SQL

1	Datenbanksystem

1.1	Aufgaben und Komponenten

Ein Datenbanksystem besteht aus einem Datenbankmanagementsystem (DBMS) und den Datenbanken (DB). Beide Komponenten sind in der Praxis eng miteinander verzahnt, sollten aber gedanklich unterschieden werden.

In Bild 1.1 ist der Aufbau eines Datenbanksystems schematisch dargestellt. Die Datenbanken enthalten die eigentlichen Daten und unmittelbar damit verknüpfte Datenobjekte wie z.B. eine Ansicht (siehe Kapitel 16). Über eine Kommunikationsschnittstelle werden diese Datenobjekte vom DBMS verwaltet. Das DBMS selbst besteht wiederum aus vielen kleinen Komponenten, die jeweils auf eine Aufgabe spezialisiert sind.

1.1.1

Datenbank

Die Aufgabe der Datenbank ist die logische und physische Verwaltung der Daten und damit eng verbundener Datenobjekte. Alle diese Datenobjekte können vom Programmierer angelegt, geändert und gelöscht werden. Die Änderungen beziehen sich sowohl auf die Struktur als auch auf den Inhalt. So können einer Tabelle neue Spalten (z.B. zweiter Vorname bei einer Adresse) als auch neue Zeilen (z.B. eine neue Adresse) hinzugefügt werden.

Üblicherweise werden in einer Datenbank folgende Datenobjekte vorkommen1:

       Tabellen: Bei einer relationalen Datenbank werden die Daten in Tabellen organisiert (Kundentabelle, Artikeltabelle, Filmtabelle usw.). Deshalb sind die Tabellen das Herzstück einer Datenbank. Alle anderen Datenbankobjekte sind aus diesen Tabellen abgeleitet oder verwenden diese.

       Temporäre Tabellen: Sie werden explizit vom Programmierer oder implizit vom Optimierer angelegt, um Zwischenergebnisse wiederverwendbar zu machen. In der Regel werden diese automatisch nach Beendigung einer Sitzung gelöscht.

       Indizes:Diese erlauben eine erhebliche Beschleunigung bestimmter Auswertungen. Die Daten aus den Tabellen werden dabei in frei wählbaren, aber festgelegten Reihenfolgen sortiert.

       Ansichten: Auf Vorrat gebastelte Auswertungen, die wie Tabellen verwendet werden können, ohne dabei einen eigenen Datenbestand aufzubauen.

       Prozeduren: Kleine, selbst geschriebene SQL-Programme, die auf dem Server ausgeführt werden.

       Trigger: Auch kleine, selbst geschriebene Programme, die aber automatisch aufgerufen werden, wenn Daten in den entsprechenden Tabellen verändert werden.

       Ereignisse: Schon wieder kleine, selbst geschriebene Programme, die zeitgesteuert aufgerufen werden.

Entscheidend ist, dass die Daten strukturiert sind! Jede Informationssammlung, die eine gewisse Struktur hat, kann letztlich von einem Computerprogramm verwaltet und ausgewertet werden. Fehlt die Struktur, sieht das Ganze schon anders aus.

In MySQL und MariaDB werden die Datenbanken durch die Storage Engines (z.B. InnoDB bzw. XtraDB) realisiert. Diese legen auf den Festspeicherplatten die Dateien an, in denen die Daten abgespeichert werden. Auch die Zugriffskontrolle erfolgt durch die Storage Engines.

1.1.2

Datenbankmanagementsystem

Oben habe ich erwähnt, dass ein Datenbanksystem aus der Datenbank und einem Datenbankmanagementsystem besteht.

Dies sind die Aufgaben eines DBMS2:

       Sprachinterpreter: Herzstück desDBMS ist der Interpreter3. Dieser übersetzt die Befehle in einen ausführbaren Code. Die Sprache, die wir hier im Buch verwenden werden, ist SQL. Es gibt und gab aber auch andere Datenbankabfragesprachen wie zum Beispiel dBase, VB für MS-Access, OO-SQL, Sequel usw.

       Optimierer: Die Ausführung eines SQL-Befehls kann oft auf verschiedene Art undWeise passieren. Der Optimierer versucht, anhand von Schätzungen und Algorithmen einen Plan für die Ausführung anzulegen, der möglichst schnell abgearbeitet werden kann.

       Sitzungsverwaltung:Wann immer ein Befehl an den Server gesendet werden soll, muss man sich in einer Sitzung (engl. session) befinden. Dazu muss zuerst eine Sitzung geöffnet werden. Jetzt können beliebig viele SQL-Befehle gesendet und Daten empfangen werden. Zum Schluss wird die Sitzung serverseitig – z.B. durch einen Timeout – oder clientseitig beendet.

       Randbedingungsprüfer: Für Tabellen können Randbedingungen (engl. constraints) formuliert werden, die immer gelten müssen. Würde die Ausführung eines Befehls dazu führen, dass diese Randbedingungen nicht erfüllt sind, wird die Ausführung des Befehls in der Regel verweigert.

       Datenschutz: Durch die Vergabe von Zugriffsrechten kann das Recht auf lesende und schreibende Zugriffe so wie auf das Ausführen von Prozeduren passgenau zugeschnitten werden.

       Datensicherheit: Der Verlust von Daten ist der GAU4 schlechthin. Das DBMS muss sicherstellen, dass nicht durch Serverabsturz oder Ähnliches Daten verloren gehen.

       Transaktionsmanagement: Transaktionen ermöglichen parallelen Zugriff und eine Art undo im Fehlerfall. Das zu gewährleisten, erfordert eine Menge Mühe. Die Qualität des Transaktionsmanagements ist oft ein entscheidendes Merkmal eines DMBS.

       API5: Die Daten werden in der Regel durch eine oder mehrere Anwendungen (Clients) bearbeitet. Damit die Anwendung auf das DBMS zugreifen kann, braucht es eine Schnittstelle, über die es zu den Daten gelangt. Diese APIs werden in der MySQL-/MariaDB-Welt Konnektoren genannt. Der MySQL oder MariaDB Server bietet beispielsweise APIs für C, C++, C#/.NET, Node.js PHP, Perl, Python, Ruby und Tcl. Auch stehen APIs für JDBS6 und ODBC7 zur Verfügung. MariaDB kennt zusätzlich noch Schnittstellen zu Erlang, Jupyter, Excel, Swift und R.

       Metadaten: Verwaltungsinformationen, Statistiken etc., eben der ganze Rest.

Der Begriff Datenbankmanagementsystem wird oft anstelle von Datenbanksystem verwendet. Gerade die schematischen Darstellungen in den Dokumentationen der Hersteller unterscheiden nicht zwischen diesen beiden Begriffen.

Sind die Datenbanken eines Datenbankmanagementsystems in Form von Tabellen organisiert, so handelt es sich umein relationales Datenbankmanagementsystem(RDBMS); bei objektorientierten Datenbanken spricht man analog von objektorientierten Datenbankmanagementsystemen (OODBMS).

Und noch der Vollständigkeit halber:

1.2	Im Buch verwendete Server

In der ersten Auflage dieses Buchs habe ich fast ausschließlich MySQL/MariaDB als Plattform genutzt. Um SQL breiter vorstellen zu können, wurden in der zweiten Auflage die meisten Beispiele auch in PostgreSQL angeboten. Konsequenterweise wird seit der...