Entwicklung einer MySQL – Datenbank · Facharbeit Informatik: Entwicklung einer MySQL - Datenbank ... muss das PHP Script SQL-Befehle generieren und diese an die MySQL-Datenbank

Facharbeit Informatik: Entwicklung einer MySQL - Datenbank

Fachoberschule am Beruflichen Schulzentrum e.o. Plauen

Facharbeit

in der Fachrichtung Technik im Fach Informatik

Entwicklung einer MySQL – Datenbank

von Max Epperlein

FOSTLA04 Betreuer: Herr Taschik Ort, Datum: 03. März 2005

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Inhaltsverzeichnis 1 Erläuterung......................................................................................3

1.1 Facharbeitsbeschreibung.............................................................3 1.2 Facharbeitsziel ..............................................................................3

2 Einführung in Relationale Datenbanken....................................3

2.1 Datenbanken..................................................................................3 2.2 Relationale Datenbank-Modelle ...................................................4 2.3 Datenbank – Management – Systeme (DBMS) ..........................5 2.4 SQL (Structured Query Language) ..............................................6

3 Normalisierung des Datenbank-Modells ...................................7

3.1 Ziel der Normalisierung ................................................................7 3.2 Erste Normalform (1. NF)..............................................................7 3.3 Zweite Normalform (2. NF)............................................................8 3.4 Dritte Normalform (3. NF) .............................................................9

4 Implementierungsprozess ..........................................................10

4.1 MySQL als Datenbank-Management-System ...........................10 4.2 Implementierungsphase .............................................................10

4.2.1 PHP (Hypertext Preprocessor).............................................10 4.2.3 Anlegen der Datenbasis .......................................................11 4.2.4 Einfügen, Bearbeiten und Suchen der Daten .....................11

5 Zusammenfassung ......................................................................12 6 Anhang ...........................................................................................13

6.1 Logisches Datenbankmodell......................................................13 6.2 Literaturverzeichnis ....................................................................14 6.3 Selbstständigkeitserklärung ......................................................14

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1 Erläuterung

1.1 Facharbeitsbeschreibung

Eine Vorüberlegung vor Begin der Facharbeit war es, etwas zu schaffen, was

auch im weiteren Schulalltag Verwendung finden könnte. Durch die vorher

absolvierte Berufsausbildung und die Absicht, auch in Zukunft im

Informatikbereich tätig zu sein, entschloss ich mich, die Facharbeit im Fach

Informatik zu schreiben.

1.2 Facharbeitsziel

Das Ziel der Facharbeit ist die Entwicklung einer MySQL – Datenbank zur

Archivierung des Facharbeitenbestandes unserer Schule. Um die Nutzung,

Administration und Pflege der Datenbank zur erleichtern, wird zusätzlich eine

Anwendung mit Benutzeroberfläche entworfen. Somit können die

Facharbeiten und die dazugehörigen Schülerdaten einfach verwaltet und

schnell abgerufen werden. 2 Einführung in Relationale Datenbanken

2.1 Datenbanken

Der Begriff Datenbank wird in der Literatur als eine zweckgerichtete,

strukturierte Sammlung von Daten, die einen Realitätsausschnitt abbilden und

logisch miteinander in Beziehung stehen, bezeichnet. Ein Beispiel für eine

nichtelektronische Datenbank ist eine Bibliothek. In dieser werden Bücher,

Zeitschriften, Dokumente gesammelt und dem Nutzer strukturiert zur

Verfügung gestellt. Der hat dann mittels Karteikarten oder dem Zeitschriften-

Index die Möglichkeit, den Bibliothekbestand nach beliebigen Datensätzen

anhand unterschiedlicher Suchkriterien zu durchforsten. Voraussetzung dafür

ist jedoch eine exakte Pflege des Datenbestandes, die bei Bibliotheken eine

schwierige Aufgabe darstellt. Ein weiterer Nachteil gegenüber der

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elektronischen Speicherung einer Datenbank ist der nicht unerhebliche

Zeitaufwand für die Suche von Informationen und der enorme Raumbedarf

von Bibliotheken.

2.2 Relationale Datenbank-Modelle Eine relationale Datenbank organisiert den elektronischen Datenbestand in

Form von Tabellen, die sich wiederum aus Zeilen und Spalten

zusammensetzten. Aus Benutzersicht besteht jede relationale Datenbank also

nur aus zweidimensionalen Tabellen. In der folgenden Abbildung sind die

Tabellenbestandteile und deren Bezeichnungen dargestellt.

