Serverbasierte Datenbankanwendungen - Datenbankdesign

1. Einführung

Ziel des Blockkurses „Serverbasierte Datenbankanwendungen“ war es ein Interface für Studierende zu schaffen, dass den Informationsaustausch innerhalb eines Studiengangs vereinfachen und die Übersicht über die Veranstaltungen erhöhen sollte. Die Studierenden sollten die Möglichkeit haben, von jedem Ort auf die zentral gespeicherten Informationen zugreifen zu können. Daher sollte der Zugriff über ein Webinterface geschehen und die Daten in einer zentralen Datenbank abgelegt werden. Der zentrale, webbasierte Zugriff wurde durch JSP, Java-Servlets und PHP-Skripte realisiert. Als Datenbank wurde die kostenfreie MySQL Datenbank genutzt.

Das Projekt wurde zunächst in zwei Hauptblöcke unterteilt. Ein Teil der Studierenden entwickelte verschiedene Möglichkeiten zum Informationsaustausch, der andere Teil entwarf eine Anwendung zur Verwaltung der von Studierenden besuchten Veranstaltungen. Innerhalb dieser Blöcke waren kleinere Gruppen für die Umsetzung einzelner Elemente verantwortlich. Da alle Anwendungen auf der gleichen Datenbank operieren sollten, mussten die einzelnen Gruppen sich überlegen, welche Datensätze sie selbst benötigten und bei welchen Anwendungen man sich mit anderen Gruppen bezüglich des Datenbankdesigns absprechen musste. Außerdem gab es bestimmte Relationen zwischen den Tabellen, weshalb auch Fremdschlüsselbeziehungen abgesprochen werden mussten.

Nachdem die Kernpunkte des Datenbankdesigns gemeinsam besprochen waren, machten sich die einzelnen Gruppen an die Entwicklung der verschiedenen Anwendungselemente.

2. Grundlagen des Datenbankdesigns

Der wichtigste Punkt bei dem Aufbau einer Datenbank ist die strategische Vergabe von Primärschlüsseln für die einzelnen Tabellen. Um einen „guten“ Schlüssel zu wählen, kann man entweder fortlaufende Indizes verwenden oder auf schon in anderen Zusammenhängen vorhandenen Schlüssel zurückgreifen. Dies kann z.B. eine e-Mail Adresse sein oder die Matrikelnummer, da beide Kennungen einer Person eindeutig zuzuordnen sind. Die Eindeutigkeit ist eine zentrale Eigenschaft, die ein Primärschlüssel auf jeden Fall aufweisen muss. Er dient der klaren Zuweisung von abgelegten Informationen zu einem bestimmten Objekt. Bei der Benennung der Primärschlüssel empfehlen sich aussagekräftige Namen, aus denen optimaler Weise auch hervorgehen sollte, dass es sich um einen Schlüssel handelt. Generell sollten alle Bezeichnungen so sprechend und selbsterklärend wie möglich sein, damit die Bedeutung auch für Außenstehende schnell ersichtlich ist. Dies gilt natürlich ebenso für die Bezeichner der einzelnen Tabellen innerhalb der Datenbank und für den Namen der Datenbank selbst.

Ein weiteres Modellierungskriterium ist die Zuweisung der Datentypen zu den zu erfassenden Attributen. Die zulässigen Wertebereiche hängen dabei meist von dem verwendeten Datenbanksystem ab, da die verschiedenen Herstellern nicht alle die gleichen Datentypen zulassen.

