INF212 - Databaseteori. Kursinnhold

Transkript

1 INF212 - Databaseteori Forelesere: Naci Akkök Ellen Munthe-Kaas Mål: Kjennskap til databasesystemer Virkemåte Implementasjon Teoretiske og praktiske problemer INF212 v Kursinnhold Databasedesign Databaseprogrammering Implementasjon av databasesystemer INF212 v

2 Lærebok Garcia-Molina, Ullman, Widom: Database Systems - The Complete Book Prentice Hall ISBN Se hjemmesiden, Støttelitteratur INF212 v Praktiske opplysninger Hjemmeside: Obligatoriske oppgaver: 2 stykker Databasesystem: Oracle 9.2 Eksamen: 28. mai kl. 9:00-15:00 Ingen læremidler er tillatt brukt på eksamen! INF212 v

3 Informasjonssystemer, DBMSer og databaser INF212 v Interesseområdet (UoD = Universe of Discourse) Interesseområdet er en del av virkeligheten Lovene som styrer virkeligheten, kaller vi forretningsregler Forretningsregler og naturlover har mange likhetstrekk Vi ser effekten av dem, men de kan være vanskelige å finne INF212 v

4 Beskrivelse (deskripsjon) av virkeligheten/interesseområdet Interesseområdet Begrepsdannelse og idealisert representasjon Beskrivelse av interesseområdet INF212 v Informasjonsmodeller, 100%-prinsippet og skranker En fullstendig beskrivelse av interesseområdet kalles en informasjonsmodell 100%-prinsippet sier at det er mulig å lage en (endelig) informasjonsmodell på norsk Informasjonsmodellen uttrykkes gjerne i et modellspråk som ER (Entity Relationship) eller ORM (Object-Role Modelling) Beskrivelsen av forretningsreglene kalles skranker Statiske skranker beskriver begrensninger på mulige tilstander i interesseområdet Dynamiske skranker beskriver begrensninger på mulige forandringer i interesseområdet INF212 v

5 Det begrepsmessige skjema Integritetsregler Informasjonsmodellen brukt som regelverk (preskripsjon) for hvordan informasjonssystemet skal oppføre seg, kalles det begrepsmessige skjema Det begrepsmessige skjema uttrykkes ved et språk som passer for den databaseteknologien vi skal bruke, f.eks. SQL (Structured Query Language) for relasjonsdatabaser I det begrepsmessige skjemaet kaller vi skrankene for integritetsregler Integritetsreglene bestemmer hva som er lovlig å lagre i informasjonssystemet (lovlige tilstander) og hva som er lovlige forandringer (lovlige transisjoner) INF212 v Informasjonssystemer Interesseområdet Analyse Informasjonsmodellen Realisering Informasjonssystemet Data Prosesser INF212 v

6 Informasjonssystemer vs. databaser INFORMASJONSSYSTEM DATABASESYSTEM DBMS Applikasjonsprogrammer Håndtere spørsmål Kontroll av data Aksessere data MDB DB Spørremodul bruker INF212 v DBMS Database Management System Spesialisert SW Karakteristika: Persistens Transaksjonshåndtering A tomicity C onsistency I solation D urability Programmeringsgrensesnitt INF212 v

7 3-skjemaarkitekturen INF212 v skjemaarkitekturen for databaser Presentasjonslaget, beskrevet med eksterne skjemaer ( views ) hvordan informasjon skal presenteres for ulike brukere Det konseptuelle (eller logiske) laget, beskrevet i det begrepsmessige skjemaet hva som kan lagres og hva som er lovlige forandringer Det fysiske laget, beskrevet i det interne skjemaet hvordan informasjon lagres, forandres og behandles INF212 v

8 INF212 v lagsarkitektur Benytter ideene fra 3-skjemaarkitekturen i design av distribuerte systemer Presentasjonslag: Webserver Forretningslogikk: Applikasjonsserver Datalag: Databaser, legacysystemer, INF212 v

9 Relasjonsmodellen INF212 v Relasjonsdatabasemodellen Datamodell: Mengde av begreper for å beskrive strukturen til en database Relasjonsmodellen: Databasen kan betraktes som en samling av tabeller INF212 v

10 Relasjoner og relasjonsdatabaser Personale Ans# Navn Fdato Pers# Avd Gro Berit Bjørn Liv Relasjon: Et matematisk begrep som kan tolkes som en tabell med verdier. Presist: En mengde av tupler Relasjonsdatabase: En samling relasjoner INF212 v Relasjoner - terminologi Relasjonsnavn Relasjonsskjema Attributt Personale primærnøkkel Ans# Navn Fdato Pers# Avd Gro Berit Bjørn Liv Tuppel/forekomst Instans/forekomster INF212 v

