WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Симановский Андрей Александрович СОГЛАСОВАННЫЕ ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ТРАНСФОРМАЦИИ ВЗАИМОЗАВИСИМЫХ СЛАБОСТРУКТУРИРОВАННЫХ И РЕЛЯЦИОННЫХ СХЕМ 05.13.11 Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2007

Работа выполнена на кафедре системного программирования математико-механического факультета Санкт-Петербургского государственного университета.

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор Новиков Борис Асенович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, Кузнецов Сергей Дмитриевич кандидат физико-математических наук, Новиков Федор Александрович

Ведущая организация: ГОУ Южно-Уральский государственный университет

Защита диссертации состоится “ ” 200 года в часов на заседании диссертационного совета Д212.232.51 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 198504, Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр., д. 28, математико-механический факультет Санкт-Петербургского государственного университета.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке СанктПетербургского государственного университета по адресу: 199034, СанктПетербург, Университетская наб., д. 7/9.

Автореферат разослан “ ” 200 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, профессор Б. К. Мартыненко

Общая характеристика работы

Актуальность темы Ряд современных приложений, работающих с базами данных, таких, например, как электронные системы учета медицинской информации, требуют от уровня представления данных возможности модификации (изменения) со временем хранимых данных и их схем. Процесс изменения схемы данных в подобных системах является неотъемлемой частью жизненного цикла приложения. Таким образом, поддержка модификаций схемы хранимых данных со временем является актуальной задачей для производителей СУБД.

Существует несколько подходов к решению этой задачи в рамках СУБД. Они имеют различные области применимости, предоставляют неодинаковый набор возможностей. Эволюция схем [18] обеспечивает высокую производительность системы за счет меньшего объема предоставляемых возможностей. Системы поддержки эволюции схем упорядочивают действия при изменении схем, позволяют описывать семантику изменений в предметной области и отражать изменения предметной области, происходящие со временем, в базе данных, распространяя эти изменения на схему хранимых данных и сами данные. Они избавляют от необходимости создания и реализации ad-hoc алгоритмов по изменению схем и данных при каждой модификации.

В настоящее время существуют системы поддержки эволюции схем данных для реляционной [4, 5, 11, 9, 17], объектно-ориентированной [20, 19, 13, 6, 12, 10, 3, 15, 14, 8, 16], XML [21, 1, 7] моделей данных.

Использование XML данных требует от приложений организации эффективного хранения и доступа к XML данным. Одним из решений является сохранение данных в реляционных СУБД. Это позволяет не только организовывать хранение и доступ к данным, но и использовать такие отсутствующие в XML, но полезные для приложения механизмы, как индексы, транзакции, многопользовательский доступ и т.д. Также немаловажным фактором, влияющим на принятие такой технологии, является отсутствие на сегодняшний день реализации XML базы данных, удовлетворяющей требованиям широкого спектра приложений.

Рассматриваемые приложения часто используют XML и такие языки запросов как XQuery в качестве интерфейса к уровню представления данных, который в свою очередь использует мощные промышленные реляционные СУБД в качестве хранилища данных, реализуя логику преобразования работы с моделью данных XML в работу с реляционной моделью [22]. Как следствие, возникает вопрос эволюции связанных отображением пары XML и реляционной схем.

Ранее предлагаемые решения в рамках эволюции схем не рассматривали необходимость совместной эволюции схем данных, использующих различные модели. Недавно возник интерес к подобным совместным изменениям схем и отображений между ними, называемым также адаптацией схем, как к проблеме управления моделями данных [2], но вопрос исследуется только в рамках интеграции схем, подхода, хотя и наиболее общего для изменяющихся схем, но в то же время, и наиболее “тяжеловесного”, приводящего к значительным накладным расходам при работе приложения. Предлагаемое решение использует эволюцию схем для решения поставленной задачи изменения пары связанных отображением XML- и реляционной схем, решая задачу адаптации в частном случае, но более эффективным методом.

Цели работы Данная работа исследует применимость эволюции схем для описания эволюционных трансформаций взаимозависимых слабоструктурированных и реляционных схем. Цели, преследуемые работой, включают:

• Построение модели эволюции, описывающей изменение взаимозависимых слабоструктурированных и реляционных схем данных.

• Разработка множества элементарных операций, позволяющих описывать трансформации взаимозависимых схем и и связывающих их отображений.

