K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle Flashcards
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Kopplung von DB- und Programmiersprache
Call-Schnittstelle (prozedurale Schnittstelle, CLI)
- DB-Funktionen werden durch Bibliothek von Prozeduren realisiert
- Anwendung enthält lediglich Prozeduraufrufe
Einbettung von SQL (Embedded SQL, ESQL)
- Spracherweiterung um spezielle DB-Befehle (EXEC SQL …)
- komfortablere Programmierung als mit CLI
statische Einbettung
- Vorübersetzer (Precompiler) wandelt DB-Aufrufe in Prozeduraufrufe um
- Nutzung der normalen PS-Übersetzer für umgebendes Programm
- SQL-Anweisungen müssen zur Übersetzungszeit feststehen
- im SQL-Standard unterstützte Sprachen: C, COBOL, FORTRAN, Ada, PL1, Pascal, MUMPS, Java, …
dynamische Einbettung:
- Konstruktion von SQL-Anweisungen zur Laufzeit
Integrationsansätze unterstützen typischerweise ‚nur‘
- ein Typsystem
- Navigation (satz-/objektorientierterZugriff)
- wünschenswert sind jedoch Mehrsprachenfähigkeit und deskriptive DB-Operationen (mengenorientierter Zugriff)
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Relationale Anwendungsprogrammierschnittstellen (APIs)
- bieten Mehrsprachenfähigkeit und deskriptive DB-Operationen,
- erfordern jedoch Maßnahmen zur Überwindung der sog. Fehlanpassung (impedance mismatch): Satzorientierung vs. Mengenorientierung
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Kernprobleme der API bei konventionellen Programmiersprachen
- Konversion und Übergabe von Werten
- Übergabe aktueller Werte von Wirtssprachenvariablen (Parametrisierung von DB-Operationen)
- Mengenorientierung von DB-Operationen
- Wie und in welcher Reihenfolge werden Zeilen/Sätze dem AP zur Verfügung gestellt?
- Cursor-Konzept
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Eingebettetes statisches SQL:
Anbindung einer SQL-Anweisung an die Wirtssprachen-Umgebung
- eingebettete SQL-Anweisungen werden durch exec sql eingeleitet und durch spezielles Symbol (hier “;”) beendet, um dem Compiler eine Unterscheidung von anderen Anweisungen zu ermöglichen
- Verwendung von AP-Variablen in SQL-Anweisungen verlangt Deklaration innerhalb eines ‚declare section‘-Blocks sowie Angabe des Präfix “:” innerhalb von SQL-Anweisungen
- Kommunikationsbereich SQLCA (Rückgabe von Statusanzeigern u.ä.)
- Übergabe der Werte einer Zeile mit Hilfe der INTO-Klausel
- INTO target-commalist (Variablenliste des Wirtsprogramms)
- Anpassung der Datentypen (Konversion)
- Aufbau/Abbau einer Verbindung zu einem DBS: connect/disconnect
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Cursor-Konzept: Zweck, Iterator, Cursor-Deklaration
Zweck
- satz-weise Abarbeitung von Ergebnismengen
- Trennung von Qualifikation und Bereitstellung/Verarbeitung von Zeilen
Cursor ist ein Iterator,
- der einer Anfrage zugeordnet wird und
- mit dessen Hilfe die Zeilen der Ergebnismenge einzeln (one tuple at a time) im Programm bereitgestellt werden
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Cursor-Konzept: Cursor-Operation, Reihenfolge der Ergebniszeilen, Wann wird die Ergebnismene ermittelt?
Reihenfolge der Ergebniszeilen
- systembestimmt
- benutzerspezifiziert (ORDER BY)
Wann wird die Ergebnismenge ermittelt?
- schritthaltende Auswertung durch das DBS? Verzicht auf eine explizite Zwischenspeicherung ist nur bei einfachen Anfragen möglich.
