Tối ưu hóa truy vấn cơ sở dữ liệu hướng đối tượng

Tối ưu hóa truy vấn sở liệu hướng đối tượng Query Optimization in Object-Oriented Database NXB H : ĐHCN, 2014 Số trang 70 tr + Phạm Thị Chanh Đại học Công nghệ Luận văn ThS ngành: Hệ thống thông tin; Mã số: 60 48 01 04 Người hướng dẫn: PGS.TS Đoàn Văn Ban Năm bảo vệ: 2014 Keywords: Thuật tốn tối ưu hóa; Cơ sở liệu hướng đối tượng; Phương pháp hướng đối tượng Content Chúng ta sống thời đại mới, thời đại Công nghệ thông tin (CNTT) Công nghệ thông tin ngày phát triển trở thành nhu cầu thiếu lĩnh vực đời sống xã hội CNTT ngành quản lý công nghệ mở nhiều lĩnh vực khác phần mềm máy tính, phần cứng máy tính, ngơn ngữ lập trình, ….Và sở liệu lĩnh vực quan trọng Công nghệ thông tin Từ đời nay, nghiên cứu Cơ sở liệu (CSDL) không ngừng phát triển ngày trở nên cần thiết ứng dụng CNTT CSDL trở thành phận chủ yếu thiếu hầu hết hệ thống thông tin Hiện nay, hệ thống thông tin hay CSDL chủ yếu sử dụng kiểu CSDL truyền thống CSDL quan hệ, CSDL phát triển ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên với phát triển nhanh chóng CNTT, CSDL quan hệ dần bộc lộ yếu điểm nhiều hạn chế, đặc biệt việc xây dựng ứng dụng liệu phức tạp, liệu đa chiều, liệu có nhiều mối quan hệ, hay liệu đa phương tiện như: hình ảnh, âm thanh, video,… Ngày nay, phương pháp hướng đối tượng sử dụng phổ biến lĩnh vực phát triển phần mềm, cho phép lập trình viên tạo đối tượng code trừu tượng hóa đối tượng thực tế sống Trong giới thực, đối tượng thực thể tồn người, xe, máy tính,…Trong ngơn ngữ lập trình, đối tượng hình, điều khiển,…Kỹ thuật hướng đối tượng kỹ thuật nhằm vào tương tác đối tượng Mỗi đối tượng có thuộc tính (thơng tin lưu trữ), phương thức xác định chức đối tượng đối tượng tạo tồn nhớ chính, cịn việc lưu trữ tương tác liệu dạng đối tượng nhớ thứ cấp chủ yếu kế thừa từ mơ hình quan hệ truyền thống Hiện có nhiều kết nghiên cứu, cho phép chuyển đổi qua lại bảng mơ hình quan hệ sang tập đối tượng tương ứng Mặc dù kế thừa tính mạnh hướng đối tượng, việc chuyển đổi qua lại làm cho mã lệnh chương trình phức tạp thêm, đồng thời hiệu suất chương trình giảm rõ rệt CSDL hướng đối tượng giải pháp cho hạn chế CSDL quan hệ Trong CSDL hướng đối tượng, liệu lưu trữ dạng đối tượng ngơn ngữ lập trình nên cho phép lưu trữ dạng liệu phức tạp, lượng thông tin lớn, đa chiều, đa quan hệ, hay mở rộng lưu trữ liệu đa phương tiện hình ảnh, âm thanh, video Trên giới, số hệ quản trị sở liệu hướng đối tượng phát triển nhà phân phối sản phẩm thương mại, phịng nghiên cứu cơng nghệ Viện Đại học như: Gemstone, ObjectStores, IRIS, Orion, Extra, Oracle, Db4o,… Một mơ hình liệu đối tượng chuẩn ODMG phát triển dựa vào để thiết lập số khái niệm sở gọi mơ hình hạt nhân cho mơ hình CSDL hướng đối tượng Mơ hình hạt nhân đủ mạnh để thỏa mãn nhiều đòi hỏi ứng dụng mới, dùng làm sở để xác định khác biệt mơ hình liệu hướng đối tượng mơ hình liệu truyền thống khác Hệ thống hướng đối tượng tập lớp đối tượng có mối quan hệ với nhau, trao đổi thông tin với để thực nhiệm vụ đặt toán ứng dụng thực tế Một hướng nghiên cứu quan trọng đề cập hệ thống CSDL hướng