Die zweite Auflage meines Buches zu Relationalen Datenbanken erscheint gerade:

Relationale Datenbanken. Grundlagen, Modellierung, Speicherung, Alternativen. 2. Auflage 2021

Auszüge sind bereits auf meiner WebSite (www.staud.info) veröffentlicht.

Der Text wird in drei Varianten veröffentlicht:

• als gedrucktes Buch
• als E-Book
• als Web-Text

Das Vorwort:

Datenbanken waren noch nie so wichtig. Diese Aussage mag überraschen, angesichts der Bedeutung, die Datenbanken in den letzten 50 Jahren schon gewonnen haben. Sie ist aber, angesichts der Herausbildung einer digitalen Parallelwelt, richtig.

Informatisierung

Datenbanken werden überall dort benötigt, wo – im Rahmen der Informatisierung – Informationen „erhalten bleiben sollen“. Da dies für so gut wie alle Anwendungs- und Lebensbereiche gilt, ergibt sich eine entsprechende Verbreitung von Datenbanken und ein entsprechender Bedarf an Wissen über Datenbanktechniken.

Immer mehr Datenbanken

In einer Zeit aber, in der sich die Weltgesellschaft mit dem Internet eine digitale Parallelwelt geschaffen hat, in der sie privat, geschäftlich, kriminell, in staatlichem Auftrag, usw. aktiv ist, ist dieser Bedarf noch größer geworden. Denn alle diese Netzaktivitäten beruhen auf bzw. führen zu Datenbanken. Natürlich Datenbanken der verschiedensten Art. Netzwerkdaten im Social Web, wo Terabyte von Daten bereits emsig ausgewertet werden; Datenbanken der Suchmaschinen, die letztendlich auf die Technologie der „inverted files“ zurückgehehen; „Unstruktierte Daten“ der unterschiedlichsten Art, usw. Und die schon altbewährten Relationalen Datenbanken, die einen sehr großen Anteil am Gesamtbestand von Datenbanken halten, v.a. in den Unternehmen.

Der ganze Weg

Um die Relationalen Datenbanken geht es in diesem Buch in erster Linie. Sie sollen umfassend dargestellt werden und auch der Weg zu ihnen: Vom Anwendungsbereich zur konzeptionellen und logischen Datenmodellierung, dann zum Datenbankdesign und zur Einrichtung der Datenbank. Zum Schluss werden noch die physischen Datenstrukturen beschrieben, auf denen die heutigen Speichertechniken beruhen.

Daneben werden aber auch die wichtigsten Alternativen kurz beschrieben. Alternative Datenmodelle (semantische und logische) und alternative Datenbanktechnologien, von dimensionalen Datenbanken über NoSQL-Datenbanken bis zur InMemory-Technologie.

Bezüglich der relationalen Datenbanktheorie sind folgende Themen neu und so anderweitig nicht abgedeckt:

• Die intensive Betrachtung von Mustern in Anwendungsbereichen und in relationalen Datenmodellen(„Semantik sucht Syntax“). Dies sollte die konkrete Datenmodellierung erleichtern.
• Die Erweiterung der Kardinalitäten zur durchgängigen Betrachtung von Min-/Max-Angaben bei relationalen Verknüpfungen („wieviele Teilnehmer mindestens, wieviele höchstens“). Auch dies sollte bei einer modernen Modellierung so sein.
• Die Betrachtung des gesamten Wegs von der Wahrnehmung des Anwendungsbereichs bis zur Erstellung der Datenbank und der physischen Datenorganisation.
• Zahlreiche Beispiele für relationale Datenmodellierung, einige mit Lösungsweg, einige ohne. Dies ist motiviert durch die Erfahrung aus jahrzehntelanger Lehr- und Beratungstätigkeit, dass Datenmodellierung beim Umgang mit Datenbanken die größten Probleme macht und vielerorts nur eingeschränkt beherrscht wird.

Prof. Dr. Josef Ludwig Staud

Aus der Einleitung – Aufbau des Buches, Gesamtüberblick

Im Mittelpunkt dieses Buches stehen Relationale Datenbanken – ihr Entwurf, ihre Modellierung, ihre Optimierung und ihre Einrichtung. Dies ist eingebettet in eine Darstellung des gesamten Weges, den die Informationen eines Anwendungsbereichs zurücklegen müssen, bis sie sich als Datenbank auf einem Speichermedium wiederfinden.

Anwendungsbereich und Konzeptionelle Modelllierung

In der Abbildung unten ist dieser Weg skizziert. Am Anfang (Position 1) ist der Anwendungsbereich. Er wird meist durch eine Wolke dargestellt. Die Auseinandersetzung mit dem Anwendungsbereich, das Gewinnen der für die Datenbank wichtigen Informationen, wird konzeptionelle Modellierung (conceptual modeling) genannt. Mit ihrer Hilfe werden Objekte und Objektklassen erkannt, Attribute gefunden und zugeordnet sowie Beziehungen geklärt. Vgl. dazu Kapitel 3.

Semantische Datenmodell

Die konzeptionelle Modellierung führt zu einem semantischen Datenmodell (Position2). Mit einem solchen ist es möglich, Objekte, Beziehungen und Attribute unabhängig von einem konkreten Datenbanksystem zu beschreiben. Von den vielen, die in den letzten Jahrzehnten hierfür vorgeschlagen wurden, blieb nur das sog. Entity Relationship – Modell übrig. Seine Aufgabe ist eine erste mit viel Aussagekraft erstellte Modellierung. Oder auch eine für Überblicksnotationen.