11 Formelle definisjoner Domene: En mengde atomære verdier. Attributt: Et navn på en rolle spilt av et domene. ( kolonnenavn ) Relasjonsskjema R(A1,A2,,An): En navngitt mengde attributter R = {A1,A2,,An} der R er relasjonsnavnet. n kalles relasjonens grad eller aritet. Instans av et relasjonsskjema R(A1,A2,,An): En mengde {t1,t2,,tm} der hver tk er et n-tuppel av verdier fra domenene til A1,A2,,An (noen kan være ) Relasjon: Et relasjonsskjema med en tilhørende instans. Relasjonsskjemaet kalles relasjonens intensjon. Instansen kalles relasjonens ekstensjon. INF212 v Merk: Tuplenes rekkefølge i en instans er vilkårlig Verdienes rekkefølge i et tuppel er vilkårlig I en instans kan det ikke finnes to like tupler Hver av verdiene i et tuppel er hentet fra et domene eller er Et domene kan være endelig eller uendelig To attributter i et relasjonsskjema kan ha samme domene, men ikke samme navn INF212 v

12 Relasjonsdatabaser - definisjoner Relasjonsdatabaseskjema: Samling av relasjonsskjemaer + integritetsregler Relasjonsdatabaseinstans: Samling av relasjonsinstanser Relasjonsdatabase = relasjonsdatabaseskjema + relasjonsdatabaseinstans INF212 v Nøkler og nøkkelattributter INF212 v

13 Nøkler og nøkkelattributter Personale Ans# Navn Fdato Pers# Avd Gro Berit Bjørn Liv Vi ønsker ikke at to ansatte skal kunne ha samme Ans# To personer kan aldri ha samme fødselsnummer = Fdato + Pers# INF212 v Definisjon nøkler Gitt et skjema R(A1,A2,,An) med tilhørende skranker. La X være en delmengde av {A1,A2,,An}.Hvis t er et tuppel i en instans av R, betegner t[x] verdiene i t s X-attributter. Supernøkkel: En delmengde X av {A1,A2,,An} som er slik at hvis t og u er to tupler hvor t u, så er t[x] u[x] Kandidatnøkkel: En minimal supernøkkel. Dvs: Fjerning av et attributt fører til at de gjenværende attributtene ikke lenger utgjør en supernøkkel Primærnøkkel: En utvalgt blant kandidatnøklene. Alle relasjoner skal ha nøyaktig én primærnøkkel. Nøkkelattributt (prime attribute): Attributt som er med i en kandidatnøkkel Supernøkler benyttes til å uttrykke integritetsregler INF212 v

14 Fremmednøkler Barn Løpe# Navn Fdato Avd TilknPers Lisa Trym Anne Anne Rosa Pantern Tommeliten 9 8 Vi vil at TilknPers skal referere til forekomster i Personaletabellen INF212 v Fremmednøkkel: Ett eller flere attributter som peker ut/refererer primærnøkkelen i en annen relasjon Barn Fremmednøkler Personale Ans# Navn Fdato Pers# Avd Gro Berit Bjørn Liv Løpe# Navn Fdato Avd TilknPers Lisa Trym Anne Anne Rosa Pantern Tommeliten 9 8 INF212 v

15 Fremmednøkler Fremmednøkkelen må ha samme antall attributter som primærnøkkelen i den relasjonen den peker ut, og attributtene må ha parvis samme domener Korresponderende attributter behøver ikke å ha samme navn Det er lov å ha fremmednøkler til seg selv Fremmednøkler benyttes til å uttrykke integritetsregler INF212 v Påkrevde integritetsregler i relasjonsdatabaser Entitetsintegritet: Alle relasjonsskjemaer skal ha en og bare en primærnøkkel. Ingen av attributtene i primærnøkkelen får være. Referanseintegritet: Hvis fremmednøkkelen ikke er, så skal det finnes et tuppel i den refererte relasjonen hvor primærnøkkelen har samme verdi som fremmednøkkelen. Dvs. det refererte tuppelet skal eksistere. Domeneintegritet: Alle verdier skal være atomære og hentet fra vedkommende attributts domene. (Men kan være tillatt også.) I tillegg kan databasen ha andre integritetsregler, for eksempel kandidatnøkler utover primærnøklene. INF212 v

16 Funksjonell avhengighet INF212 v Definisjon funksjonell avhengighet Gitt et relasjonsskjema R(A1,A2,,An). La X, Y være delmengder av {A1,A2,,An}. Y er funksjonelt avhengig av X hvis vi for enhver lovlig instans av R har at hvis instansen inneholder to tupler t1 og t2 hvor t1[x]=t2[x], så må t1[y]=t2[y]. I såfall skriver vi X Y. Ofte snakker vi for korthets skyld om FDen X Y der FD står for Functional Dependency. Merk at hvis X er en supernøkkel, så holder X Y for enhver Y. FDer benyttes til å uttrykke integritetsregler INF212 v