Die Komplexität heutiger Geschäftsabläufe und die Menge der zu verwaltenden Daten stellen hohe Anforderungen an die Entwicklung und Wartung von Geschäftsanwendungen. Ihr Umfang entsteht unter anderem aus der Vielzahl von Modellentitäten und zugehörigen Nutzeroberflächen zur Bearbeitung und Analyse der Daten. Dieser Bericht präsentiert neuartige Konzepte und deren Umsetzung zur Vereinfachung der Entwicklung solcher umfangreichen Geschäftsanwendungen. Erstens: Wir schlagen vor, die Datenbank und die Laufzeitumgebung einer dynamischen objektorientierten Programmiersprache zu vereinen. Hierzu organisieren wir die Speicherstruktur von Objekten auf die Weise einer spaltenorientierten Hauptspeicherdatenbank und integrieren darauf aufbauend Transaktionen sowie eine deklarative Anfragesprache nahtlos in dieselbe Laufzeitumgebung. Somit können transaktionale und analytische Anfragen in derselben objektorientierten Hochsprache implementiert werden, und dennoch nah an den Daten ausgeführt werden. Zweitens: Wir beschreiben Programmiersprachkonstrukte, welche es erlauben, Nutzeroberflächen sowie Nutzerinteraktionen generisch und unabhängig von konkreten Modellentitäten zu beschreiben. Um diese abstrakte Beschreibung nutzen zu können, reichert man die Domänenmodelle um vormals implizite Informationen an. Neue Modelle müssen nur um einige Informationen erweitert werden um bereits vorhandene Nutzeroberflächen und -interaktionen auch für sie verwenden zu können. Anpassungen, die nur für ein Modell gelten sollen, können unabhängig vom Standardverhalten, inkrementell, definiert werden. Drittens: Wir ermöglichen mit einem weiteren Programmiersprachkonstrukt die zusammenhängende Beschreibung von Abläufen der Anwendung, wie z.B. Bestellprozesse. Unser Programmierkonzept kapselt Nutzerinteraktionen in synchrone Funktionsaufrufe und macht somit Prozesse als zusammenhängende Folge von Berechnungen und Interaktionen darstellbar. Viertens: Wir demonstrieren ein Konzept, wie Endnutzer komplexe analytische Anfragen intuitiver formulieren können. Es basiert auf der Idee, dass Endnutzer Anfragen als Konfiguration eines Diagramms sehen. Entsprechend beschreibt ein Nutzer eine Anfrage, indem er beschreibt, was sein Diagramm darstellen soll. Nach diesem Konzept beschriebene Diagramme enthalten ausreichend Informationen, um daraus eine Anfrage generieren zu können. Hinsichtlich der Ausführungsdauer sind die generierten Anfragen äquivalent zu Anfragen, die mit konventionellen Anfragesprachen formuliert sind. Das Anfragemodell setzen wir in einem Prototypen um, der auf den zuvor eingeführten Konzepten aufsetzt.

Cost models are an essential part of database systems, as they are the basis of query performance optimization. Based on predictions made by cost models, the fastest query execution plan can be chosen and executed or algorithms can be tuned and optimised. In-memory databases shifts the focus from disk to main memory accesses and CPU costs, compared to disk based systems where input and output costs dominate the overall costs and other processing costs are often neglected. However, modelling memory accesses is fundamentally different and common models do not apply anymore. This work presents a detailed parameter evaluation for the plan operators scan with equality selection, scan with range selection, positional lookup and insert in in-memory column stores. Based on this evaluation, a cost model based on cache misses for estimating the runtime of the considered plan operators using different data structures is developed. Considered are uncompressed columns, bit compressed and dictionary encoded columns with sorted and unsorted dictionaries. Furthermore, tree indices on the columns and dictionaries are discussed. Finally, partitioned columns consisting of one partition with a sorted and one with an unsorted dictionary are investigated. New values are inserted in the unsorted dictionary partition and moved periodically by a merge process to the sorted partition. An efficient attribute merge algorithm is described, supporting the update performance required to run enterprise applications on read-optimised databases. Further, a memory traffic based cost model for the merge process is provided. / Kostenmodelle sind ein essentieller Teil von Datenbanksystemen und bilden die Basis für Optimierungen von Ausführungsplänen. Durch Abschätzungen der Kosten können die entsprechend schnellsten Operatoren und Algorithmen zur Abarbeitung einer Anfrage ausgewählt und ausgeführt werden. Hauptspeicherresidente Datenbanken verschieben den Fokus von I/O Operationen hin zu Zugriffen auf den Hauptspeicher und CPU Kosten, verglichen zu Datenbanken deren primäre Kopie der Daten auf Sekundärspeicher liegt und deren Kostenmodelle sich in der Regel auf die kostendominierenden Zugriffe auf das Sekundärmedium beschränken. Kostenmodelle für Zugriffe auf Hauptspeicher unterscheiden sich jedoch fundamental von Kostenmodellen für Systeme basierend auf Festplatten, so dass alte Modelle nicht mehr greifen. Diese Arbeit präsentiert eine detaillierte Parameterdiskussion, sowie ein Kostenmodell basierend auf Cache-Zugriffen zum Abschätzen der Laufzeit von Datenbankoperatoren in spaltenorientierten und hauptspeicherresidenten Datenbanken wie das Selektieren von Werten einer Spalte mittels einer Gleichheitsbedingung oder eines Wertebereichs, das Nachschlagen der Werte einzelner Positionen oder dem Hinzufügen neuer Werte. Dabei werden Kostenfunktionen für die Operatoren erstellt, welche auf unkomprimierten Spalten, mittels Substitutionskompression komprimierten Spalten sowie bit-komprimierten Spalten operieren. Des Weiteren werden Baumstrukturen als Index Strukturen auf Spalten und Wörterbüchern in die Betrachtung gezogen. Abschließend werden partitionierte Spalten eingeführt, welche aus einer lese- und einer schreib-optimierten Partition bestehen. Neu Werte werden in die schreiboptimierte Partition eingefügt und periodisch von einem Attribut-Merge-Prozess mit der leseoptimierten Partition zusammengeführt. Beschrieben wird eine Effiziente Implementierung für den Attribut-Merge-Prozess und ein Hauptspeicher-bandbreitenbasiertes Kostenmodell aufgestellt.