Datenbanken Grundlagen und Design
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| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Heidelberg [und 4 weitere]
mitp
2014
|
| Ausgabe: | 5., aktualisierte und erweiterte Auflage |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis Klappentext |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Vorwort zur 5. Auflage...................................... 15
Über den Autor............................................ 16
Teil
I
Grundlagen .............................................. 17
1 Einführung in das Thema Datenbanken ....................... 19
1.1 Warum ist Datenbankdesign wichtig? ......................... 24
1.2 Dateisystem und Datenbanken............................... 26
1.2.1 Historische Wurzeln................................. 27
1.2.2 Probleme bei der Datenhaltung im Dateisystem .......... 28
1.2.3 Datenredundanzen und Anomalien .................... 35
1.3 Das Fallbeispiel............................................ 37
1.4 Zusammenfassung......................................... 38
1.5 Aufgaben................................................. 41
1.5.1 Wiederholung ...................................... 41
1.5.2 Zum Weiterdenken.................................. 42
2 Datenbanksysteme, Datenbankanwendungen und Middleware .... 43
2.1 Datenbanksysteme......................................... 43
2.2 Verschiedene Arten von Datenbanksystemen................... 47
2.3 DBMS-Funktionen......................................... 48
2.4 Datenbankmodelle......................................... 51
2.4.1 Hierarchische Datenbanken........................... 52
2.4.2 Netzwerk-Datenbanken .............................. 57
2.4.3 Relationale Datenbanken ............................. 59
2.4.4 ER-Datenbankmodelle ............................... 65
2.4.5 Objektorientierte Datenbanken ........................ 68
2.5 Datenbankanwendungen.................................... 73
2.5.1 Einschichtige Datenbankanwendungen ................. 74
2.5.2 Zweischichtige Datenbankanwendungen................ 74
2.5.3 N-schichtige Datenbankanwendungen.................. 76
2.6 Middleware............................................... 77
2.6.1 ODBC............................................. 78
Inhaltsverzeichnis
2.6.2
ADO
............................................. 79
2.6.3
ADO.NET
......................................... 81
2.7 Zusammenfassung........................................ 82
2.8 Aufgaben................................................ 90
2.8.1 Wiederholung ..................................... 90
2.8.2 Zum Weiterdenken................................. 90
3 Das relationale Datenbankmodell............................ 93
3.1 Entitäten und Attribute .................................... 94
3.2 Tabellen................................................. 95
3.3 Schlüssel ................................................ 98
3.4 Relationale Operatoren..................................... 104
3.4.1
DIFFERENCE
..................................... 104
3.4.2 DIVIDE........................................... 105
3.4.3
INTERSECT
....................................... 105
3.4.4
JOIN.............................................
106
3.4.5
PRODUCT
........................................ 108
3.4.6
PROJECT
......................................... 109
3.4.7
SELECT
.......................................... 110
3.4.8
UNION
........................................... 110
3.5 Beziehungen innerhalb der Datenbank .......................
1П
3.5.1 iii-Beziehung......................................
Ill
3.5.2 irN-Beziehung..................................... 113
3.5.3
M:N-Beziehung
.................................... 114
3.5.4 Optionale und nicht-optionale Beziehungen............. 115
3.5.5 Primär-ZFremdschlüssel und Datenredundanzen ........ 115
3.6 Metadaten ............................................... 116
3.7 Indizes.................................................. 119
3.8 Zusammenfassung........................................ 120
3.9 Aufgaben................................................ 125
3.9.1 Wiederholung ..................................... 125
3.9.2 Zum Weiterdenken................................. 125
Teil
II
Datenbankdesign und Implementierung..................... 129
4 ER-Datenbankmodellierung ................................ 131
4.1 Datenmodelle und Abstraktion.............................. 132
4.1.1 Das konzeptionelle Modell........................... 133
4.1.2 Das interne Modell ................................. 135
8
Inhaltsverzeichnis
4.1.3 Das externe Modell.................................. 136
4.1.4 Das physikalische Modell............................. 137
4.2 Das
Entity-
Relationship-Modell............................... 138
4.2.1 Entitäten........................................... 138
4.2.2 Attribute........................................... 139
4.2.3 Primärschlüssel..................................... 145
4.2.4 Beziehungen ....................................... 147
4.3 Erstellen eines ER-Diagramms ............................... 162
4.4 Zusammenfassung......................................... 1 70
4.5 Aufgaben................................................. 173
4.5.1 Wiederholung ...................................... 174
4.5.2 Zum Weiterdenken.................................. 1 74
5 Normalisierung............................................ 177
5.1 Warum Normalisierung?.................................... 1 77
