Grundwissen: die wesentlichen Funktionen von Datenbankmanagementsystemen
Eine Datenbank ist ein System zur elektronischen Verwaltung von Daten. Aus diesem Grund wird bei einer Datenbank auch von einem Datenbanksystem oder kurz DBS gesprochen. Die Hauptaufgabe eines Datenbanksystems besteht darin, große Mengen von Daten effizient, dauerhaft und widerspruchsfrei zu speichern und gleichzeitig die Daten in den benötigten Teilmengen für Benutzer und für Anwendungen unterschiedlich und bedarfsgerecht darzustellen.
Für die Verwaltung und die Abfrage der Daten greift das Datenbanksystem auf eine Datenbanksprache zurück. Das Datenbankmodell wiederum entscheidet darüber, wie das Datenbanksystem Daten verwaltet und speichert. Dabei kommen viele verschiedene Varianten in Frage, die am weitesten verbreitete Form ist jedoch das Relationale Datenbanksystem.
Prinzipiell unabhängig von der konkreten Form setzt sich ein Datenbanksystem aus zwei grundlegenden Komponenten zusammen. Der eine Teil ist die Datenbank im eigentlichen Sinne, die die Menge der erfassten Daten umfasst. Dieser Teil wird auch Datenbasis genannt. Der andere Teil ist die Verwaltungssoftware. Sie ist dafür zuständig, die strukturierte Speicherung der Daten zu organisieren und sämtliche Zugriffe auf die Datenbank zu kontrollieren. Der Fachbegriff für die Verwaltungssoftware einer Datenbank lautet Datenbankmanagementsystem.
Grundwissen: die wesentlichen Funktionen von Datenbankmanagementsystemen
Die Hauptaufgabe eines Datenbankmanagementsystems besteht darin, die Daten einer Datenbank zu verwalten. Das bedeutet, zum einen speichert das Datenbankmanagementsystem die Daten in einer strukturierten Form. Zum anderen überschreibt und löscht es Daten.
Gleichzeitig stellt das Datenbankmanagementsystem auch Kennzeichen über die eigene Technik und den eigenen Betrieb bereit. Heutige Datenbankmanagementsysteme haben zusätzlich dazu aber noch weitere grundlegende Funktionen.
So ist ein Datenbankmanagementsystem auch für folgende Aspekte zuständig:
· Metadaten.
Ein Datenbankmanagementsystem verwaltet nicht nur die Daten einer Datenbank, sondern auch deren Metadaten. Bei den Metadaten handelt es sich um die Daten, die Angaben zu Eigenschaften von anderen Daten enthalten. Informationen über Merkmale eines Objekts, die dieses Objekt beschreiben, sind also die Metadaten des Eintrags.
Bei einer Computerdatei wären beispielsweise der Dateiname, das Datum der letzten Änderung und Angaben zu den Zugriffsrechten Metadaten. Bei einem Buch wiederum würden der Name des Autors, das Erscheinungsjahr, der Name des Verlags, die ISBN und die Auflage das Einzelobjekt als Metadaten beschreiben. Anstelle von Metadaten wird mitunter auch der Begriff Metainformationen verwendet.
· Datensicherheit.
Ein Datenbankmanagementsystem trifft Vorkehrungen, die die Datensicherheit betreffen. Dazu werden die Daten auf einem Speichermedium abgelegt. Neben den Daten als solches werden zusätzlich Informationen über die Schemata der Daten und die Zugriffsrechte von Benutzern gespeichert.
Dadurch ist sichergestellt, dass die gespeicherten Daten sowohl vor einem Verlust als auch vor unerlaubten Zugriffen geschützt sind. Die auf diese Weise erfassten Metadaten bilden den sogenannten Katalog oder auch das data dictionary des Datenbanksystems. Eine weitere Maßnahme, um den Datenbestand zu sichern, ist ein Backup. Auch hierfür ist das Datenbankmanagementsystem zuständig.
· Datenschutz.
Im Hinblick auf den Datenschutz legt das Datenbankmanagementsystem fest, wie Daten erhoben, verarbeitet und genutzt werden dürfen. Dabei spielt der Datenschutz vor allem im Zusammenhang mit personenbezogenen Daten eine Rolle.
· Datenintegrität.
