Einführung in Datenbanken

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Für aktuelle Informationen zum Thema "Datenbanken im LRZ-Webhosting" lesen Sie bitte unseren Artikel auf der neuen Doku-Plattform des LRZ.

1. Einführung

Die vorliegende Schrift beschreibt das Angebot an Datenbank-Programmen im alllgemeinen sowie Serviceangebote im Bereich Datenbanken am Leibniz-Rechenzentrum (LRZ). Es soll den Leser bei der Auswahl eines geeigneten Datenbankmanagement-Systems unterstützen.

Datenbanken dienen der Sammlung und Bereitstellung von Daten. Daten spiegeln meist relevante Informationen aus dem realen Leben wider. Neben den eigentlichen Daten werden auch Beziehungen zwischen den Daten gespeichert, da Beziehungen zwischen Daten wichtige Informationen abbilden und die Redundanz von Datenelementen minimieren.

Datenbanken erleichtern das Suchen, Analysieren, Bearbeiten und Speichern von Datenbeständen. Mittels Datenbank-Managementsystemen(DBMS) können mehrere Benutzer gleichzeitig auf den Datenbeständen arbeiten. Hierbei können häufig verschiedene Anwendungen auf ein und dieselben Daten zugreifen und die Daten analysieren. Bei diesen Anwendungen kann es sich z.B. um statistische Analysen, graphische Aufbereitung der Daten, Berichtserstellungen, Multimediaanwendungen, Textverarbeitungen oder einfache Tabellenbearbeitung handeln.

Im Leibniz-Rechenzentrum kommen nahezu ausschließlich relationale Datenbanken zum Einsatz. Relationale Datenbanken speichern die Daten in Tabellenform. Die Tabellen stehen hierbei gemäß einem definierten Datenmodell in Beziehung (engl. relation) zueinander.

Zugegriffen wird auf die Daten mittels einer nicht-prozeduralen Sprache. Als "lingua franca" hat sich hierbei die Sprache SQL (Structured Query Language) durchgesetzt. Mittels deklarativen Sprachelementen erklärt der Benutzer dabei, welche Daten (inhaltsorientiert) er bearbeiten möchte, ohne dem System mitteilen zu müssen, auf welche Art bzw. mittels welchem Verfahren die Daten aus der Datenbank wieder gewonnen werden.

Der Einsatz von (relationalen) Datenbanken hat mehrere Vorteile:

  • Datenhaltung und Zugriff auf die Daten erfolgt weitgehend unabhängig von der Anwendung. Eine Umstellung der physikalischen Abspeicherung der Daten, d.h. evtl. Dateiformat-Änderung bzw. Abspeicherung an einem anderen Ort beeinträchtigt eine einmal codierte Anwendung nicht. Programme greifen immer über eine logische Sicht auf Daten zu.
     
  • Datensharing: Auf bestehende Datenbestände können mehrere Benutzer bzw. Anwendungen gleichzeitig unter Wahrung der Datenkonsistenz gespeicherter Informationen zugreifen.
     
  • Garantierte Rücksetzbarkeit: Im Fehlerfall, sei es nun ein Hardware- oder Softwarefehler, kann ein Datenbestand auf einen Zustand zurückgesetzt werden, der den Daten vor Beginn der Bearbeitung entspricht (Transaktionsverarbeitung).
     
  • Software-Qualität und Programmumfang: Wegen definierter Schnittstellen zu den Datenbank-Managementsystemen und Modularisierung von Anwendercode und Datenzugriffscode wird der Umfang eines Anwenderprogamms minimiert und eine höhere Software-Qualität erreicht.
     
  • Freiheit, Programme und Datenhaltung beliebig zu verteilen: Durch die Trennung des Anwendungscode und Datenbank-Zugriffscodes können die Datenbestände von unterschiedlichen Programmen auf unterschiedlichen Betriebssystemplattformen bearbeitet werden. Voraussetzung hierbei ist, dass die Rechner (Client- und Serverrechner) per Netz untereinander verbunden sind und mittels eines definierten Protokoll miteinander kommunizieren.
     
  • Skalierbarkeit der Datenbankleistungsfähigkeit: Durch den Einsatz eines entsprechend dimensionierten Rechners für den Datenbankserver kann den Anwendern eine nahezu beliebige Leistung des Datenbankservers bereitgestellt werden. Im Falle der Firma Oracle (Oracle und MySQL-DBMS) reicht dieses Leistungsspektrum z.B. vom Desktop-System bis zu massiv-parallelen Rechnerarchitekturen (MPP-Rechner).
     