Informationstheoret. Begriffe

Tabellenorientierte Bezeichnungen

Datenorientierte Bezeichnungen

Relation Tabelle Tabelle

Entität Tabellen – Kopf Objekt – Bezeichner

Tupel Tabellen – Zeile Datensatz

Attribut Tabellen – Spalte Attribut, Merkmal, Eigenschaft

Attributwert Tabellen – Feld Attributwert, Ausprägung eines Merkmals

Abbildung 1-1: Bestandteile einer Datenbanktabelle

Zur Begrenzung von Redundanzen müssen die Daten auf mehrere Tabellen,

die miteinander in Beziehung stehen, verteilt werden (siehe: 3 Normalisierung

des Datenbankmodells). Dadurch lassen sich Daten leicht ändern, hinzufügen

und löschen, was wiederum eine hohe Flexibilität gewährleistet. Außerdem ist

die Anwendungsentwicklung bei vollständiger Implementierung des SQL

Standards (siehe: 2.4 SQL) im DBMS einfach und schnell realisierbar. Der

Nachteil dieses Modells besteht jedoch darin, dass große relationale

Datenbanken eine hohe Rechnerleistung erfordern und bei Datenzugriffen auf

eine Vielzahl von Tabellen das Laufzeitverhalten verschlechtern können.

Dennoch überwiegen die Vorteile der relationalen Datenbank – Architektur.

Deshalb wird diese von nahezu allen neueren Datenbank - Management

Systemen verwendet.

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2.3 Datenbank – Management – Systeme (DBMS)

Für das Anlegen, Verwalten und Pflegen elektronischer Datenbanken wird

neben der eigentlichen Datenbank zunächst eine Software benötigt, die dem

Benutzer diese Funktionen zur Verfügung stellt. Diese Software und die damit

verbundene Daten Zugriffsverwaltung bezeichnet man als Datenbank -

Management - System.

Organisationsprinzip eines modernen Datenbanksystems

Datenbank-Applikationen

Anwendung n Benutzeroberfläche (Menüs, Formulare)

Anwender-Operationen (Datenpflege, Abfragen, …)

Anwendung 1

Anwendung 2

Datenbankverwaltungssystem (z.B. DB2, Informix, MySQL, Oracle)

DBMS (Datenbank-Management-Sytem)

(logische Daten-Zugriffsverwaltung)

Datenbasis

Datenbank (physisch gespeicherte Daten)

Abbildung 1-2: Überblick; Organisationsprinzip moderner Datenbanksysteme.

Nahezu alle modernen Datenbanksysteme basieren auf der ISAM –

Architektur (Index Sequential Access Method). Dieses indexsequentielle

Zugriffsverfahren stellt eine Weiterentwicklung der B-Baum-Architekturen dar

und gewährleistet sehr hohe Funktionssicherheit und kurze

Datenzugriffszeiten auch bei sehr großen Datenmengen durch binäre

Indexblocksuche und sequentielle Datenblocksuche. Mit anderen Worten

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werden die Daten anhand des Schlüsselwertes binär und die dazugehörigen

Datenblöcke sequentiell nach Übereinstimmung mit der Suchanfrage

durchforstet.

2.4 SQL (Structured Query Language) SQL wurde in Verbindung mit der Entwicklung des relationalen

Datenbankmodells geschaffen und ist eine beschreibende, mengen orientierte

DBMS – Zugriffssprache. Diese stellt die Kommunikation zwischen

Anwendung und Datenverwaltungssystem sicher. Da die

Datenbankanwendung fast ausschließlich von mehreren Benutzern zu

unterschiedlichen Zwecken, wie zum Beispiel zur Administration, Pflege oder

zum Informationsgewinn genutzt werden, stellt SQL fünf Kommandoklassen

bereit. Es kann so sichergestellt werden, dass jede Benutzerebene zwar über

das DBMS mit der Datenbasis kommunizieren kann, jedoch nur die für die

explizite Nutzung vorgesehenen Maßnahmen zur Verfügung stehen.

