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2018-08-28T06:54:59Z

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{{Dieser Artikel| beschreibt Datenbanksysteme und Datenbanken aus Sicht der EDV. Im juristischen Sinne gelten auch nicht elektronische Datensammlungen als ''Datenbank''. Mehr zum Thema findet man unter [[Datenbankwerk]].}}
Eine '''Datenbank,''' auch '''Datenbanksystem''' genannt, ist ein System zur elektronischen [[Datenverwaltung]]. Die wesentliche Aufgabe einer Datenbank ist es, große [[Daten]]mengen [[Effizienz (Informatik)|effizient]], [[Konsistenz (Datenspeicherung)#Konsistenz in klassischen relationalen Datenbanken|widerspruchsfrei]] und [[ACID#Dauerhaftigkeit|dauerhaft]] zu speichern und benötigte Teilmengen in unterschiedlichen, [[Sicht (Datenbank)|bedarfsgerechten Darstellungsformen]] für [[Benutzer]] und [[Anwendungsprogramm]]e bereitzustellen.

Eine Datenbank besteht aus zwei Teilen: der Verwaltungssoftware, genannt '''Datenbankmanagementsystem (DBMS)''', und der Menge der zu verwaltenden Daten, der '''Datenbank (DB)''' im engeren Sinn, zum Teil auch „[[Datenbasis]]“ genannt. Die Verwaltungssoftware organisiert intern die strukturierte Speicherung der Daten und kontrolliert alle lesenden und schreibenden Zugriffe auf die Datenbank. Zur Abfrage und Verwaltung der Daten bietet ein Datenbanksystem eine [[Datenbanksprache]] an.

Die gebräuchlichste Form einer Datenbank ist eine [[relationale Datenbank]]. Die Struktur der Daten wird durch ein [[Datenbankmodell]] festgelegt.

{{Anker|Datenbankanwendung}}
Zu unterscheiden ist der hier beschriebene Begriff der Datenbank (bestehend aus DBMS und Daten) von '''Datenbankanwendungen:''' Letztere sind (häufig zur [[Anwendungssoftware]] gehörende) [[Computerprogramm]]e, die ihre jeweils individuell erforderlichen Daten unter Nutzung eines Datenbanksystems verwalten und speichern.<ref>it-visions [https://www.it-visions.de/glossar/alle/7834/Datenbankanwendung.aspx] ''Glossar-Stichwort "Datenbanksystem"''</ref><ref>it-infothek [http://www.it-infothek.de/wirtschaftsinformatik/semester-3/grundlagen-der-datenbankanwendung.html] ''Grundlagen der Datenbankanwendung''</ref>
Beispiele: Auftragsverwaltung, Bestellwesen, Kunden- und Adressverwaltung, Rechnungserstellung.

Im Sprachgebrauch werden gelegentlich (und begrifflich unkorrekt) auch nicht mit Datenbanksystemen verwaltete Daten als „Datenbank“ bezeichnet: eine Menge thematisch zusammenhängender [[Datei]]en.

== Geschichte ==
Ausgehend von Problemen bei der Verarbeitung von Daten in einfachen Dateien wurde in den 1960er Jahren das Konzept eingeführt, Daten durch eine separate Softwareschicht zwischen Betriebssystem (Dateiverwaltung) und Anwendungsprogramm zu verwalten. Dieses Konzept begegnete der Fehlentwicklung, dass Datenspeicher in Form von Dateien in der Regel für eine spezielle Anwendung konzipiert wurden und ein erheblicher Teil des Tagesgeschäfts mit Umkopieren, Mischen und Restrukturieren der Dateien belastet war.

Eines der ersten großen DBMS war [[Information Management System|IMS]] mit der Sprache DL/I (Data Language One). Die damit verwalteten Datenbanken waren [[Hierarchische Datenbank|hierarchisch]] strukturiert. Parallel dazu definierte [[CODASYL]] ein Modell für [[Netzwerkdatenbank|netzwerkartig]] strukturierte Datenbanken.

