ObjRelDB
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Objektrelationale Datenbanken © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 1 1. Die DBMS - Matrix Abfrage 2 4 Keine Abfrage 1 3 • 1: Texteditoren • 2: relationale SQL-DBMS – – – – – Einfache Komplexe Daten Daten Querysprache: SQL 89, SQL 92 Client-Werkzeuge: 4GL, Berichtsgenerator, DB-Entwurfswerkzeuge Transaktionsverwaltung (atomar, serialisierbar, dauerhaft) Datensicherung Schutz sensibler Daten • 3: CAD-Anwendungen, OO-DBMS • 4: Objektrelationale DB – Querysprache mit benutzerdefinierten Funktionen und Operatoren (SQL 3, OQL) sowie leistungsfähiger Optimierung © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 2 2. Basisdatentyperweiterung • Fähigkeit, neue Datentypen mit ihren entsprechenden Operatoren und Funktionen in einem SQL-Kontext zu erzeugen • beseitigt ungünstige Typsimulationen: SELECT r.name FROM emp j, emp r WHERE j.name = 'Joe' AND (j.long - r.long) ** 2 + (j.lat - r.lat) ** 2 < 1 ; ------------------------------------------------------ALTER TABLE emp ADD COLUMN location point ; ------------------------------------------------------- SELECT r.name FROM emp j, emp r WHERE j.name = 'Joe' AND distance(j.location,r.location) < 1 ; © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 3 2. Basisdatentyperweiterung • Erzeugung von Basistypen: CREATE TYPE mytype_t ( INTERNALLENGTH = 8, INPUT = mytypeInput, OUTPUT = mytypeOutput ) ; Speicherplatz einer Instanz in Bytes OUTPUT: zur Wandlung der Instanzen von und nach ASCII bei interner Speicherung • INTERNALLENGTH: • INPUT, • Umwandlungsroutinen ermöglichen hohe Flexibilität bei der Verwaltung der Werte © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 4 2. Basisdatentyperweiterung • Benutzerdefinierte Funktionen: CREATE FUNCTION fname (typname_1, ... , typname_k) RETURNS typname AS (filename OR SQL-Ausdruck) ; • z.B.: CREATE FUNCTION stundenlohn(int) RETURNS float AS SELECT ($1 / 2000) ; • Nutzung in einer Abfrage: SELECT name FROM emp WHERE stundenlohn(jahresgehalt) > 15 ; • Substitution durch objektrelationalen Server: SELECT name FROM emp WHERE jahresgehalt / 2000 > 15 ; • keine Substitution bei Nicht-SQL-Funktionen (C, Java,...), Ausführung erfolgt während der Query-Verarbeitung © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 5 2. Basisdatentyperweiterung • Benutzerdefinierte Operatoren: CREATE OPERATOR BINDING operatorname TO funktionsname; • z.B.: CREATE OPERATOR BINDING >> TO enthalten_in ; • Nutzung in einer Abfrage: SELECT r.name FROM emp, emp r WHERE emp.name = 'Joe' AND r.location >> kreis(emp.location,1) ; • Substitution durch: SELECT r.name FROM emp, emp r WHERE emp.name = 'Joe' AND enthalten_in(r.location, kreis(emp.location,1)) ; © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 6 2. Basisdatentyperweiterung - Erforderliche Eigenschaften • Dynamische Bindung • Client- oder Serveraktivierung • Sicherheit • Callbacks • Benutzerdefinierte Zugriffsverfahren • Typen beliebiger Länge © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 7 3. Komplexe Objekte • Grundbausteine: Verbunde (Sätze), Mengen, Referenzen • Verbunde als Typkonstruktor: CREATE TYPE angest_t ( name gehalt adresse varchar(30), int, varchar(50)) ; • Verbundtyp für Spalte einer Tabelle: CREATE TABLE jobs ( job_desc angestellter varchar(30), angest_t) ; • Mengen: SETOF(Typ) • Referenzen: REF(Typ) © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 8 3. Komplexe Objekte - Manipulieren von Verbunden • Benutzerdefinierte Funktionen: – Argumente u./o. Ergebnis sind zusammengesetzter Typ • Funktionen in der FROM - Klausel: – benutzt von der Funktion zurückgegebene Information SELECT ... FROM funktion(...) WHERE ... ; FROM (SELECT ...) • Kaskaden - Punkt - Notation: SELECT instanz1.attribut1 FROM ... WHERE instanz2.attribut2 = ... ; © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 9 3. Komplexe Objekte - Manipulieren von Mengen von Verbunden • Benutzerdefinierte Funktionen: – Argumente u./o. Ergebnis sind Menge von Verbunden CREATE FUNCTION transport_autos RETURN SETOF(auto_t) AS SELECT autos FROM abt WHERE abtname = 'Transport' ; • Funktionen in der FROM - Klausel: SELECT name FROM transport_autos() WHERE jahr = 1985 ; • Kaskaden - Punkt - Notation: SELECT dname FROM dept WHERE 1985 IN autos.jahr AND 'Ford' IN autos.name ; -------------------------------------------------------------SELECT dname FROM dept SELECT dname WHERE EXISTS ( FROM dept SELECT 1 FROM dept.autos WHERE autos.