Välkommen till DVA234: Databaser

Transkript

1 Välkommen till DVA234: Databaser Dag Nyström IDT Akademin för Innovation, Design och Teknik

2 Personal Kursansvarig & lärare: Dag Nyström, universitetslektor Forskningsområde: Databaser för tidskritiska system Tidigare: Mimer Information Technology Laborationsassistenter: Simin Cai, doktorand Mobyen Uddin Ahmed, universitetslektor Nils Müllner, postdoktor 2

3 Kursens mål 1. förklara hur en databas används för att lagra och hantera information på ett standardiserat, strukturerat och effektivt sätt 2. konstruera konceptuella datamodeller utifrån givna kravställningar och vidare transformera och implementera dessa i en databashanterare 3. förklara relationsmodellens och relationsalgebrans principer och hur dessa tillämpas i implementationen av relationsdatabaser 4. utarbeta operationer mot en databas med hjälp av datamanipulerings- och datadefinieringsspråk samt utföra komplexa associationer och sammanslagningar på relationer 5. tillämpa normaliseringsprocessen för relationsdatabaser Teori 6. utveckla program, både i klient och i databashanteraren, som programmatiskt nyttjar databaser 7. förklara databashanterarens interna uppbyggnad med avseende på till exempel arkitektur, transaktioner, återhämtning och indexering 8. ge exempel på vetenskapliga frågeställningar och forskning inom databasområdet och 9. relatera till sociala och etiska frågeställningar inom databasområdet, som till exempel dataintrång, registersamkörning och personuppgiftslagen. Praktik Vetenskap/ Etik 3

4 Kurshemsida På hemsidan finns information om: Föreläsningar, labbar, övningar & seminarier Examinationsformer/regler Fusk/Plagiarism Diskriminering Nyheter Så håll er uppdaterade! I år är det en helt ny hemsida, hittar ni buggar (eller udda features) hör av er till mig. 4

5 Examinationsformer Kursen examineras genom: 1 skriftlig inlämningsuppgift (betygsgrundande akademisk rapport) Kunna förklara och argumentera kring användning av databas. Exemplifiera vetenskapliga frågeställningar och forskning inom omr. Relatera till sociala och etiska frågeställningar inom databasområdet. 5 stycken övningar (papper och penna) görs 2 och 2 Datamodellering Relationsmodellen Normalisering Transaktioner Fysisk databasdesign 4 stycken laborationer (Programmeringsövningar) Görs 2 och 2 SQL Stored procedures API programmering Dataoberoende 1 seminarium (gruppdiskussioner presentationer) Sociala och etiska frågor runt dataintrång, registersamkörning & PUL På kurshemsidan finns mer information om examinationen på kursen 5

6 Övningarna 5 stycken övningar som knyter an till föregående föreläsning Övningen öppnar efter föreläsningen på måndagen Görs i labgrupperna 2 och 2 Papper och penna övningar Man får ha boken På övningstillfället på fredagen skall hela gruppen redovisa Man får tidsslottar på ca minuter per grupp Godkänt på alla 5 övningar krävs för avslutad kurs! 6

7 Seminariet Obligatorisk aktiv närvaro Man måste alltså delta aktivt i diskussionerna INNAN Seminariet Läsanvisningar ligger på kurshemsidan Var och en skriver en kort reflektion som lämnas in dagen före Seminariedagen 13:15-13:30 Inledning och gruppindelning 6-8 personer/grupp Utdelning av frågor och ståndpunkt för/emot 13:30-14:30 Gruppdiskussioner & förberedelser 14:30-17:00 Redovisning sker i 4 block (2 grupper per block) - 5 min framläggande av argument för - 5 min framläggande av argument emot - 20 min duell mellan grupper 7

8 Laborationerna Labredovisning Laborationstillfällen varje vecka, labbarna skall primärt redovisas på dessa. Ev extra handledningstider mot slutet av kursen läggs upp vid behov. Efter kursens slut kommer några redovisningstillfällen fördelade under året. Laborationer redovisas för labass Laborationerna tar mycket tid!! Labbtillfällena räcker inte. 8

9 Lite om laborationerna Databasutveckling mot Microsoft SQL Server MDH har en server ni jobbar emot Ni arbetar främst i Microsoft Server Management Studio MSMS är installerat i labsalen MSMS2016 i labsalar, 2008 fungerar lika bra om ni vill ladda ner från MS Denna är en del av SQL Server paketet. Ni skall kunna ladda ner denna kostnadsfritt från MS Academic Alliance (dreamspark??!?) Programmering mot databas i C# Ni arbetar i Microsoft Visual Studio VS2008 är installerat i labsalen Labbarna görs i grupper om 2 Nästa föreläsning kommer jag skicka runt en labblista Jag skapar konton på servern för varje labgrupp. 9

