2 Datenbanksystem

Ein Datenbanksystem (DBS) ist die Gesamtheit von Datenbank und dem zugehörigen Datenbankmanagementsystem. Um die Funktionsweise eines Datenbanksystems zu verstehen, ist es wichtig, die einzelnen Komponenten und deren Aufgaben zu kennen.

2.1 Aufgaben und Komponenten

Die Hauptaufgabe eines Datenbanksystems besteht darin, große Datenmengen effizient, widerspruchsfrei und dauerhaft zu speichern und diese Daten mehreren Benutzern und Anwendungsprogrammen bereitzustellen. Dabei müssen verschiedene Anforderungen erfüllt werden:

• Mehrere Benutzer müssen gleichzeitig auf die Daten zugreifen können (Mehrbenutzerbetrieb)
• Die Daten müssen konsistent bleiben, d.h. widerspruchsfrei und in sich schlüssig sein (Datenintegrität)
• Die Daten müssen vor unbefugtem Zugriff geschützt werden (Datensicherheit)
• Bei Systemausfällen dürfen keine Daten verloren gehen (Datensicherung und Recovery)

2.1.1 Datenbank

Eine Datenbank ist eine strukturierte Sammlung von zusammengehörigen Daten. Sie bildet einen bestimmten Ausschnitt der realen Welt ab, den sogenannten Diskursbereich oder Miniworld. Die Daten werden dabei nach bestimmten Regeln organisiert und gespeichert.

Wichtige Eigenschaften einer Datenbank sind:

• Persistenz: Die Daten werden dauerhaft auf einem Speichermedium abgelegt und bleiben auch nach Beendigung des Programms erhalten.
• Datenunabhängigkeit: Die logische Struktur der Daten (das Datenbankschema) ist unabhängig von der physischen Speicherung. Änderungen an der physischen Struktur haben keine Auswirkungen auf die Anwendungsprogramme (physische Datenunabhängigkeit). Auch Änderungen am Datenbankschema sollten möglichst keine Änderungen an den Anwendungsprogrammen erfordern (logische Datenunabhängigkeit).
• Strukturiertheit: Die Daten sind nach einem bestimmten Modell (z.B. relational, objektorientiert) organisiert und miteinander verknüpft.
• Selbstbeschreibung durch Metadaten: Zusätzlich zu den eigentlichen Nutzdaten enthält die Datenbank auch Informationen über die Struktur und Bedeutung dieser Daten (Metadaten oder Data Dictionary).
• Mehrbenutzerfähigkeit: Mehrere Benutzer können gleichzeitig auf die Datenbank zugreifen, ohne sich gegenseitig zu beeinträchtigen.

2.1.2 Datenbankmanagementsystem

Das Datenbankmanagementsystem (DBMS) ist die Software, die den Zugriff auf die Datenbank verwaltet und steuert. Es stellt Funktionen zur Verfügung für:

• Definition der Datenstrukturen (Data Definition Language, DDL)
• Manipulation der Daten, d.h. Einfügen, Ändern, Löschen (Data Manipulation Language, DML)
• Abfrage der Daten (Query Language, QL)
• Verwaltung der Zugriffsrechte und Benutzer (Data Control Language, DCL)
• Gewährleistung der Datensicherheit und Datenintegrität
• Transaktionsverarbeitung zur Sicherstellung der Konsistenz bei parallelen Zugriffen und Fehlern

2.1.3 MySQL

MySQL ist eines der weltweit am häufigsten eingesetzten relationalen Datenbankmanagementsysteme. Es wurde ursprünglich von der schwedischen Firma MySQL AB entwickelt und ist heute im Besitz von Oracle.

Wichtige Eigenschaften von MySQL sind:

• Open Source: Die Community Edition von MySQL ist frei verfügbar und kann ohne Lizenzkosten genutzt werden.
• Hohe Performance: MySQL ist auf Geschwindigkeit optimiert und kann auch große Datenmengen effizient verarbeiten.
• Skalierbarkeit: MySQL lässt sich gut skalieren und kann sowohl auf kleinen Systemen als auch auf großen Serverclustern eingesetzt werden.
• Plattformunabhängigkeit: MySQL ist für verschiedene Betriebssysteme wie Linux, Windows, macOS, Solaris etc. verfügbar.
• Umfangreiche Funktionalität: MySQL bietet alle wesentlichen Funktionen eines modernen DBMS, wie Transaktionen, Referentielle Integrität, Stored Procedures, Trigger, Views etc.
• Einfache Handhabung: MySQL ist einfach zu installieren und zu administrieren. Die Abfragesprache SQL ist leicht zu erlernen.
• Große Community: MySQL wird von einer großen und aktiven Community unterstützt, die bei Problemen hilft und die Software ständig weiterentwickelt.
• Gute Dokumentation: Zu MySQL gibt es eine umfangreiche und verständliche Dokumentation.

MySQL eignet sich besonders gut für:

• Webanwendungen: Viele Webseiten und -anwendungen nutzen MySQL als Backend-Datenbank, oft in Verbindung mit PHP.
• Embedded Systems: MySQL lässt sich auch in eigene Anwendungen einbetten und mit diesen vertreiben.
• Data Warehousing: MySQL kann als kostengünstige Alternative zu kommerziellen Datenbanksystemen für Data-Warehouse-Anwendungen genutzt werden.
• High-Traffic-Websites: Durch seine hohe Geschwindigkeit ist MySQL gut geeignet für Websites mit hohem Datenverkehr.
• Und viele weitere Anwendungsfälle, in denen eine relationale Datenbank benötigt wird.

MySQL unterstützt alle wichtigen Funktionen eines modernen DBMS:

• SQL als Standardsprache zur Definition und Manipulation von Daten und Datenstrukturen.
• Transaktionen zur Sicherstellung der Datenintegrität bei parallelen Zugriffen und Fehlern (ACID-Eigenschaften).
• Referentielle Integrität zur Sicherstellung der Konsistenz von Beziehungen zwischen Tabellen durch Fremdschlüssel.
• Stored Procedures zur Auslagerung von Anwendungslogik in die Datenbank.
• Trigger zur automatischen Ausführung von Aktionen bei bestimmten Ereignissen (z.B. Einfügen oder Ändern von Datensätzen).
• Views zur Bereitstellung von virtuellen Tabellen, die aus anderen Tabellen abgeleitet werden.
• Verschiedene Speicher-Engines wie MyISAM (für Geschwindigkeit optimiert) oder InnoDB (unterstützt Transaktionen und Fremdschlüssel).
• Replikation zur Erhöhung der Verfügbarkeit und Performance durch Spiegelung der Daten auf mehrere Server.
• Partitionierung zur Aufteilung großer Tabellen auf mehrere Dateigruppen oder Festplatten.

Insgesamt ist MySQL ein leistungsfähiges, vielseitiges und weit verbreitetes Open-Source-Datenbanksystem, das sich für viele Anwendungsbereiche eignet und alle wesentlichen Funktionen bietet, die man von einem modernen DBMS erwartet.