Claus Andersen Heiko Weber SQL Claus Andersen Heiko Weber Datum : 30.06.04 Seminar Programmiersprachenkonzepte

Gliederung Einführung in das Relationenmodell Einführung in SQL : DDL und IQL Transaktionen Synchronisation verteilte Datenbanken Aufbau eines Oracle – DB – Systems SQL*Plus PL/SQL Trigger Constraints vs. Trigger

Relationenmodell (1) Das Relationenmodell wurde 1970 von Codd eingeführt Es ist das am weitesten verbreitete Datenbankmodell, das in der Praxis eingesetzt wird. Einfachheit und Exaktheit des Relationenmodells hat weitreichende Ergebnisse in der Datenbankforschung ermöglicht.

Relationenmodell (2) Datenbankschema besteht aus: einer Menge von Relationenschemata Die zu modellierende Anwendungswelt wird durch Relationenschemata beschrieben. Sie bestehen aus einer Menge von Attributen Relationen Menge von Tupel mit Attributwerten der Attribute der Relationenschemata

Schlüssel Primärschlüssel Fremdschlüssel Minimale Menge von Attributen, deren Werte ein Tupel einer Relation eindeutig identifizieren Fremdschlüssel Attributmenge, die in einer anderen Relation (Primär)Schlüssel ist

Aufbau von Tabellen Die Datenbank besteht aus einer Menge von Relationen, die nach den Relationenschemata gebildet werden.

Beispiel Tabellen

Geschichte und Standards von SQL (1) 1970 wurde das relationale Datenbankmodell von Codd eingeführt 1974 wurde vom IBM-Forschungszentrum in San Jose eine erste Datenbanksprache Sequel (Structured English QUEry Language) entwickelt und 1976 zur Sprache Sequel 2 weiter entwickelt In den ersten verfügbaren relationalen Datenbanksystemen wurde eine Untermenge von Sequel 2 implementiert, die SQL genannt wurde

Geschichte und Standards von SQL (2) 1982 bis 86 wurde SQL von der ANSI (American National Standards Institute) genormt und üblicherweise mit SQL-86 bezeichnet darauf folgte die von der ISO genormte Version SQL-89 1992 erschien die von der ANSI und ISO genormte Version SQL-92 (SQL 2) SQL 3 war das letzte Normungsprojekt der ANSI und ISO und wurde in gewissen Anteilen in den Standard SQL-99 überführt

Was ist SQL SQL (Structured Query Language) ist die Norm-Datenbanksprache für relationale Datenbanksysteme. Teilsprachen von SQL DDL (Data Definition Language) SSL (Storage Structure Language) IQL (Interactive Query Language) DML (Data Manipulation Language)

SQL-DDL Was ist SQL-DDL ist eine Datendefinitionssprache zur Umsetzung des Datenbankschemas ist Teil der Standardsprache für relationale Datenbanksysteme (SQL)

Anforderungen an SQL-DDL SQL-DDL sollte mindestens folgende Bestandteile definieren können: Attribute Wertebereiche Relationenschemata Primärschlüssel Fremdschlüssel

Konzepte für SQL-DDL(1) create table, alter table und drop table Definition von Relationenschemata create table basisrelationenname (spaltenname_1 wertebereich_1, ... spaltenname_k werteberich_k) Mit alter table kann man die angelegten Relationenschemata ändern und mit drop table können Relationenschemata aus der Datenbank entfernt werden. create view, drop view ähnlich

Konzepte für SQL-DDL(2) create domain, alter domain und drop domain Definition von benutzerdefinierten Wertebereichen create domain domainname Datentyp default Datenwert

SQL als Anfragesprache (1) Der SFW-Block Die select-Klausel gibt die Projektionsliste an integriert auch arithmetische Operationen und Aggregatfunktionen

SQL als Anfragesprache (2) Die from-Klausel spezifiziert zu verwendende Relationen führt eventuelle Umbenennungen durch verwendetete Relationen werden mittels eines kartesischen Produkts verknüpft

SQL als Anfragesprache (3) Die where-Klausel spezifiziert Selektionsbedingungen Verbundbedingungen, um aus dem kartesischen Produkt einen Gleichverbund zu machen Geschachtelte Anfragen sind in der where-Klausel erlaubt

SQL als Anfragesprache (4) Beispiel SELECT S.Name FROM Schauspieler S, Darsteller D WHERE S.PNR = D.PNR

Einige Erweiterungen von SQL-92 gegenüber SQL-89 (1) Neue Datentypen (z.B. Intervall) Domänenkonzept (create domain, alter domain) Änderung des Datenbankschemas (alter table, drop table) allgemeine Integritätsbedingungen über mehrere Tabellen Der Verbund join ist als eigener Operator vorhanden und wird in diversen Varianten angeboten : cross join, join und using, natural join Die Beschreibungen von Embedded SQL und Dynamic SQL sind Teil der Norm