Bei der Zuweisung der Datentypen zu den Attributen spielen zwei Aspekte eine wichtige Rolle, der Speicherplatz und die geplante weiterführende Nutzung der gespeicherten Daten. In unserem Fall hätte eine schlechte Zuweisung der Wertebereiche keine spürbar negativen Folgen gehabt, da die Anzahl der zu erwartenden Datensätze sich in überschaubaren Grenzen hielt. Bei großen Datenmengen kann die Zuweisung der Wertebereiche allerdings starken Einfluss auf die Performance des gesamten Systems haben. So wäre es z.B. nachteilig, zur Erfassung des Geburtsjahres eines Kunden, das vier Zahlen umfasst, als Wertebereich den Typ Float zu wählen. Da in einem Geburtsjahr keine Nachkommastellen vorkommen, wäre es vollkommen ausreichend, als Wertebereich Integer zu wählen. Bei einer großen Anzahl eingetragener Datensätze entstünden so unnötig höhere Kosten, da der Speicherbedarf größer ist und damit einhergehend auch Einschränkungen bei der Performance zu verzeichnen wären. Grundsätzlich sollte man daher die Wertebereiche so wählen, dass alle Dateneingaben erfasst werden können bei gleichzeitig möglichst geringem Speicherbedarf. Wenn man mit den gespeicherten Daten Berechnungen durchführen möchte, so muss darauf geachtet werden, dass die gewählten Wertebereiche arithmetische Operationen auf den Daten zulassen. Mit der intelligenten Wahl der Wertebereiche steigt und fällt somit die Performance von Datenbanken und der Umfang der auf ihnen durchführbaren Operationen.

3. Ziele des PIM-Moduls

Während des Blockkurses arbeiteten wir an der Umsetzung des PIM-Moduls (Persönliches Informations Management). Ziel des zu entwickelnden PIM-Moduls war es, den Studierenden eine einfache Möglichkeit zur Verfügung zu stellen, um die während des Studiums besuchten Veranstaltungen zu erfassen. Da der Studiengang IM/IT auf einem Punktesystem beruht und man sich in einzelnen Blöcken an bestimmte Punktschranken halten muss, sollte die Anwendung bei der Berechnung der Punkteschranken behilflich sein und den Studierenden einen strukturierten Überblick über seine erbrachten Leistungen bieten. Bei der Anwendungsentwicklung musste berücksichtigt werden, dass jede Veranstaltung einem bestimmten Modul zugeordnet wird. Innerhalb dieser Module gibt es weitere Abstufungen, für welche die jeweils geltenden Punkteschranken zu beachten waren.

Da wir uns innerhalb des PIM-Moduls mit der Bearbeitung der Eingaben und deren Speicherung in der Datenbank befassten, hatten wir auch einen großen Anteil an der Modellierung der Datenbank. Die beiden wichtigsten von uns entwickelten Eingabefenster dienten der Erfassung der erbrachten Studienleistungen, die angemeldete Studenten eintragen konnten, und der Aufnahme der angebotenen Veranstaltungen, deren Eintragung in die Datenbank durch die Dozenten geschehen sollte. Um diese Eingaben überhaupt erfassen zu können, mussten wir die entsprechenden Eingabeformulare in HTML erstellen.

Andere Gruppen befassten sich mit dem Anmeldevorgang und mit der Entwicklung eines Stundenplans. Von der Anmeldeseite aus erfolgt der Zugriff auf alle entwickelten Anwendungen. Dazu gehört auch der Stundenplan, in den die gespeicherten Vorlesungen mit den dazugehörigen Übungen durch einfaches Anklicken aufgenommen werden sollten. Die Übersicht der von einem Studierenden eingetragenen Studienleistungen sollte von einer weiteren Gruppe bearbeitet werden.

4. ER-Modell

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5. Datenbankstruktur

Auf der Startseite hat man die Möglichkeit, sich mit einer schon existierenden Kennung anzumelden oder sich neu zu registrieren. Bei der Registrierung werden neben den Daten zur Person auch dieMatrikelnummerund ein vom Benutzer gewähltesPasswortaufgenommen. Die Kombination von Matrikelnummer und Passwort wird später zur Anmeldung an das System genutzt.