• Описание интеграционных трансформаций схем в рамках эволюционных преобразований взаимозависимых схем.

Основные результаты В работе получены следующие основные результаты:

• Разработана аксиоматическая модель эволюции XML- и реляционной схем, описывающих XML-документ и его представление, хранимое в реляционной базе. Предложенная модель позволяет выделить общую и независимые части обеих схем. Модель позволяет описывать семантические инварианты схем данных и сохранять их при эволюционных трансформациях схем.

• Разработана классификация элементарных преобразований, описывающих трансформации связанных схем. Набор преобразований включает как преобразования характерные исключительно для схем XML-документов или схем реляционных представлений документов, так и преобразования, совместно меняющие сразу обе схемы. Подобная классификация позволяет не только производить произвольные эволюционные трансформации связанных схем, но и вносить ограниченные изменения только в одну из схем, например, с целью оптимизации работы системы.

• Предложен метод декларативного описания трансформаций схем.

Метод позволяет строить возможные цепочки элементарных преобразований и ранжировать различные пути трансформации по предложенным в работе критериям, позволяя, например, при внесении изменений в одну из схем, эффективно определить необходимость изменений в связанной схеме.

• Реализован прототип системы, позволяющий применять изложенные в работе методы построения эволюционных преобразований схем на практике.

Научная новизна В данной работе впервые предложена модель эволюции взаимозависимых слабоструктурированных и реляционных схем. Остальные полученные результаты также являются новыми и дополняют результаты предшествующих работ.

Практическая и теоретическая ценность С теоретической точки зрения, в работе предложена простая аксиоматическая модель, позволяющая описывать эволюционные трансформации взаимозависимых слабоструктурированных и реляционных схем и связывающих их отображений. Кроме того, в работе исследован вопрос реализации автоматизированного поиска интерграционных трансформаций схем.

Практическая ценность работы состоит в том, что предложенная модель может быть использована для автоматизации эволюционных преобразований существующих XML-реляционных систем, например, с помощью предлагаемого прототипа.

Апробация работы Результаты работы докладывались • на Второй Всероссийской конференции “Методы и Средства Обработки информации” (Москва, октябрь 2005) • на Девятой Восточно-Европейской конференции “Advances in Databases and Information Systems” (Таллин, Эстония, сентябрь 2005) • на Шестой конференции “Baltic Conference on Databases and Information Systems” (Рига, Латвия, июнь 2004) • на Первом коллоквиуме “Spring Colloquium for Young Researchers in Databases and Information Sytems (SYRCoDIS)” (Санкт-Петербург, май 2004) • на семинарах группы теории баз данных при лаборатории исследования операций НИИММ Публикации Основные результаты представлены в шести работах автора, перечисленных в прилагающемся списке работ автора.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из пяти глав, заключения и списка литературы.

Основной текст диссертации занимает 78 страниц машинописного текста.

Библиография содержит 79 наименований. Общий объем диссертации страницы. Рисунки и таблицы нумеруются по главам.

Содержание работы Первая глава содержит обзор исследуемого вопроса, в том числе обсуждает понятия связанные со схемами данных, темпоральными базами данных, эволюцией схем, XML-реляционными отображениями и адаптацией схем. В главе также дан обзор существующих систем поддержки эволюции схем для реляционных, объектных, XML моделей данных и отображений между XML и реляционными данными. В главе вводится понятие семантической интерпретации XML документа с точки зрения запросов.

Во второй главе предложена аксиоматическая система поддержки эволюции пары взаимосвязанных XML- и реляционной схем. Основной идеей системы является выделение промежуточной схемы-медиатора реляционных и XML-данных, являющейся общей частью схем.

Система описывает отображение исходных схем в схему-медиатор и распространение изменений схемы-медиатора в исходные схемы.

Первый раздел второй главы посвящен представлению данных в системе. Второй раздел второй главы содержит определение схемы медиатора. В разделе вводятся понятия графа XML-схемы и факторизованного графа XML-схемы и схемы-медиатора. Отображение XML-схемы в схему-медиатор является композицией отображения, получающего граф XML-схемы по описанию XML-схемы и факторизации графа XML-схемы.

Третий раздел второй главы обсуждает отображение реляционной схемы в схему-медиатор.