đối tượng tối ưu hoá truy vấn hướng đối tượng Với câu truy vấn, tồn nhiều phương án mà hệ thống CSDL cho phép xử lý đưa kết cuối tương đương nhau, việc tối ưu hóa câu truy vấn cho lựa chọn phương án có tổng thời gian thực truy vấn hiệu hơn, tức chọn phương án có chi phí ước lượng nhỏ Hiện nay, nhà nghiên cứu đề xuất nhiều kỹ thuật tối ưu hoá truy vấn hướng đối tượng khả thi đáp ứng yêu cầu như: Scott Lee Vanderberg (1993), J Fong (1997), C Ramanathan and J Hodges (1997), Clement Yu, Yi Zhang, Weiyi Meng, Wom Kim, Gaoming Wang, Tracy Pham and Son Daop (1997): Giới thiệu giải thuật chuyển đổi truy vấn hướng đối tượng sang truy vấn quan hệ để tận dụng kỹ thuật tối ưu hố truy vấn có mơ hình quan hệ; Jia Liang Han (1998): “Optimizing Relational Queries in Connection Hypergraph: Nested Queries, Views, and Binding Propagations”; Ullman and Jeffrey D (1999), Lê Mạnh Thạnh Hoàng Bảo Hùng (2009): Phương pháp tối ưu hóa truy vấn đối tượng phép biến đổi biểu thức đại số đối tượng OQL; Lê Mạnh Thạnh, Đoàn Văn Ban Hoàng Bảo Hùng (2005): Phương pháp dùng ký pháp siêu đồ thị để biểu diễn tối ưu hoá truy vấn CSDL hướng đối tượng Tuy nhiên truy vấn lồng, phân tích ước lượng chi phí biểu thức đại số lồng việc định giá cho chi phí chưa đạt hiệu mong muốn Vì vậy, luận văn tập trung nghiên cứu việc làm phẳng truy vấn truy vấn lồng nhờ phương pháp dùng ký pháp siêu đồ thị để biểu diễn tối ưu hoá truy vấn CSDL hướng đối tượng Từ đó, xây dựng thuật tốn ước lượng chi phí xử lý truy vấn đối tượng sở ước lượng siêu cạnh siêu đồ thị để đạt mức chi phí nhỏ cho truy vấn Chính lý mà tơi chọn đề tài “TỐI ƢU HỐ TRUY VẤN CƠ SỞ DỮ LIỆU HƢỚNG ĐỐI TƢỢNG” làm luận văn tốt nghiệp Mục tiêu luận văn nghiên cứu mơ hình CSDL hướng đối tượng để giải tốn tối ưu hóa truy vấn đối tượng Đây vấn đề nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Trong khuôn khổ luận văn, tập trung nghiên cứu vào phương pháp tối ưu hóa truy vấn mà hay sử dụng đặc biệt truy vấn lồng sử dụng phương pháp siêu đồ thị Nghiên cứu đặc trưng mơ hình liệu hướng đối tượng; Tìm hiểu kỹ thuật xử lý truy vấn, biểu diễn câu truy vấn ngôn ngữ truy vấn đối tượng OQL; Giới thiệu ký pháp siêu đồ thị [10] biểu diễn truy vấn Từ đó, sử dụng phương pháp để tối ưu hóa truy vấn cho lớp truy vấn lồng CSDL hướng đối tượng [3] Với mục tiêu luận văn vậy, bố cục luận văn gồm: phần mở đầu, ba chương nội dung phần kết luận Chƣơng 1: Giới thiệu khái niệm, định nghĩa như: lớp, đối tượng, định danh đối tượng mơ hình CSDL hướng đối tượng; kế đến, trình bày mở rộng ngữ nghĩa mơ hệ thống phân cấp quan hệ kế thừa Tìm hiểu kỹ thuật xử lý truy vấn thay đổi so với kỹ thuật xử lý truy vấn quan hệ Để thực câu truy vấn đối tượng cách hiệu tiếp tục nghiên cứu vấn đề tối ưu hố truy vấn CSDL hướng đối tượng, ngơn ngữ truy vấn OQL ngôn ngữ truy vấn chọn giới thiệu chương Chƣơng 2: Trình bày khái niệm siêu đồ thị kết nối đối tượng Sau sử dụng ký pháp siêu đồ thị để biểu diễn truy vấn OQL Xây dựng giải thuật khởi tạo siêu đồ thị trường hợp truy vấn đối tượng đơn lồng Đưa giải thuật ước lượng siêu cạnh cho trường hợp tách biệt hay liên thông