Oracle (Datenbanksystem)

Oracle
Datei:Oracle-Logo.svg Datenbank
Basisdaten
Entwickler	Oracle
Aktuelle Version	11g Release 2 (1. September 2009)
Betriebssystem	Linux, Windows, Solaris, HP-UX, AIX
Programmier­sprache	Java, C, C++
Kategorie	Datenbankmanagementsystem
Lizenz	proprietär
deutschsprachig	ja
www.oracle.com

Oracle Database (auch Oracle Database Server, Oracle RDBMS) ist eine Datenbankmanagementsystem-Software von der Firma Oracle.

Es können sowohl relationale Daten, als auch objektrelationale Daten gespeichert werden.

Eigenschaften

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 ebenfalls strategisch unterstützt.

Das Oracle-Datenbankmanagementsystem kann als Express-Edition (XE) kostenlos genutzt werden. Diese Version ist jedoch stärker eingeschränkt als die kostenlose DB2-Version, weil sie u. a. das Laden von Javaklassen in die Datenbank selbst nicht unterstützt (der JDBC-Treiberzugriff ist jedoch möglich). Zusätzlich gibt es eine Beschränkung von 1 GiB RAM- und einer CPU-Nutzung sowie eine maximale Datengröße von 4 GiB.

Für Studienzwecke ist die Oracle-Datenbank auf der Herstellerseite frei erhältlich. Technische Hemmnisse, wie Lizenz-Server oder Lizenzschlüssel, sind nicht vorhanden. Auch die anderen Produkte des Unternehmens Oracle stehen dort zur Verfügung.

Der Oracle Database Server in aktuellen Versionen unterstützt den Zugriff auf ein Datenvolumen von 40 EiB. Damit weist er eine Speicherkapazität auf, die derzeit (2006) kaum von einzelnen Organisationen ausgeschöpft werden kann.

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.

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.

Es können XML-Datenstrukturen (XMLDB, XDK) gespeichert werden. 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).

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).

Liste weiterer Eigenschaften

• Implementierung der ACID-Eigenschaften
• plattformübergreifende Unterstützung verteilter Datenbanken
• Data Warehouse Funktionalität
• Messaging inklusive JMS
• OLAP- und Data-Mining
• intelligente Datensicherung (wahlweise mit Block oder Row Change Tracking)
• Java
• Stored Procedures in PL/SQL oder Java (in der XE-Version ohne Java)
• Unterstützung regulärer Ausdrücke in Abfragen
• Versionierung von Tabellen (Langzeittransaktionen)
• Virtual Private Database Funktionalität
• 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 (Datendateien mit maximal 128 PiB), Bitmap-Indexe für OLAP-Queries, Star-Transformation, Zugriff auf verteilte Datenbanken, Standby-Datenbank
• Große Auswahl an eingebauten SQL-Funktionen und analytischen Funktionen, beide durch selbst definierbare Funktionen 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
• integrierte Volltextsuche (Oracle Text, in früheren Versionen intermedia Text)

Abweichungen vom ANSI-SQL-Standard

Das Datenbanksystem entspricht, wie die meisten Datenbanksysteme, nicht vollständig dem jeweils gültigen SQL-Standard – vor allem, weil 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 ANSI-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)
• Der Datentyp zum Speichern von unterschiedlich langen Zeichenketten heißt in Oracle „VARCHAR2“ und ist auf 4000 Zeichen begrenzt. Die Angabe des ANSI-Datentyps VARCHAR wird zwar auch unterstützt, doch wird die Spalte intern trotzdem als VARCHAR2 erstellt. In früheren Versionen (bis Version 6) konnte bei Tabellenspalten vom Typ VARCHAR nur maximal 2000 Zeichen gespeichert werden und eine Folge von Leerzeichen wurde als NULL interpretiert.

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-Dateien

Diese besteht zumeist aus Dateien in einem Dateisystem, es werden jedoch auch Raw Devices oder per 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 Änderungen 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.

Werkzeuge

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

Werkzeuge vom Hersteller Oracle:

• 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 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 Java-Programm mit graphischer Benutzer­oberfläche und ermöglicht das Bearbeiten von Datenbankobjekten, Erstellen und Testen von SQL-Statements und Skripten, Erstellen und Debuggen von PL/SQL-Prozeduren und einfache Datenbankanalyse.
• 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 anderer Hersteller:

• TOAD: Grafisches Werkzeug zur Verwaltung und Entwicklung mit Oracle-Datenbanken von dem Unternehmen Quest
• Hora: Graphisches Werkzeug zur Verwaltung und Entwicklung von Oracle Datenbanken von dem Berliner Softwareunternehmen 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 dem Unternehmen Quest
• PL/SQL Developer: Graphisches Werkzeug zur Verwaltung und Entwicklung mit Oracle-Datenbanken
• Omega9: Werkzeug zur Administration und Entwicklung von PL/SQL-Code 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.
• Aqua Data Studio: Grafisches Werkzeug zur Verwaltung und Entwicklung von Datenbanken von dem Unternehmen AQUAFOLD

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 und darf auch als Datenbank für eigene Programmentwicklungen an Dritte weitergegeben werden, ohne dass dafür eine Lizenz erworben werden muss.