Четвертый раздел второй главы вводит аксиомы системы и обсуждает связь сущностей схемы-медиатора и объектов предметной области приложения. Данная связь выражается через ассоциирование с каждой вершиной схемы-медиатора набора множеств. Аксиомы схемы-медиатора являются соотношениями между этими множествами. Выполнение аксиом гарантирует согласованность схемы-медиатора с предметной областью приложения.

Утверждение 1. Пусть абстрактная интерпретация это заданное на множестве интерпретаций XML-схемы отображение во множество отображений : I DT D (V V ), (DT D, I)(v) = {u GDT D.V | I(v) h(u) h const}. Тогда на множестве канонических XML-схем система согласованных с синтаксической интерпретацией приложения множеств Pe и Ne полна относительно абстрактной интерпретации приложения.

В третьей главе приведена таксономия элементарных операций предлагаемой системы.

Преобразования схемы-медиатора представляют собой набор операций над графом с помеченными атрибутами вершинами, сохраняющих аксиомы. Операции над схемой-медиатором включают в себя добавление и удаление атрибута, добавление и удаление дуги, добавление и удаление вершины, а также слияние двух вершин и расщепление вершины.

Операции над схемой-медиатором позволяют из некоторой исходной схемы-медиатора получать любую наперед заданную схему-медиатор, имеющую данные множества значимых предшественников, последователей и атрибутов.

Утверждение 2. Введенные операции позволяют из некоторой исходной схемы-медиатора получать любую наперед заданную схемумедиатор, имеющую данные множества значимых предшественников, последователей и атрибутов.

Второй раздел третей главы рассматривает преобразования XMLсхемы. Ряд операций, изменяющих граф XML-схемы, удобнее ввести, оперируя графом XML-схемы. Остальные операции не меняют граф XMLсхемы и выражаются исключительно в терминах DTD. Набор операций включает перемещение вершины вниз/вверх по иерархии, добавление и удаление “листовой” вершины, добавление и удаление верхней дуги, перемещение дуги вверх/вниз, маркирование/демаркирование дуги.

Утверждение 3. Введенные операции, изменяющие граф XMLсхемы, позволяют получать произвольные графы XML-схемы, соответствующие данной схеме-медиатору.

Утверждение 4. Совокупность введенных над XML-схемой операций, затрагивающих только XML-схему, позволяет описать, т.е.

получить, имея некоторого представителя, класс всех XML-схем, соответствующих данной схеме-медиатору.

Четвертый раздел третей главы посвящен операциям, преобразующим реляционную схему. Набор операций включает добавление и удаление дублирующего столбца из таблицы.

Утверждение 5. Операции добавления и удаления дублирующего атрибута из реляционной переменной позволяют преобразовать любую исходную реляционную схему, таблицы которой имеют столбцы с именами, образующими фиксированное множество, и которой соответствует фиксированная схема-медиатор, в данную целевую реляционную схему, таблицы которой имеют столбцы с именами, образующими то же множество, и которой соответствует та же схема-медиатор, при условии, что в обоих преобразованиях реляционных схем в схему-медиатор каждый столбец использован в определении хотя бы одного представления.

Четвертая глава исследует вопрос трансформации схем в рамках предложенной модели эволюции.

В первом разделе главы вводятся функция эволюции и граф эволюции.

Трансформация схемы может быть представлена как множество путей в графе эволюции, исходящих из данной начальной схемы S0 и заканчивающихся в схемах, удовлетворяющих условиям R.

Второй раздел четвертой главы посвящен эвристике, позволяющей сделать задачу поиска на графе эволюции конечной и ранжированию путей эволюции.

В пятой главе приводится описание прототипа, реализующего предложенную модель эволюции. Существующие программные средства, осуществляющие поддержку эволюции схем, не позволяют работать с парой взаимосвязанных схем. Прототип состоит из двух частей SQLскрипта, порождающего в реляционной базе данных, осуществляющей хранение данных, необходимые для системы поддержки эволюции таблицы и хранимые процедуры, и веб-приложения, реализующего интерфейс, обеспечивающий визуализацию и возможность изменять схемы.

Заключение содержит список основных результатов, полученных в работе.

Список литературы [1] Кукс С. В. Аксиоматизация эволюции схемы xml-баз данных // Программирование. 2003. Т. 29, № 3. С. 140–146.

[2] Bernstein P. A. Applying model management to classical meta data problems. // CIDR. 2003.

Pages:     || 2 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»