5.1.1 Das Normalisierungsbeispiel.......................... 1 79
5.1.2 Erste Normalform................................... 180
5.1.3 Zweite Normalform ................................. 184
5.1.4 Dritte Normalform .................................. 186
5.1.5 Boyce-Codd-Normalform (BCNF) ...................... 191
5.1.6 Höhere Normalformen............................... 192
5.2 Normalisierung und Datenbankdesign ........................ 196
5.3 Denormalisierung ......................................... 199
5.4 Zusammenfassung......................................... 200
5.5 Aufgaben................................................. 202
5.5.1 Wiederholung ...................................... 202
5.5.2 Zum Weiterdenken.................................. 203
6 SQL-Grundlagen........................................... 205
6.1 Einführung............................................... 206
6.1.1 Historischer Überblick............................... 207
6.1.2, Datentypen......................................... 208
6.1.3 Die SQL-Komponenten............................... 210
6.1.4 Logische Verknüpfungen............................. 216
6.2 Daten mit SQL abfragen .................................... 221
6.2.1 Einfache Abfragen................................... 222
6.2.2 Tabellen verknüpfen mit
Joins
......................... 243
6.2.3 Verschachtelte Abfragen.............................. 253
6.2.4 Sichten............................................ 254
Inhaltsverzeichnis
6.3 Daten mit SQL verändern .................................. 258
6.3.1
INSERT
.......................................... 258
6.3.2 UPDATE.......................................... 259
6.3.3
DELETE
.......................................... 260
6.4 Weitere wichtige SQL-Befehle............................... 261
6.4.1 Mengenfunktionen................................. 261
6.4.2 Stringfunktionen................................... 266
6.4.3 Numerische Funktionen............................. 268
6.4.4 Datetime-Funktionen ............................... 269
6.5 Zusammenfassung........................................ 271
6.6 Aufgaben................................................ 275
6.6.1 Wiederholung ..................................... 275
6.6.2 Zum Weiterdenken................................. 275
Teil
III
Weiterführende Themen................................... 277
7 Projektablauf bei der Erstellung einer Datenbank............... 279
7.1 Der System Development Life
Cycle
.......................... 281
7.1.1 Planung .......................................... 282
7.1.2 Analyse........................................... 284
7.1.3 System-Design..................................... 286
7.1.4 Implementierung .................................. 287
7.1.5 Wartung.......................................... 289
7.2 Der Datenbank-Lebenszyklus ............................... 289
7.2.1 Grundlegende Analyse .............................. 290
7.2.2 Datenbankdesign................................... 295
7.2.3 Implementierung und Datenimport ................... 307
7.2.4 Test und Evaluierung ............................... 309
7.2.5 Betrieb ........................................... 309
7.2.6 Wartung und Evolution.............................. 310
7.3 Zusammenfassung........................................ 310
7.4 Aufgaben................................................ 312
7.4.1 Wiederholung ..................................... 312
8 Transaktionen und konkurrierende Zugriffe................... 313
8.1 Was ist eine Transaktion? .................................. 313
8.1.1 Eigenschaften einer Transaktion...................... 317
8.1.2 Transaktionsverwaltung mit SQL...................... 318
Inhaltsverzeichnis
8.1.3 Das Transaktionsprotokoll............................ 320
8.2 Konkurrierende Zugriffe.................................... 322
8.2.1 Lost Updates ....................................... 322
8.2.2
Dirty Read .........................................
323
8.2.3 Nonrepeatable
Read .................................
324
8.2.4 Phantome.......................................... 325
8.3 Sperrmechanismen
(Locks)
.................................. 326
8.3.1 Granularität........................................ 327
8.3.2 Sperrtypen......................................... 332
8.3.3 Zwei-Phasen-
Locking
................................ 333
8.3.4
Deadlocks..........................................
334
8.4 Zusammenfassung......................................... 336
8.5 Aufgaben................................................. 339
8.5.1 Wiederholung ...................................... 339
8.5.2 Zum Weiterdenken.................................. 340
9 Die Client-Server-Architektur ................................ 341
9.1 Was ist Client-Server? ...................................... 341
9.Г.1
Geschichte von Client-Server.......................... 342
9.1.2 Vorteile von Client-Server............................. 343
9.2 Client-
S
erver-Architektur.................................... 346
9.2.1 Client-Komponenten................................. 349
9.2.2,
S
erver-Komponenten ................................ 350
9.2.3
Middleware
........................................ 351
9.2.4 Netzwerk-Protokolle ................................. 355
9.3 Zusammenfassung......................................... 361
9.4 Aufgaben................................................. 364
9.4.1 Wiederholung ...................................... 364
10 Verteilte Datenbanksysteme ................................. 365
10.
