Oracle (Datenbanksystem)

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Oracle Database ist eine relationale Datenbank der Firma Oracle.

Datenbanksystem

Oracle Database (auch Oracle Database Server, Oracle RDBMS o.ä.) ist eine Datenbanksystem-Software.

Ein Oracle Datenbanksystem kann sowohl relationale Daten, als auch objektrelationale Daten speichern. Weiterhin besitzt es die Fähigkeit zur Verarbeitung und relationalen Transformation von XML-Datenstrukturen (XMLDB, XDK). Es implementiert die ACID-Eigenschaften, bietet gute Skalierbarkeit und einen sehr großen Funktionsumfang.

Ein Oracle Datenbankmanagementsystem (DBMS, RDBMS, ORDBMS) eignet sich wegen seiner Architektur und Skalierbarkeit auch für eine große Zahl gleichzeitig aktiver Benutzer. Die Oracle Database Software ist für fast alle heute verwendeten Betriebssysteme erhältlich und als Express-Edition (XE) kostenlos nutzbar. Allerdings ist die Express-Edition stärker als die kostenlose DB2-Version eingeschränkt, weil sie Java nicht unterstützt.

Der Oracle Database Server in aktuellen Versionen unterstützt 8 Exabyte in einer Datenbank und weist damit eine Speicherkapazität auf, die derzeit (2006) kaum von einzelnen Organisationen ausgeschöpft werden kann.

Das Speichern nichtrelationaler Daten (Video, Musik, Dokumente, Fax etc.) wird mit BLOBs (binary large objects) und CLOBs (character large objects) unterstützt. Die Indizierung von zahlreichen nichtrelationalen Datenformaten wird bereits mitgeliefert. Die Erweiterung um eigene programmatische Indizierungen wird unterstützt. Raumbezogene Daten können relational abgelegt werden, räumliche Indizierungen und Abfragen werden unterstützt (SPATIAL Option).

Weitere wichtige Grundeigenschaften sind: plattformübergreifende Unterstützung verteilter Datenbanken, Data Warehouse Funktionalität, Messaging, OLAP- und Data-Mining, intelligente Datensicherung (wahlweise mit Block Change Tracking), Java Stored Procedures (nicht in der XE-Version), Unterstützung regulärer Ausdrücke in Abfragen, Versionierung von Tabellen (Langzeittransaktionen), Virtual Private Database Funktionalität und zahlreiche Mechanismen für den Datenschutz.

Eigenschaften

• Absicherung gegen
• Instance Failure (z. B. Stromausfall) durch die Option eines Aktiv/Aktiv-Clusters mit Failover-Funktionalität (Oracle RAC),
• Media Failure (Festplattenfehler) durch optionale Standby-Datenbank und Oracle Dataguard sowie
• Anwenderfehler mittels Flashback (auf Satzebene, Tabellenebene oder auch datenbankweit)
• Data Warehouse Features sind z. B. Datentypen zur Speicherung großer Datenmengen (CLOB, BLOB), Partitioning (Aufteilung der Daten in Untertabellen, etwa nach Datum), transportable Tablespaces, Big Tablespaces (Datenfiles mit bis zu 128 Petabyte), Bitmap-Indexe für OLAP-Queries, Star-Transformation, Zugriff auf verteilte Datenbanken, Standby-Datenbank
• Große Auswahl an eingebauten SQL-Funktionen und analytischen Funktionen, beide durch Userfunktionen beliebig erweiterbar
• Kostenbasierter Optimizer, der automatisch Ausführungspläne zur Laufzeit entsprechend dem vorgegebenen Ziel Durchsatz oder Reaktionszeit erstellt
• Umfangreiches Sicherheitskonzept zur Verwaltung und Weitergabe von Rechten an allen Datenbankobjekten, Vergabe von Rollen und Policies
• Zeilenweise Zugriffskontrolle (FGAC) als Ergänzung zur sowieso vorhandenen spaltenweisen Zugriffskontrolle
• Auditing (Protokollierung aller Zugriffe oder in Teilen)
• Resource Manager zum dynamischen Verteilen der Ressourcen (Speicher, CPU-Zeit, I/O) auf Profile
• Ausgefeilte Tuningmöglichkeiten, ab Version 10g durch sogenannte "Advisors" ergänzt (Datenbank kann sich selbst tunen oder Hinweise geben, Stichwort "ADDM")
• Performance Features wie Index-Organized Tables (Tabellen werden als Index abgespeichert, Grundtabelle entfällt)
• Sehr leistungsfähige, eng mit SQL verwobene eingebaute Programmiersprache PL/SQL (native Kompilierung möglich, native Datentypen)
• Seit Version 8i zusätzlich Verzahnung mit Java im Oracle Kernel (Laden von Java in die Datenbank)
• Erweiterungen wie Oracle Spatial, die die Speicherung und Analyse von Geodaten erlauben