Um die Integrität der Daten sicherzustellen, definiert das Datenbankmanagementsystem sogenannte Constraints. Bei Constraints handelt es sich um Regeln, die festlegen, wann, wie und von wem Daten verändert werden dürfen. Ein Beispiel für eine solche Regel ist der Foreign Key Constraint, der bei relationalen Datenbanksystemen eine entscheidende Rolle spielt. Der Foreign Key Constraint stellt nämlich sicher, dass keine Daten gelöscht werden können, die andere Tabellen noch brauchen.
· Mehrbenutzerbetrieb.
Das Datenbankmanagementsystem ermöglicht durch das Transaktionskonzept, dass die Datenbank im Mehrbenutzerbetrieb laufen kann. Dazu verwaltet es die Berechtigungen für den Zugriff auf die Daten in der Datenbank. Ist die Berechtigung nicht vorhanden, kann die entsprechende Aktion nicht erfolgen. Greifen mehrere Benutzer oder Anwendungen auf die Datenbank zu, regelt das Datenbankmanagementsystem die Konkurrenzsituation, indem es Sperren und Systemprotokolle verwaltet und an Transaktionen orientiert vorgeht.
In der Informatik bezeichnet der Begriff Transaktion eine Folge von Programmschritten, die eine logische Einheit bilden. Ist eine Transaktion vollständig und fehlerfrei durchgeführt, bleibt der Datenbestand in korrekter Form zurück. Von einer Transaktion wird deshalb verlangt, dass sie entweder komplett und fehlerlos oder überhaupt nicht ausgeführt wird. Tritt ein Fehler auf, muss die Transaktion sofort abgebrochen werden.
Um Auswirkungen auf den Datenbestand zu verhindern, müssen mögliche Änderungen außerdem umgehend wieder rückgängig gemacht werden. Die Verarbeitung der Transaktionen erfolgt mittels Transaktionssystemen, während das Transaktionskonzept die Sicherheit der Daten bei einem parallelen Zugriff durch mehrere Benutzer gewährleistet. Vom Grundprinzip her werden die Daten dafür vorübergehend gesperrt und für andere Benutzer erst wieder freigegeben, wenn eine Transaktion abgeschlossen ist.
· Anfragenoptimierung.
Das Datenbankmanagementsystem stellt eine Datenbanksprache zur Verfügung, die die Abfrage und Änderung von Daten ermöglicht. Wird eine Anfrage an die Datenbank gestellt, wird die Anfrage im ersten Schritt in die logischen Operationen der relationalen Algebra übersetzt. Im zweiten Schritt werden Datenbankoperatoren ausgesucht, die die logische Operation dann schließlich auf den Daten durchführen.
Die Auswahl der Operatoren und die Reihenfolge, in der sie ausgeführt werden, wird als Erstellen eines Ausführungsplans durch den Anfrageoptimierer bezeichnet. Dieser Anfrageoptimierer wiederum ist nicht nur ein komplexer Teil der Datenbanksoftware, sondern beeinflusst maßgeblich, wie effizient das gesamte System funktioniert.
Im Zusammenhang mit der Optimierung von Anfragen sind Indizes von großer Bedeutung, denn durch Indizes können bestimmte Datensätze schnell gefunden werden. In aller Regel wird bereits mit dem Datenbankschema entschieden, welchen Daten ein Index zugeordnet wird. Der Datenbankadministrator kann aber auch später noch Änderungen und Anpassungen vornehmen.
Trigger und Stored Procedures.
Datenbanken arbeiten mit Triggern und Stored Procedures, um auf diese Weise Datenbankanwendungen zu unterstützen. Ein Trigger hat eine bestimmte Aktion zur Folge, wenn in der Datenbank ein entsprechendes Ereignis aufgetreten ist. Häufig lösen Trigger Aktionen aus, wenn etwas eingefügt oder geändert wurde.
Stored Procedures werden verwendet, um Scripte in der Datenbank auszuführen. Da dies innerhalb der Datenbank geschieht, sind Stored Procedures oft die effizienteste Möglichkeit für die Manipulation von Daten. Datenbanksysteme, die Trigger und Stored Procedures anbieten, werden auch als aktive Datenbanken bezeichnet.
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Thema: Funktionen von Datenbankmanagementsystemen
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