- daher Kopie bei OPEN meist erforderlich (ORDER BY, Join, Aggregat-Funktionen, …)
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Cursor-Konzept: Veranschaulichung der Cursor-Schnittstelle
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Cursor-Konzept: C-Beispiel
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Cursor-Konzept: Aktualisierung mit Bezugnahme auf eine Position
Wenn die Zeilen, die ein Cursor verwaltet (active set), eindeutig den Zeilen einer Tabelle entsprechen, können sie über Bezugnahme durch den Cursor geändert werden.
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Cursor-Konzept: SQL-Programmiermodell
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Cursor-Konzept: SQL-Programmiermodell - Beispiel: Stücklistenauflösung
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Cursor-Konzept: Erweiterungen - Syntax
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Cursor-Konzept: Erweiterungen - SCROLL: Erweiterte Positionierungsmöglichkeiten
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Cursor-Konzept: Erweiterungen - Sichtbarkeit von Änderungen - INSENSITIVE CURSOR
- T sei die Zeilenmenge, die sich für den Cursor zum OPEN-Zeitpunkt (Materialisierung) qualifiziert
- Spezifikation von INSENSITIVE bewirkt, dass eine separate Kopie von T angelegt wird und der Cursor auf die Kopie zugreift
- Aktualisierungen, die T betreffen, werden in der Kopie nicht sichtbar gemacht; solche Änderungen könnten z. B. direkt oder über andere Cursor erfolgen
- Über einen insensitiven Cursor sind keine Aktualisierungsoperationen möglich (UPDATE nicht erlaubt)
- Die Kombination mit SCROLL ist unproblematisch
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Cursor-Konzept: Erweiterungen - Sichtbarkeit von Änderungen - ASENSITIVE CURSOR
- Standard
- Bei OPEN muss nicht zwingend eine Kopie von T erstellt werden: die Komplexität der Cursor-Definition verlangt jedoch oft seine Materialisierung als Kopie
- Ob Änderungen, die T betreffen und durch andere Cursor oder direkt erfolgen, in der momentanen Cursor-Instanziierung sichtbar werden, ist implementierungsabhängig
- Falls UPDATE deklariert wird, muss eine eindeutige Abbildung der Cursor-Zeilen auf die Tabelle möglich sein (siehe aktualisierbare Sicht); es wird definitiv keine separate Kopie von T erstellt.
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Wirtsspracheneinbettung und Übersetzung: Prinzipielle Möglichkeiten
Aufruftechnik
- DB-Anweisung wird durch expliziten Funktionsaufruf an das Laufzeitsystem des DBS übergeben, z. B. CALL DBS (‘open C1’)
- Es sind prinzipiell keine DBS-spezifischen Vorkehrungen bei der AP-Übersetzung erforderlich!
- Verschiedene Formen der Standardisierung: Call-Level-Interface (CLI), JDBC
Direkte Einbettung
- keine syntaktische Unterscheidung zwischen Programm- und DB-Anweisungen
- DB-Anweisung wird als Zeichenkette A ins AP integriert, z. B. exec sql open C1
- typischerweise Einsatz eines Vorübersetzers PC (Precompiler)
- PC erzeugt für DB-Anweisungen spezielle Call-Aufrufe im AP, so dass das modifizierte AP mit dem Wirtssprachencompiler C übersetzt werden kann
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Einbettung/Übersetzung: Von der Übersetzung bis zur Ausführung (bei Einsatz eines Vorübersetzers)
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Einbettung/Übersetzung: Von der Übersetzung bis zur Ausführung
Vorübersetzung des AP
- Entfernung aller Embedded-SQL-Anweisungen aus dem Programm (Kommentare)
- Ersetzung durch Programmiersprachen-spezifische DBS-Aufrufe
- Erzeugung eines „SQL-freien“ Programms in der Programmiersprache
- DBS-seitige Vorbereitung: Analyse und Optimierung der SQL-Anweisungen und Erstellung eines Zugriffsmoduls im DB-Katalog
Übersetzung des AP
- Umwandlung der Anweisungen der höheren Programmiersprache in Maschinencode (Objektmodul) und Abspeicherung in Objektbibliothek