SQL – Kommandoklassen

DAL

Database Administration

Language

Create Database Install Database Check Database Alter Database Alter Password

Grant Revoke

Deinstall Database Drop Database

DQL

Data Query

Language

Select

DML

Data Manipulation Langueage

Update

Insert Into Delete...From

Select... into

TCL

TransactionControl

Language

Connect To Disconnect

Commit Rollback

DDL

Database Definition Language

Create TableCreate Index Create View Alter Table Drop View Drop Index Drop Table

Abbildung 1-3: Übersicht; SQL-Kommandoklassen SQL ist somit das grundlegende Werkzeug für die Interaktion mit dem

Datenbankverwaltungssystem und ist als weltweiter Standard anerkannt.

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3 Normalisierung des Datenbank-Modells

3.1 Ziel der Normalisierung

Die Normalisierung des Datenbankmodells dient der Entfernung

unerwünschter Datenredundanzen und dadurch der Vermeidung von Update

- Anomalien. Update - Anomalien sind Schwierigkeiten mit den Insert -,

Update- und Delete – Operationen einer Datenbank, die auf die Datenstruktur

zurückzuführen sind. Die Normalisierung ist Teil der Datenmodellierung und

liefert als Ergebnis ein logisches Datenbankmodell mit Tabellen und deren

Assoziationen. Im Vorfeld der Normalisierung muss zunächst jedoch die

gesamte zu erfassende Informationsstruktur ermittelt und deren logische

Beziehungen analysiert werden.

Die einzelnen Normalformen sind Richtlinien für die Entwicklung

redundanzarmer Datenbankmodelle und helfen zum Teil Integritäts- und

Inkonsistenz- Fehlerquellen zu vermeiden. Im folgenden Abschnitt werden die

einzelnen Normalisierungsformen im direkten Zusammenhang mit der

Facharbeiten Datenbank erläutert, wobei jedoch aus Platzgründen nur auf

einen geringen Teil der vorhandenen Entitäten eingegangen werden kann.

3.2 Erste Normalform (1. NF)

Eine Entität befindet sich in der ersten Normalform, wenn alle ihre Attribute nur

einen einzigen Wert besitzen. Der Wert jedes Attributes muss elementar und

atomar sein.

Schüler(1)

Id Schülername

25 Mustermann, Hans

… …

Schüler(2)

Id Name Vorname

25 Mustermann Hans

… … …

Abbildung 2-1: Auszug; Entität Schüler(2) entspricht der ersten NF.

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In der Entität Schüler(1) der Abbildung 2-1 setzt sich das Attribut Schülername

aus dem Nach- und Vornamen zusammen und besitzt somit zwei Werte. Wie

in Schüler(2) dargestellt wird Schüler nun in die Attribute Name und Vorname

zerlegt. Das Ergebnis Schüler(2) entspricht nun der ersten Normalform.

3.3 Zweite Normalform (2. NF)

Eine Entität befindet sich in der zweiten Normalform, wenn sie bereits in der

ersten Normalform vorliegt und alle nicht identifizierenden Attribute von der

eindeutigen ID der Entität abhängen. Mit anderen Worten muss jede Spalte,

außer Id, da sie den Primärschlüssel einer Zeile bildet, von der Tabelle

Schüler selbst funktional abhängig sein.

SchülerId SchName SchVname Anschrift Ort Plz

25 Mustermann Hans Mühlweg 4 Bad Elster 08645

… … … …

Abbildung 2-2: Auszug; Entität Schüler, entsprechend der ersten NF

Durch das Prüfen der in Abbildung 2-2 dargestellten Attribute fällt auf, dass die

Attribute Anschrift, Ort, Plz keine unmittelbare funktionale Abhängigkeit zu der

Entität Schüler aufweisen, da für mehrere Schüler die gleiche Adresse

vorhanden sein kann. Deshalb wird Adresse als neue Entität mit den

Attributen Anschrift, Ort, Plz in die Datenbank aufgenommen. Nun werden die

Attribute der beiden Entitäten über Primär- und Sekundärschlüssel

miteinander verknüpft.

Die daraus entstandenen Änderungen der Tabellen und deren Merkmale, die

jetzt der zweiten Normalform entsprechen, sind in der Abbildung 2-3

aufgeführt.

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SchülerId SchName SchVname AdressId

25 Mustermann Hans 1

… … … …

AdresseId Anschrift …

1 Mühlweg 4 …

… … …

Abbildung 2-3: Auszug; Entitäten Schüler und Adresse, der zweiten NF entsprechend

3.4 Dritte Normalform (3. NF)

Eine Entität befindet sich in der dritten Normalform, wenn sie bereits in der

zweiten Normalform vorliegt und keine funktionalen Abhängigkeiten zwischen

Nichtschlüsselattributen bestehen.

