Välkommen tillDVA234: Databaser

Dag Nyströmdag.nystrom@mdh.se

IDT – Akademin för Innovation, Design och Teknik

Personal

● Kursansvarig & lärare:● Dag Nyström, universitetslektor

dag.nystrom@mdh.seForskningsområde: Databaser för tidskritiska systemTidigare: Mimer Information Technology

● Laborationsassistenter:● Mobyen Uddin Ahmed, universitetslektor

mobyen.ahmed@mdh.se,● Nils Müllner, postdoktor

nils.muellner@mdh.se● Shaibal Barua, doktorand

shaibal.barua@mdh.se,

2

Vetenskap/Etik

Praktik

Teori

Kursens mål1. 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

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. 3

Kurshemsida

http://www.idt.mdh.se/kurser/dva234

● På hemsidan finns information om:● Föreläsningar, labbar, övningar & seminarier● Examinationsformer/regler● Fusk/Plagiarism● Diskriminering● Nyheter – Så håll er uppdaterade!

4

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

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 10-15 minuter per grupp

● Godkänt på alla 5 övningar krävs för avslutad kurs!

6

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

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

Lite om laborationerna

● Databasutveckling mot Microsoft SQL Server● MDH har en server ni jobbar emot● Ni arbetar främst i Microsoft SQL Server Management Studio

SSMS är installerat i labsalen● SSMS2016 i labsalar, 2008 fungerar lika bra om ni vill ladda ner från MS

● SSMS finns för gratis nedladdning.https://docs.microsoft.com/en-us/sql/ssms/download-sql-server-management-studio-ssms

● 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

Angående SQL Server

● För närvarande är servern vi använder i kursen låstför access utanför MDHs nätverk.

● Vi förhandlar med ITA kring en lösning

● Möjliga lösningar:● Uppdatera server och öppna igen● Köra från en molnbaserad SQL Server (Azure t.ex.)

● Fungerar smidigt men kostar massor

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)

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!

12

Resultat från förra årets kursutvärdering● Svarsfrekvens: 23 svarande av 54 studenter L● Egen arbetsinsats <5-14h/vecka (17,4%)

15-24h/vecka (34,8%)>24h/vecka (47,8%)

● Några betyg (skala 1-5)● Övergripande betyg 4.4● Kursinnehåll 4.7● Kursens undervisning 4.6● Tydlighet i examination 4.2● Kurslitteraturen gav stöd 4.0● Studiehandledning 4.7

● Annat● Information om tidigare kursutvärderingar 100% ja● Jämlikhet/Diskriminering/kränkningar

En person har svarat: ”Ja, någon annan har kränkts eller missgynnats”13

Revideringar denna kurs

● Den huvudsakliga kritiken förra året gällde att den parallella kurseninteraktionsdesign tog mycket tid.● Jag har framfört detta på lärarlaget, hoppas vi får en bättre balans I

år.

● Problem: Svårt med Windows Forms om man inte gått den senasteinstansen av OOP

● Lösning: ● Jag hoppas detta försvinner i år eftersom vi nu gett detta 2 år I OOP

14

Något betydligt mindre roligt

FUSK och PLAGIARISM

● Jag AVSKYR fusk och har nolltolerans

● Snälla, låt mig slippa detta i år!!!!!

● I dessa fall:● Plagiat från tidigare års rapport● Plagiat genom översättning

● För hand eller google-translate

● Vilseledande referenshantering● Parafrasering

● Tre upptäckta, tre fällda 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!!

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

17

Sist men inte minst:

Välkomna till kursen, nu kör vi!

18

Föreläsning 1:Introduktion till DatabaserDVA234 – Databaser

IDT – Akademin för Innovation, Design och Teknik

Innehåll

Föreläsningens mål:Att ge en översikt över kursens innehåll.

● Varför databaser?● Vad är en databas?●Databasernas historia/Relationsmodellen●Datamodellering● Transaktionshantering

20

Vad är en databas?

Ett elektroniskt arkiveringssystem.

Definition 1: ”En samling data som hör ihop, som modellerar en del av världen och är persistent.”

(Padron-McCarty)

Definition 2: ”En samling statiska data som används av applikationssystem inom en given verksamhet”

(C. J. Date)

Definition 3: ”En samling relaterat data.”(Elmasri & Navathe)

Slutsats: Det är alltså samlingen data som är databasen 21

Vad är en databashanterare?● En programvara som har till uppgift att lagra och

hantera databaser● I bland brukar man slarvigt säga “Databasserver”

(Vi kommer till varför det är slarvigt senare..J )

● Databashanterare brukar förkortas DBMS(Database Management System)

● Exempel på några databashanterare:● Oracle● MS SQL Server● MS Access (ingår i MS Office Pro)● MySQL● Mimer SQL● SQLite

22

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

23

Varför databaser?

Dataoberoende - Separera data från applikationen

24

HårdvaraOS-kärna

OS-tjänster

OS API/Skal

App. App. App.

Data

Data(bas)centrisk approach

HårdvaraOS-kärna

OS-tjänsterOS API/Skal

App. App. App.Data Data Data

Applikationscentrisk approach

Applikationerna ansvarar själva för kommunikation• Fler appl. à Högre komplexitet• Ändras en appl. à Dominoeffekt

Separat datalager som en del av systemets basplattform• Appl. kommunicerar via databas• Databas - egen ”vy” till varje appl.

Dataoberoende – Kursens viktigaste ord!!!