(jahr = 1985 WHERE jahr = 1985 AND name = 'Ford') ; AND name = 'Ford') ; © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 10 3. Komplexe Objekte - Verwendung von Referenzen • Ersatz für Primärschlüssel-Fremdschlüssel-Beziehung • Zeiger auf einen Satz eines bestimmten Typs • Referenzierung mittels OID (object identifier) SELECT referenz ... SELECT deref(referenz) ... SELECT ref(instanz) ... liefert OID liefert einen Satz des Typs auf den gezeigt wird liefert Referenz (OID) auf eine Instanz von typ • Beispiel: UPDATE dept SET manager_ref = ( SELECT ref(emp) FROM emp WHERE name = 'Joe') WHERE dname = 'shoe' ; • Kaskaden - Punkt - Notation SELECT deref(manager_ref).birthdate ... © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 11 3. Komplexe Objekte - Erforderliche Eigenschaften • Ein reichhaltiger Satz komplexer Typen muß unterstützt werden. – mind. die 3 Typkonstruktoren: Verbund, Menge und Referenz • Funktionen müssen für alle komplexen Typen zur Verfügung stehen und die erwähnten Eigenschaften von Funktionen besitzen. • Es kann keine Grenze für die Größe von komplexen Typen geben. • SQL - Unterstützung für komplexe Typen ist erforderlich. – Kaskaden - Punkt - Notation für Verbunde – Funktionen, die Mengen zurückliefern, müssen überall auftreten können, wo eine Tabelle in einer SQL-Abfrage auftreten kann © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 12 4. Andere Typkonstruktoren • Liste (list) • Kellerspeicher (stack) • Schlange (queue) • Feld (array) CREATE TYPE ... ( ... feldname typ[anzahl] ...) ; SELECT feldname[index] FROM ... ; • einfügbares Feld (insertable array) – Feld, in dem man irgendwo ein Element einfügen kann © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 13 5. Vererbung - Datenvererbung • Nur auf zusammengesetzte Typen anwendbar CREATE TYPE supertyp_t ( attribut_1, ..., attribut_x ) ; CREATE TYPE subtyp_t ( attribut_x+1, ... attribut_y) UNDER supertyp_t, ... ; --> subtyp_t erbt attribut_1 bis attribut_x von supertyp_t • mehrere Ebenen tiefe Vererbungshierarchie • auch Mehrfachvererbung möglich • Auflösen von Mehrdeutigkeit bei Mehrfachvererbung durch Neudefinition der Attribute in einem der Supertypen © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 14 5. Vererbung - Datenvererbung • Tabelle erstellen um Instanzen von subtyp_t zu erhalten: CREATE TABLE supertyp OF TYPE supertyp_t ; CREATE TABLE subtyp OF TYPE subtyp_t UNDER supertyp_t, ... ; • um nur eine Tabelle und nicht alle in der Tabellenhierarchie nachgeordneten zu durchsuchen: SELECT ... FROM ONLY (tabelle) WHERE ... ; © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 15 5. Vererbung - Vererbung von Funktionen • Vererbungsverhalten benutzerdefinierter Funktionen wird von ihren Argumenten bestimmt • subtyp erbt automatisch im supertyp definierte Funktionen, wenn diese nicht explizit im subtyp neu definiert wurden • Funktionen gleichen Namens können durch Überladung verschiedene Bedeutungen für verschiedene Datentypen haben ( Polymorphismus ) • bei Mehrdeutigkeit in der Mehrfachvererbung: neuer Name für eine der beiden konkurrierenden Funktionen der Supertypen oder Neudefinition im Subtyp © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 16 5. Vererbung - Erforderliche Eigenschaften • Sowohl Daten- als auch Funktionsvererbung muß unterstützt werden. • Überladen muß unterstützt werden. • Typen und Tabellen müssen getrennte Konzepte besitzen. – Falls nicht wird ein hohes Maß an Flexibilität eingebüßt – z.B.: mehrfache Tabellen eines bestimmten Typs • Mehrfache Vererbung muß unterstützt werden. – Oft muß ein bestimmter Typ von verschiedenen Supertypen erben © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 17 6. Regeln • Allgemeine Syntax: CREATE RULE regelname AS ON ereignis DO aktion ; • 4 Variationen: – – – – Aktualisierung - Aktualisierung - Regeln ( update - update - rules ) Abfrage - Aktualisierung - Regeln ( query - update - rules ) Aktualisierung - Abfrage - Regeln ( update - query - rules ) Abfrage - Abfrage - Regeln ( query - query - rules ) © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 