r
Vor- und Nachteile verteilter Datenbanksysteme................. 366
10.2 Verteilte Datenverarbeitung
vs.
verteilte Datenbanken............ 371
10.3 Komponenten eines verteilten Datenbanksystems ............... 373
10.4 Transparenz beim Datenzugriff.............................. 376
10.4.1 Transparente Datenverteilung......................... 377
10.4.2 Transparentes Transaktionsmanagement................ 382
10.5 Datenfragmentierung....................................... 385
10.6 Replikation ............................................... 388
10.7 Zusammenfassung......................................... 389
π
Inhaltsverzeichnis
IO.8 Aufgaben................................................ 392
ίο.δ.ΐ
Wiederholung ..................................... 392
її
Data
Warehouses
......................................... 393
її.і
Die Notwendigkeit der Datenanalyse ......................... 395
її.
2 Decision-Support-Systeme.................................. 396
її.
2.1 Der Unterschied zwischen
operationalen
Daten
und DSS-Daten .................................... 399
її.
2.2 Anforderungen an eine DSS-Datenbank................ 407
11.3 Das Data
Warehouse
...................................... 410
11.3.1
Data-Marts ........................................
414
11.
3.2 Zwölf Eigenschaften, an denen man ein Data
Warehouse
erkennen kann..................................... 415
11.4 OLAP (Online
Analytical
Processing)......................... 416
11.4.1
О
LAP-
Architekturen................................ 421
11.4.2 Relationales OLAP (ROLAP).......................... 425
11.4.3 Multidimensionales OLAP (MOLAP) .................. 430
11.5 Das Sternschema ......................................... 433
11.5.1 Fakten............................................ 433
11.5.2 Dimensionen...................................... 434
11.5.3 Attribute.......................................... 435
11.5.4 Attribut-Hierarchien................................ 437
11.5.5 Sternschemata in der Praxis.......................... 438
11.5.6 Techniken zur Erhöhung der Performance.............. 439
11.6 Das Snowflake-Schema .................................... 442
11.7
Slowly changing Dimensions
............................... 444
ir.7,1 Typ 1............................................. 445
11.7.2 Typ 2............................................. 446
11.7.3 Typ 3............................................. 449
11.7.4 Typ 4............................................. 450
11.7.5 Typ 6/Hybrid...................................... 451
11.8 Zusammenfassung........................................ 452
11.9 Aufgaben................................................ 453
11.9.1 Wiederholung ..................................... 453
12
Data-Mining
............................................. 455
12.1 Der Data-Mining-Prozess................................... 458
12.1.1 Das Problem definieren ............................. 459
Inhaltsverzeichnis
12.
ι.
2, Daten vorbereiten ................................... 459
12,.1.3 Die Daten sichten ................................... 460
12.1.4 Ein Data-Mining-Modell definieren..................... 461
12.1.5
Data-Mining
betreiben ............................... 463
12.1.6 Die Ergebnisse zur Verfügung stellen................... 464
12.2 Zusammenfassung......................................... 464
12.3 Aufgaben................................................. 465
12.3.1 Wiederholung ...................................... 465
13 LINQ .................................................... 467
13.1 Unverträglichkeit zwischen Relationen und Objekten ............ 467
13.1.1 Das Problem, Objekte auf Tabellen abzubilden........... 468
13.1.2 Wem gehört das Schema? ............................ 472
13.1.3 Das Doppel-Schema-Problem ......................... 473
13.1.4 Identitätsprobleme bei Entitäten....................... 473
13.1.5 Rückgewinnung der Daten............................ 475
13.2, Die Architektur von LINQ................................... 477
13.3 Spracherweiterungen, die LINQ ermöglichen, am Beispiel
von C#................................................... 481
13.3.1 Anonyme Typen .................................... 481
13.3.2 Objekt-Initialisierer.................................. 483
13.3.3 Collection-Initialisierer............................... 483
13.3.4 Partielle Methoden .................................. 484
13.3.5 Implizit deklarierte lokale Variablen.................... 485
13.3.6 Erweiterungsmethoden............................... 487
13.3.7 Lambda-Ausdrücke.................................. 487
13.3.8 Abfrage-Ausdrucke.................................. 490
13.4 Aufgaben................................................. 492
13.4.1 Wiederholung ...................................... 492