  • Einsatz einer Client-Server-Rechnerarchitektur: Wegen der Trennung von Anwendung und Datenhaltung kann die Anwendung auf einem Frontend-Rechner (Client) und die Datenhaltung auf einem Backend-Rechner (Server) erfolgen. Hierbei können unterschiedliche Rechner, Netzwerke, Betriebssysteme und Benutzeroberflächen in Frage kommen. Dem Anwender bleibt daher die Freiheit, Hersteller der Rechnersysteme, Betriebssysteme, Benutzeroberflächen und Netzwerkarchitekturen frei auszusuchen.

Im Rahmen eines am Leibniz-Rechenzentrum gehosteten Webservers können auch leistungsfähige, relationale Datenbank-Server genutzt werden. Zum Einsatz kommen hierbei MySQL-Datenbankserver.

2. Low-End-Datenzugriffssysteme

Für Endanwender, welche nur gelegentlich Datenauswertungen bzw. Dateneinträge in Datenbankdateien vornehmen, kann Microsoft Query, bzw. Lotus Approach empfohlen werden. Diese dBASE-Format-kompatiblen Windows-Anwendungen erlauben einfache und benutzerfreundliche Manipulationen an Datenbankdateien. Über Windows-kompatible Schnittstellen (u.a. DDE, Zwischenablage, OLE, etc.) kann ein Abfrageergebnis auch leicht in andere Windows-Anwendungen übernommen werden. Microsoft Query ist Bestandteil der Microsoft Office Programme Word und Excel.

SQLite, erhältlich sowohl für Linux als auch Windows-Betriebssysteme, kann ebenfalls für kleinere Datenbankprojekte genutzt werden. Es handelt sich hierbei um eine Progammbibliothek, welche ein relationales Datenbanksystem enthält. Als grafische Userinterface (GUI) können die Programme sqlitebrowser sowie das Programm Database .NET genutzt werden.

Für Programmierer, die mit Index-sequentiellen (ISAM)-Zugriffen auf Datenbestände auskommen, kann COBOL zum Werkzeug der Wahl werden, da es im Sprachumfang bereits ISAM Zugriffsmodule bereithält. Für professionelle Entwickler kommt Microsoft Visual Basic Professional Edition bzw. Microsoft Visual C#-Professional Edition als Programmiersprache mit Datenbankanbindung in Frage, da beide Programmiersprachen sowohl ISAM-Dateizugriffe als auch PC-Datenbanken- und SQL-Server-Datenbankzugriffe unterstützen.

3. Datenbanksysteme für Microsoft Windows

Unter Microsoft Windows stehen Nutzern folgende Windows-Datenbanken zur Verfügung: Microsoft Access, und Microsoft Excel/Word inkl. Microsoft Query. Als OpenSource steht zudem die OpenOffice Suite bzw. LibreOffice Suite zur Verfügung.

Sowohl als Endanwender- als auch als Entwicklersoftware sind Microsoft Visual Studio sowie Microsoft Access einzustufen. Microsoft Access kann im Rahmen des SELECT-Hochschulrahmenvertrages im Paket der Microsoft Office-Version bezogen werden. Die Office-Version garantiert eine gute Integration der Microsoft Büroprogramme (z.B. Serienbrieferstellung bzw. Serienemails mit Microsoft Word unter Einbeziehung von Microsoft Access-Datenbanken).

Microsoft Access benutzt als Programmiersprache Microsoft Access Basic bzw. Visual Basic for Applications. Für Microsoft Access kann auch eine kostenfreie Runtime-Version über Microsoft bezogen und installiert werden. Mit dieser Version können fertige Microsoft Access Anwendungen auch kommerziell vertrieben werden.

Ein besonders gute Entwicklungsumgebung zur Erstellung datenbankgestützter Anwendungen stellt Microsoft Visual Studio bereit.

MySQL und Postgres SQL können als Open Source-Datenbanken für den Einsatz unter Windows- bzw. Unix/Linux-Rechern uneingeschränkt empfohlen werden. Als Programmiersprachen für diese Datenbanken kann PHP- und PERL empfohlen werden.

Sinnvolle Datenbank-Entwicklungswerkzeuge unter Windows im speziellen für Client-Server-Umgebungen sind u.a. die Produkte Microsoft Office, Microsoft Access, HeidiSQL, MySQL Workbench und Oracle SQLDeveloper. Alle genannten Produkte können über Treiber (u.a.Open Database Connectivity (ODBC) bzw. OLE DB) auf SQL-Server-Datenbanken zugreifen.

