Aktive Datenbanksysteme

v Vorwort Ein ganz markantes Zeichen der Entwicklung auf dem Gebiet der Datenbanktechnologie war in den letzten Jahren ihre Ausdehnung sowohl in die Breite (Einbezug neuartiger Anwendungsgebiete mit teilweise völlig anderen Anforderungen als gewohnt) als auch in die Tiefe (bessere Durchdringung traditioneller Anwendungs- gebiete). In beiden Fällen wurden vielerlei neue Anforderungen gestellt, die von entsprechenden Systemen, Systemzusätzen, Werk- zeugen und Methoden zu lösen sind. Die Erwartungen an Forschung und Entwicklung sind dem- entsprechend hoch, wenngleich es auf der anderen Seite oft über- raschend lange dauert, bis sich einschlägige Erkenntnisse und Ergebnisse in Produkten niederschlagen und diese dann auch breit angewendet werden. Aktive Datenbanksysteme finden sich voll und ganz in diesem Spannungsfeld wieder. Sie nahmen in Form einfacher Trigger- Mechanismen bereits um 1975 als »Paperware« ihren Anfang, 1983 wurde der Begriff »aktives Datenbanksystem« wohl erstmals verwendet. Es dauerte dann jedoch bis fast gegen Ende der acht- ziger Jahre, bis Trigger-Konzepte sich auch tatsächlich in Systemen implementiert fanden. Um die gleiche Zeit begannen aber auch intensive Forschungsarbeiten mit dem Ziel, die bislang recht ein- fachen Trigger tüchtig anzureichern und somit für zahlreiche denk- bare Anwendungsfälle interessant zu machen. Der praktische Ein- satz (der wenigen überhaupt in kommerziellen Systemen verfüg- baren Mechanismen) hält sich heute noch in engen Grenzen, wird sich aber wohl in nächster Zeit kräftig beleben. Ebenso kann man erwarten, dass über einfache Trigger hinausgehende »aktive« Kon- zepte sich über kurz oder lang (wenn schon nicht in Datenbankpro- dukten selbst) zumindest in systemnaher Software (sog. »Middle- ware«) finden werden, die notfalls von den Anwendern selbst zu implementieren ist. Unserer Kenntnis nach existiert bisher sehr wenig einführende Literatur zu aktiven Datenbanksystemen; lediglich Originalarbei- ten, ein paar Sammelwerke und einige Systemvergleiche sind ver- fügbar. Dieses Buch soll daher Leserinnen und Lesern eine erste, vi Vorwort leicht verständliche Einführung in die Thematik bieten. Es ist des- halb in erster Linie konzept- (und weniger system-) orientiert und macht auf vielerlei Details, Zusammenhänge, Problemstellungen und Verästelungen aufmerksam, ohne sie immer alle auch nur annähernd vollständig abzuhandeln. Der Anschaulichkeit wurde im Zweifelsfall der Vorzug vor letzter Präzision gegeben. Praktikern und Studierenden soll auf diese Weise ein produkt- (und erst recht hersteller-) neutraler Überblick über eine in der Breite noch recht wenig bekannte »Ecke« der Datenbanktechno- logie mit großem Potential für künftige Anwendungen geboten werden. Forschende finden vielleicht die eine oder andere An- regung, der sie selbst noch nachgehen könnten. Frau Christa Preisendanz danken wir sehr für den Anstoß, diese zweite Auflage im dpunkt.verlag herauszubringen, sowie für die Unterstützung bei der Produktion. Unseren Kollegen Andreas Gep- pert, Norbert Rump, Athanasios Vavouras, Andreas Behm und Martin Schönhoff gebührt unser Dank vor allem für vielerlei Rat- schläge und das Korrekturlesen; verbleibende Fehler gehen natür- lich trotzdem allein auf unsere Kappe. Den Leserinnen und Lesern wünschen wir eine anregende und ergiebige Lektüre – vielleicht meldet sich ja die eine oder der andere mit Verbesserungsvorschlägen, Kritik oder auch Bestätigung bei folgenden Adressen (dittrich | gatziu@ifi.unizh.ch). Zürich, Frühjahr 2000 Klaus R. Dittrich Stella Gatziu vii Inhalt Prolog ix 1 Motivation 1 2 Grundkonzepte im Überblick 7 2.1 Begriffsklärung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 Situationen, Ereignisse, Aktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.3 Systemverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.4 Fortlaufendes Beispiel: Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3 Spezifikation von aktivem Verhalten: ECA-Regeln 15 3.1 Regelspezifikation und -verwaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.2 Ereignisspezifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.2.1 Primitive Ereignisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.2.2 Zusammengesetzte Ereignisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.3 Ereignisgeschichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.2.4 Ereignisparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.3 Spezifikation von Bedingung und Aktion . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.4 Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.5 ECA-Regeln und deduktive Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4 Regelbearbeitung 37 4.1 Grundmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.2 Semantik der Regelbearbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5 Systemarchitektur 43 5.1 Aktive Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 5.2 Architekturansätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 5.2.1 Integrierter Ansatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 5.2.2 Schichtenansatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.2.3 Ansatz »from scratch« . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 6 Implementierungsaspekte 49 6.1 Regelübersetzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 6.2 Regelverwalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 6.3 Ereignisdetektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 6.3.1 Primitive Ereignisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 6.3.2 Zusammengesetzte Ereignisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 6.4 Regelausführer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 viii Inhalt 7 Anwendung 59 7.1 Anwendungsgebiete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 7.1.1 Integritätsbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 7.1.2 Berechnung von Sichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 7.1.3 Schemaevolution und Versionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 7.1.4 Zugriffskontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 7.1.5 Prozessorientierte Umgebungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 7.1.6 Finanzapplikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 7.1.7 Datenauswertungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 7.1.8 Integration von Informationssystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 7.2 Passive vs. aktive Applikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 7.2.1 Entwurf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 7.2.2 Regelimplementierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 7.2.3 Testen und Verstehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 8 Systeme 75 8.1 Relationale Umgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 8.2 Objektorientierte Umgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 8.3 »Public Domain«-Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 8.4 Kommerzielle Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 8.4.1 Trigger in SQL:99 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 8.4.2 Ereignisbenachrichtigung in VERSANT . . . . . . . . . . . . . . . . 82 9 Spezielle Aspekte 85 9.1 Leistungsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 9.1.1 Einfluss der Natur der Applikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 9.1.2 Einfluss von Implementierungsaspekten aktiver DBMS . . . . 86 9.1.3 Benchmarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .