Matura: Softwareentwicklung & Informationssysteme

7.3. Architektur von Datenbanksystemen

Was versteht man unter der „Drei Schichten Architektur“ nach ANSI-SPARC?

Quelle: 3-DBSArchitekturUnabhängigkeit (S. 10)

Wieso hat man sich überhaupt für mehrere Schichten entschieden?

Benutzeranwendungen und physische Speicherung sollen voneinander getrennt werden.

Quelle: 3-DBSArchitekturUnabhängigkeit (S. 8)

Erläutern Sie die einzelnen Schichten.

Schicht	Beschreibung
Interne Ebene (internes Schema)	- beschreibt die physikalischen Speicherstrukturen der Datenbank (Datenspeicherung und Zugriffspfade). zB. Index - Beeinflussbar durch Indexes bzw. Shards - DBMS und darunter Betriebssystem
Konzeptuelle Ebene (konzeptuelles Schema)	- legt das Datenbankschema (Metadatenmodell) fest - systemunabhängige Datenbeschreibung, d.h. sie ist unabhängig von den eingesetzten Datenbank- und Computersystemen. - Verbirgt Details der physische Speicherung - ER-Modell, Relationenmodell, Normalisieren -> Schema
Externe (View) Ebene (externes Schema)	Beschreibt nur den Teil an dem eine bestimmte Benutzergruppe interessiert ist und verbirgt den Rest z.B. SQL Statement - Berechtigungen, kleiner Ausschnitt der Daten für gewisse Benutzer, wie zB. durch Views

Quelle: 3-DBSArchitekturUnabhängigkeit (S. 9)

Welche Gründe sprechen für dieses Modell?

Datenunabhängigkeit

• Änderung des Schemas einer Schicht erfordert keine Änderung des übergeordneten Schemas
• Die ANSI-SPARC macht logische und physische Datenunabhängigkeit durch Einführung der 3 Ebenen möglich
  • logische Datenunabhängigkeit: da externe Schema Anwendungen vor Änderungen des internen Schema (z.B. Änderungen am Schema) schützen
  • physische Datenunabhängigkeit: da konzeptuelles Schema Anwendungen vor Änderungen des internen Schemas (z.B. Tuning) schützt

Physische Datenunabhängigkeit

• … ist die Fähigkeit, das interne Schema ändern zu können, ohne externe, konzeptionelle Schemas oder Anwendungsprogramme ändern zu müssen
• Änderungen an der physischen Speicher- oder der Zugriffsstruktur (beispielsweise das Anlegen oder Entfernen einer Indexstruktur) haben keine Auswirkungen auf die logische Struktur der Datenbasis, das Datenbankschema.
• z.B.: Datenbanktuning oder Erweiterung von Speicherstrukturen haben keine Auswirkungen auf Anwendungsprogramme

Logische Datenunabhängigkeit

• … ist die Fähigkeit, das konzeptionelle Schema zu ändern, ohne externe Schemas oder Anwendungsprogramme ändern zu müssen.
• Logische Datenunabhängigkeit bedeutet, dass Anwendungen gegen Änderungen, die am Datenbankschema vorgenommen werden, immun sind.
• Logische Datenunabhängigkeit kann nur für einfache Modifikationen des Datenbankschemas realisiert werden
• beispielsweise lässt sich die Änderung eines Attributs mithilfe einer Sichtdefinition vor dem Anwendungsprogramm verbergen

Quelle: 3-DBSArchitekturUnabhängigkeit (S. 12-15)

Welche Schicht hängt vom Betriebssystem ab?

Interne Ebene

Braucht man ein Filesystem – wenn ja: Wer stellt es zur Verfügung und inwieweit kann sich dieses auf das Gesamtsystem auswirken?

• Betriebssystem stellt Dateisystem zur Verfügung.
• Interne Ebene bietet Schnittstelle zu diesem.

Wo wird die Struktur der abzuspeichernden Informationen hinterlegt?

Datenbankschema legt die Struktur der abspeicherbaren Objekte fest.

Quelle: 3-DBSArchitekturUnabhängigkeit (S. 4)

Inwieweit reflektiert sich diese Struktur in den Anwendungsprogrammen?

• Das Anwendungsprogramm richtet sich nach der Struktur.
• Bei Änderungen der Basistabellen muss das Anwendungsprogramm geändert werden, außer es werden Views verwendet.

Wie können komplexe Strukturen vereinfacht dargestellt werden?

Views

Was legt ein Datenbankschema fest?

• Datenbankschema legt die Struktur der abspeicherbaren Objekte fest.
• Das Schema sagt also nichts über die individuellen Datenobjekte aus.
• Datenbankschema -> Metadaten

Quelle: 3-DBSArchitekturUnabhängigkeit (S. 4)

Was versteht man unter den Begriffen DDL/DML?

Datendefinitionssprache (DDL)

• Diese dient der Definition und der Veränderung des Datenschemas.
• Typische DDL-Operationen (mit den entsprechenden Schlüsselwörtern in der relationalen Datenbanksprache SQL) sind:
  • Erzeugen von Tabellen und Festlegen von Attributen (create table ...)
  • Ändern von Tabellen durch Hinzufügen oder Entfernen von Attributen (alter table ...)
  • Löschen ganzer Tabellen mitsamt Inhalt (!) (drop table...)

Datenmanipulationssprache (DML)

• Arbeitsmöglichkeiten mit Daten (Speichern, Suchen, Lesen, Ändern)
• Datenbankanfragen, welche Inhalte abfragen, aber keine Änderungen an den Daten vornehmen.
• Datenmanipulationen, die die Datenbank verändern, indem sie zum Beispiel Daten einfügen, löschen oder abändern.

Quelle: 3-DBSArchitekturUnabhängigkeit (S. 18-19)

Wie reflektiert sich DDL/DML in der Architektur eines Datenbanksystems?

• DML -> Externe Ebene
• DDL -> Konzeptuelle Ebene

Gehen Sie auf einige Modellierungskonzepte ein, die sich aus der Schichtenarchitektur ergeben.

• Entity-Relationship-Diagram (ER-Diagramm)
• Relationen Modell