MySQL kann als OpenSource-Datenbank auch unter Windows betrieben werden. Es stehen sowohl Client- als auch Serverprogramme für die Windows-Version zur Verfügung. Besonders nützlich erweist sich hierbei das Programm MySQL Workbench. Das grafische Frontend zu MySQL-Serverdatenbanken erlaubt u.a. auf der grafischen Öberfläche den Entwurf von Datenbankmodellen und das Reengineering bestehender Datenbankschemata.

4. Microsoft Windows-Anwendungen mit Datenbankzugriffsmodulen

Diverse Microsoft Windows Anwendungen bieten Schnittstellen zu Windows- oder PC-Datenbanken an. Einige können auch als Frontend (Client) zu Datenbankservern (Backend oder Server) in Client/Server-Umgebungen eingesetzt werden: SPSS für Windows, AutoCAD für Windows, Microsoft Viso Professionell, Microsoft Word für Windows, Microsoft Excel für Windows, Microsoft Powerpoint, Microsoft Outlook, Microsoft Project, Microsoft Visual Basic Professional Edition, Microsoft C++ Professional Edition, Microsoft Visual Foxpro, Microsoft Access, Visual dBASE, Borland Paradox und Microsoft Query. Daneben bietet Oracle mit seinen Entwicklungswerkzeugen SQLDeveloper und Oracle Application Express (APEX) die Unterstützung diverser Datenbankformate (u.a. OLE DB, ODBC-fähige Datenbankformate) an.

Sehr häufig greifen diese Programme über die sogenannte "Open Database Connectivity-Schnittstelle" (ODBC) auf das jeweils darunterliegende Datenhaltungssystem zu. Bei ODBC handelt es sich um eine von Microsoft normierte Datenbankschnittstelle zum Zugriff auf PC-Datenbankdateien bzw. SQL-Servern. Der Zugriff auf SQL-Server (u.a. Oracle, Sybase, Borland InterBase, ADABAS D, Microsoft SQLSERVER, IBM DB2, MySQL, Postgres SQL etc.) basiert auf dem SQL-Standard der SQL Access Group (SAG). Als Programmiertechnik wird hierbei ein vereinheitlichtes Call Level Interface (CLI) zu SQL-Datenbanken angewendet. Dieses CLI ist Basis für die ODBC-Schnittstelle. Konkurrierende Schnittstellen im sogenannten "Middleware"-Markt sind die IDAPI-Schnittstellen (Borland, IBM und Novell), EDA/SQL (Information Builders) sowie Oracle Objects for OLE (Oracle Corp.).

Meist werden ODBC-Kits als Zusatzangebote zu den Produkten (siehe MySQL-ODBC-Kit) angeboten. Das Microsoft Open Database Connectivity(ODBC)-Kit enthält z.B. Treiber für den Zugriff auf Btrieve, dBASE, Microsoft Access, Microsoft Foxpro, Microsoft Excel, ORACLE, Paradox, Microsoft oder Sybase SQL Server. Das Microsoft ODBC-Kit ist integraler Bestandteil des Betriebssystems Windows.

5. Datenbankmanagement unter Linux

Das Leibniz-Rechenzentrum bietet seinen Benutzern Zugang zu einem Datenbankserver MySQL in der Version 5.6. Der MySQL Server steht hinter der Firewall des Leibniz-Rechenzentrums und dient als Datenbanksystem für die am LRZ gehosteten Webserver.

Die Nutzung sowie die Antragsformalitäten für einen Webserver sind im MySQL-Artikel  beschrieben. Neben PERL und PHP-Anwendungen, die vom Betriebssystem bzw. Apache-System genutzt werden können, können auch eigene Programme im Webspace des gehosteten Webservers installiert werden.

Mit dem Programm PHPMyAdmin steht auch eine webbasierte GUI-Schnittstelle zur Bearbeitung und Anzeige der Datenbankinhalte zur Verfügung.  

6. Fachberatung für Datenbanken

Das Leibniz-Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften berät Sie bei der Auswahl und den Einsatzmöglichkeiten eines Datenbanksystems.

Neben dem praktischen Betrieb der MySQL-Datenbankserver im Rahmen von gehosteten Webservern das LRZ gibt es auch einen Einführungskurs zum Thema Datenbanken (Kompaktkurs Microsoft Access).

Bei Fragen zum Thema Datenbanken können Sie sich an die Beratung oder die Hotline des Leibniz-Rechenzentrum (Tel.:(089)35831-8800) wenden oder direkt mit dem zuständigen Berater einen Termin vereinbaren.

Ansprechpartner

Für Fragen bzw. für die Einrichtung der Zugänge steht Ihnen die Datenbankadministratoren gerne zur Verfügung.

Ihre Fragen und Anliegen zum MySQL-Server können Sie über den Servicedesk

              https://servicedesk.lrz.de/ql/create/16

an die Datenbankadministratoren richten.