10 Lite om laborationerna Alla laborationer och den ena övningen hör ihop Mål: Skapa en applikation för hantering av IDT Studenter, kurser, personal osv Lab 1: Skapa tabeller Grundläggande SQL Lab2: Enkel C# applikation med ADO.NET Övn1: Modellera IDT-databasen Lab3: Implementera IDT Databasen, designa applikationen samt implementera denna Lab4: Avancerad SQL (Extra-lab: Dynamisk SQL) 10

11 Kurslitteratur Default-boken: Databasteknik av Thomas Padron-McCarthy och Tore Risch Alternativ 1 (Gamla Default-boken) Fundamentals of Database Systems (4:de editionen eller senare) av Elmasri och Navathe Har tyvärr blivit större och större och dyrare och dyrare med åren. Alternativ 2: An Introduction to Database Systems (7:de editionen eller senare) av C J Date För mer info, se kurshemsidan! 11

12 Resultat från förra årets kursutvärdering Svarsfrekvens: 22 svarande av 54 studenter L Egen arbetsinsats 5-14h/vecka (10%) 15-24h/vecka (52%) >24h/vecka (38%) Några betyg (skala 1-5) Övergripande betyg 4.5 Kursinnehåll 4.6 Kursens undervisning 4.2 Tydlighet i examination 4.1 Kurslitteraturen gav stöd 4.0 Studiehandledning 4.4 Annat Information om tidigare kursutvärderingar 100% ja Jämlikhet/Diskriminering/kränkningar 100% nej 12

13 Kritik i fritextsvar i förra kursen Några fritextsvar: "fokusera lite mer pa hur man programmerar mot databaser Saknade verkligen föreläsningar som fokuserar helt pa programmeringen" Mer kodexempel skulle kunna tagits upp Inlämningsuppgift är det enda delmoment som har gradering i betyget. Kursens examination gjordes med hjälp av google, inte med hjälp av det vi egentligen har lärt oss. Kanske ha med na gon som kan prata om databaser i arbetslivet Kunde varit mer om hur databaser ser ut och används i företag" De 2 senaste kursanalyserna ligger på kurshemsidan! 13

14 Revideringar denna kurs Problem: Svårt med C# och Windows Forms, fick lägga ner mycket tid på att lära sig sånt som kursen inte handlar om. Lösning: Förberedande lab/föreläsningar i OOP kursen Ny föreläsning(sdel) om Windows Forms i denna kurs Önskemål om gästföreläsare Tyvärr har jag inte mäktat med att lösa detta tills i år. Vi har tidigare haft gästföreläsare men det var då inte uppskattat. Hellre tenta än skriftlig rapport/enda betygsgrundande betyg Detta är en del av en strategi på IDT, att öva mer på akademiskt skrivande. Övningar ersätter tentan. Svårt att ha betyg på övningarna i dess nuvarande form, jag ska se vad som kan göras i framtiden. 14

15 Så för att vara tydlig Nästa föreläsning: Ni skall ha parat ihop er 2 och 2 och skriva upp er på den lista jag skickar runt. Sedan kommer jag att ge varje grupp inloggningsuppgifter till servern. Det tar mig ett tag att göra dessa så jag behöver alla grupper för att hinna till labben!! 15

16 Upprop Finns du inte med på listan, eller är osäker på om du har behörighet, eller har du ett tillgodoräknande som ej är beslutat än ta det med studievägledare/studenttorget 16

17 Sist men inte minst: Välkomna till kursen, nu kör vi! 17

18 Föreläsning 1: Introduktion till Databaser DVA234 Databaser IDT Akademin för Innovation, Design och Teknik

19 Innehåll Föreläsningens mål: Att ge en översikt över kursens innehåll. Varför databaser? Vad är en databas? Relationsdatabaser och relationsmodellen Datamodellering Transaktionshantering 19

20 Vad är en databas? (Varför använda en databas?) Ett elektroniskt arkiveringssystem. Definition 1: En samling statiska data som används av applikationssystem inom en given verksamhet (C. J. Date) Definition 2: En samling relaterat data. (Elmasri & Navathe) Slutsats: Det är alltså samlingen data som är databasen, inte servern eller någon programvara 20

21 Vilka krav ställs på en databas? Hantera mycket stora datamängder Kraftfulla dataoperationer Komplexa frågor över stora mängder data Stödja ändringar av strukturen (schemat) i run-time Delning av data (Flera samtidiga användare) Persistens ( Garanterad permanent lagring) Tillförlitlighet (up-time) Datakonsistens/Dataintegritet Datadistribution Säkerhet 21

