Implementierung von Datenbanksystemen (IDB)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Implementation of Database Systems)
(Prüfungsordnungsmodul: Implementierung von Datenbanksystemen)

Lehrveranstaltungen:

• • Implementierung von Datenbanksystemen
    (Vorlesung, 2 SWS, N.N. et al., Di, 12:15 - 13:45, HG)
  • Übungen zu Implementierung von Datenbanksystemen
    (Übung, 2 SWS, Demian E. Vöhringer)
  • Intensivierungsübung zu Implementierung von Datenbanksystemen
    (Übung, 2 SWS, Demian E. Vöhringer)

Empfohlene Voraussetzungen:

Es wird empfohlen, folgende Module zu absolvieren, bevor dieses Modul belegt wird:

Konzeptionelle Modellierung (SS 2022)
Algorithmen und Datenstrukturen (WS 2021/2022)
Systemprogrammierung (SS 2021)

Inhalt:

Die Vorlesung führt ein in den Aufbau und die Architektur von Datenbanksystemen, die Modularisierung und Schichtenbildung mit Abstraktionen verwenden. Schwerpunkt sind deshalb systemtechnische Aspekte von Datenbanksystemen. Die Übungen vertiefen verschiedene Aspekte an Beispielrechnungen und erweitern gelegentlich auch noch den Stoff um einige Facetten (z.b. Mehrattribut-Zugriffspfade).

Ausgangspunkt einer Reihe von aufeinander aufbauenden Abstraktionen ist die Speicherung von Daten auf Hintergrundspeichern. Die erste Abstraktion ist die Datei. Dann werden Sätze eingeführt und auf verschiedene Weisen in Blöcken organisiert (sequenziell, mit Direktzugriff, indexsequentiell). Das schließt die Organisation eines Blockpuffers und Zugriffspfade (Indexstrukturen) unterschiedlichen Typs ein. Als zweite große Abstraktion werden Datenmodelle eingeführt und hier insbesondere das relationale. Das ist bereits aus dem Modul "Konzeptionelle Modellierung" bekannt, wird hier aber aus einer ganz anderen Perspektive heraus entwickelt.

Der zweite Teil befasst sich mit der Realisierung der Leistungen eines Datenbanksystems unter Verwendung der vorher eingeführten Sätze und Zugriffspfade ("top-down"). Das umfasst die Anfrageverarbeitung und -optimierung, aber auch die Mechanismen zur Protokollierung von Aktionen und zur Wiederherstellung von Datenbankzuständen nach einem Fehler oder Ausfall. Ein laufend vervollständigtes Schichtenmodell fasst abschließend die Aufgaben in einer Architektur für Datenbank-Verwaltungssysteme zusammen. Ziel des Moduls ist es also, ein grundlegendes Verständnis für den Aufbau und die Funktionsweise eines Datenbanksystems zu vermitteln.

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• kennen das Schichtenmodell eines Datenbankverwaltungssystems;

• verstehen das Prinzip der Datenunabhängigkeit (Datenabstraktion);

• beherrschen das Aufbauprinzip einer Software-Schicht;

• unterscheiden die Begriffe "Datenbank", "Datenbanksystem" und "Datenbankverwaltungssystem";

• unterscheiden die Begriffe "Datenmodell" und "Schema";

• zeigen das Konzept der blockorientierten Datei mit ihren Zugriffsoperationen auf;

• unterscheiden einen Satz von einem Block;

• erklären das Konzept der sequentiellen Satzdatei;

• schildern das Prinzip der Wechselpuffertechnik;

• charakterisieren den Schlüsselzugriff auf Sätze;

• stellen Gestreute Speicherung (Hashing) auf der Basis von Blöcken (Buckets) dar;

• formulieren die Funktionsweise des Virtuellen Hashings;

• fassen die Funktionsweise eines B-Baums zusammen;

• unterscheiden die Dienste eines B-Baums von denen des Hashings;

• können für eine Folge von Schlüsselwerten einen B-Baum aufbauen;

• unterscheiden einen B-Baum von einem B-Stern-Baum (B+-Baum);

• veranschaulichen einen Bitmap-Index;

• unterscheiden die Primär- und Sekundärorganisation von Sätzen;

• zählen Ersetzungsstrategien der Pufferverwaltung auf und vergleichen sie;

• benennen die Dienste einer Pufferverwaltung;

• erklären die Konzepte "Seite" und "Segment" im Gegensatz zu "Block" und "Datei";

• unterscheiden direkte und indirekte Seitenzuordnung;

• interpretieren in Programmiersprachen eingebettete Anfragesprachen und Datenbank-Unterprogrammaufrufe;

• charakterisieren Datenbank-Transaktionen;

• kennen die Aufrufe zur Definition von Transaktionen;

• erläutern die spaltenweise Abspeicherung von Relationen;

• diskutieren die algebraische Optimierung von Anfragen;

• stellen Planoperatoren eines Datenbanksystems dar;

• unterscheiden Planoperatoren für den Verbund;

• beschreiben Kostenformeln für die Abschätzung von Anfrageausführungen;

• schildern die verschiedenen Anomalien im Mehrbenutzerbetrieb;

• beschreiben die Serialisierbarkeit von Transaktionen;

• erläutern das Konzept der Sperren in Datenbanksystemen;

• unterscheiden physische und logische Konsistenz;

• kennen die vier Recovery-Klassen;

• erläutern die verschiedenen Arten von Sicherungspunkten.

Literatur:

KEMPER, Alfons ; EICKLER, André: Datenbanksysteme : Eine Einführung. 9., aktual. u. erweit. Aufl. München : Oldenbourg, 2013. – ISBN 978-3-486-72139-3. – Kapitel 7 bis 11
KEMPER, Alfons ; WIMMER, Martin: Übungsbuch Datenbanksysteme. 2., aktual. u. erweit. Aufl. München : Oldenbourg, 2009. – ISBN 978-3-486-59001-2. – Kapitel 7 bis 11
HEUER, Andreas ; SAAKE, Gunter: Datenbanken : Konzepte und Sprachen. 3., aktual. u. erw. Aufl. Bonn : mitp, 2007. - ISBN 3-8266-1664-2
HÄRDER, Theo ; RAHM, Erhard: Datenbanksysteme : Konzepte und Techniken der Implementierung. Berlin : Springer, 1999 - ISBN 3-540-65040-7
SAAKE, Gunter ; HEUER, Andreas: Datenbanken : Implementierungstechniken. 2., aktual. u. erw. Aufl. Bonn : mitp, 2005. ISBN 3-8266-1438-0

Bemerkung:

Die Lehrveranstaltungen zu diesem Modul werden letztmalig im WiSe 2023/24 angeboten.

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer))
   (Po-Vers. 2013 | TechFak | Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer)) | weitere Pflichtmodule | Implementierung von Datenbanksystemen)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Implementierung von Datenbanksystemen (Prüfungsnummer: 30201)

Prüfungsleistung, Klausur mit MultipleChoice, Dauer (in Minuten): 90, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: WS 2022/2023, 1. Wdh.: SS 2023, 2. Wdh.: WS 2023/2024