Einige Erweiterungen von SQL 3 gegenüber SQL-92 abstrakte Datentypen (ADTs) Objekt- Identifikatoren ADT und Tabellen Hierarchien Definition von Funktionen von ADTs Komplexe Datentypen wie Mengen, Multimengen und Listen Rekursive Anfragen (with recursive und union)

Transaktionen Definition: Eine Transaktion ist eine ununterbrechbare Folge von DML-Befehlen, die die Datenbank von einem logisch konsistenten in einen (neuen) logisch konsisten Zustand überführt

Transaktionen (2) Transaktionen sollten dabei die ACID-Eigenschaften besitzen Atomarität Die Transaktion ist die kleinste, nicht mehr zerlegbare Einheit „alles-oder-nichts“-Prinzip Consistency Hinterlässt nur konsistenten Datenbankzustand Zwischenzustände der Transaktionen dürfen jedoch inkonsistent sein Endzustand muss den Integritätsbedingungen erfüllen

Transaktionen (3) Isolation Nebenläufig ausgeführte Transaktionen dürfen sich nicht beeinflussen

Transaktionen (4) Durability Wirkung einer erfolgreich abgeschlossener Transaktion bleibt dauerhaft in der Datenbank Auch nach einem Systemfehler muss die Wirkung gewährleistet sein Die Wirkung einer erfolgreich abgechlossenen Transaktion kann nur durch eine kompensierende Transaktion aufgehoben werden

Synchronisation (Mehrbenutzerbetrieb) im Einbenutzerbetrieb werden Transaktionen immer hintereinander ausgeführt im Mehrbenutzerbetrieb kann es vorkommen, dass mehrere Transaktionen gleichzeitig (nebenläufig) ablaufen dies kann zu verschiedenen Problemen führen

Synchronisation (2) Dirty Read: T1 T2 Read(A); A := A + 100; Write(A) Abort; Read(B); B := B + A; Write(B); Commit;

Änderungstransaktion Sychronisation (3) Non – Repeatable – Read: Lesetransaktion Änderungstransaktion DB-Inhalt (Pnr, Gehalt) SELECT Gehalt INTO : gehalt FROM Pers WHERE Pnr = 2345; summe := summe + gehalt WHERE Pnr = 3456; summe := summe + gehalt; UPDATE Pers SET Gehalt = Gehalt + 1000 SET Gehalt = Gehalt + 2000 2345 39.000 3456 48.000 2345 40.000 3456 50.000

Änderungstransaktion Synchronisation (4) Phantom - Problem: Lesetransaktion Änderungstransaktion SELECT SUM(Gehalt) INTO : summe FROM Pers WHERE Anr = 17; SELECT Gehaltssumme INTO : gsumme FROM Abt IF gsumme <> summe THEN <Fehlerbehandlung>; INSERT INTO Pers (Pnr, Anr, Gehalt) VALUES (4567, 17, 55.000); UPDATE Abt SET Gehaltssumme = Gehaltsumme + 55.000

Synchronisation (5) Konsistenzebenen in SQL: Dirty Read Non–Repeatable Read Phantome Read Uncommitted Read Committed Repeatable – Read Serializable + - SET TRANSACTION READ ONLY, ISOLATION LEVEL READ COMMITTED

Client-Server Prinzip Zentraler Datenbestand auf den mehrere Clients Zugriff haben

Verteilte Datenbanken Der Datenbestand wird in verteilten Datenbank Management Systemen (VDBMS) physisch auf mehrer Knote (Rechnern) verteilt

Zwei-Phasen-Commit-Protokoll Ausgehend von verteilten Transaktionen auf unterschiedlichen Knoten im Netz sollen nach dem “alles oder nichts“-Prinzip entweder alle Transaktionen oder keine Transaktion durchgeführt werden. Dies wird in verteilten Datenbanken durch das Zwei-Phasen-Commit-Protokoll unterstützt

Oracle – DB - System Oracle Version 1 erschien 1979 derzeit aktuell: Version 10g das Oracle System besteht aus dem Oracle – Server und verschiedenen Tools zur Steuerung und Erzeugung von Oracle – Datenbanken Oracle Precompiler wie PRO*C oder PRO*COBOL die den Zugriff auf Oracle – DBs aus anderen Programmier – sprachen unterstützen Oracle unterstützt direkt PL/SQL und Java

lauffähiges System ein Oracle – DB – System setzt sich aus den unabhängigen Teilsystemen Instanz und Datenbank zusammen auf einem Server können mehrere Instanzen und Datenbanken gleichzeitig aktiv sein ein lauffähiges System besteht aber immer aus einer Instanz und einer angeschlossenen Datenbank