Geschichte

Die Anfänge der Oracle Datenbank gehen zurück auf die Forschungsarbeit von Edgar F. Codd, der in den 70er Jahren im Auftrag von IBM den Datenbank-Prototypen System R entwickelte. Diese Studie inspirierte Larry Ellison zur Weiterentwicklung der Ergebnisse und zur Entwicklung einer eigenen Datenbank mit dem Namen Oracle. Die Datenbank wurde zu Beginn gleich als Version 2 auf den Markt gebracht, da man befürchtete, dass sich eine Version 1 schlechter verkauft.

Version 2

1979 wurde die Datenbank als Oracle V2 erstmals am Markt angeboten. Diese Version stellte die Basis-Funktionen für die Ausführung von Queries und Joins zur Verfügung. Transaktionen wurden damals noch nicht unterstützt.

Version 3

1983 wurde das Release 3 angeboten mit der wesentlichen Erweiterung, dass nun Transaktionen mittels COMMIT und ROLLBACK gesteuert werden konnten.

Version 4

1984 wurde die Version 4 mit read-consistency herausgebracht. Das bedeutet, dass lesende Transaktionen immer freien und konsistenten Zugriff auf die Daten haben, auch wenn diese gerade von einer anderen Transaktion verändert werden. Die lesende Transaktion erhält in einem solchen Fall die zuvor gültige Version der Daten, die in Rollback-Segmenten aufgehoben wird. Das ist ein wesentlicher Vorteil der Oracle-Datenbank, den bis heute viele andere Datenbanken nicht bieten.

Version 5

1985 wurde die Version 5 als Datenbank in einer Client-Server-Architektur herausgebracht, die bis heute so beibehalten wurde.

Version 6

1988 wurde die Version 6 mit weiteren zusätzlichen Funktionen herausgebracht:

• PL/SQL
• Oracle Forms v3
• row-level locking (bedeutet, wenn ein Datensatz verändert wird, dann muss nicht mehr wie in früheren Versionen der gesamte Datenblock (4 KB) gesperrt werden, sondern nur der einzelne Datensatz wird gesperrt)

Version 7

1992 wurde Version 7 herausgebracht mit diesen neuen Funktionen:

• Tabellen können mit Fremdschlüssel-Beziehungen verknüpft werden
• Stored Procedures
• Trigger
• Der Datentyp LONG wird neu eingeführt zur Speicherung von Daten bis 2 GiB.
• Package UTL_FILE zur Datenaus- und -eingabe vom Oracle-Server auf sequentielle Dateien.

Version 8i

1997 wurde Version 8i herausgebracht mit diesen neuen Funktionen:

• Möglichkeit zum Speichern objektorientierter Daten
• Die Server-Software beinhaltet eine native Java virtual machine (Oracle JVM).

Administration:

• Drop column. In vorherigen Versionen konnten angelegte Tabellenspalten nicht gelöscht werden.
• Stored Outlines. Damit kann man den Zugriffsweg für ein SQL-Statement festlegen.
• Einführung von Transportable Tablespaces jedoch zunächst noch mit etlichen Restriktionen
• Unicode-Support (UTF-8)
• Datentypen BLOB, CLOB, NCLOB
• Funktionsbasierter Index

SQL:

• Execute Immediate als SQL-Befehl zum Ausführen von DDL-Befehlen aus einem Programm.
• Erweiterung der Gruppierungs-Möglichkeiten durch ROLLUP und CUBE

PL/SQL:

• Bulk-Collect zum Lesen von mehreren Sätzen über einen Cursor in eine Collection mit nur einem Statement (nur noch ein Kontextwechsel erforderlich)
• FORALL-Klause zum Einfügen/Ändern/Löschen von mehreren Sätzen, die in einer Collection gespeichert sind.
• Package UTL_SMTP zum Versand von E-Mails

Version 9i

2001 wurde Version 9i herausgebracht mit diesen neuen Funktionen:

Administration:

• online Reorganisation von Tabellen (Indizes ging schon in Version 8)
• mehrere Blockgrößen für eine Datenbank möglich
• Rollbacksegmente werden automatisch verwaltet
• Partition-Splitting
• List-Partitionierung (Partitionierung anhand von explizit benannten Werten)
• das Flashback-Konzept wird eingeführt zur Wiederherstellung (Recover) von Daten auf Session- oder Statement-Ebene.
• Verwendung des SPFILE (ServerParameterFile) zur Aufnahme binär gespeicherter DB-Parameter

SQL:

• Case-Statement (ANSI-Kompatibilität)
• Datentypen für Zeiträume (z.B. Intervall year to month)
• MERGE-Statement, eine Kombination aus INSERT und UPDATE
• Multi-Table-Insert. (Befüllen mehrerer Tabellen in einem Verarbeitungsschritt)
• Bitmap-Join-Index (ein Bitmapindex, der mehrere Tabellen referenziert, die häufig gejoint werden)
• Full outer Joins werden unterstützt
• With-Klause zur Definition von "Inline-Views", die nur für die Formulierung einer Abfrage Gültigkeit haben, und nicht permanent im Katalog gespeichert werden müssen
• mehr Funktionen für die Verarbeitung von XML-Daten

Tools:

• iSQL*Plus ein Browser zum Ausführen von Abfragen und PL/SQL-Skripten über das Internet.