Mit dem Release 10g wurde die Vision eines Oracle Grid (siehe auch Grid-Computing) weiter umgesetzt: Auch das kleine "g" im Release-Namen steht für Grid. Kernstück des Oracle Grid ist der Aktiv/Aktiv-Cluster, der von Oracle unter dem Namen Real Application Cluster (RAC) vertrieben wird. Oracle bietet seit 10g eine eigene Cluster Manager-Software unter dem Namen Oracle Cluster Ready Services an. Diese wurde erstmals in 9i zunächst für Linux, später auch für Windows freigegeben. Seit Oracle 10g steht diese für jede von Oracle unterstützte Plattform zur Verfügung.

Zusammen mit DB2 und MS SQL-Server gehört Oracle zu den Marktführern im RDBMS-Segment. Im Großrechner-Bereich sind Sun-Fire-Maschinen mit dem Unix-System Solaris oder IBM-Maschinen häufig verwendete Plattformen. Im Midrange-Bereich werden nahezu alle Unix-Systeme unterstützt und eingesetzt, daneben aber auch OpenVMS. Linux wurde neben Solaris als strategische Hauptplattform längere Zeit favorisiert und findet sehr starke Verbreitung. Windows wird aufgrund der hohen Verbreitung strategisch ebenfalls sehr stark unterstützt.

Das Datenbanksystem entspricht, wie die meisten Datenbanksysteme, nicht vollständig dem jeweils gültigen SQL-Standard. Dies ist unter anderem in der Tatsache begründet, dass die ersten Versionen von Oracle programmiert wurden, bevor SQL erstmals von der ANSI festgeschrieben wurde. Doch wurden sukzessive ANSI-Standards erfüllt. So wird neben der proprietären Syntax, die auch weiterhin zur Verfügung steht, inzwischen die Join-Syntax unterstützt.

Hier noch einige Probleme, vor denen man bei einer Portierung zwischen Datenbanksystemen eventuell steht bzw. über die man stolpert, wenn man den SQL-Standard kennt:

• Der Datentyp date enthält zusätzlich die Uhrzeit
• Leere Zeichenketten werden nicht vom NULL-Wert unterschieden
• In UNIONs ist der Wert NULL nur mit Zeichenketten statt mit allen Datentypen kompatibel (muss konvertiert werden)
• Um die vorhandene Datenbankstruktur in eine Textdatei zu exportieren, die DDL-Kommandos etc. enthält, verwendet man die Kommandozeilentools exp und imp und übergibt letzterem den Parameter INDEXFILE=<Dateiname>. Ferner existiert das PL/SQL-Package DBMS_METADATA.GET_DDL('TABLE',u.table_name)). Außerdem bieten dies externe Entwicklungstools wie SQL Navigator oder PL/SQL Developer.

Da SQL nur eine deskriptive Sprache ist, wurde eine proprietäre prozedurale Erweiterung von SQL mit dem Namen PL/SQL entwickelt. PL/SQL steht für Procedural Language / Structured Query Language. PL/SQL Kommandos können ad hoc als anonyme Blöcke eingegeben werden oder in Form von sogenannten 'Stored Procedures' in der Datenbank abgelegt werden.

Für Studienzwecke ist die Oracle-Datenbank auf der Herstellerseite frei erhältlich. Auch die anderen Produkte der Firma Oracle stehen dort zur Verfügung.

Architektur

Ein Oracle Datenbanksystem besteht aus einem Datenbankmanagementsystem (DBMS) und einer Datenbank (Data Files, Control Files, Redo Log Files). Im Einzelnen kann das System wie folgt charakterisiert werden:

Datenbank

Diese besteht zumeist aus Dateien in einem Filesystem, es werden jedoch auch Raw Devices oder per Oracle ASM (Automatic Storage Management) verwaltete Diskgroups verwendet. Man unterscheidet die Dateiarten:

Data Files

die eigentlichen Datendateien mit den Dateninhalten.

