Kaum eine Computer- oder Web­an­wen­dung ist ohne ge­eig­ne­tes Da­ten­bank­sys­tem funk­ti­ons­fä­hig. Gerade aus diesem Grund kann es durchaus hilfreich sein, sich etwas genauer mit dieser Thematik aus­ein­an­der­zu­set­zen. Ebenso wichtig wie der ei­gent­li­che Da­ten­be­stand ist ein zu­grun­de­lie­gen­des Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­tem, ohne das die Funk­tio­na­li­tät einer Datenbank nicht gegeben wäre.

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Was ist ein DBMS?

Ein Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­tem, kurz DBMS, bildet gemeinsam mit der Da­ten­ba­sis ein Da­ten­bank­sys­tem (häufig wird für letzteres auch der all­ge­mei­ne Begriff „Datenbank“ verwendet). Generell handelt es sich bei einem solchen DBMS um eine Software, die das Modell eines Da­ten­bank­sys­tems festlegt und damit die ent­schei­den­de Kom­po­nen­te ist, um eine Datenbank überhaupt aufbauen, verwalten und nutzen zu können. Erst wenn das jeweilige Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­tem in­stal­liert und ein­ge­rich­tet ist, können Nutzer den ge­wünsch­ten Da­ten­be­stand einfügen und auslesen lassen. Schreib- und Le­se­zu­griff sowie all­ge­mei­ne Ad­mi­nis­tra­ti­ons­funk­tio­nen werden durch an­wen­dungs­spe­zi­fi­sche Schnitt­stel­len und eine passende Da­ten­bank­spra­che er­mög­licht. Die be­kann­tes­te dieser Sprachen ist SQL (Structured Query Language).

Hinweis

Häufig werden die Begriffe „Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­tem“ (DMBS) und „Datenbank“ fälsch­li­cher­wei­se gleich­ge­setzt, wenn es um die Be­zeich­nung der Software zur Ver­wal­tung eines Da­ten­be­stands geht. Tat­säch­lich steckt hinter der Datenbank nicht mehr als die Da­ten­ba­sis in struk­tu­rier­ter Form, während das DBMS die ent­schei­den­de Kom­po­nen­te zur Rea­li­sie­rung dieser Struk­tu­ren ist.

Welche Be­stand­tei­le hat ein DBMS?

Ein Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­tem besteht aus ver­schie­de­nen Kom­po­nen­ten, die allesamt zur rei­bungs­lo­sen Funktion der Software beitragen. Hierbei lässt sich das DBMS auf drei grund­sätz­li­che Be­stand­tei­le aufteilen. Diese sind das Da­ten­wör­ter­buch, die Da­ten­de­fi­ni­ti­ons­spra­che und die Da­ten­ma­ni­pu­la­ti­ons­spra­che.

  • Da­ten­wör­ter­buch: Das Da­ten­wör­ter­buch (Data Dic­tion­a­ry) besteht aus einer An­samm­lung von Metadaten. Diese Metadaten enthalten In­for­ma­tio­nen über den Inhalt der ver­schie­de­nen Daten im Da­ten­spei­cher. Weiterhin dienen sie als In­for­ma­ti­ons­quel­le über die Nut­zungs­au­tori­sie­rung der Da­ten­sät­ze und die physische Re­prä­sen­ta­ti­on. Im Wör­ter­buch sind somit ver­ein­facht gesagt alle re­le­van­ten In­for­ma­tio­nen zu den ge­spei­cher­ten Daten einer Datenbank enthalten.
  • Da­ten­de­fi­ni­ti­ons­spra­che: Die Da­ten­de­fi­ni­ti­ons­spra­che bzw. Data De­fi­ni­ti­on Language (DDL) ist dafür vor­ge­se­hen, die Inhalte einer Datenbank zu struk­tu­rie­ren. Einzelne Objekte wie Re­fe­ren­zen, Be­zie­hun­gen oder Nut­zer­rech­te können mithilfe der De­fi­ni­ti­ons­spra­che geändert, gelöscht und erzeugt werden.
  • Da­ten­ma­ni­pu­la­ti­ons­spra­che: Mithilfe der Da­ten­ma­ni­pu­la­ti­ons­spra­che bzw. Data Ma­ni­pu­la­ti­on Language (DML) lassen sich in einer Datenbank ent­hal­te­ne Da­ten­sät­ze löschen, einfügen, verändern und auslesen. Zudem er­mög­licht es diese Sprache, die Daten zu ver­dich­ten und zu ex­tra­hie­ren.

