Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Datenbanken, Datenbanksysteme &

Zugriffsschichten für Daten

Konstantin Steinbrecher

Universität Paderborn

Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Einführung

DBMS stehlt zur Verfügung: DDL & DML

DBS

Datenbank 1

DBMS

Anwendung mAnwendung 1

Datenbank nDatenbank 2

Datenbankschema -- Datenbankausprägung

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Gliederung

• Datenbankmodelle:Relationale DatenbankenObjektrelationale DatenbankenObjektorientierte DatenbankenMultimediadatenbanken

• Verteilte DatenbankenFragmentierungAllokation

• Kriterien von verteilten Datenbanksystemen

• Komponenten-Datenbanksysteme

• MultidatenbanksystemeFörderierte Datenbanksysteme

• MidllewareAnforderungen

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Datenbankmodelle: Relationale Datenbanken

... AnR

Definition des Datenbankschema

Hinzufügen der Daten

Verändern der Daten

Löschen der Daten

SQL

Relation

Relationenschema

Tupel

Attributwert

AttributeRelationenname

A1

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Datenbankmodelle: Objektrelationale Datenbanken

Erweiterung der Relationale Datenbanksysteme durch objektorientierte Konzepte:

• Mengenwertige Attribute

• Benutzerdefinierte Datentypen• Referenzen

• Objektidentität

• Pfadausdrücke• Vererbung• Operationen• Datentypen für große Objekte

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Datenbankmodelle: Objektorientierte Datenbanken

Erweiterung der Programmiersprachen C++ und Smalltalk um Persistenzmodell

Später kamm auch Java hinzu.

Ein Objekt drei Bestandteilen:

Identität

Typ

Zustand

eine systemweit eindeutige Objektidentität

legt die Struktur und das Verhalten des Objekts fest,

Extension: Menge aller Objekte eines Typs

beschreibenden durch Werte seiner Attribute

ODMG Standard

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Datenbankmodelle: Multimedia-Datenbanksysteme

Unterstützung von alphanumerischen Typen und Multimediadatentypen:

• Text• Schwarz-weiße und farbige Standbilder• Grafische Objekte• Video-Daten• Audio-Daten

Das Konzept der Objektorientierung:

Typ = Struktur + Operationen

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Verteilte Datenbanken

Globales Schema

Fragmentierungsschema

Zuordnungsschema

Lokales Schema

Lokale DB

Station S1

Lokales DBMS Lokales DBMS

Lokales Schema

Lokale DB

Station S1

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Verteilte Datenbanken

Globales Schema

Fragmentierungsschema

Zuordnungsschema

Lokales Schema

Lokale DB

Station S1

Lokales DBMS Lokales DBMS

Lokales Schema

Lokale DB

Station S1

Entwurf

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Verteilte Datenbanken: Fragmentierung

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Verteilte Datenbanken: Fragmentierung

R

R1

R2

R3

Horizontale Fragmentierung

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Verteilte Datenbanken: Fragmentierung

R R

R1

R2

R3 R1 R2k

Horizontale Fragmentierung Vertikale Fragmentierung

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Verteilte Datenbanken: Fragmentierung

R

R

R

R1

R2

R3 R1 R2k

R1 R2

R21

R22

R23

Horizontale Fragmentierung Vertikale Fragmentierung

a) Kombinierte Fragmentierung: horizontale nach vertikale

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Verteilte Datenbanken: Fragmentierung

R

R R

R

R1

R2

R3 R1 R2k

R1 R2

R21

R22

R23

R31 R32

Horizontale Fragmentierung Vertikale Fragmentierung

a) Kombinierte Fragmentierung: horizontale nach vertikale

b) Kombinierte Fragmentierung: vertikale nach horizontale

R1

R2

R3

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Verteilte Datenbanken: Allokation

Die Zuordnung der Fragmente auf Stationen der verteilten Datenbank

Allokationsschema beschreibt die Zuordnung von Fragmenten zu Stationen

Allokation mit Replikation: Fragmente werden repliziert mehreren Stationen zugeordnet