Redo Log Files

sehr schnell schreibbare Dateien, die als Transaktionslogs dienen und die die Datenblockänderungen (Change-Vektoren) von Transaktionen aufnehmen. Diese gespeicherten Change Vektoren dienen zur Wiederherstellung von Datenblöcken, falls ungeplant oder beabsichtigt das Datenbankmanagementsystem terminiert werden muss. Noch nicht in die Data Files übertragene, festgeschriebene Changes können so rekonstruiert und nachgefahren werden (roll forward). Im Anschluss daran werden alle Änderungen nach dem letzten erfolgreichen Festschreibvorgang (check point) zurückgeschrieben (roll back).

Control Files

Dateien, die u. a. die Struktur- und Zustandsinformation der Datenbank enthalten. Hierzu zählen die System Change Number (SCN) sowie die Pfade und Namen aller Data Files und Redo Log Files.

Datenbankmanagementsystem]

Ein laufendes und aktiv von Clients verwendetes Oracle Datenbankmanagementsystem besteht aus

• einer oder mehreren Oracle Instanzen
• einem oder mehreren Listener-Prozessen, die Verbindungswünsche bearbeiten und Oracle Server Prozesse starten können
• einem oder mehreren Oracle Server-Prozessen (Schattenprozess, Shadow Process)

Die Oracle Server Prozesse nehmen Datenbankabfragen (Query) oder Datenmodifikationsanweisungen (DML) in der Sprache SQL (oder anderen Sprachen) von den Datenbank-Clients entgegen, führen diese Aufträge aus und liefern Ergebnisdaten zurück. Dabei agieren die Oracle Server Prozesse teilweise direkt auf den Data Files, teilweise übertragen sie jedoch auch Aktivitäten auf die Hintergrundprozesse der Oracle-Instanz.

Die Oracle-Instanz stellt gemeinsamen Arbeitsspeicher in Form von Shared Memory, sowie zahlreiche darauf zugreifende Hintergrundprozesse bereit. Die wichtigsten Hintergrundprozesse sind:

• Der Database Writer (DBWR), der Änderungen an den Datenblöcken in die Data Files schreibt.
• Der Log Writer (LGWR), der Redo Informationen in die Redo Log Files schreibt.
• Der Archiver (ARCH), der Redo Log Files archiviert, sofern die Datenbank im sogenannten Archive Log Modus betrieben wird.
• Der System Monitor (SMON), der Konsistenzinformationen in die Control Files sowie in die Header von Data Files und in Redo Log Files schreibt. Beim Wiederanlauf einer Datenbank nach einem Crash prüft der System Monitor diese Konsistenzinformationen in einem Quercheck über alle Control Files, Data Files und Redo Log Files. Sollte der SMON Inkonsistenzen feststellen, so leitet der System Monitor ein Crash Recovery ein, bei dem aus den Redo Log Files solange fehlende Transaktionen in die Data Files übertragen werden, bis die Datenbank mit allen Data Files wieder in sich konsistent ist.
• Der Prozess Monitor (PMON), der die Oracle Prozesse überwacht.

Die Standardeinstellung der Isolationsebene einer Oracle-Datenbank ist "Read committed", d. h. eine Abfrage sieht alle Daten konsistent in dem Zustand, in dem sie zu Beginn der Abfrage festgeschrieben waren. Man kann auch die Isolationsebenen "Serialize" oder "Read only" (kein SQL-Standard) für eine Session oder eine Transaktion festlegen. Die anderen beiden im SQL-Standard definierten Isolationsebenen ("Read uncommitted", "Repeatable read") werden nicht explizit unterstützt. Durch die Speicherung von Rollback-Informationen führen lesende Zugriffe nie zu Sperren der schreibenden Zugriffe (non-blocking reads) und umgekehrt (non-blocking writes).

Werkzeuge

Werkzeuge zur Entwicklung und Datenbankverwaltung werden sowohl von Oracle als auch von Drittherstellern zur Verfügung gestellt.