7. Literatur zu Datenbanksystemen

  • Geisler Frank. Datenbanken - Grundlagen und Design. 2014. mitp Verlag. 5. Auflage. ISBN 978-3-8266-8719-8.
  • Unterstein, Michael. Anwendungsentwicklung mit Datenbanken / Michael Unterstein ; Günter Matthiessen. - 5. Aufl. - Berlin : Springer Vieweg, 2013. ISBN 978-3-642-39002-9.
  • Taschenbuch Datenbanken : mit 28 Tabellen / hrsg. von Thomas Kudraß. [Autoren Thomas Brinkhoff ...]. - 2. Aufl. - München : Hanser, 2015. - 576 S. ISBN 978-3-446-43508-7.
  • Schwinn Hans. Relationale Datenbanksysteme. 1992. Hanser Verlag. München. 273 S. ISBN 3-446-15782-4.
  • Kähler, Wolf-Michael. SQL mit Oracle. 3.Auflage. Vieweg. ISBN 978-3834805270. 2009. Eine aktuelle Einführung in die Arbeit mit relationalen und Objektrelationalen Datenbanken unter Einsatz von Oracle Express (Oracle XE).
  • Throll, Marcus; Bartosch, Oliver. Einstieg in SQL : Verstehen, einsetzen, nachschlagen ; [mit Praxisbeispielen, Aufgaben und Übungen ; SQL-Syntax von MySQL, MS Access, PostgreSQL,MS SQL Server, Base, Oracle, DB, SQLite und Firebird ; inkl. Referenzkarte mit SQL-Syntax ; CD-ROM - perfekt zum Selbststudium - 4. Aufl., Galileo Press, 2011. ISBN 978-3-8362-1699-9.
  • Leitenbauer, Günter: Datenbank-Modellierung - Das Grundlagenbuch. 1. Auflage, Franzis Verlag, 2003: 356 Seiten, ISBN: 3772365191 
  • Hans-Jürgen Scheibl. Datenbanken für das Internet. Hanser Verlag. 2002. ISBN 3446216456.
  • Hölscher, Lorenz; Microsoft Access 2013 - Das Handbuch. Microsoft Press. 2013. 39,90 €. ISBN 978-3866451575.
  • Hölscher, Lorenz; Richtig einsteigen: Desktop- und Web-Datenbanken erstellen mit Access 2013. Microsoft Press. 2013. ISBN 978-3-86645-227-5.
  • Lorenz Hölscher. Die Access 2013-Schulung - Video-Training. Fit für die Arbeit mit Datenbanken ISBN: 978-3-99032-059-4. 24 Seiten- 1 DVD. Juli 2013.
  • Walter Doberenz, Thomas Gewinnus. Microsoft Access 2013-Programmierung - Das Handbuch. 2013. Microsoft Press. ISBN 978-3-86645-471-2.
  • Access 2013. Grundlagen für Anwender. Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen / Universität Hannover (Hrsg.).  HERDT-Verlag. Nackenheim. ca. 5 € erhältlich im Benutzersekretariat des Leibniz-Rechenzentrum, München.
  • Pröll, Stefan. Zangerle, Eva, Gassler, Wolfgang. MySQL - Das umfassende Handbuch. Aktuell zu MSQL 5.6, 2.ed, ISBN 9783836225144, Galileo Computing, 2013, D.
  • Kofler Michael, Bern Öggl. PHP 5.3 & MySQL 5.4. Programmierung, Administration, Praxisbeispiele. Addison-Wesley, 2010. ISBN 978-38273-2876-2.
  • Wenz, Christian; Hauser, Tobias; PHP 5.6 und MySQL 5.7 - das umfassende Handbuch. ISBN 9783836238410. Rheinwerk, 2015, D.
  • DuBois Paul: MySQL Cookbook - Englische Ausgabe, ISBN 9781449374020, O'Reilly, 2014, E. 3.ed.
  • Koch, Daniel. MySQL - Perfekte Datenbank-Verwaltung mit phpMyAdmin, ISBN 9783815828205, Data Becker, 2010.
  • Theis, Thomas; Einstieg in PHP 5.6 und MySQL 5.6. ISBN 9783836230506, Rheinwerk, 2014, D.
  • Oracle Datenbankserver und Oracle Entwicklungswerkzeuge für Oracle 7/8/8i/9i/10g/11g. Dokumentation im World Wide Web.
  • Leibniz-Rechenzentrum. Nutzung des MySQL-Datenbankservers am Leibniz-Rechenzentrum.
  • Microsoft Office Product Documentation in the MSDN Library.

8. WWW-Seiten mit Datenbankbezug