- SQL-Anweisungen für Compiler nicht mehr sichtbar
Binden
- Zusammenfügen der Objektmodule zu lauffähigem Programm
- Hinzufügen des SQL-Laufzeitsystems
Laden und Ausführen
- Laden des ausführbaren Programms in den Speichen
- Anbinden des Zugriffsmoduls aus DB-Katalog und automatische Überprüfung seiner Gültigkeit
- Programmstart
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Einbettung/Übersetzung: Von zentraler Bedeutung
Anfrageauswertung/-optimierung des DBVS ist im wesentlichen für die effiziente Abarbeitung verantwortlich
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle
Einbettung/Übersetzung: Auswertungstechnik: Spektrum von Verfahren mit folgenden Eckpunkten
Maximale Vorbereitung
- Für eine DB-Anweisung wird ein zugeschnittenes Programm (Zugriffsmodul) zur Übersetzungszeit (ÜZ) erzeugt
- Zur Ausführung einer DB-Anweisung (Laufzeit, LZ) wird das Zugriffsmodul geladen und abgewickelt; dabei wird durch Aufrufe des DBVS (genauer: des Zugriffssystems) das Ergebnis abgeleitet
- aufwendige Optimierung und Erstellung eines Zugriffsmoduls
- maximale Auswirkungen von Schemaänderungen, welche die DB-Anweisung betreffen
- Schemaänderungen nach der Übersetzung werden nicht berücksichtigt (neue Zugriffspfade, geänderte Statistiken etc.)
- Invalidierung des Zugriffsmoduls und erneute Erstellung
Keine Vorbereitung
- typisch für Call-Schnittstellen (dynamisches SQL)
- Allgemeines Programm (Interpreter) akzeptiert DB-Anweisungen als Eingabe und erzeugt durch Aufrufe des Zugriffssystems das Ergebnis
- Interpretation einer DB-Anweisung:
- Interpreter wertet Anweisung (als Zeichenfolge) zur Laufzeit aus
- aktueller DB-Zustand wird automatisch berücksichtigt
- sehr hohe Ausführungskosten bei Programmschleifen sowie durch häufige Katalogzugriffe
- interessant vor allem für Ad-hoc-Anfragen bzw. dynamisches SQL
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Einbettung/Übersetzung: Wahl des Bindezeitpunktes
- Wann werden die für die Abwicklung einer DB-Anweisung erforderlichen Operationen vom DB-Schema abhängig?
- Übersetzungszeit vs. Laufzeit
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
SQL/PSM
PSM: Persistent Stored Modules
zielt auf Leistungsverbesserung vor allem in Client/Server-Umgebung ab
- Ausführung mehrerer SQL-Anweisungen durch ein EXEC SQL
- Entwerfen von Routinen mit mehreren SQL-Anweisungen
erhöht die Verarbeitungsmächtigkeit des DBS
- Prozedurale Erweiterungsmöglichkeiten (der DBS-Funktionalität aus Sicht der Anwendung)
- Einführung neuer Kontrollstrukturen
erlaubt reine SQL-Implementierungen von komplexen Funktionen
- Sicherheitsaspekte
- Leistungsaspekte
ermöglicht SQL-implementierte Klassenbibliotheken (SQL-only)
Vorteile
- vorübersetzte Ausführungspläne werden gespeichert, sind wiederverwendbar
- Anzahl der Zugriffe des Anwendungsprogramms auf die DB wird reduziert
- als gemeinsamer Code für verschiedene Anwendungsprogramme nutzbar
- es wird ein höherer Isolationsgrad der Anwendung von der DB erreicht
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SQL/PSM: Prozedurale Spracherweiterungen
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Dynamisches SQL
Festlegen/Übergabe von SQL-Anweisungen zur Laufzeit
- Benutzer stellt Ad-hoc-Anfrage
- AP berechnet dynamisch SQL-Anweisung
- SQL-Anweisung ist aktueller Parameter von Funktionsaufrufen an das DBVS
Eigenschaften
- Vorbereitung einer SQL-Anweisung kann erst zur Laufzeit beginnen
- Bindung an das DB-Schema erfolgt zum spätest möglichen Zeitpunkt
- DB-Operationen beziehen sich stets auf den aktuellen DB-Zustand
- größte Flexibilität und Unabhängigkeit vom DB-Schema
- Vorbereitung und Ausführung einer SQL-Anweisung
- erfolgt typischerweise durch Interpretation
- Leistungsproblem: wiederholte Ausführung derselben Anweisung (DB2 UDB bewahrt Zugriffspläne zur Wiederverwendung im Cache auf)
- Übersetzung und Code-Generierung ist jedoch prinzipiell möglich!
