb. 8.7: Anfragen und Sichtbarkeit ohne eingefugte leere OberTabelle

Abb. 8.8: Anfragen und Sichtbarkeit bei eingefugter leerer OberTabelle

Abb. 8.9: Typhierarchie

Abb. 8.10: Tabellenhierarchie

Tabelle 8.2: Erlaubte Datenbezuge innerhalb von Triggern

Tabelle 8.3: Beispielhaftes Ergebnis fur Anfrage 1

Abb. 8.11: Der Datentyp DATALINK zum Verwalten externer Objekte

Abb. 9.1: Paralleler Zugriff von Anwendungen auf die DB

Abb. 9.2: Serialisierbarkeit

Tabelle 9.1: Kompatibilität der Sperrmodi

Tabelle 9.2: Kompatibilitätsmatrix der Warnsperrmodi

Abb. 9.3: Verschiedene Varianten des Zweiphasen-Sperrprotokolls

Abb. 9.4: Fortgepflanztes Rollback

Abb. 9.5: Phasen einer Transaktion bei optimistischer Synchronisation

Abb. 9.6: Ursprungliche Validation nach Kung und Robinson

Abb. 9.7: Unnötiges Zurucksetzen bei der ursprunglichen Validationstechnik

Abb. 9.8: Schnappschussvalidation mit kritischem Abschnitt

Abb. 9.9: Schnappschussvalidation ohne kritischen Abschnitt

Tabelle 9.3: Konsistenz- bzw. Isolationsstufen von Transaktionen

Abb. 9.10: Architektur von TP-Monitoren

Abb. 9.11: Arbeitsweise eines DBMS

Tabelle 9.4: Strategien zum Zuruckschreiben modifizierter Daten

Tabelle 9.5: Physische und logische Logdateieinträge fur ein Reiseburoszenario

Abb. 9.12: Arbeitsweise eines Logdatei-Ringpuffer

Abb. 9.13: Systemzusammenbruch (crash)

Abb. 9.14: Checkpoint mit Stillstand

Abb. 9.15: Checkpoint ohne Stillstand

Abb. 9.16: Erfolgreiche und zuruckgesetzte Transaktion

Abb. 9.17: Aufbau einer geschachtelten Transaktion T

Abb. 9.18: Mögliche Reaktionen im Fehlerfall

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