Einen wesentlichen Fortschritt erzielte in den 1960er und 1970er Jahren [[Edgar F. Codd]] mit seiner Forschungsarbeit am [[IBM Almaden Research Center]]. Codd entwickelte die Grundlagen des ersten experimentellen [[Relationale Datenbank|relationalen]] Datenbanksystems [[IBM System R|System R]].<ref name="Codd">E. F. Codd: '' {{Webarchiv|text=A relational model of data for large shared data banks. |url=http://www.acm.org/classics/nov95/toc.html |wayback=20070612235326 |archiv-bot=2018-04-05 17:41:17 InternetArchiveBot }}'' In: ''[[Communications of the ACM]].'' 6/13/1970. Association for Computing Machinery, S. 377–387</ref> Die Berkeley Group folgte mit [[Ingres (Datenbanksystem)|Ingres]] und der Abfragesprache QUEL.

[[Oracle]] (damals noch unter den Firmennamen ''SDL'' und ''RSI'') verwertete die Ergebnisse des System R und führte [[SQL]] zum kommerziellen Erfolg. IBM folgte mit SQL/DS und [[DB2]]. Die relationalen Datenbanksysteme verdrängten in den 1980er Jahren die hierarchischen und netzwerkartigen Systeme und der Großteil der Behörden, Konzerne, Institute und mittelständischen Unternehmen stellte seine [[Informationstechnik|IT]] auf Datenbanksysteme um.

Während in den 1990er Jahren wenige kommerzielle Hersteller von Datenbank-Software faktisch den Markt beherrschten (namentlich IBM, [[Informix]], [[dBASE]], [[Microsoft SQL Server]] und Oracle), erlangten in den 2000ern die [[Open Source|Open-Source]]-Datenbankmanagementsysteme eine immer größere Bedeutung. Vor allem [[MySQL]] und [[PostgreSQL]] erzielten signifikante Marktanteile. Als Reaktion begannen die führenden kommerziellen Hersteller, gebührenfreie Versionen ihrer Datenbank-Software anzubieten. Etwa seit 2001 ist aufgrund mangelnder Skalierbarkeit relationaler Datenbanken die Bedeutung der [[NoSQL]]-Systeme gewachsen.

Einen Stammbaum der Datenbanksysteme findet man als „Genealogy of Relational Database Management Systems“<ref name="Genealogy ">Genealogy of Relational Database Management Systems: ''[https://hpi.de/naumann/projects/rdbms-genealogy.html]'' beim ''[[Hasso-Plattner-Institut]].''</ref> beim [[Hasso-Plattner-Institut]].

== Bedeutung ==
Datenbanksysteme sind heute ein zentraler Bestandteil der [[Unternehmenssoftware]]. Damit stellen sie einen kritischen Teil vieler Unternehmen und Behörden dar. Von der [[Verfügbarkeit]], Vollständigkeit und Richtigkeit der Daten hängt die Aktionsfähigkeit eines Unternehmens ab. Die [[Datensicherheit]] ist daher ein wichtiger und gesetzlich vorgeschriebener Bestandteil der IT eines Unternehmens oder einer Behörde.

== Komponenten eines Datenbanksystems ==
[[Datei:Datenbanksystem.svg|300px|rechts|DBMS+Datenbank=Datenbanksystem]]

Das Datenbanksystem ist das ausgeführte DBMS zusammen mit den zu verwaltenden Daten der Datenbank. Ein Datenbank gewährleistet die [[Persistenz (Informatik)|persistente]] Speicherung sowie die [[Konsistenz (Datenspeicherung)#Konsistenz in klassischen relationalen Datenbanken|Konsistenz]] der Nutzdaten einer Institution und bietet für die benutzenden Datenbankanwendungen mit dem DBMS Schnittstellen zur Abfrage, Auswertung, Veränderung und Verwaltung dieser Daten.

