Fundamentals of Database Systems

Vorwort

Datenbanken und Datenbankbenutzer

• Einführung
• Ein Beispiel
• Merkmale des Datenbankansatzes
• Schauspieler vor Ort
• Arbeiter hinter der Szene
• Vorteile der Verwendung des DBMS-Ansatzes
• Eine kurze Geschichte der Datenbankanwendungen
• Wann Sie kein DBMS verwenden sollten
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

Konzepte und Architektur von Datenbanksystemen

• Datenmodelle, Schemata und Instanzen
• Drei-Schema-Architektur und Datenunabhängigkeit
• Datenbanksprachen und Schnittstellen
• Die Datenbanksystemumgebung
• Zentralisierte und Client/Server-Architekturen für DBMS
• Klassifizierung von Datenbankverwaltungssystemen
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

Datenmodellierung mit dem Entity-Relationship (ER)-Modell

• Verwendung konzeptioneller Datenmodelle auf hoher Ebene für das Datenbankdesign
• Eine Beispieldatenbankanwendung
• Entitätstypen, Entitätssätze, Attribute und Schlüssel
• Beziehungstypen, Beziehungssätze, Rollen und strukturelle Einschränkungen
• Schwache Entitätstypen
• Verfeinerung des ER-Designs für die UNTERNEHMENS-Datenbank
• ER-Diagramme, Namenskonventionen und Designprobleme
• Beispiel einer anderen Notation: UML-Klassendiagramme
• Beziehungsarten mit höherem Abschluss als zwei
• Ein weiteres Beispiel: Eine UNIVERSITÄTS-Datenbank
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Laborübungen
• Ausgewählte Bibliographie

Das Enhanced Entity-Relationship (EER)-Modell

• Unterklassen, Oberklassen und Vererbung
• Spezialisierung und Generalisierung
• Einschränkungen und Merkmale von Spezialisierungs- und Generalisierungshierarchien
• Modellierung von UNION-Typen mithilfe von Kategorien
• Ein Beispiel für ein UNIVERSITÄTS-EER-Schema, Designoptionen und formale Definitionen
• Beispiel einer anderen Notation: Darstellung von Spezialisierung und Generalisierung in UML-Klassend
• Datenabstraktion, Wissensrepräsentation und Ontologiekonzepte
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Laborübungen
• Ausgewählte Bibliographie

Das relationale Datenmodell und relationale Datenbankbeschränkungen

• Relationale Modellkonzepte
• Einschränkungen relationaler Modelle und relationale Datenbankschemata
• Aktualisierungsvorgänge, Transaktionen und Umgang mit Einschränkungsverstößen
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

SQL-Datendefinition und Datentypen

• SQL-Datendefinition und Datentypen
• Angeben von Einschränkungen in SQL
• Grundlegende Abfrageabfragen in SQL
• INSERT-, DELETE- und UPDATE-Anweisungen in SQL
• Zusätzliche Funktionen von SQL
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

Mehr SQL: Komplexe Abfragen, Trigger, Ansichten und Schemaänderungen

• Komplexere SQL-Abrufabfragen
• Angeben von Einschränkungen als Behauptungen und Aktionen als Auslöser
• Ansichten (virtuelle Tabellen) in SQL
• Schemaänderungsanweisungen in SQL
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

Die relationale Algebra und die relationale Analysis

• Unäre relationale Operationen: SELECT und PROJECT
• Relationale Algebraoperationen aus der Mengenlehre
• Binäre relationale Operationen: JOIN und DIVISION
• Zusätzliche relationale Operationen
• Beispiele für Abfragen in der relationalen Algebra
• Die Tupel-Relationsrechnung
• Der domänenrelationale Kalkül
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Laborübungen
• Ausgewählte Bibliographie

Relationales Datenbankdesign durch ER- und EER-zu-relationales Mapping

• Relationales Datenbankdesign mit ER-zu-Relational-Mapping
• Zuordnung von EER-Modellkonstrukten zu Beziehungen
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Laborübungen
• Ausgewählte Bibliographie

Einführung in SQL-Programmiertechniken

• Überblick über Techniken und Probleme der Datenbankprogrammierung
• Embedded SQL, Dynamic SQL und SQL J
• Datenbankprogrammierung mit Funktionsaufrufen und Klassenbibliotheken: SQL/CLI und JDBC
• Gespeicherte Datenbankprozeduren und SQL/PSM
• Vergleich der drei Ansätze
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

Webdatenbankprogrammierung mit PHP

• Ein einfaches PHP-Beispiel
• Überblick über die Grundfunktionen von PHP
• Überblick über die PHP-Datenbankprogrammierung
• Kurzer Überblick über Java-Technologien für die Datenbank-Webprogrammierung
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