Aufgaben, Funk­tio­nen und An­for­de­run­gen eines Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­tems

Das Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­tem ist der wich­tigs­te Be­stand­teil eines Da­ten­bank­sys­tems. Ohne das DBMS könnte die Da­ten­ba­sis weder verwaltet, noch gesteuert oder kon­trol­liert werden. Zudem ist die Software für das Ma­nage­ment aller lesenden und schrei­ben­den Zugriffe auf die Datenbank zuständig. Ein weit ver­brei­te­ter Begriff zur Be­schrei­bung von Funk­tio­nen und An­for­de­run­gen an die Trans­ak­tio­nen eines Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­tems ist ACID (dt. AKID), ein Akronym für atomicity, con­sis­ten­cy, isolation und du­ra­bi­li­ty (dt. Ato­ma­ri­tät/Ab­ge­schlos­sen­heit, Kon­sis­tenz, Isolation und Dau­er­haf­tig­keit). Die Teil­be­grif­fe von ACID decken wiederum die wich­tigs­ten An­for­de­run­gen an ein DBMS ab:

  • Ato­ma­ri­tät bzw. Ab­ge­schlos­sen­heit be­zeich­net die „Alles oder nichts“-Ei­gen­schaft von DBMS, dass nur gültige Abfragen in der richtigen Rei­hen­fol­ge erfolgen und so die gesamte Trans­ak­ti­on korrekt vollzogen wird.
  • Kon­sis­tenz setzt voraus, dass er­folg­rei­che Trans­ak­tio­nen eine stabile Datenbank hin­ter­las­sen, was eine ständige Über­prü­fung aller Trans­ak­tio­nen erfordert.
  • Als Isolation wird die An­for­de­rung be­zeich­net, dass sich Trans­ak­tio­nen nicht ge­gen­sei­tig „im Weg stehen“, was meist durch bestimmte Sperr­funk­tio­nen gesichert wird.
  • Dau­er­haf­tig­keit bedeutet, dass sämtliche Daten im DBMS dauerhaft ge­spei­chert werden, auch nach Abschluss einer er­folg­rei­chen Trans­ak­ti­on. Das gilt auch oder besonders bei Sys­tem­feh­lern bzw. Ausfällen des DBMS. Es­sen­zi­ell für die Dau­er­haf­tig­keit sind etwa Trans­ak­ti­ons­logs, die sämtliche Vorgänge im DBMS mit­pro­to­kol­lie­ren.

Im Folgenden finden Sie eine weitere Un­ter­tei­lung der Funk­tio­nen und An­for­de­run­gen eines Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­tems über das ACID-Modell hinaus.