Version 10g

2003 wurde Version 10g herausgebracht mit diesen neuen Funktionen:

Administration:

• Recycle-Bin (=Papierkorb-Funktion zur Aufnahme von (mit DROP TABLE) gelöschten Tabellen)
• ASM (Automatic Storage Management)

SQL:

• Reguläre Ausdrücke
• Alter Table Shrink Space zur Freigabe von früher verwendeten Datenblöcken.
• XPATH und XQUERY zur Extraktion von Einzelkomponenten aus XML-Daten

Tools:

• Data Pump für schnellen Import / Export
• OWB (Oracle Warehouse Builder)
• SQL Profile, eine Option, die bestimmte kritische SQL-Statements, die häufig verwendet werden, ausführlich analysiert und einen optimalen Zugriffsplan im Katalog ablegt.
• ADDM Automatic Database Diagnose Monitor. Eine Funktion, die Performance-Reports erstellt und auf kritische Stellen aufmerksam macht.
• SQL Tuning Advisor. Unterstützung für das automatische Generieren von Statistiken und Analysieren von SQL-Statements
• Package UTL_MAIL zum einfachen Versand von E-Mails aus einer PL/SQL-Prozedur. Dadurch wird das bisher zur Verfügung stehende Package UTL_SMTP abgelöst.

Trivia

Nach der Unternehmensgründung 1977 war der erste Angestellte Bruce Scott; er hatte eine Katze namens Tiger. Daraus entstand der Benutzername „scott“ mit Passwort „tiger“ für einen heute noch gern eingesetzten Demo-User.

Siehe auch

• Oracle Real Application Cluster
• Oracle Dataguard
• Grid Computing
• Datawarehouse
• OLTP
• PL/SQL
• RDBMS
• Deutsche ORACLE-Anwendergruppe

Literatur

• Michael Abbey, Mike Corey, Ian Abramson: Oracle 10g. A Beginner's Guide. McGraw-Hill/Osborne, Berkeley 2004, ISBN 0-07-223078-9 (engl.)
• Johannes Ahrends, Dierk Lenz, Patrick Schwanke, Dr. Günter Unbescheid: Oracle 10g für den DBA. Effizient konfigurieren, optimieren und * verwalten. Addison-Wesley 2006, ISBN 3-8273-2171-9
• Christian Antognini, Troubleshooting Oracle Performance Mai 2008, ISBN 1-59059-917-9 (engl.)(Website zum Buch)
• Steven Feuerstein, Bill Pribyl: Oracle PL/SQL. O'Reilly, 2002, ISBN 0-596-00381-1 (engl.)
• Lutz Fröhlich: Oracle 10g. Markt und Technik, 2004, ISBN 3-8272-6679-3
• Mark Gurry: Oracle SQL Tuning kurz & gut. O'Reilly, 2002, ISBN 3-89721-242-0
• Andrea Held: Oracle 10g Hochverfügbarkeit. Die ausfallsichere Datenbank mit Real Application Cluster (RAC), Data Guard und Flashback. Addison-Wesley, München 2005, ISBN 3-8273-2163-8
• Andrea Held: Oracle 11g Neue Features, Hanser, München 2008, ISBN 3-446-41198-4
• Uwe Herrman, Dierk Lenz, Günter Unbescheid, Johannes Ahrends: Oracle 9i für den DBA. Effizient konfigurieren, optimieren und verwalten. McGraw-Hill/Osborne, Berkeley 2004, ISBN 0-07-223078-9
• Thomas Kyte: Expert one-on-one Oracle. Wrox, 2002, ISBN 1-86100-482-6 (engl.)
• Thomas Kyte: Effective Oracle by Design. McGraw-Hill, 2004, ISBN 0-07-223065-7 (engl.)
• Thomas Kyte: Expert Oracle Database Architecture: 9i and 10g Programming Techniques and Solutions, APress, 2005, ISBN 1-59059-530-0 (engl.)
• Kevin Loney, Bob Bryla: Oracle Database 11g DBA Handbook , Mcgraw-Hill, 2008, ISBN 0-07-149663-7 (engl.)

Weblinks

Wikibooks: Oracle – Lern- und Lehrmaterialien

Wikibooks: PL/SQL – Lern- und Lehrmaterialien

• Dokumentation (engl.)
• Dokumentation Datenbanken 7.3.4 bis 11.x auf dt. Server (engl.)
• Oracle Technology Network (engl.)
• Deutsche Oracle Anwendergruppe (deutsch)
• Oracle Tutorials (engl.)