Entwicklungsetappen von DBMS FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Entwicklungsetappen von DBMS Softwareentwicklungs- Basis betrieblicher Tendenzen komponente IKS hierarchische Mainframe-DB 1960 Theoretische Arbeiten zum relationalen DM (Codd) 1970 Non-Standard DBMS 1980 Relationale DBMS SQL-1 ISO/IEC-9075-Norm verabschiedet(1986) Verteilte DBS OLTP-DBMS dominieren Unternehmens-DM 1990 Client-Server-DBMS SQL-92 Erste Online-DB ODBC Objektorientierte DBMS Data Warehouse ORDBMS Multi-Media-DB 2000 Web-Interface für DBMS Data Mining DB-basierte Web-Applikationen Mobile Computing 2003 XML/Webservices Wissenstechniken DB werden unternehmens-strategische Kerntechnik 2004 Datenströme ergänzen die DB-Technologie

Datenbankstrategie ist unternehmenskritisch FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Datenbankstrategie ist unternehmenskritisch Datenbanktechnologie und Web (Architektur, XML, Webservices) Mobile Datenbanken (Architektur, Kommunikationsprofile, lokations-abhängiger Datenzugriff) Wissenstechniken (Data Warehousing, Wissensmanagement) Herausforderungen: Forschungsschwerpunkte: Bewältigung der Heterogenität (= Integrationsfähigkeit) Bewältigung wachsender Datenquanten Transformation von Daten in Informationen und Wissen

Relationale – objektorientierte DBMS FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Relationale – objektorientierte DBMS Relationale DBMS Verwalten Tabellen, dominieren im Unternehmen, Nutzen SQL als standardisierte Sprachenebene, sind technologisch ausgereift. Objektorientierte DBMS Verwalten Objekte, Lösen spezielle Aufgaben, standardisierte Sprachenebene (ODL/OQL) noch in Entwicklung, sind technologisch noch in Entwicklung Objektrelationale DBMS verbinden die Vorteile beider und sind als Erweiterung relationaler DBMS konzipiert.

Verteilte Datenbanksysteme - Definitionen - FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Verteilte Datenbanksysteme - Definitionen - Eine verteilte Datenbank (VDB, englisch DDB) ist eine Sammlung mehrerer semantisch zusammenhängender Datenbanken, welche über ein Computernetzwerk verteilt sind Ein verteiltes Datenbankmanagementsystem (VDBMS, englisch DDBMS) ist ein Softwaresystem, welches eine VDB verwaltet und transparente Verteilung der Daten für die Nutzer übernimmt. Client-Server Verteiltes Datenbanksystem Server Client Knoten

Verteilte DBMS Nutzer (Rechnerzugänge) räumlich verteilt FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Verteilte DBMS Vertikal fragmentiert horizontal fragmentiert Nutzer (Rechnerzugänge) räumlich verteilt Historisch gewachsene heterogene "DB-Landschaft" Datenmenge zu groß

Typische Anwendungen Verteilter DBS FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Typische Anwendungen Verteilter DBS Datenbasis für räumlich verteilte Unternehmen (Bereiche und Abteilungen an unterschiedlichen Standorten). Datenbasis für Unternehmen mit Filialen. Datenbankunterstützte mobile Clients (z. B. Vertreter). Hochverfügbare Datenbankanwendungen (Netz und technischer bzw. medizinischer Bereich). Schnelle Recherche über sehr große Datenmengen (z. B. im Web und/oder Data Warehousing). B to B-Kommunikation zwischen kooperierenden Unter-nehmen.

Besonderheiten verteilter Datenbanken FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Besonderheiten verteilter Datenbanken Im Vergleich zu "einfachen" Datenbanksystemen ergeben sich einige technologische Besonderheiten durch die transparente und in der Regel nicht disjunkte Verteilung der Daten. Insbesondere betrifft das Die Entwicklung eines globalen Datenmodells mit Fragmen-tierung und Allokation der Daten. Die Planung und Realisierung des Datenzugriffs auf mehrere Knoten, insbesondere die Entwicklung globaler Views. Die Sicherung der globalen Datenintegrität, inklusive globaler Fehlererholungsprozesse. Die Replikation der Daten bei redundantem Mapping. Die Realisierung erfolgt mittels eines - Föderierten Datenbanksystems (FDBS)  mit globalem Schema oder - Multidatenbanksystems  ohne globalem Schema.

Aspekte der Architektur VDBS in Unternehmen FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Aspekte der Architektur VDBS in Unternehmen Technisch-technologischer Aspekt: Alle Knoten sind gleichberechtigt. Online/Offline ist prozess- und kostenabhängig. Betriebsorganisatorischer Aspekt: Leitungsstrukturen werden abgebildet, z. B. Master/ Slave-Architektur für hierarchische Leitungsorganisation Geschäftsprozessorientierter Aspekt: Pull (Information bei Bedarf holen) oder Push (Information bei Entstehung versenden). Räumlich-zeitlicher Aspekt: Berücksichtigung des Tagesrhythmus und örtlicher Besonderheiten (z. B. Gültigkeit von Kursen, Preisen) Sicherheitsaspekt: Datenreplikation aus Sicherheitsgründen, Schutz unternehmens-kritischer Daten.