Werkzeuge vom Hersteller:

• SQL*Plus ist ein kommandozeilenorientiertes Verwaltungswerkzeug zur Administration und Bedienung von Oracle-Datenbanken. SQL*Plus steht auf jedem Rechnersystem zur Verfügung, auf dem die Oracle Client- oder Serversoftware installiert ist. Hiermit lassen sich alle Verwaltungstätigkeiten wie Startup und Shutdown einer Datenbank, Erweiterung von Tablespaces (Speicherbereichen einer Oracle Datenbank), Vergabe von Benutzerrechten, Erstellung logischer Datenbankobjekte wie Tabellen, Indizes, Views, Synonyme und Stored Procedure sowie die Eingabe, Änderung, Abfrage und Löschen der eigentlichen Dateninhalte vornehmen.

Der Aufruf von SQL*Plus erfolgt - unabhängig von der verwendeten Betriebssystemplattform - durch Eingabe von sqlplus. SQL*Plus stand mit den ersten Oracle-Versionen zur Verfügung. Aufgrund der Orientierung an Kommandozeilen sind umfangreiche SQL-Kenntnisse erforderlich. Mit iSQL*Plus stellt Oracle auch ein Webfrontend für SQL*Plus bereit.

• Oracle SQL Developer (Project Raptor): Oracles kostenloses Werkzeug für den Datenbankentwickler läuft als graphisches Java-Programm und ermöglicht das Bearbeiten von Datenbankobjekten, Erstellen und Testen von SQL-Statements und Skripten, Erstellen und Debuggen von PL/SQL-Prozeduren einfache Datenbankanalyse. Aufbau und Funktionsumfang vom SQL Developer erinnern an TOAD, SQL Navigator oder Hora.

• Oracle Enterprise Manager (Java-Konsole): Graphische Bedienoberfläche zur Datenbankverwaltung auf Java-Basis
• Oracle Enterprise Manager Database Control: Web-basierende, graphische Bedienoberfläche zur Verwaltung einer Datenbank
• Oracle Enterprise Manager Grid Control: Web-basierende, graphische Bedienoberfläche zur Verwaltung einer Oracle Umgebung inkl. mehrerer Datenbanken, Datenbankcluster, Standby-Systeme
• Data Guard Control: Kommandozeilenorientiertes Werkzeug zur Verwaltung von Standby Datenbanken
• Server Control: Kommandozeilenorientiertes Werkzeug zur Verwaltung von Datenbanken, Services und Application in einem Cluster
• Oracle JDeveloper: Integrierte Entwicklungsumgebung zur Entwicklung von Datenbankanwendungen mit Oracle und Java

Werkzeuge von Drittherstellern:

• TOAD: Grafisches Werkzeug zur Verwaltung und Entwicklung mit Oracle-Datenbanken von der Firma Quest
• Hora: Graphisches Werkzeug zur Verwaltung und Entwicklung von Oracle Datenbanken von der Berliner Softwarefirma KeepTool.
• TOra: Grafisches Werkzeug zur Verwaltung und Entwicklung mit Oracle- und PostgreSQL-Datenbanken, mittlerweile ein Sourceforge-Projekt, also Open Source
• SQL Navigator: Graphisches Werkzeug zur Verwaltung und Entwicklung mit Oracle-Datenbanken von der Firma Quest
• PL/SQL Developer: Graphisches Werkzeug zur Verwaltung und Entwicklung mit Oracle-Datenbanken
• SQL Workbench/J: The free DBMS-independent SQL Tool
• DBShadow: Standardlösung mit Graphischem User Interface für die Erstellung, Überwachung und Verwaltung von Standby Datenbanken.

Lizenzierung

Oracle lizenzierte für lange Zeit seine Produkte nach der Anzahl von sogenannten Named Usern, also benannten Benutzern - wobei es egal ist, wie viele Nutzer gleichzeitig am System arbeiten, sondern wie viele am System arbeiten können - oder von Prozessorkernen (nicht wie zum Beispiel Microsoft nach der Anzahl der physikalischen CPU-Sockel) , seit einiger Zeit jedoch auch nach Anzahl der Sockel, in der Standard Edition und der Standard Edition One. In der wesentlich höherwertigen Enterprise Edition wird weiter das pro-Core-Lizenzverfahren (2 Cores = 1 Lizenz bei Intel-Systemen, bei Sparc benötigt man eine Lizenz für 4 Cores) angewendet.

Die Express Edition ist kostenlos nutzbar.