Vgl. hierzu “ http://www.staud.info/er/er_f_1.htm

Logisches Datenmodell

Im nächsten Schritt (Position 3) entsteht ein logisches Datenmodell. Damit werden Modelle bezeichnet, die einer bestimmten Datenbanktheorie und damit einem bestimmten Datenbanksystemtyp entsprechen. Dies sind heutzutage relationale und objektorientierte Datenbanksysteme und weitere, die neueren Ansätzen zur Datenverwaltung entsprechen (vgl. Kapitel 23). In diesem Buch stehen relationale Datenmodelle und Datenbanken im Vordergrund.

Mit der Erstellung des logischen Datenmodells ist die Struktur der künftigen Datenbank festgelegt. Also ein relationales Datenmodell oder auch ein objektorientiertes. Für diese Datenmodelle gibt es Datenbanksysteme, die mehr oder weniger gut das jeweilige Datenmodell (die jeweilige Theorie) unterstützen und seine Umsetzung erlauben. In diesem Buch konzentrieren wir uns auf Relationale Datenbanksysteme.

Datenbanken einrichten mit SQL

Nun gilt es, aufbauend auf dem logischen Datenmodell, die konkrete Datenbank mit einem geeigneten Datenbanksystem einzurichten (Position 4). Dies geschieht mittels der Masken und Menüs der grafischen Bedienoberflächen und – vor allem – mit einer formalen Sprache für das Einrichten, Befüllen, Verwalten und Auswerten der Daten. Bei Relationalen Datenbanksystemen ist dies SQL (vgl. Kapitel 19). Das Ergebnis dieser Bemühungen ist eine Datenbank.

In Kapitel 19 wird SQL beschrieben. Wegen der leichten Verfügbarkeit und gleichzeitig großen Leistungsstärke wurde dafür mySQL mit XAMPP gewählt.

Dateien auf peripheren Speichern, Physische Datenorganisation

Richtet man die relationale Datenbank ein, entstehen viele Dateien auf dem peripheren Speicher (heute meist Festplatten), in denen die Daten und die Verwaltungsinformation abgelegt sind (Position 5). Der grundsätzliche Aufbau dieser Dateien ist in den Kapiteln 20 und 21 beschrieben. Verwaltet werden diese Dateien von einem Teil des Betriebssystems, das Dateisystem (file system) genannt wird. Es nimmt die SQL-Befehle entgegen und setzt sie in Befehle für die sog. physische Datenorganisation um. Dabei nutzt es das sog. Festplattenverwaltungssystem.

Träger der jeweiligen Aktivität

Auf der rechten Seite der folgenden Abbildung ist angegeben, wer die jeweilige Aktivität umsetzt. Von 1 nach 2 ist Kompetenz in den Bereichen konzeptionelle und semantische Modellierung nötig. Geht es weiter nach 3, ist Kompetenz in logischer Datenmodellierung gefragt, heute also v.a. in relationaler oder in objektorientierter Modellierung (vgl. dazu [Staud 2019] und www.staud.info ==> Objektorientierung). Den Schritt nach 4, also die Einrichtung der Datenbank, übernehmen dann die die ganz normalen Datenbankspezialisten.

Datenbanksystem – Betriebssystem

Die nächsten Schritte bis zum physischen Speichermedium werden dann durch Anwendungssysteme realisiert. Durch das Datenbanksystem (database management system; DBMS; hier DBS) und das Betriebsssystem. Letzteres v.a. durch die in der Abbildung angeführten Komponenten Dateisystem (file system) und Festplattenverwaltungssystem (disk manager).

Obige Thematik wird, ergänzt um Kapitel zu „Modellierung, Speicherung, Alternativen“, in diesem Text betrachtet:

***Teil I – Grundlagen

2 Informationen, Daten, Attribute

3 Konzeptionelle Modellierung

***Teil II – Relationale Datenmodelle

4 Relationen bilden

5 Beziehungen erkennen und einrichten

6 Zusammenfassung Grundlagen

***Teil III – Optimierung des Datenbankentwurfs

7 Die erste Normalform (1NF)

8 Funktionale Abhängigkeiten

9 Die zweite Normalform (2NF)

10 Die dritte Normalform (3NF)

11 Die Boyce-Codd – Normalform (BCNF)

12 Die vierte Normalform (4NF)

13 Die fünfte Normalform (5NF)

***Teil IV – „Feintuning“ und Vertiefung

14 Muster in Anwendungsbereichen und Modellen

15 Die Zeit in Datenmodellen und Datenbanken

***Teil V – Beispiele relationaler Datenmodelle

16 Modellierungsbeispiele mit Lösungsweg

17 Weitere Modellierungsbeispiele

***Teil VI – Datenbankpraxis

18 Von Attributen zu Datentypen

19 SQL – Eine Kurzeinführung

***Teil VII – Physische Datenorganisation

20 Vom Zeichen zur Datenbank

21 Dateitechniken

22 Speichermedien

***Teil VIII – Alternativen

23 Andere Datenmodelle

24 Nicht-konventionelle Datenbanken – NoSQL etc.