Funktion/An­for­de­rung Erklärung
Spei­che­rung von Daten Da­ten­ban­ken speichern elek­tro­ni­sche Texte, Dokumente, Pass­wör­ter und andere In­for­ma­tio­nen, die durch Abfragen auf­ge­ru­fen werden können.
Über­ar­bei­tung von Daten   Die meisten Da­ten­ban­ken erlauben es – ­je nach Zu­griffs­rech­ten –, ge­spei­cher­te In­for­ma­tio­nen direkt zu be­ar­bei­ten.
Löschung von Daten   In Da­ten­ban­ken ent­hal­te­ne Da­ten­sät­ze lassen sich lückenlos löschen. In einigen Fällen können gelöschte Daten wie­der­her­ge­stellt werden, in anderen sind die In­for­ma­tio­nen dann für immer verloren.
Ver­wal­tung der Metadaten   In­for­ma­tio­nen werden in Da­ten­ban­ken meist mit Metadaten bzw. Metatags ge­spei­chert. Diese schaffen Ordnung innerhalb der Datenbank und machen z. B. eine Such­funk­ti­on möglich. Auch werden oft Zu­griffs­rech­te über Metadaten geregelt. Die Da­ten­ver­wal­tung folgt vier fun­da­men­ta­len Ope­ra­tio­nen: Create, Read/Retrieve, Update und Delete. Dieses als CRUD-Prinzip bekannte Konzept gilt als Basis für die Da­ten­ver­wal­tung.
Da­ten­si­cher­heit   Da­ten­ban­ken müssen sicher sein, damit Unbefugte keinen Zugriff auf ge­spei­cher­te Daten bekommen. We­sent­lich für die Da­ten­si­cher­heit ist neben einem leis­tungs­star­ken Ver­schlüs­se­lungs­ver­fah­ren eine sorg­fäl­ti­ge Ver­wal­tung, besonders durch den Haupt­ad­mi­nis­tra­tor. Da­ten­si­cher­heit meint meistens, die tech­ni­schen Vor­keh­run­gen zu treffen, um eine Ma­ni­pu­la­ti­on oder den Verlust der Daten zu ver­hin­dern. Sie ist somit ein Kern­kon­zept des Da­ten­schut­zes.
Da­ten­in­te­gri­tät   Da­ten­in­te­gri­tät bedeutet, dass Daten innerhalb einer Datenbank bestimmte Regeln einhalten, damit die Kor­rekt­heit der Daten gesichert und die Ge­schäfts­lo­gik der Datenbank definiert ist. Nur so ist si­cher­ge­stellt, dass die Datenbank als Ganzes konstant und kon­sis­tent funk­tio­niert. In re­la­tio­na­len Da­ten­bank­mo­del­len gibt es vier dieser Regeln: Be­reichs­in­te­gri­tät, En­ti­täts­in­te­gri­tät, re­fe­ren­zi­el­le In­te­gri­tät und logische Kon­sis­tenz.
Mehr­be­nut­zer­be­trieb   Da­ten­bank­an­wen­dun­gen erlauben den Zugriff auf die Datenbank von ver­schie­de­nen Geräten aus. Im Mehr­be­nut­zer­be­trieb sind die Ver­tei­lung von Rechten und die Da­ten­si­cher­heit elementar. Eine Her­aus­for­de­rung für Da­ten­ban­ken bei Mehr­be­nut­zer­be­trieb ist außerdem, wie man bei gleich­zei­ti­gem Lese- und Schreib­zu­griff vieler Nutzer Daten kon­sis­tent hält, ohne die Per­for­mance zu sehr zu be­ein­träch­ti­gen.
Ab­fra­gen­op­ti­mie­rung   Auf der tech­ni­schen Seite muss eine Datenbank jede Abfrage möglichst optimal ver­ar­bei­ten können, um eine gute Per­for­mance zu ge­währ­leis­ten. Geht eine Datenbank „zu viele Wege“ bei einer Da­ten­ab­fra­ge, leidet darunter die Ge­samt­leis­tung des Da­ten­bank­sys­tems.
Trigger und Stored Pro­ce­du­res   Diese Verfahren sind innerhalb eines Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­tems ge­spei­cher­te Mini-An­wen­dun­gen, die bei be­stimm­ten Än­de­rungs­ak­tio­nen abgerufen („ge­trig­gert“) werden. Damit wird u. a. eine Ver­bes­se­rung der Da­ten­in­te­gri­tät erzielt. Bei re­la­tio­na­len Da­ten­ban­ken sind Datenbank-Trigger und Stored Pro­ce­du­res typische Prozesse – Letztere können auch zur Sys­tem­si­cher­heit beitragen, wenn Nutzer Aktionen nur noch mit vor­ge­fer­tig­ten Pro­ze­du­ren ausführen dürfen.
Sys­tem­trans­pa­renz Sys­tem­trans­pa­renz ist vor allem bei ver­teil­ten Systemen relevant: Indem die Da­ten­ver­tei­lung und -im­ple­men­tie­rung dem Nutzer vor­ent­hal­ten wird, gleicht die Nutzung der ver­teil­ten Datenbank dann der einer zen­tra­li­sier­ten Datenbank. Ver­schie­de­ne Stufen der Sys­tem­trans­pa­renz legen die Hin­ter­grund­pro­zes­se offen oder ver­schlei­ern sie. Die we­sent­li­che Funktion ist jedoch, die Nutzung möglichst zu ver­ein­fa­chen.
Hinweis

Wenn Sie eine eigene Datenbank betreiben, ist eine um­fas­sen­de Da­ten­si­che­rung extrem wichtig!

Welche DBMS-Typen/Da­ten­bank­mo­del­le gibt es?

Ein Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­tem wird auf einem System in­stal­liert, um Da­ten­sät­ze optimal verwalten zu können. Wie bereits erwähnt, exis­tie­ren dabei ver­schie­de­ne Modelle, die sich in erster Linie hin­sicht­lich der vor­ge­se­he­nen Struk­tu­rie­rung der Daten un­ter­schei­den. Die Wahl eines DBMS ist also immer auch gleich­be­deu­tend mit der Fest­le­gung auf ein be­stimm­tes Da­ten­bank­mo­dell. Folgende Da­ten­bank­mo­del­le stehen zur Auswahl:

  • Re­la­tio­nal
  • Hier­ar­chisch
  • Netz­werk­ori­en­tiert
  • Ob­jekt­ori­en­tiert
  • Do­ku­ment­ori­en­tiert