Objekt und objektrelationale Datenbanken

• Überblick über Objektdatenbankkonzepte
• Objektdatenbankerweiterungen für SQL
• Das ODMG-Objektmodell und die Objektdefinitionssprache ODL
• Konzeptionelles Design einer Objektdatenbank
• Die Objektabfragesprache OQL
• Überblick über die C++-Sprachbindung im ODMG-Standard
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

XML: Extensible Markup Language

• Strukturierte, halbstrukturierte und unstrukturierte Daten
• XML Hierarchisches (Baum-)Datenmodell
• XML-Dokumente, DTD und XML-Schema
• Speichern und Extrahieren von XML-Dokumenten aus Datenbanken
• XML-Sprachen
• Extrahieren von XML-Dokumenten aus relationalen Datenbanken
• XML/SQL: SQL-Funktionen zum Erstellen von XML-Daten
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

Grundlagen funktionaler Abhängigkeiten und Normalisierung für relationale Datenbanken

• Informelle Designrichtlinien für Beziehungsschemata
• Funktionale Abhängigkeiten
• Normalformen basierend auf Primärschlüsseln
• Allgemeine Definitionen der zweiten und dritten Normalform
• Boyce-Codd-Normalform
• Mehrwertige Abhängigkeit und vierte Normalform
• Verknüpfen Sie Abhängigkeiten und die fünfte Normalform
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übung
• Laborübungen
• Ausgewählte Bibliographie

Relationale Datenbankentwurfsalgorithmen und weitere Abhängigkeiten

• Weitere Themen zu funktionalen Abhängigkeiten: Inferenzregeln, Äquivalenz und minimale Abdeckung
• Eigenschaften relationaler Zerlegungen
• Algorithmen für den Entwurf relationaler Datenbankschemata
• Über Nullen, baumelnde Tupel und alternative relationale Designs
• Weitere Diskussion mehrwertiger Abhängigkeiten und 4NF
• Andere Abhängigkeiten und Normalformen
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Laborübungen
• Ausgewählte Bibliographie

Festplattenspeicher, grundlegende Dateistrukturen, Hashing und moderne Speicherarchitekturen

• Einführung
• Sekundäre Speichergeräte
• Pufferung von Blöcken
• Dateidatensätze auf der Festplatte ablegen
• Operationen an Dateien
• Dateien mit ungeordneten Datensätzen (Heap-Dateien)
• Dateien mit geordneten Datensätzen (sortierte Dateien)
• Hashing-Techniken
• Andere primäre Dateiorganisationen
• Parallelisierung des Festplattenzugriffs mithilfe der RAID-Technologie
• Moderne Speicherarchitekturen
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

Indizierungsstrukturen für Dateien und physisches Datenbankdesign

• Arten von einstufig geordneten Indizes
• Mehrstufige Indizes
• Dynamische mehrstufige Indizes mit B-Bäumen und B+-Bäumen
• Indizes für mehrere Schlüssel
• Andere Arten von Indizes
• Einige allgemeine Fragen zur Indexierung
• Physischer Datenbankentwurf in relationalen Datenbanken
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

Strategien zur Abfrageverarbeitung

• Übersetzen von SQL-Abfragen in relationale Algebra und andere Operatoren
• Algorithmen für die externe Sortierung
• Algorithmen für die SELECT-Operation
• Implementierung der JOIN-Operation
• Algorithmen für PROJEKT- und Mengenoperationen
• Implementieren von Aggregatoperationen und verschiedenen Arten von JOINs
• Kombinieren von Vorgängen mithilfe von Pipelining
• Parallele Algorithmen zur Abfrageverarbeitung
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

Abfrageoptimierung

• Abfragebäume und Heuristiken zur Abfrageoptimierung
• Auswahl an Abfrageausführungsplänen
• Verwendung von Selektivitäten in der kostenbasierten Optimierung
• Kostenfunktionen für den SELECT-Vorgang
• Kostenfunktionen für die JOIN-Operation
• Beispiel zur Veranschaulichung der kostenbasierten Abfrageoptimierung
• Zusätzliche Probleme im Zusammenhang mit der Abfrageoptimierung
• Ein Beispiel für die Abfrageoptimierung in Data Warehouses
• Überblick über die Abfrageoptimierung in Oracle
• Semantische Abfrageoptimierung
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

Einführung in die Konzepte und Theorie der Transaktionsverarbeitung

• Einführung in die Transaktionsverarbeitung
• Transaktions- und Systemkonzepte
• Wünschenswerte Eigenschaften von Transaktionen
• Charakterisieren von Zeitplänen basierend auf der Wiederherstellbarkeit
• Charakterisierung von Zeitplänen basierend auf Serialisierbarkeit
• Transaktionsunterstützung in SQL
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