Databassystemet

25Databas

En stor fil (eller flera), oftast på disk.

Databashanterings-system (DBMS)

En programvara som hanterar databasfilen Databassystem

Verktyg:• Modellering• Optimering• Administration• Programmerings API• Rapportverktyg

...

Användare

Användare

Användare

Användare

Extern vy A

Extern vy B

Extern vy C

Erbjuder möjligheten attskapa anpassade vyer

Databashistoria: Filbaserade databaser (1:a gen)

26Program Program

Kalle, Kostigen 4Datalogi, 2001, … Pelle, Vasagatan 3Datatekn, 2002,… Nilla, Vasagatan 2Datalogi, 2011,…

…

● Lagra data i filer● ”Flat file database”●Dataposter i filer●Jämför fopen, fwrite,fread

● Inga samband mellan data

●Hanterar delning av data

Databashistoria:Hierarkiska databaser (2:a gen)

27

Kurs

Kursplan Kurstillfälle

Lärare Student

Program Program

●Data organiserat i hierarkiskt träd

● Används i Windows Registry

● Fortfarande relativt rudimentär modell

● Leder ofta till duplicerat data

Databashistoria:Nätverksdatabaser (3:e gen)

28

Kurs

Kursplan Kurstillfälle

Lärare Student

Program Program

Förkunskaper

●Data organiserat i utökat hierarkiskt träd

● Barn kan ha flera föräldrar

●Ökar modellerings-barheten

Frågespråk (SQL)

Databashistoria:Relationsdatabaser (4:e gen)

●Relationsmodellen●Formell modell

●Data i tabeller●Operatorer ● Standardiserat

frågespråk (SQL)●De-facto standard

idag●Den typ vi använder i

denna kurs

29Program Program

Exempel på en tabell

STUDENTPersonnr# Namn Program Startår Poäng

810602-0547 Stina Nilsson DVP 2014 65

800129-0355 Stefan Andersson Nätverk 2013 73

790518-0219 Per Johansson Nätverk 1999 110

761130-1288 Nina Persson Nätverk 2014 72

721210-1256 Rikard Sjöström DVP 2014 70

621021-3459 Tor Hedman DVP 1995 105

680906-1882 Eva Ekman Nätverk 2015 25

30

Databashistoria:Objektorienterade databaser (5:e gen)

●Hanterar persistenta objekt (data och beteende)

●Objekt kan instansieras och delas i databasen

●Ofta hårt integrerat i programspråket

31

Databas – Persistenta objekt

Frågespråk (OQL, …)Programspråk – Ickepersistenta objekt

Program Program

”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. 32

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 810602-0547 heter Stina Nilsson, läser DVP och har 65 poäng”

33

Relationsmodellen● Relationsoperationer (≈ databasfrågor)

●Operatorer tillhandahålls för att skapa nya sanna påståenden utifrån givna påståenden.Exempel ”Vad hette de som startade DVP år 2014”

!"#$"(&'()*(#$+,-./0(&12#(2å(+4567 89:;<=9 ))

Resultat:

●Ovanstående kryptiska rad kan utläsas som följer(börja längst in i parenteserna)

Ta tabellen STUDENT, och välj alla rader där startår är 2014,av dessa rader välj alla rader där program är DVP,för dessa rader, ta bort alla kolumner utom Namn

● Men det här är ju krångligt, så vi måste hitta något lättare sätt 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.

35

Så vår fråga i SQL då….

Vad hette de som startade DVP år 2014: Relationsoperator:

SELECT NamnFROM STUDENTWHERE Program=’DVP’ and Startår=2014;

Resultat:

36

NamnStina Nilsson

Rikard Sjöström

π-operatorn

σ-operatorn

Fler exempel på databasoperationerLägga till data:

INSERT INTO STUDENT(Personnr, Namn, Program, Startår, Poäng)

VALUES (’780828-0458’, ’Kalle Svensson’,’DVP’, 2015, 0);

Ändra data:

UPDATE STUDENT SET Poäng = Poäng + 5WHERE Personnr = ’680906-1882’;

Ta bort data:

DELETE FROM STUDENT WHERE Personnr = ’790518-0219’;

37

Access till Databas

● SQL i terminalfönster● Systemunderhåll● Admin-gränssnitt

38

Access till Databas● Databasverktyg● Systemunderhåll● Admin-gränssnitt

39

Verktyg har sina begränsningar.Underskatta inte terminalfönstret…

Access till Databas

● Programmatisk Access● Applikationer● Web-applikationer

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!!! 41

Konceptuell databasdesign:ER-modelleringEntity-Relationdiagram:

42

Personnr

StudentLäserNamn

Programnamn

Program

AkademiEntitet

Samband

Attribut (Primärnyckel understruken)

M1

Startår

Poäng

Logisk databasdesign:Relationsschema

43

STUDENT

Personnr# Namn Programnamn Startår Poäng

PROGRAM

Programnamn# Akademi

Foreign key

Implementation av den konceptuella databasdesignen

Främmande nyckel:● Kan sättas på ett attribut

som refererar till en primärnyckel.

● ReferensintegritetT ex, om en främmande nyckel är Robotik, MÅSTE motsvarande primärnyckel existera.

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?

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-300WHERE KontoNr=’11223344’;

UPDATE Konton SET Saldo=Saldo+300WHERE KontoNr=’55667788’;

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.

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:

http://www.idt.mdh.se/kurser/dva234 46