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Dynamisches SQL: Mehrere Sprachansätze (ähnlicher Funktionalität)
- Eingebettetes dynamisches SQL
- Call-Level-Interface (CLI)
- kann ODBC (Open Database Connectivity) implementieren
- Java Database Connectivity (JDBC)
- dynamische SQL-Schnittstelle zur Verwendung mit Java
- ‘de facto’-Standard für den Zugriff auf relationale Daten von Java-Programmen aus;
- JDBC ist gut in Java integriert und ermöglicht einen Zugriff auf relationale Datenbanken in einem objektorientierten Programmierstil
- JDBC ermöglicht das Schreiben von Java-Applets, die von einem Web-Browser auf eine DB zugreifen können
Gemeinsame Anforderungen (LZ)
- Zugriff auf Metadaten
- Übergabe und Abwicklung dynamisch berechneter SQL-Anweisungen
- Optionale Trennung von Vorbereitung und Ausführung
- einmalige Vorbereitung mit Platzhalter (?) für Parameter
- n-malige Ausführung
- Explizite Bindung von Platzhaltern (?) an Wirtsvariable
- Variable sind zur ÜZ nicht bekannt!
- Variablenwert wird zur Ausführungszeit vom Parameter übernommen
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Eingebettetes Dynamisches SQL
Eigenschaften
- Abkürzung: EDSQL
- unterstützt mehrere Wirtssprachen
- ist im Stil statischem SQL ähnlich; wird oft von Anwendungen gewählt, die dynamische und statische SQL-Anweisungen mischen
- Programme mit EDSQL sind kompakter und besser lesbar als solche mit CLI oder JDBC
- SQL-Anweisungen werden vom Compiler wie Zeichenketten behandelt; Anweisungen enthalten Platzhalter für Parameter (?) statt Programmvariablen
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Call-Level-Interface
Spezielle Form von dynamischem SQL
- Schnittstelle ist als Sammlung von Prozeduren/Funktionen realisiert
- Direkte Aufrufe der Routinen einer standardisierten Bibliothek
- Keine Vorübersetzung (Behandlung der DB-Anweisungen) von Anwendungen
- Vorbereitung der DB-Anweisung geschieht erst beim Aufruf zur LZ
- Anwendungen brauchen nicht im Source-Code bereitgestellt werden
- Wichtig zur Realisierung von kommerzieller AW-Software bzw. Tools
wird sehr häufig in der Praxis eingesetzt!