Zusammensetzung einer Instanz System Global Area (SGA) Serverprozesse Hintergrundprozesse - Database Writer - Process Monitor

System Global Area (SGA) prozessübergreifender Speicherbereich 3 Komponenten: Database Buffer Cache zum Zwischenspeichern von Datenbankblock-Kopien (zur Performance-Steigerung) Redo Log Buffer zur Protokollierung von Änderungen auf dem Database Buffer Cache Shared Pool enthält geparste SQL-Anweisungen, kompilierte PL/SQL-Anweisungen und Datenbank-Trigger

Data Dictionary besondere Tabellen in der Datenbank bei Erzeugen einer neuen DB legt Oracle System und DB-Informationen als Tabellen in der Datenbank selbst ab enthält Informationen über Benutzer und alle zur Funktionsfähig- keit der Datenbank notwendigen Informationen

SQL*Plus von Oracle entwickeltes interaktives Werkzeug zum Zugriff auf Oracle - Datenbanken in Oracle - System integriert (seit Version 3), Vorgänger war UFI (UserFriendlyInterface) äquivalent zu "isql" in Sybase and SQLServer, "db2" in IBM DB2, "mysql" in MySQL

Benutzung von SQL*Plus aus dem Betriebssystem wird mit dem Kommando SQLPLUS [Benutzer[/Paßwort][@Datenbankname]] [Dateiname [Parameter1...]] die interaktive Umgebung gestartet und an der angegebenen Datenbank angemeldet nach dem Anmelden erscheint eine Eingabeaufforderung ‘SQL>‘ und das System ist zur Annahme von Anweisungen bereit

Benutzung von SQL*Plus (2) es können alle SQL – Anweisungen verwendet werden es können auch Dateien aufgerufen werden, die bereits SQL – Anweisungen enthalten anonyme PL/SQL – Blöcke können eingegeben werden und werden sofort ausgeführt es können auch PL/SQL – Dateien und StoredProcedures aufgerufen und ausgeführt werden Transaktionen beginnen mit der ersten SQL – Anweisung und enden mit dem Schlüsselwort COMMIT

SQL*Plus Befehlspuffer SQL*Plus legt jede aktuell eingebene SQL – Anweisung bzw. jeden PL/SQL – Block im Befehlspuffer ab der Inhalt des Befehlspuffers läßt sich anzeigen und editieren die zuletzt eingegebene Zeile wird als aktuelle Zeile betrachtet und mit einem ‘*‘ markiert

Beispiel SQL*Plus Befehlspuffer SQL> run 1 select name 2 from person 3* where nname like 'MOR%'; ERROR at line 3: ORA-00904: invalid column name SQL> c/nname/name 3* where name like 'MOR%' SQL>run 3 where name like 'MOR%'; NAME ------------------------------------- MORLEY MOROSCO .....

Procedural Language / SQL (PL/SQL) integraler Bestandteil von Oracle seit Version 6 Erweiterung von SQL durch prozedurale Elemente Syntax ähnelt Ada ist in allen Oracle-Produkten verfügbar lässt sich auch in Client-Programmen in anderen Programmier- sprachen einsetzen (C, C++, Ada, Cobol, Fortran, Pascal) erlaubt DML - Befehle aber keine DDL - Befehle

PL/SQL Code Beispiel declare anzahl number(3); begin SELECT count(*); INTO anzahl FROM person; end; ----------------------------------------------------------------- PL/SQL procedure successfully completed

Verarbeitung von PL/SQL Entwicklung und Aufruf von PL/SQL-Blöcken erfolgt z.B. in interaktiven Umgebungen wie SQL*Plus Verarbeitung erfolgt durch PL/SQL-Prozessor im Server oder im Client aus anderen Programmiersprachen heraus wird über RPC der Code an den PL/SQL-Prozessor im Server übergeben SQL-Anweisungen im PL/SQL-Code werden an den SQL- Prozessor weitergegeben, der das Ergebnis zurückgibt

Einschub : Variablen - Typen PL/SQL unterstützt folgende elementare Datentypen: - char, varchar, number, boolean, date, rowid, raw und folgende strukturierte Datentypen: - PL/SQL Table: eine Tabellenspalte mit einem bestimmten Datentyp - Record Datentyp von Variablen muss vor der Verwendung bekannt sein

Elemente von PL/SQL anonyme Blöcke Prozeduren Funktionen Packages Trigger Stored Procedures

Anonymer Block kann nicht aus anderen PL/SQL-Programmen aufgerufen werden wird nicht in der Datenbank abgelegt wird direkt nach Eingabe ausgeführt declare /*Deklarationsteil*/ begin /*Anweisungsteil*/ exception /*Exceptionteil*/ end;

