in the Mapping of an Object Model to a - ETH E

Diss. ETH No 12282
Materialisation and Parallelism
in the
Mapping
Object
of
Model to
an
a
Relational Multi-Processor
System
A dissertation submitted to the
SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY ZURICH
for the
degree
of
Doctor of Technical Sciences
Presented
by
CatE
MICHAEL RYS
Dipl.-Informatik Ing.
ETH
born 11th March 1965
citizen of Zurich
Accepted
on
(ZH)
the recommendation of
Prof. H.-J.
Prof. M. C.
Schek, examiner
Norrie, co-examiner
1997
Abstract
This dissertation introduces
a
sive power and
of
higher-order object manager which combines the expres¬
an object model with the efficiency provided by parallel
extensibility
database systems. By offering this efficient object model interface, the object man¬
ager provides its clients with the services necessary to build their complex application
objects. In addition, the object manager takes advantage of the mature technology
provided by commercial relational multi-processor database management systems by
utilising them as "intelligent" storage servers and execution engines. Thus, the object
manager functions as a coordinating middleware component which executes the highlevel object operations in parallel, hides the physical design on the relational level, and
supports various execution guarantees in terms of modern transaction management.
The dissertation
the architectural issues of such
object manager as well
as the costs involved in the coordination. It discusses the mapping of the object model to
the relational model and the translation of the high-level object operations to SQL. It fo¬
cuses on the aspect of employing materialisation and high-level parallelism for
achieving
high performance in term of response time and throughput.
The
investigates
an
of the
object model to the relational level replicates the object properties
and materialises the object groupings implicitly defined by the classification hierarchy.
By using the replication and materialisation, the mapping separates the logical design
on the object level from its physical
design which is performed on the relational system's
mapping
logical level. Its primary aim is to achieve a significant response time improvement for
the object level retrieve operations. Due to the replication of the object properties, the
object recomposition costs of the standard object model mappings can be avoided and
as a result of the class materialisation, partial answers are
already pre-computed.
In order to
improve the performance of the update operations which have become in¬
creasingly complex due to the introduced materialisation and replication, parallelism is
employed to maintain the object replicas. The dissertation develops efficient mainte¬
strategies based on the results of the relational view maintenance research and it
decomposes the high-level update transactions into many small, parallelly executed rela¬
tional maintenance transactions. The application of multi-level transaction
management
guarantees the correctness of the update transactions and allows the transformation of
the intra-transaction parallelism on the object manager level to the inter-transaction
parallelism on the relational level. This transformation allows the utilisation of the
nance
in
IV
relational database's transaction manager for low-level
vantage of the
today's
in the
good
support for the
database systems
update
costs
can
provide.
and it takes ad¬
The dissertation shows that
a
significant
synthesis
through
transaction
existing
processing technology
be achieved
of multi-level transactions with
parallel
synchronisation
execution of many small transactions which
this
reduction
of research results in the
area
in relational
database systems.
investigation, the dissertation finally also identifies several requirements
which should be fulfilled by an intelligent storage and execution server in order to effi¬
ciently support higher-order object managers.
Based
on
the
Zusammenfassung
vorliegende Dissertation beschreibt ein semantisch hochstehendes Objektsystem,
welches die Ausdrucksfahigkeit und Erweiterbarkeit eines Objektmodells mit der durch
parallele Datenbanksysteme erreichbaren Effizienzsteigerung kombiniert. Das Objekt¬
system stellt seinen Klienten mittels dieser effizienten Objektmodell-Schnittstelle diejenigen Dienstleistungen zur Verfugung, die diese zur Herstellung ihrer komplexen Applikationsobjekte brauchen. Zusatzlich benutzt es bewahrte Datenbanktechnologie in
Form eines relationalen Multiprozessor-Datenbanksystems als "intelligente" Speicherund Ausfiihrungskomponente. Dadurch wird das Objektsystem zu einer koordinierenden Middleware-Komponente, welche die Objektoperationen parallele ausfiihrt, den physischen Entwurf auf der relationalen Ebene abschirmt und verschiedene Ausfuhrungsgarantien beziiglich einer modernen Transaktionsverwaltung unterstiitzt.
Die
vorliegende Arbeit befafit sich sowohl mit den Architekturaspekten eines solchen
Objektsystems wie auch mit den durch die Koordination entstehenden Kosten. Sie
beschreibt die Abbildung des Objektmodells auf das relationale Modell und die Ubersetzung der Objektoperationen nach SQL. Sie konzentriert sich insbesondere auf die
Anwendung von Materialisierung und Parallelitat auf einer hoheren Ebene, um eine
hohe Leistung sowohl beziiglich Antwortzeit als auch Durchsatz zu erreichen.
Die
Abbildung
des
Objektmodells auf
das relationale Modell
repliziert die Objekteigenschaften und materialisiert die durch die Klassifikationshierarchie implizit definierten
Objektgruppierungen. Dadurch trennt die Abbildung den logischen Entwurf auf der
Objektebene vom physischen Entwurf, welcher auf der logischen Ebene des relationalen
Systems durchgefiihrt wird. Das primare Ziel ist es, fur die Objektanfragen eine signifikante Verbesserung der Antwortzeiten zu erreichen. Dank der Replikation der Objekteigenschaften konnen die Objektrekonstruktionskosten herkommlicher Objektmodellabbildungen vermieden werden, und als Resultat der Klassenmaterialisierung sind TeilantDie
worten schon im Voraus materialisiert.
Um die durch die
Materialisierung und Replikation komplex gewordenen Anderungsopeauszufiihren, werden die Wartungsoperationen der Objektreplika par¬
allel ausgefiihrt. Dazu werden, basierend auf den Forschungsergebnissen der relationalen
Sichtenwartung, effiziente Wartungsstrategien entwickelt und die Anderungsoperationen
der Objektebene in viele kleine, parallel auszufiihrende relationale Wartungsoperatio¬
Dabei garantiert der Einsatz des Mehrschichtentransaktionskonzeptes
nen unterteilt.
rationen effizient
v
VI
Ausfiihrung der Anderungstransaktionen und erlaubt die Umsetzung der
Intra-Transaktionsparallelitat auf der Objektebene in Inter-Transaktionsparallelitat auf
der relationalen Ebene. Diese Transformation ermoglicht den Einsatz des relationalen
Transaktionsverwalters zur tieferliegenden Synchronisation und profitiert von der, durch
heutige Datenbanksysteme ausgezeichnet iinterstiitzten, parallelen Ausfiihrung vieler
kleiner Transaktionen. Die vorliegende Arbeit zeigt, dafi mittels dieser Synthese von Forschungsergebnissen der Mehrschichtentransaktionsverwaltung und bestehender Transaktionstechnologie relationaler Datenbanksysteme signifikante Leistungssteigerungen der
Anderungsoperationen erzielt werden konnen.
die korrekte
durchgefiihrten Untersuchungen identifiziert die Arbeit schliefilich
Eigenschaften, die zukiinkftige intelligente Speicher- und Ausfuhrungskomponenten zur
effizienten Unterstiitzung von semantisch hochstehenden Objektsystemen aufweisen soilBasierend auf den
ten.