=== Datenbankmanagementsystem ===
Das Datenbankmanagementsystem (DBMS) ist die eingesetzte Software, die für das Datenbanksystem installiert und konfiguriert wird. Das DBMS legt das Datenbankmodell fest, hat einen Großteil der unten angeführten Anforderungen zu sichern und entscheidet maßgeblich über Funktionalität und Geschwindigkeit des Systems. Datenbankmanagementsysteme selbst sind hochkomplexe Softwaresysteme.

Für ''Datenbankmanagementsystem'' wird (selten) auch der Begriff ''Datenbankverwaltungssystem'' (DBVS) verwendet.

Gängig ist die Abkürzung RDBMS für ein ''[[Relationale Datenbank|relationales]] Datenbankmanagementsystem''.

=== Datenbank ===
In der Theorie versteht man unter ''Datenbank'' (engl. ''database'') einen logisch zusammengehörigen Datenbestand. Dieser Datenbestand wird von einem laufenden DBMS verwaltet und für Anwendungssysteme und Benutzer unsichtbar auf nichtflüchtigen Speichermedien abgelegt. Um einen effizienten Zugriff auf die Datenbank zu gewährleisten, verwaltet das DBMS in der Regel eine Speicherhierarchie, die insbesondere auch einen schnellen Zwischenspeicher ([[Pufferpool]]) umfasst. Zur Wahrung der Konsistenz des Datenbestandes müssen sich alle Anwendungssysteme an das DBMS wenden, um die Datenbank nutzen zu können. Allein administrativen Tätigkeiten, wie zum Beispiel der Datensicherung, ist der direkte Zugriff auf den Speicher erlaubt. Die logische Struktur der zu speichernden Daten wird bei der [[Datenmodellierung]] als [[Datenmodell]] erarbeitet und festgelegt und in ihrer finalen Form im und nach den Syntaxregeln des DBMS gespeichert.

Einzelne DBMS-Hersteller verwenden geringfügig voneinander abweichende Begrifflichkeiten dafür, was man genau unter ''einer'' Datenbank versteht: entweder alle Daten, die von einem laufenden DBMS bzw. der [[Instanz (Informatik)|Instanz]] verwaltet werden, oder nur die jeweils inhaltlich zusammengehörigen Daten. Bei [[Verteilte Datenbank|verteilten Datenbanken]] gibt es auch im Modell mehrere Datenbanken auf unterschiedlichen Systemen, die miteinander verbunden sind.

== Beispiele ==
* Alle Banken und Versicherungen arbeiten mit Datenbanksystemen, in der Regel mit relationalen DBMS. Im Datenbanksystem sind alle Kunden- und Kontoinformationen, Buchungen und andere Daten strukturiert abgelegt. In diesem Einsatzumfeld haben Datenschutz und Datensicherheit hohe Priorität. Datenbanksysteme werden hier zum Tagesgeschäft ([[Online Transaction Processing|OLTP]]) sowie periodisch oder ad-hoc zu beliebigen anderen Zwecken (wie im [[Marketing]], [[Controlling]], [[Rechnungswesen]] und vielen anderen Bereichen; siehe auch [[Online Analytical Processing|OLAP]]) verwendet.
* Faktisch alle mittelständischen Unternehmen und Großkonzerne arbeiten zur Ressourcenplanung mit [[Enterprise-Resource-Planning|ERP]]-Systemen, deren Datenteil in Form von Datenbanksystemen vorliegt.
* Dieser Artikel in seiner in der [[Wikipedia]] vorliegenden Fassung wird neben allen anderen dort enthaltenen Artikeln durch ein Datenbanksystem verwaltet ([[Wikipedia#Technik|Wikipedia-Technik]]).
* Marktforschungsinstitute tragen eigene und Fremddaten in [[Data-Warehouse]]s (Datenlagern) zusammen.