Techniken zur Parallelitätskontrolle

• Zweiphasen-Sperrtechniken zur Parallelitätskontrolle
• Parallelitätskontrolle basierend auf der Reihenfolge der Zeitstempel
• Techniken zur Steuerung der Parallelität mehrerer Versionen
• Validierungstechniken (optimistisch) und Snapshot-Isolation-Parallelitätskontrolle
• Granularität von Datenelementen und Sperrung mehrerer Granularitäten
• Verwenden von Sperren zur Parallelitätskontrolle in Indizes
• Andere Probleme mit der Parallelitätskontrolle
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

Techniken zur Datenbankwiederherstellung

• Wiederherstellungskonzepte
• NO-UNDO/REDO-Wiederherstellung basierend auf verzögerter Aktualisierung
• Wiederherstellungstechniken basierend auf sofortiger Aktualisierung
• Schatten-Paging
• Der ARIES-Wiederherstellungsalgorithmus
• Wiederherstellung in Multidatenbanksystemen
• Datenbanksicherung und Wiederherstellung nach katastrophalen Ausfällen
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

Verteilte Datenbankkonzepte

• Verteilte Datenbankkonzepte
• Datenfragmentierungs-, Replikations- und Zuordnungstechniken für den verteilten Datenbankentwurf
• Überblick über Parallelitätskontrolle und Wiederherstellung in verteilten Datenbanken
• Überblick über das Transaktionsmanagement in verteilten Datenbanken
• Abfrageverarbeitung und -optimierung in verteilten Datenbanken
• Arten verteilter Datenbanksysteme
• Verteilte Datenbankarchitekturen
• Verteiltes Katalogmanagement
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Ausgewählte Bibliographie

NOSQL-Datenbanken und Big Data-Speichersysteme

• Einführung in NOSQL-Systeme
• Das CAP-Theorem
• Dokumentbasierte NOSQL-Systeme und MongoDB
• NOSQL-Schlüsselwertspeicher
• Spaltenbasierte oder Wide Column NOSQL-Systeme
• NOSQL-Graphdatenbanken und Neo4j
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Ausgewählte Bibliographie

Big-Data-Technologien basierend auf MapReduce und Hadoop

• Was ist Big Data?
• Einführung in MapReduce und Hadoop
• Hadoop Distributed File System (HDFS)
• MapReduce: Zusätzliche Details
• Hadoop v2 alias YARN
• Allgemeine Diskussion
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Ausgewählte Bibliographie

Erweiterte Datenmodelle: Einführung in aktive, zeitliche, räumliche, multimediale und deduktive Date

• Aktive Datenbankkonzepte und Trigger
• Temporale Datenbankkonzepte
• Räumliche Datenbankkonzepte
• Multimedia-Datenbankkonzepte
• Einführung in deduktive Datenbanken
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übung
• Ausgewählte Bibliographie

Einführung in den Informationsabruf und die Websuche

• Information Retrieval (IR)-Konzepte
• Retrieval-Modelle
• Arten von Abfragen in IR-Systemen
• Textvorverarbeitung
• Invertierte Indizierung
• Bewertungsmaße der Suchrelevanz
• Websuche und -analyse
• Trends beim Informationsabruf
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Ausgewählte Bibliographie

Data-Mining-Konzepte

• Überblick über die Data-Mining-Technologie
• Vereinsregeln
• Einstufung
• Clustering
• Ansätze für andere Data-Mining-Probleme
• Anwendungen des Data Mining
• Kommerzielle Data-Mining-Tools
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Ausgewählte Bibliographie

Überblick über Data Warehousing und OLAP

• Einführung, Definitionen und Terminologie
• Eigenschaften von Data Warehouses
• Datenmodellierung für Data Warehouses
• Aufbau eines Data Warehouse
• Typische Funktionalität eines Data Warehouse
• Data Warehouse versus Ansichten
• Schwierigkeiten bei der Implementierung von Data Warehouses
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Ausgewählte Bibliographie

Datenbanksicherheit

• Einführung in Datenbanksicherheitsprobleme
• Diskretionäre Zugriffskontrolle basierend auf der Gewährung und dem Widerruf von Berechtigungen
• Obligatorische Zugriffskontrolle und rollenbasierte Zugriffskontrolle für mehrstufige Sicherheit
• SQL-Injektion
• Einführung in die statistische Datenbanksicherheit
• Einführung in die Flusskontrolle
• Verschlüsselung und Public-Key-Infrastrukturen
• Datenschutzfragen und -bewahrung
• Herausforderungen bei der Aufrechterhaltung der Datenbanksicherheit
• Oracle-Label-basierte Sicherheit
• Zusammenfassung
• Rezensionsfragen
• Übungen
• Ausgewählte Bibliographie

Anhang A: Alternative schematische Notationen für ER-Modelle

Anhang B: Parameter von Festplatten

Anhang C: Überblick über die QBE-Sprache

• C.1 Grundlegende Abfragen in QBE
• C.2 Gruppierung, Aggregation und Datenbankänderung in QBE