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Kriterien von verteilten Datenbanksystemen

Das verteilte Datenbanksystem ist eine Zusammensetzung aus mehreren verteilten (zentralisierten) Datenbanken und einem oder mehreren verteilten (zentralisierten) Datenbank-Management-Systemen.Verteilung

Designautonomie, Kommunikationsautonomie,Ausführungsautonomie, Verbindungsautonomie

Wegen der Differenz in DBMSsSemantische Heterogenität

Autonomie

Heterogenität

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Komponenten-Datenbanksystemen

Modulare Aufbau von Softwaresystemen

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Komponenten-Datenbanksystemen

Modulare Aufbau von Softwaresystemen

Komponenten-Datenbank-Management-System

Führt

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Komponenten-Datenbanksystemen

Modulare Aufbau von Softwaresystemen

Komponenten-Datenbank-Management-System

Führt

Das DBMS besteht aus Komponenten, so daß die neue Komponenten hinzugefügt bzw. bereits existierende ausgetauscht werden können

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Multidatenbanksysteme

MDBS: eine Zusammensetzung von mehreren Komponenten-DBSs

Bzgl. Verteilung:

• zentralisiertes Komponenten-DBS

• verteiltes Komponenten-DBS

Bzgl. Heterogenität:

• homogenes MDBS

• heterogenes MDBS

Bzgl. Autonomie:

• nicht förderierte Datenbanksysteme

• förderierte Datenbanksysteme

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Multidatenbanksysteme: Entwurf

Globales Schema

Fragmentierungsschema

Zuordnungsschema

Lokales Schema

Lokale DB

Station S1

Lokales DBMS Lokales DBMS

Lokales Schema

Lokale DB

Station S1

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Multidatenbanksysteme: Entwurf

Globales Schema

Fragmentierungsschema

Zuordnungsschema

Lokales Schema

Lokale DB

Station S1

Lokales DBMS Lokales DBMS

Lokales Schema

Lokale DB

Station S1

Entwurf

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Förderierte Datenbanksysteme

FDBS

Component-DBS 1 Component-DBS 2

Component Datenbank

2-1

Component-DBS n

FDBMS

Component Datenbank 1

Component Datenbank

2-2

Component DBMS n(Andere FDBMS)

Component DBMS 1(Zentralisiertes

DBMS)

Component DBMS 2(Verteiltes DBMS)

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Middleware

Applikationsserver(mit Anwendungsdiensten)

(Java-)Anwendung

Webbrowser

Mobiles Gerät

Dateisystem

(Alt-)Anwendungen

Datenbank

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Middleware: Anforderungen

Netzwerkkommunikation

Anwendungsprogramm

Anwendungsschicht

Darstellungsschicht

Sitzungsschicht

Transportschicht

Vermittlungsschicht

Sicherungsschicht

Bitübertragungsschicht

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Middleware: Anforderungen 2

Koordination

SynchronAsynchronGruppenkommunikationActivation policiesThreading policies

Skalierbarkeit Heterogenität

Zugriffstransparenz

Ortstransparenz

Migrationstransparenz

Replikationstransparenz

Hardware

Betriebssysteme

Programmiersprachen

Middleware selbst

Zuverlässigkeit Kommunikation

zwischen zwei Komponenten

• best effort• at-most-once• at-least-once• exactly-once

Im Bezug auf Gruppenkommunikation

• k-reliability

• time-outs

• totally-ordered

ACID-Eigenschaften

• Atomarität

• Konsistenz

• Isolation

• Dauerhaftigkeit

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Entwicklung eines verteilten multimedia Systems mit Hilfe von Design Pattern

Zusammenfassung

Aktuelle Trend: bereits existierende DBSs zusammenzuführen

Probleme: Verteilung, Heterogenität, Autonomie

Lösungsansatz: Middleware, als Schicht zwischen Datenbanksystem und Anwendung

Typen:Transaktionsmiddleware, Nachrichtenorientierte und Objekt- bzw. Komponentenorientierte Middleware

In Praxis: Das Zusammenwachsen dieser Typen

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