Prozeduren / Funktionen wie anonyme Blöcke, besitzen aber Definitionsteil function | procedure | trigger Name [Parameterliste] /*Definitionsteil*/ is /*Deklarationsteil*/ begin /*Anweisungsteil*/ exception /*Exceptionteil*/ end;

Prozeduren / Funktionen (2) sind jederzeit aufrufbar und besitzen ein Parameterliste zur Übergabe von Aufrufparametern mit dem Schlüsselwort CREATE können Prozeduren und Funktionen in der Datenbank erzeugt und kompiliert ge- speichert werden (StoredProcedures)

Packages dienen zur Strukturierung von umfangreichem Programmtext Zusammenfassung von logisch zusammengehörigen Variablen, Typdefinitionen, Prozeduren und Funktionen Diese können von anderen PL/SQL-Objekten referenziert werden objektorientiert: Definition von öffentlichen und privaten Objekten, dadurch Kapselung von Daten

StoredProcedures da Funktionen und Prozeduren kompiliert in der Datenbank vorliegen, entfällt die Übersetzungszeit beim Aufruf bei Zugriff auf eine StoredProcedure wird diese in den SGA geladen und steht allen DB-Benutzern zur Verfügung bis sie aus dem SGA verdrängt werden (LRU-Algorithmus) da das neue Laden in den SGA Zeit kostet, können wichtige SPs auch explizit im SGA gehalten werden

Vorteile von PL/SQL bessere Performance bei mehreren aufeinander folgenden DB-Zugriffen, wenn Anwendungsprogramm und Oracle-Server auf verschiedenen Rechnern laufen begin insert into test1; select from...; insert into test2.; end; Server PL/SQL Blockübergabe

Trigger Trigger sind in PL/SQL oder SQL programmierte Objekte, die wie StoredProcedures in der Datenbank gespeichert sind ein Trigger gehört immer zu einer Tabelle und kann nur implizit aufgerufen werden, kann zur Integritätssicherung eingesetzt werden der Aufruf erfolgt vor (BEFORE) oder nach (AFTER) einer Insert -, Update – oder Delete - Operation auf einer Tabelle Trigger können StoredProcedures, weitere Trigger, DML und DDL – Anweisungen benutzen zwei Typen: Zeilen - und Anweisungstrigger

(Zeilen-) Trigger Beispiel TRIGGER historie_trg after INSERT or UPDATE or DELETE on film FOR EACH ROW begin if INSERTING then prc_ins_syshist( ‘FILM‘ ,‘I‘, :new.film_id); end if; if UPDATING then prc_ins_syshist( ‘FILM‘ ,‘U‘, :new.film_id); if DELETING then prc_ins_syshist( ‘FILM‘ ,‘D‘, :old.jahr,:old.genre);

Triggertypen Zeilentrigger werden für jeden Datensatz, den die DML - Operation einfügt, verändert oder löscht einmal aktiviert Anweisungstrigger sind unabhängig von den Attributwerten der einzelnen Datensätze und reagieren nur auf die durchzuführende DML – Anweisung

Anwendungsbeispiel Trigger über Anweisungstrigger lassen sich Berechtigungen im Mehrbenutzerbetrieb realisieren durch einen BEFORE - Anweisungstrigger, der z.B. einen Semaphor implementiert, können kritische Tabellenbereiche geschützt werden so können z.B. Dirty - Reads verhindert werden, da immer nur ein Nutzer kritische Tabelleninhalte verändern kann

SQL – Constraints SQL – Constraints sind direkt an Spalten in Tabellen gebunden und werden bei Erzeugung einer Tabelle mit dem Schlüsselwort CONSTRAINT definiert CREATE table personal ( pnr Personalnummer, ght Gehalt, PRIMARY KEY (pnr), CONSTRAINT ght > 5000, ) Constraints haben keine ‘Programmeigenschaften‘

Constraints vs. Trigger reguläre Constraints haben keine 'Programmelemente', reine atomare Prüfungen Trigger können auch zur Integritätsprüfung verwendet werden, sind aber wesentlich mächtiger als Constraints es ist umstritten, ob man Trigger zur Integritätssicherung einsetzen sollte oder nicht

Quellen und Literatur Heuer, Saake : Datenbanken: Konzepte und Sprachen (c) 2000 mitp Verlag Türscher : PL/SQL (c) 1997 Springer – Verlag http://www.orafaq.com http://www.oracle.com DIS – Skript 2003 N. Ritter, Uni – Hamburg VSS – Skript 2003 W.Lamersdorf / G.Gryczan, Uni – Hamburg Oracle / SQL – Tutorial http://www.db.cs.ucdavis.edu University of California