Typische VDB- Architektur für betriebswirtschaftliche Anwendungen FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Typische VDB- Architektur für betriebswirtschaftliche Anwendungen Zentrale Filiale 1 Filiale n Filiale 3 Filiale 2 Hierarchische Struktur (Master/Slave-Modell) Beachte: Aus technologischer Sicht sind alle Knoten gleichberechtigt.

Mobile Computing – Mobile Datenbanken FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Mobile Computing – Mobile Datenbanken Mobile Clients DB-Clients Browserbasierte Clients Zentrale Datenbank Mobile Datenbanken (= VDB mit mobilen Knoten) Konsistenzhaltung mittels Online Konsistenzhaltung mittels Replikation Konsistenzhaltung mittels gelegentlicher Synchronisation Hauptproblem: Gerätetyp + Browser erkennen Marktführer: iAnywhere Solutions (Sybase) SQL-Anywhere deckt ca. 68% des Weltbedarfs als kleine mobile DB auf Clients.

Gründe für den Datenbankzugang über das Web FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Gründe für den Datenbankzugang über das Web Technologiebasis externe Informationsquelle - vereinheitlichter Zugriff auf - Data Warehouse Zugriff Online-Datenbanken - Electronic Commerce, Merchant - Zugriff auf Daten in Dokumenten Server u. a. mit Lebenszyklus - Nutzung der Funktionalität einer - Zugriff auf XML-Daten (Workflow-) Datenbank - DB-Thin-Client

Anforderungen an den Datenbankzugang über das Web FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Anforderungen an den Datenbankzugang über das Web 1. Neue Datentypen wünschenswert. Implementation hierarchischer Verzeichnisstrukturen Intelligente Volltextsuche z. B. in XHTML-Dokumenten Versionierte Dokumente 2. Lange Transaktionen erforderlich. (HTTP ist zustandslos) 3. Systemblockierung durch fehlerhafte Abfragestrategien vermeiden. 4. Authentisierung der Nutzer erforderlich. ("Normaler" Passwortschutz für kritische Anwendungen (z. B. Bankgeschäfte) nicht ausreichend.) 5. Lokale Datenintegritätskontrollen ermöglichen. 6. "Datenbanktypische" Präsentationsformen ermöglichen. (dynamische Formulare und Berichte) Stand WIW am 13.06.03

Schematische Darstellung der DB-Anbindung FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Schematische Darstellung der DB-Anbindung  Client Web-Browser Java-Anwendung (Applet) Anwendung Internet Intranet   Web-Server Applikationsserver Middleware Daten- Server Datenbank

Aspekte der DB-Einbindung in Web-Applikationen FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Aspekte der DB-Einbindung in Web-Applikationen Datenbank Browse r WWW- Server ? Art der Veröffentlichung (dynamisch oder statisch) Netzwerk-Umgebung (LAN oder WAN) Realisierungsort (Client oder Server) Implementiertes formales Datenmodell (strukturiert = relational/objektorientiert/objektrelational oder semistrukturiert) Technologievariante des Datenbankzugriffs Entwicklungstechniken und -tools Bewertungskriterien: Entwicklungsaufwand in Bezug zur Nutzungshäufigkeit Sicherheit des Datentransfers Stabilität und Schnelligkeit des Zugriffs Erwartete Anzahl konkurrierender Nutzer

Basistechnologien für den Web-Zugriff auf DB FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Basistechnologien für den Web-Zugriff auf DB Common Gateway Interface ( CGI ) Prinzip: WWW-Server reagiert auf Client-Anforderungen durch Aufruf einer CGI-Schnittstelle. Diese startet beliebige Applikationen (z. B. C, PERL, Batch-Dateien), welche ihre Resultate an den WWW-Server zurückgeben, der sie an den WWW-Client sendet. 2. Application Programming Interface (API) Prinzip: WWW-Server realisieren oder vermittelt eine Verbindung zur Programier-schnittstelle des DBMS. 3. Application-Server Prinzip: WWW-Server baut Verbindung zum Applikation-Server auf. Dieser realisiert Gateway-Funktionalität zur Datenbank. 4. DBMS mit Web-Server-Funktionalität Prinzip: Datenbankserver erfüllen "eingebettete" Web-Server-Aufgaben. 5. Web-Spracherweiterungen Prinzip: Spracherweiterungen ermöglichen einen direkten Zugriff auf Datenbanken Realisiert die Logik einer Applikation auf einem eigenen Server. Geeignet für große und/oder komplexe Anwendungen insbesondere bei komplexen Geschäftsprozessen. Der "Klassiker" – erste Realisierungsform des DB-Zugriffs. Bindet jedoch viele Systemressourcen und ist wenig konkurrenzfähig gegenüber modernen Technologien. Einbindung von logischen Komponenten in die DBMS-Funktionalität. Geeignet insbesondere für Multimedia- und technische Anwendungen auf ODBMS z. B. CSP (Caché Server Pages). XML (Extensible Markup Langugage) erobert die Informatik-Welt, ist aber dennoch nicht für jede Applikation unabdingbar. Sehr verbreitet im Freeware-Bereich, weniger geeignet für komplexe Geschäftsprozesse. Dominierend sind ASP (Avtive Server Pages) und ASP.NET, PHP (Hypertext Preprocessor) sowie Java-Servlets.

FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Datenströme Datenstrom = kontinuierlich übersandte Datensätze, deren Größe, Menge sowie schnelles Aufkommen verbieten, sie vor der Verarbeitung zu speichern. Anwendungsgebiete sind z. B. Nachrichten, Systemüberwachung- und –steuerung, Analyse wissenschaftlicher Daten, Paketverfolgung usw. Vergleich Datenstromsysteme Datenbanksysteme Daten flüchtig dauerhaft Anfragen Änderungen auf Hinzufügen beschränkt beliebig Ergebnisse eventuell angenähert exakt Datenzugriff möglichst Einpass- Verfahren Indizierung der Anfragen der Daten

XML (Extensible Markup Language) FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt XML (Extensible Markup Language) ein SGML (Standard Generalized Markup Language) - Subset Grundidee der Sprache Inhalt und Struktur Jedes Dokument wird zerlegt in XML Layout XHTML, … … liefert Methoden für das Arbeiten mit Daten und ihren Komponenten (www.xml.com) deutsche Einführung: members.aol.com/xmldoku/. Vorteile: Präzisere Suchanfragen durch neue Sprachelemente Entwicklung flexiblerer Web-Anwendungen durch Weitergabe der Resultate von DB-Anfragen Lokale Berechnung und Manipulation auf dem Client möglich. Unterschiedliche Darstellungen auf dem Client möglich. Verteilung von XML-basierten Daten mittels HTTP möglich.

XML (Extensible Markup Language) FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt XML (Extensible Markup Language) Geschäftsdaten und Datenbanken "70 % Geschäftsdaten stehen in Textdokumenten" Unterscheidung aus struktureller Sicht in dokumentenzentrierte Dokumente, semistrukturierte Dokumente, datenzentrierte Dokumente. Speicherort sind u. a. DBMS vom Typ relationaler DBMS (inhaltsorientiert zerlegt / strukturorientiert zerlegt / opaque approach (CLOB), ojektorientierter/objektrelationaler DBMS (benutzerdefinierte Objekte), "nativer" XML-DBMS (z. B. Tamino). Speicherformen CLOB-Ansatz (Textform bleibt bewahrt), grafenorientierte Speicherung (DOM und Dokument werden gespeichert), relationale strukturorientierte Zerlegung (Mapping). WIW 20.6.03 Abfragesprachen sind XPath (www.w3.org/TR/xpath.html), XML-QL(www.w3.org/TR/NOTE-xml-ql.html), Volltext-SQL u.a.

XML und Datenbanken Quelle: Datenbank Spektrum Heft 5/2003 FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt XML und Datenbanken Speicherung von XML Dokumenten Speicherung als Ganzes Generische Speicherung der Dokumentstruktur Abbildung auf Datenbank- struktur Volltextindex Volltextindex und Strukturindex Einfache generische Speicherung Document Objekt Modell Automatische Verfahren Anwender- definierte Verfahren geeignet für dokumentzentrierte XML-Dokumente geeignet für semistrukturierte XML-Dokumente geeignet für datenzentrierte XML-Dokumente Quelle: Datenbank Spektrum Heft 5/2003  Beispiel Web-Service-Architektur.doc (Zschockelt)

Semantic-Web eine Vision? FHTW Berlin Datenbanken Prof. Dr. Zschockelt Semantic-Web eine Vision? Problemstellung: Software soll unpräzise Fragestellungen tolerieren verknüpfen mit Thesauren Ontologien Thesaurus = Stichwortsammlung; erfasst Synonyme, kennzeichnet Homonyme. Begriffe erhalten eine Bedeutung. Thesauren können nach bestimmten Konventionen (z. B. Dublin Core) mit Metadaten angereichert werden. Ontologie (KI) = formal definiertes System von Dingen und deren Beziehung zueinander, welche durch Regeln beschrieben werden. Sprachen zur Beschreibung von Ontologien sind z. B. RDF (Resource-Description-Framework), F-Logic und OWL (Ontology Web Language vom WWW-Consortium propagierte Semantic-Web-Sprache). Quelle: Computer Zeitung Nr. 13/2004  Beispiel Web-Service-Architektur.doc (Zschockelt)