== Funktionen eines DBMS ==
Die wesentlichen Funktionen von heutigen Datenbankmanagementsystemen sind:
* Speicherung, Überschreibung und Löschung von Daten
* Verwaltung der [[Metadaten]]
* Vorkehrungen zur [[Datensicherheit]]
* Vorkehrungen zum [[Datenschutz]]
* Vorkehrungen zur [[Konsistenz (Datenspeicherung)#Konsistenz in klassischen relationalen Datenbanken|Datenintegrität]]
* Ermöglichung des [[Mehrbenutzerbetrieb]]s durch das [[Transaktion (Informatik)|Transaktionskonzept]]
* Optimierung von Abfragen
* Ermöglichung von [[Datenbanktrigger|Triggern]] und ''[[Stored Procedures]]''
* Bereitstellung von Kennzahlen über Technik und Betrieb des DBMS

=== Datensicherheit ===
Das RDBMS speichert die relationalen Daten auf einem [[Datenspeicher|Speichermedium]]. Neben den eigentlichen Daten werden ebenfalls Informationen über die Datenschemata und [[Zugriffsrecht]]e von Benutzern gespeichert. Letztere sind wichtig, um die [[Datensicherheit]] zu garantieren. Dazu gehört sowohl Schutz gegen Datenverlust sowie Schutz gegen unerlaubten Zugriff. Die Metadaten eines DBMS werden auch als das [[Data-Dictionary|''{{lang|en|data dictionary}}'' oder Katalog]] des Systems bezeichnet.

Ein weiterer wichtiger Aspekt von Datenbanken ist das Sichern des Datenbestandes durch [[Backup]]s. In der Praxis ist dies oft ein nicht zu vernachlässigendes Performance-Problem, da während eines Backups Daten nur sehr eingeschränkt modifiziert werden dürfen.

=== Transaktionen ===
Ein weiterer wichtiger Teil der Datensicherheit ist das [[Transaktion (Informatik)|Transaktionskonzept]], das Daten gegen ''{{lang|en|[[Race Condition]]s}}'' durch den parallelen Zugriff mehrerer Benutzer schützt. Andernfalls könnten Daten von verschiedenen Benutzern gleichzeitig geändert werden. Das Ergebnis der Änderungen würde dann vom Zufall abhängen oder Daten könnten inkonsistent werden. Vereinfacht dargestellt, sperren Transaktionen Daten vorübergehend für den Zugriff durch andere Benutzer, bis eine Transaktion durch einen [[Commit]] beendet wird oder erfolgte Änderungen durch einen [[Rollback]] unwirksam gemacht werden. Danach sind die Daten wieder für andere Transaktionen frei.

=== Datenintegrität ===
Die [[Konsistenz (Datenspeicherung)#Konsistenz in klassischen relationalen Datenbanken|Integrität]] der Daten kann durch [[Constraint]]s sichergestellt werden. Dies sind Regeln im Managementsystem, die beschreiben, wie Daten verändert werden dürfen. Der wichtigste Vertreter bei relationalen Datenbanksystemen ist der ''{{lang|en|Foreign Key Constraint}}''. Dieser verhindert, dass Daten gelöscht werden können, die von einer anderen Tabelle noch benötigt, d. h. über einen ''{{lang|en|Foreign Key}}'' referenziert werden. Siehe Hauptartikel [[referentielle Integrität]].

Andere Integritätsbedingungen regeln zum Beispiel, ob Duplikate erlaubt sind oder welche Inhalte einzelne Datenfelder enthalten dürfen („Bereichsintegrität“, inkl. Prüfung auf erlaubte Leerinhalte).

=== Abfrageoptimierung ===
[[Datei:Datenbankoperatoren.svg|mini|[[Auswertungsplan]] in Form eines Operatorbaums]]

Damit Daten abgefragt und verändert werden können, stellt das DBMS eine Datenbanksprache zur Verfügung. Eine Abfrage an das Datenbanksystem wird dabei zunächst in die logischen Operationen der relationalen Algebra übersetzt. Danach werden sogenannte [[Datenbankoperator]]en ausgewählt, die die logische Operation tatsächlich auf den Daten ausführt. Die Wahl der Operatoren und die Reihenfolge ihrer Ausführung nennt man das Erstellen eines Ausführungsplans durch den [[Abfrageoptimierer]]. Der Optimierer ist ein besonders komplexer Teil der Datenbanksoftware und hat wesentlichen Einfluss auf die Effizienz des Gesamtsystems.