14 Big Data.................................................. 495
14.1 Strukturierte, semistrukturierte und unstrukturierte Daten........ 495
14.2 Die Evolution der Datenverarbeitung.......................... 498
14.2.1
D
aten
Strukturen erstellen............................. 501
14.2.2 Data
Warehouses, Datamarts
und BLOBs ............... 501
14.2.3 Content-Management-Systeme ........................ 502
14.2.4 Die dritte Stufe der Evolution.......................... 502
14.3 Was genau ist eigentlich Big Data?............................ 503
Inhaltsverzeichnis
14.4 Der Big-Data-Projektzyklus ................................. 504
14.5 Die Architektur eines Big-Data-Projekts....................... 506
14.6 Map
Reduce
.............................................. 511
14.7 Big
Table
................................................ 511
14.8 Hadoop ................................................. 511
14.9 Aufgaben................................................ 511
14.9.1 Wiederholung ..................................... 512
A
Lösungen zu den Wiederholungsaufgaben .................... 513
A.i Kapitel 1................................................. 513
A.2 Kapitel 2................................................. 516
A.3 Kapitel 3................................................. 518
A-4 Kapitel 4................................................. 521
A.5 Kapitel 5................................................. 523
A.6 Kapitel 6 ................................................ 525
A.7 Kapitel 7................................................. 532
A.8 Kapitel 8................................................. 534
A.9 Kapitel 9 ................................................ 536
Ало
Kapitel 10................................................ 538
A.11 Kapitel 11 ................................................ 540
A.12 Kapitel 12................................................ 542
A.13 Kapitel 13................................................ 543
A.14 Kapitel 14................................................ 545
Stichwortverzeichnis ...................................... 547
Konzepte, Entwurf, Design, Implementierung
Konkrete Erläuterungen am Praxisbeispiel
Zahlreiche Aufgaben mit Musterlösungen sowie
Anregungen für eigene Projekte
Aus dem Inhalt:
• Datenbanksysteme,
Datenbankanwendungen
und Middleware
• Das relationale
Datenbankmodell
• ER-Datenbank¬
modellierung und
Normalisierung
• SQL-Grundlagen
• Projektablauf bei der
Erstellung einer
Datenbank
• Transaktionen und
konkurrierende Zugriffe
•
Fat-
und Thin-
Clientmodelle
• Client-Server-Architektur
• Verteilte Datenbank¬
systeme
• Data
Warehouses
• Data Mining
• LINQ
• Einführung in Big Data
Amazon-Leserstimmen:
»Tolles Buch - Einfache Erklä¬
rungen, aber trotzdem mit
Tiefgang.«
»Dieses Buch ist einmalig,
didaktisch hervorragend auf¬
gebaut ohne mathematische
Schnörkel.«
Dieses Buch richtet sich an alle, die sich grundlegend
und fundiert in das Thema Datenbanken einarbeiten
wollen. Der Fokus liegt dabei auf einer strukturierten,
leicht nachvollziehbaren und praxisrelevanten Dar¬
stellung des Stoffes, der anhand eines durchgängigen
Beispiels präsentiert wird. Der Autor stellt die Inhalte
soweit möglich herstellerneutral dar, so
dass
die ver¬
wendeten Techniken auf jedem relationalen Datenbank¬
system umgesetzt werden können.
Zunächst wird der Leser in die unterschiedlichen Daten¬
bankmodelle eingeführt und lernt als grundlegendes
Handwerkszeug das relationale Datenbankmodell, die
ER-Datenbankmodellierung und die Normalisierung ken¬
nen. Nach der Darstellung der Datenbankentwicklung
auf konzeptioneller Ebene werden die Umsetzung des
Datenbankmodells und die Abfrage von Daten mithilfe
von SQL beschrieben.
Auch konzeptionelle Themen wie der Projektablauf bei
der Erstellung eines Datenbanksystems, Transaktionen,
Fat-
und Thin-Clientmodelle, Client-Server-Architekturen,
verteilte Datenbanksysteme, Data
Warehouses,
Data
Mining, LINQ als mögliche Lösung des
Impedance Mis¬
matches
und eine Einführung in Big Data finden in den
entsprechenden Kapiteln ihren Platz.
Der Leser wird umfassend in das Thema Datenbanken
eingeführt und erhält zugleich eine praxisnahe Sichtwei¬
se auf die professionelle Realisierung von Datenbanksys¬
temen von einem seit Langem in der Praxis arbeitenden
Datenbankentwickler.
Über den Autor:
Frank Geisler ist Geschäftsführer der Geisler Datensyste¬
me GmbH & Co. KG und beschäftigt sich schon seit vielen
Jahren intensiv mit dem Microsoft Bl Stack, insbesonde¬
re mit dem SQL Server und SharePoint. Seine Fachkennt¬
nisse gibt er als Autor und regelmäßiger Sprecher auf
Konferenzen und PASS-Gruppentreffen weiter. Er ist MCT,
MCTS und MCITP und auch als Microsoft P-TSP unterwegs.
Sie erreichen ihn auf
Twitter
unter @FrankGeisler.
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