Die Tabellen der Facharbeiten Datenbank erfüllen durch die Realisierung der

zweiten Normalform bereits die Kriterien der dritten Normalform (siehe: 6.1

Logisches Datenbankmodell). Eine Verletzung der dritten NF läge nur dann

vor, wenn der Entität Adresse zusätzlich die Attribute Land-Code und Land-

Name, die Nichtschlüsselattribute darstellen jedoch eine funktionale

Abhängigkeit zueinander aufweisen, beigefügt werden müssten. Da jedoch

davon ausgegangen werden kann dass sich die Adresse eines Schülers

innerhalb Deutschlands befindet, können diese Attribute vernachlässigt

werden.

Es existieren noch weitere Normalformen, die jedoch nicht für die Entwicklung

effizienter Datenbankstrukturen relevant sind und somit vernachlässigt werden

können.

Bevor mit dem nächsten Schritt, der Implementierungsphase, begonnen

werden kann, müssen zunächst die Datentypen aller Attribute festgelegt

werden (siehe: 6.1 Logisches Datenbankmodell), um die Entstehung von nicht

erwünschten Speicherbeanspruchungen zu vermeiden.

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4 Implementierungsprozess

4.1 MySQL als Datenbank-Management-System

MySQL ist eines der am häufigsten eingesetzten Open – Source –

Datenbankverwaltungssysteme und wurde unter der GPL (General Public

License) veröffentlicht. Es stellt eine preisgünstige, oft sogar kostenlose und

kompakte Alternative zu anderen großen Datenbank – Engines dar. Leider ist

in dieser Software SQL nicht in vollem Umfang implementiert. Es fehlen

außerdem einige Funktionen, die für komplexere Anwendung notwendig sein

können. Zum Beispiel lassen sich zwar bestimmte Attribute als Primär-

beziehungsweise Sekundärschlüssel kennzeichnen, werden jedoch nicht von

MySQL geprüft. Dadurch wird die Anwendungsentwicklung erschwert.

Dennoch liefert MySQL als DBMS auf Webservern besonders gute

Performance Ergebnisse und findet in diesem Bereich die häufigste

Anwendung.

Da MySQL bereits auf dem Webserver der Schule integriert ist, müssen keine

Installations- und Konfigurationsmaßnahmen des Datenbankverwaltungs-

systems durchgeführt werden.

4.2 Implementierungsphase

4.2.1 PHP (Hypertext Preprocessor)

Da auf dem Server bereits die Scriptsprache PHP verfügbar ist, wurde die

Anwendung in Form von mehreren Scripten entworfen. PHP stellt einen

riesigen, speziell für die Webprogrammierung konzipierten Funktionsumfang

bereit. Unter anderem wird auch das Einbinden von MySQL-Datenbanken

gewährleistet. Da die direkte Interaktion zwischen Anwendung und MySQL nur

mit SQL realisierbar ist, muss das PHP Script SQL-Befehle generieren und

diese an die MySQL-Datenbank senden. Der Befehl wird vom

Datenverwaltungssystem verarbeitet und eine Rückmeldung an das Script

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übergeben. Aus der Rückmeldung erzeugt das Script auf dem Server

eventuelle Benutzerausgaben oder Fehlermeldungen und übermittelt diese in

Form eines HTML-Dokumentes (Hyper Text Markup Language) an den Client-

Rechner.

4.2.3 Anlegen der Datenbasis

Um sicherzustellen dass auf dem Schul-Webserver die Datenbasis

entsprechend des Datenmodells angelegt wird, existiert eine Anwendung, die

diese Aufgabe erfüllt. Es steht nun die Grundlage zum Anlegen des logischen

Datenmodells mit allen Beziehungen der Entitäten bereit und es ist ebenfalls

die Interaktion zwischen Anwendung und DBMS gesichert. Das

Installationsscript („install/install.php“) legt alle Tabellen und deren Attribute in

der Datenbank „facharbeiten“ an. Vorher muss diese jedoch von einem

Administrator eingerichtet und in der Datei „config.php“ die Adresse des

Webservers und die Login –Daten des Datenbank – Benutzers aktualisiert

werden.

Nachdem das Installationsscript erfolgreich ausgeführt wurde, existiert das

Datenbankmodell in Form von Tabellen und Spalten in der Datenbank. Nur

enthalten die einzelnen Attribute noch keine Werte.