Am gän­gigs­ten und be­lieb­tes­ten ist das re­la­tio­na­le Da­ten­bank­mo­dell. Die Struk­tu­rie­rung der Daten erfolgt in diesem Modell in Ta­bel­len­zei­len. Der Vorteil liegt dabei in der Mög­lich­keit, bestimmte Re­la­tio­nen zwischen den einzelnen Zeilen zu schaffen und diese in Spalten dar­zu­stel­len. Anders ist die Vor­ge­hens­wei­se bei einem hier­ar­chi­schen Da­ten­bank­mo­dell: Die ver­schie­de­nen Daten stehen hier in einer Eltern-Kind-Beziehung zu­ein­an­der, sind also nach einem hier­ar­chi­schen System verbunden.

Einen weiteren Ansatz zur Da­ten­or­ga­ni­sa­ti­on stellt das netz­werk­ori­en­tier­te Da­ten­bank­mo­dell dar. Die Daten lassen sich hier innerhalb eines Netzwerks struk­tu­rie­ren. Auf eine andere Weise funk­tio­niert das ob­jekt­ori­en­tier­te Da­ten­bank­mo­dell. Neben den Be­zie­hun­gen der Da­ten­sät­ze spielen hier auch Ver­er­bun­gen eine wichtige Rolle. Objekte können somit – reguliert durch das DBMS – Ei­gen­schaf­ten an andere Objekte wei­ter­ver­er­ben.

Do­ku­men­ten­ori­en­tiert Da­ten­bank­mo­del­le sehen eine Lagerung der Da­ten­sät­ze in ver­schie­de­nen Do­ku­men­ten vor.

Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­te­me: Vorteile und Nachteile im Überblick

Als Grund­pfei­ler von Da­ten­ban­ken zeichnen sich Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­te­me durch diverse Stärken und Vorteile aus. Dennoch haben DBMS wie jede andere Software auch ver­schie­de­ne Schwach­punk­te, wie die folgende Auf­lis­tung der Vor- und Nachteile deutlich macht.

Vorteile eines Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­tems:

  • einfache Ver­wal­tung großer Da­ten­sät­ze
  • einfacher, ef­fek­ti­ver Zugriff auf ge­spei­cher­te Daten
  • hohe Fle­xi­bi­li­tät
  • Da­ten­in­te­gri­tät und -kon­sis­tenz
  • Zu­griffs­kon­trol­le für Anwender (Da­ten­si­cher­heit und -schutz)
  • hohe Ver­füg­bar­keit

Nachteile eines Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­tems:

  • ver­hält­nis­mä­ßig teure Start­in­ves­ti­ti­on (inkl. zu­sätz­li­che Kosten für Hardware)
  • für Spe­zi­al­soft­ware eher weniger effizient
  • qua­li­fi­zier­te Mit­ar­bei­ter (Da­ten­bank­ad­mi­nis­tra­to­ren) benötigt
  • höhere Ver­wund­bar­keit durch Zen­tra­li­sie­rung der Daten

DBMS-Beispiele: Die be­lieb­tes­ten Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­te­me

Es stehen zahl­rei­che ver­schie­de­ne Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­te­me zur Verfügung. Hier finden Sie die 15 po­pu­lärs­ten und gän­gigs­ten DBMS:

  • Microsoft Access – re­la­tio­nal
  • Microsoft SQL Server – re­la­tio­nal
  • MySQL – re­la­tio­nal
  • Oracle Database – re­la­tio­nal
  • OrientDB – do­ku­men­ten­ba­siert
  • CouchDB – do­ku­men­ten­ba­siert
  • Db2 (IBM) – re­la­tio­nal
  • IMS (IBM) – hier­ar­chisch
  • IBM Informix – re­la­tio­nal
  • MariaDB – re­la­tio­nal
  • Sybase ASE – re­la­tio­nal
  • MongoDB – do­ku­men­ten­ori­en­tiert
  • Post­greS­QL – ob­jekt­re­la­tio­nal (Mix aus re­la­tio­na­lem und ob­jekt­ori­en­tier­tem Ansatz)
  • Firebird – re­la­tio­nal
  • In­ter­Sys­tems Caché – ob­jekt­re­la­tio­nal (Mix aus re­la­tio­na­lem und ob­jekt­ori­en­tier­tem Ansatz)
  • In­ter­Sys­tems IRIS – ob­jekt­re­la­tio­nal (Mix aus re­la­tio­na­lem und ob­jekt­ori­en­tier­tem Ansatz)
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