Bei der Abfrageoptimierung spielen [[Datenbankindex|Indizes]] eine wichtige Rolle. Sie dienen dazu, schnell einen bestimmten Datensatz zu finden. Welche Daten einen Index erhalten, wird mit dem Datenbankschema festgelegt, kann aber später von einem Datenbankadministrator angepasst werden.

=== Anwendungsunterstützung ===
Zur Unterstützung von Datenbankapplikationen bieten Datenbanksysteme [[Datenbanktrigger|Trigger]] und ''{{lang|en|[[Stored Procedure]]s}}'' an. Ein Trigger löst eine Aktion in der Datenbank aus, wenn ein bestimmtes Ereignis eingetreten ist, häufig bei Einfüge- oder Änderungsoperationen. ''{{lang|en|Stored Procedures}}'' dienen dem Ausführen von [[Skriptsprache|Scripten]] in der Datenbank. Da ''{{lang|en|Stored Procedures}}'' innerhalb des Datenbanksystems ausgeführt werden, sind sie oft der effizienteste Weg, Daten zu manipulieren. Datenbanken, die [[Datenbanktrigger|Trigger]] und ''{{lang|en|[[Stored Procedure]]s}}'' unterstützen, heißen auch aktive Datenbanken.

=== Sprachen ===
Eine Datenbank stellt als Schnittstelle eine [[Datenbanksprache]] für die folgenden Zwecke zur Verfügung:
* Datenabfrage und -manipulation ([[Data Manipulation Language|DML]])
* Verwaltung der Datenbank und Definition der Datenstrukturen ([[Data Definition Language|DDL]])
* Berechtigungssteuerung ([[Data Control Language|DCL]])
Bei den relationalen DBMS sind diese Kategorien in einer Sprache ([[SQL]]) vereint, bei anderen Systemen existiert aber durchaus eine Trennung in Form unterschiedlicher Sprachen.

=== Mehrbenutzerfähigkeit ===
Für den Zugriff auf die Daten werden Berechtigungen verwaltet. Ohne Berechtigung kann die entsprechende Operation nicht durchgeführt werden.

Für den (pseudo-)gleichzeitigen Zugriff mehrerer Anwendungen bzw. Anwender regelt das DBMS Konkurrenzsituationen.
* Es werden ''[[Lock|Sperren]]'' (engl. ''locks'') verwaltet.
* Es werden ''Systemprotokolle'' (engl. ''logs'' bzw. ''log files'') verwaltet.
* Die Datenbank arbeitet [[Transaktion (Informatik)|transaktionsorientiert]].
Diese Gruppe von Anforderungen zeichnet Datenbanksysteme im engeren Sinne gegenüber funktional erweiterten Dateisystemen aus.

Fehler in einer Datenbank, die durch unzulässigen parallelen Datenbankzugriff auftreten, werden [[Anomalie (Informatik)#Anomalien im Mehrbenutzerbetrieb|Anomalien im Mehrbenutzerbetrieb]] genannt.

== Verschiedene Formen von Datenbanksystemen ==
=== Datenbankmodell ===
Grundlage für die Strukturierung der Daten und ihrer Beziehungen zueinander ist das [[Datenbankmodell]], das durch den DBMS-Hersteller festgelegt wird. Je nach Datenbankmodell muss das [[Datenbankschema]] an bestimmte Strukturierungsmöglichkeiten angepasst werden:
* [[Hierarchische Datenbank|hierarchisch]]: Die Datenobjekte können ausschließlich in einer Eltern-Kind-Beziehung zueinander stehen.
* [[Netzwerkdatenbank|netzwerkartig]]: Die Datenobjekte werden miteinander in Netzen verbunden.
* [[Relationale Datenbank|relational]]: Die Daten werden zeilenweise in Tabellen verwaltet. Es kann beliebige Beziehungen zwischen Daten geben. Sie werden durch Werte bestimmter Tabellenspalten festgelegt.
* [[Objektdatenbank|objektorientiert]]: Die Beziehungen zwischen Datenobjekten werden vom Datenbanksystem selbst verwaltet. Objekte können Eigenschaften und Daten von anderen Objekten erben.
* [[Dokumentenorientierte Datenbank|dokumentenorientiert]]: Die zu speichernden Objekte werden als Dokumente mit möglicherweise verschiedenen Attributen, d. h. ohne die Voraussetzung der Strukturgleichheit, gespeichert.
Es existiert eine Vielzahl von Misch- und Nebenformen, wie zum Beispiel das [[Objektrelationale Datenbank|objektrelationale]] Modell.