Vorteile von CLI
- Schreiben portabler Anwendungen
- Systemunabhängigkeit
- Mehrfache Verbindungen zur selben DB
- Verbindungen zu mehreren DBS
- Optimierung des Zugriffs (durch Prepare)
Kooperation von AP und DBS
- maximale gegenseitige Kapselung
- Zusammenspiel AP/CLI und DBVS ist nicht durch Übersetzungsphase vorbereitet
- Wahl des DBS zur Laufzeit
- vielfältige LZ-Abstimmungen erforderlich
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Call-Level-Interface: Wesentlich: Konzept der Handle-Variablen
Handle (internes Kennzeichen) ist letztlich eine Programmvariable, die Informationen repräsentiert, die für ein AP durch die CLI-Implementierung verwaltet wird
gestattet Austausch von Verarbeitungsinformationen
Arten:
- Umgebungskennung repräsentiert den globalen Zustand der Applikation
-
Verbindungskennung
- separate Kennung: n Verbindungen zu einem oder mehreren DBS
- Freigabe/Rücksetzen von Transaktionen, Isolationsgrad
-
Anweisungskennung
- mehrfache Definition, auch mehrfache Nutzung
- Ausführungszustand einer SQL-Anweisung; sie fasst Informationen zusammen, die bei statischem SQL in SQLCA, SQLDA und Cursorn stehen
- Deskriptorkennung enthält Informationen, wie Daten einer SQL-Anweisung zwischen DBS und CLI-Programm ausgetauscht werden
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SQL-Injection
- Sicherheitslücke bei dynamischem SQL
- Bösartiges Einschleusen von ungewollten SQL-Statments
- Verhinderung durch Prepared Statements
- Statement bereits vorkompiliert
- Nutzereingabe wird vollständig als Abeilungsnummer (Parameter) gewertet (und aufgrund des unpassenden Typs ein Fehler geworfen)
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Zusammenfassung: Cursor-Konzept
Cursor-Konzept zur satz-weisen Verarbeitung von Datenmengen
- Anpassung von mengenorientierter Bereitstellung und satz-weiser Verarbeitung von DBS-Ergebnissen
- Operationen: DECLARE CURSOR, OPEN, FETCH, CLOSE
- Erweiterungen: Scroll-Cursor, Sichtbarkeit von Änderungen
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Zusammenfassung: Statisches (eingebettetes) SQL
- hohe Effizienz, gesamte Typprüfung und Konvertierung erfolgen durch Precompiler
- relativ einfache Programmierung
- Aufbau aller SQL-Befehle muss zur Übersetzungszeit feststehen
- es können zur Laufzeit nicht verschiedene Datenbanken dynamisch angesprochen werden
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Zusammenfassung: Interpretation einer DB-Anweisung
- allgemeines Programm (Interpreter) akzeptiert Anweisungen der DB-Sprache als Eingabe und erzeugt mit Hilfe von Aufrufen des Zugriffssystems Ergebnis
- hoher Aufwand zur Laufzeit (v.a. bei wiederholter Ausführung einer Anweisung)
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Zusammenfassung: Übersetzung, Code-Erzeugung und Ausführung einer DB-Anweisung
- für jede DB-Anweisung wird ein zugeschnittenes Programm erzeugt (Übersetzungszeit), das zur Laufzeit abgewickelt wird und dabei mit Hilfe von Aufrufen des Zugriffssystems das Ergebnis ableitet
- Übersetzungsaufwand wird zur Laufzeit soweit wie möglich vermieden
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Zusammenfassung: PSM
- zielt ab auf Leistungsverbesserung, vor allem in Client/Server-Umgebung
- erhöht die Verarbeitungsmächtigkeit des DBS
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Zusammenfassung: Dynamisches SQL
- Festlegung/Übergabe von SQL-Anweisungen zur Laufzeit
- hohe Flexibilität, schwierige(re) Programmierung
- Unterschiede zu statischem, eingebettetem SQL
- explizite Anweisungen zur Datenabbildung zwischen DBS und Programmvariablen
- klare Trennung zwischen Anwendungsprogramm und SQL (→ einfacheres Debugging)
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Zusammenfassung: CLI
- Schnittstelle ist als Sammlung von Prozeduren/Funktionen realisiert
- Keine Vorübersetzung oder Vorbereitung
- Anwendungen brauchen nicht im Source-Code bereitgestellt werden
- Wichtig zur Realisierung von kommerzieller AW-Software bzw. Tools
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Zusammenfassung: JDBC (ergänzende Information)
bietet Schnittstelle für den Zugriff auf (objekt-) relationale DBS aus Java-Anwendungen
vermeidet einige syntaktischen Mängel (Lesbarkeit, Fehleranfälligkeit) von CLI
GDB K8 Anwendungsprogrammierschnittstelle (keine Berechnugen oder Code in K.)
Zusammenfassung: SQLJ (ergänzende Information)
- eingebettete Sprache für „statische” Java-Programme
- zielt auf verbesserte Laufzeiteffizienz im Vergleich zu JDBC ab, Syntax- und Semantikprüfung zur Übersetzungszeit
- größere Unabhängigkeit von verschiedenen SQL-Dialekten