4.2.4 Einfügen, Bearbeiten und Suchen der Daten

Der folgende SQL-Befehl verdeutlicht, dass Eingaben über die

Benutzeroberfläche des Datenverwaltungssystems einen aufwendigen und

zeitintensiven Prozess darstellen.

INSERT INTO tb_schueler (SchName, SchVname, AdressId) VALUES

(‘Musterman’, ‘Hans’, ‘1’);

Abbildung 4-1: Beipiel eines SQL-Befehls

Da dieser Befehl allein dazu dient, einen einzigen Schüler in die Datenbank

aufzunehmen, müssten bei großen Datenmengen unzählige Kommandos per

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Hand eingegeben werden. Um den Nutzern diesen Aufwand zu ersparen,

wurde ebenfalls bereits eine Anwendung entwickelt. Aufgrund der Tatsache,

dass die Schlüsselüberprüfung bei MySQL nicht vollständig funktionsfähig ist,

ist der Entwicklungsaufwand des Administrationsscripts enorm gestiegen.

Deshalb konnten noch nicht alle vorgesehenen Funktionen in das Script

implementiert werden. Jedoch ist es bereits möglich, Datensätze in die

Datenbank aufzunehmen und diese teilweise auch zu bearbeiten. Allerdings

konnte der Quellcode der Administrationsdatei „managedb.php“ noch nicht

überarbeitet und optimiert werden.

Da der Datenbestand auch den Besuchern der Schul-Website zugänglich

gemacht werden soll, musste eine Anwendung für die Suche mit bestimmten

Kriterien und einer Ausgabe der gefundenen Datensätze ermöglicht werden.

Diese ist bereits mit dem Script „searchdb.php“ realisiert worden. Es besteht

dadurch die Möglichkeit sich alle Facharbeiten eines Fachbereiches anzeigen

zu lassen oder nach einem expliziten Datensatz zu suchen.

5 Zusammenfassung Mit dem Datenbank-Modell, das von der Installationsanwendung umgesetzt wird,

steht der Schule nun die Möglichkeit zur Verfügung, die Datenbank einfach und

schnell anzulegen. Durch das Administrationsscript lassen sich die

Datenbestände in die Datenbank eingeben und können durch die Suchfunktion

gezielt wieder gefunden werden. Die Funktionen zum Einfügen und Pflegen der

Daten arbeiten redundanzarm und vermeiden so größtenteils das Auftreten von

Konsistenzfehlern durch die Anwendung. Lediglich die Funktionen zum

Bearbeiten und Löschen der Datensätze müssen im Nachhinein noch

vervollständigt werden.

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6 Anhang

6.1 Logisches Datenbankmodell

Die folgende Abbildung veranschaulicht das Datenbankmodell, welches allen

3 Normalformen entspricht.

Abbildung 6-1: Darstellung des finalen Datenbank-Modells der Facharbeiten Datenbank

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6.2 Literaturverzeichnis

[1] Randy Jay Yarger; George Reese; Tim King: MySQL & mSQL. Köln: O

Reilly Verlag 2000

[2] FAQ der Newsgruppen de.comp.lang.php.

http://www.dclp-faq.de/

[3] MySQL-Referenzhandbuch.

http://www.mysql.com/doc/de/

[4] Christoph und Hatlak; Jens: Datenbank, MySQL und PHP.

http://ffm.junetz.de/members/reeg/DSP/

[5] Seidler, Kai: Apachefriends.


[6] Kelz, Andreas: Relationale Datenbanken – Eine Einführung.

http://v.hdm-stuttgart.de/~riekert/lehre/db-kelz/

[7] Stepken, Guido: MySQL Datenbankhandbuch.

http://www.rent-a-database.de/mysql/

[8] Morcinek, Peter: SQL Tutorium.

http://v.hdm-stuttgart.de/~riekert/lehre/db-kelz/

6.3 Selbstständigkeitserklärung

Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig und ohne

fremde Hilfe verfasst und keine anderen Hilfsmittel als angegeben verwendet

habe. Insbesondere versichere ich, dass ich alle wörtlichen und sinngemäßen

Übernahmen aus anderen Werken als solche kenntlich gemacht habe.

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http://www.dclp-faq.de/

http://www.mysql.com/doc/de/



http://v.hdm-stuttgart.de/%7Eriekert/lehre/db-kelz/

http://v.hdm-stuttgart.de/%7Eriekert/lehre/db-kelz/

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