=== Ausrichtung ===
Klassischerweise unterscheidet man eine Ausrichtung des Systems auf viele kleine Abfragen ([[Online Transaction Processing|OLTP]]) oder lang andauernder Auswertungen ([[Online Analytical Processing|OLAP]]). Es ist aber durchaus gängig, dass dasselbe System beiden Anforderungen gerecht werden muss und zum Beispiel tagsüber für den OLTP- und nachts für den OLAP-Betrieb „gefahren“ wird. Ein [[Datenbankadministrator]] arbeitet dann unterschiedliche Konfigurationen aus (Hauptspeicher des Servers, Prozess-Anzahl, Optimierungsstrategie beim Zugriff etc.).

== Siehe auch ==
* ''[[Digital Bibliography & Library Project]]'' (DBLP): bibliographisches Verzeichnis mit dem Schwerpunkt Datenbanksysteme und Logikprogrammierung.
* [[Liste der Datenbankmanagementsysteme]]
* [[eingebettetes Datenbanksystem]]
* [[Datasource]]
* [[Datenbanksicherheit]]
* [[Textgenerierung]]
* [[NoSQL]]

== Literatur ==
* Ramez Elmasri, Shamkant B. Navathe: ''Grundlagen von Datenbanksystemen.'' 3. Auflage, Ausgabe Grundstudium. Pearson Studium, München u. a. 2005, ISBN 3-8273-7153-8.
* Andreas Heuer, [[Gunter Saake]]: ''Datenbanken. Konzepte und Sprachen.'' 2. aktualisierte und erweiterte Auflage. mitp-Verlag, Bonn 2000, ISBN 3-8266-0619-1.
* Alfons Kemper, André Eickler: ''Datenbanksysteme. Eine Einführung.'' 7. aktualisierte und erweiterte Auflage. Oldenbourg Verlag, München u. a. 2009, ISBN 978-3-486-59018-0.
* Thomas Kudraß (Hrsg.): ''Taschenbuch Datenbanken.'' Fachbuchverlag Leipzig im Carl.Hanser-Verlag, München 2007, ISBN 978-3-446-40944-6.
* T. William Olle: ''The Codasyl Approach to Data Base Management.'' Wiley, Chichester 1978, ISBN 0-471-99579-7.
* [[Gottfried Vossen]]: ''Datenmodelle, Datenbanksprachen und Datenbankmanagementsysteme.'' 5. korrigierte und ergänzte Auflage. Oldenbourg Verlag, München u. a. 2008, ISBN 3-486-27574-7.

== Externe Links ==
{{Wiktionary}}
{{Commonscat|Databases|Datenbanken}}
* [https://www.bsi.bund.de/DE/Themen/ITGrundschutz/ITGrundschutzKataloge/Inhalt/_content/m/m02/m02124.html Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik: Geeignete Auswahl einer Datenbank-Software]
* [http://wikis.gm.fh-koeln.de/wiki_db/ Datenbankwiki an der FH Köln]
* [http://www.datenbanken-verstehen.de Datenbanken-verstehen, ein Portal rund um Datenbanken, Datenbanktheorie und Datenbankpraxis]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Datenbanken| ]]
[[Kategorie:Informationssystem]]
[[Kategorie:Systemsoftware]]

Datenbank - Versionsgeschichte

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