22 Varför databaser? Dataoberoende - Separera data från applikationen Applikationscentrisk approach App. App. App. Data Data Data OS API/Skal OS-tjänster OS-kärna Hårdvara Data(bas)centrisk approach App. App. App. OStjänster OS API/Skal Data OS-kärna Hårdvara Applikationerna ansvarar själva för kommunikation Fler appl. à Högre komplexitet Ändras en appl. à Dominoeffekt Dataoberoende Kursens viktigaste ord!!! Separat datalager som en del av systemets basplattform Appl. kommunicerar via databas Databas - egen vy till varje appl. 22

23 Databassystemets komponenter eller Hur man uppnår dataoberoende? Användare Användare Användare Användare Verktyg: Modellering Optimering Administration Programmerings API Rapportverktyg... Erbjuder möjligheten att skapa anpassade vyer Extern vy A Extern vy B Extern vy C En programvara som hanterar databasfilen Oracle, SQL Server, MySQL. En stor fil (eller flera), oftast på disk. Metadata = data om datat Databashanteringssystem (DBMS) Databas Samling av allt data + metadata Databassystem 23

24 Databashistoria: Filbaserade databaser (1:a gen) Kalle, Kostigen 4 Datalogi, 2001, Pelle, Vasagatan 3 Datatekn, 2002, Nilla, Vasagatan 2 Datalogi, 2011, Lagra data i filer Flat file database Dataposter i filer Jämför fopen, fwrite,fread Inga samband mellan data Hanterar delning av data Program Program 24

25 Databashistoria: Hierarkiska databaser (2:a gen) Kursplan Kurs Kurstillfälle Lärare Student Data organiserat i hierarkiskt träd Används i Windows Registry Fortfarande relativt rudimentär modell Leder ofta till duplicerat data Program Program 25

26 Databashistoria: Nätverksdatabaser (3:e gen) Kursplan Kurs Kurstillfälle Lärare Student Data organiserat i utökat hierarkiskt träd Barn kan ha flera föräldrar Ökar modelleringsbarheten Förkunskaper Program Program 26

27 Databashistoria: Relationsdatabaser (4:e gen) Frågespråk (SQL) Relationsmodellen Formell modell Data i tabeller Operatorer Standardiserat frågespråk (SQL) De-facto standard idag Den typ vi använder i denna kurs Program Program 27

28 Exempel på en tabell STUDENT Personnr# Namn Program Startår Poäng Stina Nilsson DVP Stefan Andersson Nätverk Per Johansson Nätverk Nina Persson Nätverk Rikard Sjöström DVP Tor Hedman DVP Eva Ekman Nätverk

29 Databashistoria: Objektorienterade databaser (5:e gen) Databas Persistenta objekt Frågespråk (OQL, ) Hanterar persistenta objekt (data och beteende) Objekt kan instansieras och delas i databasen Ofta hårt integrerat i programspråket Programspråk Ickepersistenta objekt Program Program 29

30 Databashistoria : Nutida och framtida typer Objektrelationsmodellen Blandning av relations och objektmodellen Fält i en tabell kan vara objekt med beteende NoSQL databaser ( NoRel ) Samlingsnamn för nya grafbaserade databaser, ickerelationella Bygger ofta på grafteori och stödjer mycket stora datamängder. Exempel: Facebooks inbox search ca (50TB) Källa: Wikipedia.org Embedded-databaser Små databaser som sitter i device, typ mobiltelefoner, reglerdon Primärminnesdatabaser Lagrar data i RAM - Snabbhet vs. Persistens Realtidsdatabaser För applikationer med tidskrav. Ger garanterade svarstider. 30

31 Relationsmodellen Relationsdatabaser är baserade på en formell teori som kallas relationsmodellen (Codd 1970) Bygger på följande abstrakta datamodell: Data representeras som rader i en tabell (eller flera) Varje rad kan utläsas som en ett sant påstående, ex kan utläsas Personen med personnummer heter Stina Nilsson, läser DVP och har 65 poäng 31

32 Exempel på en tabell Tabellnamn Nyckelattribut (Primärnyckel) STUDENT Attribut Personnr# Namn Program Startår Poäng Stina Nilsson DVP K a r d i n a l i t e t Stefan Andersson Nätverk Per Johansson Nätverk Nina Persson Nätverk Rikard Sjöström DVP Tor Hedman DVP Eva Ekman Nätverk Post Grad 32

33 Relationsmodellen Relationsoperationer ( databasfrågor) Operatorer tillhandahålls för att skapa nya sanna påståenden utifrån givna påståenden. Exempel Följande namn startade DVP år 2014 π "#$" (σ '()*(#$+, -./0 (σ 12#(2å(+4567 STUDENT )) Resultat: Regler och restriktioner i databasen kan sättas så att operatorerna bibehåller sanningshalten i databasen (Databasens integritet) Notera Closure egenskapen på operatorerna, dvs en operator på en tabell skapar en ny tabell!!! 33

34 Structured Query Language (SQL) Ett frågespråk för att arbeta med data i databaser Används för att: Ändra värden på data i databasen Läsa ut data ur databasen Ändra strukturen på hur data lagras Med SQL kan man relativt enkelt skapa väldigt komplexa sökningar i stora datamängder. 34

35 Exempel på databasoperationer Hämta data (SQL): SELECT Namn, Program, Poäng FROM STUDENT WHERE Startår=2014; Relationsoperator: Project-operatorn Restrict-operatorn Resultat: Namn Program Poäng Stina Nilsson DVP 65 Nina Persson Nätverk 72 Rikard Sjöström DVP 70 35

36 Fler exempel på databasoperationer Lägga till data: INSERT INTO STUDENT(Personnr, Namn, Program, Startår, Poäng) VALUES ( , Kalle Svensson, DVP, 2015, 0); Ändra data: UPDATE STUDENT SET Poäng = Poäng + 5 WHERE Personnr = ; Ta bort data: DELETE FROM STUDENT WHERE Personnr = ; 36

37 Access till Databas SQL i terminalfönster Systemunderhåll Admin-gränssnitt 37

38 Access till Databas Databasverktyg Systemunderhåll Admin-gränssnitt Verktyg har sina begränsningar. Underskatta inte terminalfönstret 38

39 Access till Databas Programmatisk Access Applikationer Web-applikationer 39

40 Databasdesign Konceptuell databasdesign Skapa en generell modell av verkligheten Oberoende av databas och datamodell Tekniker: Entity-Relationdiagram, UML, Logisk databasdesign Transformera den konceptuella databasmodellen till en datamodell (relationell, objektorienterad osv ) Oberoende av fysiska hänsyn eller DBMS val Fysisk databasdesign Transformera den logiska databasmodellen till en fysisk design Lagringsmedia, DBMS-val, prestandaoptimeringar (index etc) Detta är givetvis en iterativ process!!! 40

41 Konceptuell databasdesign: ER-modellering Entity-Relationdiagram: Program namn Personnr Program 1 Läser M Student Namn Startår Akademi Entitet Samband Poäng Attribut (Primärnyckel understruken) 41

42 Logisk databasdesign: Relationsschema Implementation av den konceptuella databasdesignen Främmande nyckel: Kan sättas på ett attribut som refererar till en primärnyckel. Referensintegritet T ex, om en främmande nyckel är Robotik, MÅSTE motsvarande primärnyckel existera. Foreign key PROGRAM Programnamn# STUDENT Personnr# Namn Programnamn Startår Poäng Akademi 42

43 Samtidig dataaccess En databashanterare måste klara av många samtidiga användare. Exempel: Banker, biljettbokningssystem, facebook osv Inte ovanligt med tusentals samtidiga användare Samtidiga användare à risk för konflikter, t ex Någon tar ut pengar i en bankomat samtidigt som någon annan för över pengar från samma konto Samma sittplats på Bruce Springsteens konsert bokas samtidigt av flera kunder Hur hanterar en databas detta? 43

44 Transaktionshantering En transaktion är en logisk arbetsenhet Består av en eller flera operationer som utförs atomärt, tex: BEGIN TRANSACTION; UPDATE Konton SET Saldo=Saldo-300 WHERE KontoNr= ; UPDATE Konton SET Saldo=Saldo+300 WHERE KontoNr= ; COMMIT; Om transaktionen avbryts (vid systemkrasch eller explicit med ROLLBACK operationen) får inget av delstegen utföras. Transaktionshanteringen är en av de mest komplexa delarna av en databashanterare. 44

45 Summering av föreläsningen Databaser hanterar stora datamängder Delning av data, persistens, separat datalager Ett databassystem består av Databas, databashanteringssystem, diverse verktyg etc. Relationsdatabaser och relationsmodellen En formell datamodell där data lagras i tabeller Datamodellering Konceptuell, logisk och fysisk datamodellering Transaktionshantering En transaktion samlar ihop en mängd operationer till en atomär logisk arbetsenhet. Adress till kurshemsidan: 45