18 6. Regeln • Aktualisierung - Aktualisierung - Regeln: CREATE RULE regelname AS ON UPDATE TO instanz1.attribut1 WHERE current.attribut2 = wert1 DO UPDATE instanz1 SET attribut1 = new.attribut1 WHERE attribut2 = wert2 ; • Abfrage - Aktualisierung - Regeln: CREATE RULE regelname AS ON SELECT TO instanz1.attribut1 WHERE current.attribut2 = wert DO INSERT INTO instanz2 VALUES (current.attribut1, attribut3, ... ) ; © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 19 6. Regeln • Aktualisierung - Abfrage - Regeln: CREATE ALERTER alarmname ( MECHANISM = 'callback' ); CREATE RULE regelname AS ON UPDATE TO instanz1.attribut1 WHERE current.attribut2 = ... DO ALERT alarmname; – Server signalisiert dem Client asynchron, daß das Ereignis eingetreten ist – Client kann dann entsprechende Abfrage durchführen • Abfrage - Abfrage - Regeln: CREATE RULE regelname AS ON SELECT TO instanz1.attribut1 WHERE current.attribut2 = ... DO INSTEAD < BEGIN > SELECT attribut1 FROM instanz1 WHERE attribut2 = ... < END > ; © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 20 6. Regeln - Komplikationen bei ihrer Nutzung • Mehrfache Regeln vom selben Ereignis ausgelöst, erzeugen manchmal unvorhersehbare Ergebnisse. • Kettenregeln können Endlosschleifen verursachen. • Das Beenden einer Transaktion bricht auch den Aktionsteil einer Regel ab. • Die Wahl des Zeitpunkts der Regelaktivierung kann einen Unterschied im Endzustand der Datenbank ausmachen. © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 21 6. Regeln - Erforderliche Eigenschaften • Das Regelsystem muß Ereignisse und Aktionen unterstützen, die sowohl Abfragen als auch Aktualisierungen sind. • Das Regelsystem muß mit anderen objektrelationalen Möglichkeiten integriert sein. • Das Regelsystem unterstützt {sofortige, aufgeschobene} und {dieselbe, unterschiedliche} Transaktions ausführungssemantik. • Das Regelsystem darf keine Schleifen bilden. © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 22 7. Objektrelationale Syntaxanalyse Benutzt dynamische Systemkatalogtabellen für: • Tabellen – Name der Tabelle, Anzahl der Spalten, ... • Spalten – Name, Datentyp, ... • Typen – Name, Import- und Exportfunktionen, ... • Funktionen – Name, Anzahl und Typen ihrer Argumente, Rückgabetyp, ... • Operatoren – Name, Identität der Funktion, die diesen Operator implementiert, ... • Regeln, Vererbung, Zugriffsmethoden © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 23 8. Objektrelationale Optimierer 1. Operator- und Funktionsnotation 2. generische B-Bäume 3. Benutzerdefinierte Vergleichsoperatoren CREATE INDEX indexname ON tabelle USING B-tree (attribut, operatorklasse); 4. Benutzerdefinierte Selekivitätsfunktionen CREATE FUNCTION ... WITH SELFUNC = selfunktion EXTERNAL NAME '...' LANGUAGE ...; 5. Benutzerdefinierte Negatoren CREATE FUNCTION ... WITH NEGATOR = negfunktion EXTERNAL NAME '...' LANGUAGE ...; © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 24 8. Objektrelationale Optimierer 6. Benutzerdefinierte Kommutatoren CREATE FUNCTION ... WITH COMMUTATOR = commfunktion EXTERNAL NAME '...' LANGUAGE ...; 7. Zugriffsmethoden auf eine Funktion der Daten CREATE INDEX indexname ON tabelle USING B-tree (funktionsname(...)); 8. Intelligentes Sortieren der Klauseln in einem Prädikat 9. Optimieren teurer Funktionen 10. Benutzerdefinierte Zugriffsmethoden © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 25 8. Objektrelationale Optimierer 11. "Glätten" komplexer Abfragen 12. "In-line" - Mengen 13. Indizes für Attribute von Mengen 14. Optimieren des Durchsuchens von Vererbungshierarchien 15. Optimieren von Verbunden über Vererbungshierarchien © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 26 9. Strategien kommerzieller Hersteller • Inkrementelle Entwicklung von rel. objektrel. DBMS – IBM, Microsoft • Erzeugen einer Umhüllung – Hewlett - Packard • Herstellen eines Gateway von objektrelational zu relational – Computer Associates • Anheften einer objektrelationalen Maschine an relationale Speicherverwaltung – Tandem • Anheften einer objektrelationalen Maschine an ein persistentes Sprachsystem ( C++, Smalltalk, ... ) – Versant • Erweiterung eines objektorientierten Systems – die meisten Hersteller von OO-DBMS © 2000 Marco Graupner 96I [email protected] 27
