Datenbanksystemen

Datenbanksysteme sind Softwarelösungen zur Erstellung, Speicherung, Verwaltung und Abfrage persistenter Daten. Zentraler Bestandteil ist das Datenbankmanagementsystem (DBMS), das die Daten organisiert, Zugriffskontrollen durchsetzt und Transaktionen koordiniert. Eine Datenbank bildet die persistente Datensammlung, auf die Anwendungen über das DBMS zugreifen. Typisch ist eine klare Trennung zwischen logischer Modellierung und physischer Speicherung.

Datenmodelle und Architekturen: Relationale Datenbanken verwenden Tabellen, Spalten und Zeilen sowie Integritätsregeln; NoSQL-Datenbanken bieten flexibelere Schemata und verschiedene Speicherformen wie Dokumente, Schlüssel-Wert-Pets, Spaltenfamilien oder Graphen. DBS-Architekturen können zentralisiert oder verteilter Natur sein und treten oft als Client-Server- oder Drei-Schichten-Systeme auf. Speicher-Engines, Indizes und Replikation beeinflussen Leistung, Skalierbarkeit und Verfügbarkeit. Abfragesprachen variieren: SQL dominiert relationale DBMS; NoSQL-Systeme nutzen eigene Sprachen oder APIs. Schnittstellen wie ODBC oder JDBC ermöglichen plattformunabhängigen Zugriff.

Transaktionen, Konsistenz und Betrieb: Transaktionen koordinieren mehrere Operationen als eine Einheit, mit Eigenschaften wie ACID (Atomarität, Konsistenz, Isolation, Dauerhaftigkeit) oder alternative Konsistenzmodelle in verteilten Systemen. Wichtige Funktionen umfassen Joins, Indizes, Transaktionsprotokolle, Backup, Recovery, Replikation und Skalierbarkeit durch Partitionierung oder Sharding.

Anwendungsbereiche und Lebenszyklus: DBS kommen in Geschäftsanwendungen, Finanzwesen, E-Commerce, Verwaltung und Forschung zum Einsatz. Typische Kategorien sind OLTP (transaktionale Verarbeitung) und OLAP (analytische Verarbeitung); viele Systeme unterstützen auch HTAP-Funktionalität. Der Lebenszyklus umfasst Design, Normalisierung, Implementierung, Wartung, Sicherung und Sicherheit, einschließlich Authentifizierung, Autorisierung, Verschlüsselung und Auditierung.