Anmeldung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1, Attribute der Anmeldung

Wenn sich jemand auf der Startseite zum ersten Mal registriert, wird ihm von der Datenbank automatisch eine systeminterneIDzugewiesen. Diese ID dient als Primärschlüssel der Tabelle Anmeldung. Daher darf diese nicht „Null“, also leer sein. Die Eindeutigkeit des Primärschlüssels ergibt sich daraus, dass dieser Integerwert von der Datenbank automatisch inkrementiert wird, wodurch eine mehrfache Vergabe des gleichen Schlüssels ausgeschlossen wird. Nach Eingabe der erforderlichen Daten muss der neue Benutzer noch festlegen, ob er sich in die Mailingliste eintragen möchte. Dazu setzt er ein Häkchen hinter die Checkbox „Newsletter abonnieren“. Diese Checkbox kann nur den Wert 0 (nicht ausgewählt) oder 1 (ausgewählt) zurückliefern. Daher genügt es, den Wertebereich des AttributsMailals einzelnes Zeichen (Varchar (1)) festzulegen, da nur ein einzelner Wert gespeichert wird. Die modellierte Anforderung, dass dieser Eintrag nicht leer sein darf wird automatisch erfüllt, da durch eine Checkbox jedes Mal ein Wert zurückgegeben wird.

Bei den Anwendungen des PIM-Moduls wird der Benutzer über seine Matrikelnummer identifiziert, die nach erfolgter Anmeldung in der Session gespeichert wird und so stets verfügbar ist. Da die von der Universität vergebenen Matrikelnummern jeden Studenten eindeutig identifizieren, ist auch hier eine eindeutige Zuordnung der Daten zu einer bestimmten Person möglich.

Außerdem wird jedem Benutzer bei der Anmeldung einStatuszugewiesen. In diesem Integerwert wird gespeichert, ob es sich bei der registrierten Person um einen Administrator, einen Studenten, einen Dozenten oder einen Gast handelt. Der erfasste Status dient später der Vergabe der Zugriffsrechte auf die implementierten Funktionen und ist direkt mit der Tabelle Rolle verknüpft.

In der Tabelle Rolle stellt der bei der Anmeldung zugewiesene Status den Primärschlüssel (ID_Rolle) dar. Der Status als Primärschlüssel ist zunächst nur ein Integerwert und wird in der Tabelle Rolle mit dem entsprechenden Attribut verknüpft, das den NamenRolleträgt und die Bezeichnung der Rolle (Administrator, Student, Dozent oder Gast) enthält. Die Verwaltung der Zugriffrechte entspricht in diesem Anwendungsbeispiel der Verwaltung der Links, weil die verschiedenen Funktionen alle über eigene Links aufrufbar sind. Diese URLs sind in der Tabelle Links gespeichert. Auf welche Links man zugreifen darf, hängt von der einem Benutzer zugewiesenen Rolle ab. Somit erfolgt die Verwaltung der Zugriffsrechte über die Relation Rolle_Link, in der genau erfasst ist, welche Benutzergruppe welche Links aufrufen darf. Um die widerspruchsfreie Zuordnung eines Links zu einer Rolle zu gewährleisten, werden in der Relation Rolle_Link die AttributeID_RolleundID_Linkmiteinander in Beziehung gesetzt. So ist es einem Gast z.B. nicht erlaubt, Veranstaltungen neu einzutragen oder die Details einer eingetragenen Veranstaltung zu verändern. Lediglich Dozenten und Administratoren haben Zugriff auf den Link, der zum Eingabefenster einer neuen Veranstaltung führt.

In der Tabelle Veranstaltung werden eine Vielzahl von Attributen gespeichert. Wie schon in der Tabelle Anmeldung wird auch hier durch die Datenbank ein Primärschlüssel namensIDangelegt, der automatisch hochgezählt wird. Außerdem wird der Primärschlüssel aus dem Uni-Informationssystem LIS in die Datenbank alsLIS_IDübernommen. Dieser Schlüssel dient wie die Matrikelnummer in der Tabelle Anmeldung zur eindeutigen Identifikation einer Veranstaltung in anderen Anwendungen.

Veranstaltung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2, Attribute der Veranstaltungen

Da jede Veranstaltung einem bestimmten Block zugeordnet ist, enthält die Tabelle Veranstaltung das AttributBlock_FIDals Fremdschlüssel. Über diesen Fremdschlüssel wird die Tabelle Block referenziert und einer Veranstaltung der entsprechende Block zugewiesen.

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