siêu đồ thị hợp thành siêu đồ thị mà biểu diễn cho truy vấn đối tượng lồng Cuối chương, mở rộng thuật toán tối ưu hóa truy vấn sở xây dựng danh sách bước thực thi câu truy vấn theo quy tắc có thứ tự loại bỏ siêu cạnh Chƣơng 3: Giới thiệu hệ quản trị CSDL đối tượng DB4O Phát biểu toán quản lý nhân cơng ty, tốn áp dụng ví dụ cho thuật tốn tối ưu hóa truy vấn Đưa kết thực nghiệm cho toán tối ưu hóa truy vấn CSDL hướng đối tượng dựa siêu đồ thị Cuối kết luận hướng phát triển đề tài Nội dung luận văn trình bày, thảo luận xêmina khoa học Bộ môn Hệ thống thông tin, khoa Công nghệ Thông tin, trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà nội References Tài liệu tiếng Việt [1] Đồn Văn Ban (1999), “Một số tính chất q trình thừa kế kiểu mơ hình sở liệu hướng đối tượng”, Tạp chí Tin học điều khiển học, 15(3), tr.1-7 [2] Đoàn Văn Ban (2000), Tính đắn lược đồ sở liệu hướng đối tượng, Tạp chí Tin học Điều khiển học, 16 (3), tr 7– 15 [3] Lê Mạnh Thạnh, Hoàng Bảo Hùng (2010), “ Siêu đồ thị kết nối đối tượng – cách tiếp cận tối ưu hóa câu truy vấn đối tượng lồng nhau”, Tạp chí khoa học, Đại học Huế, số 58 [4] Đoàn Văn Ban, Lê Mạnh Thạnh Hoàng Bảo Hùng (2004), “Sự tương đương biểu diễn ngôn ngữ truy vấn OQL đại số đối tượng”, Tạp chí Tin học Điều khiển học, T.20 S.3, tr 257–269 [5] Lê Mạnh Thạnh, Hoàng Bảo Hùng (2009) “Phương pháp tối ưu hóa truy vấn đối tượng phép biến đổi biểu thức đại số đối tượng OQL”, Tạp chí khoa học, Đại học Huế, số 53 [6] Hồng Bảo Hùng (2007), Truy vấn tối ưu hoá truy vấn sở liệu hướng đối tượng, Luận án Tiến sĩ Tốn học, Viện Cơng nghệ Thơng tin, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội [7] Hoàng Bảo Hùng (2001), Một vài vấn đề tối ưu hoá truy vấn sở liệu hướng đối tượng, Luận văn tốt nghiệp Thạc Sĩ chuyên ngành Công nghệ thông tin, Đại học Bách khoa Hà Nội [8] Lê Mạnh Thạnh, Hồng Bảo Hùng (2006), “Mơ hình ước lượng chi phí xử lý truy vấn đối tượng sở liệu hướng đối tượng”, Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia, lần thứ VIII, Một số vấn đề chọn lọc CNTT truyền thông, chủ đề “Mã nguồn mở, 25/8-27/8/2005, Hải Phòng, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà nội, tr 568-579 [9] Lê Mạnh Thạnh, Đoàn Văn Ban, Hoàng Bảo Hùng (2005), “Phương pháp ước lượng truy vấn lồng sở liệu hướng đối tượng siêu đồ thị kết nối”, Chun san Tạp chí Bưu Viễn thơng Cơng nghệ thơng tin, Các cơng trình nghiên cứu - Triển khai Viễn thông Công nghệ thông tin, ISSN 0866-7039, 14, tr 43–49 [10] Lê Mạnh Thạnh, Hoàng Bảo Hùng (2001), “Ngôn ngữ truy vấn hướng đối tượng tối ưu hoá truy vấn sở liệu hướng đối tượng phương pháp biến đổi đại số”, Hội nghị khoa học kỷ niệm 25 năm thành lập Viện Cơng nghệ thơng tin, Hà Nội [11] Đồn Văn Ban, Nguyễn Thị Tĩnh, Giáo trình phân tích, thiết kế hệ thống hướngđối tượng UML, Nhà xuất Đại học Sư Phạm 2011 [12] Ullman, Jeffrey D (1999), Nguyên lý hệ sở liệu sở tri thức, Tập 1, 2, Trần Đức Quang biên dịch, Nhà xuất Thống kê Tài liệu tiếng Anh [13] Caixue Lin, Object-Oriented Database Systems: A Survey, http://users.soe.ucsc.edu/~lcx/courses/cmps277/cmps277-project.pdf April 3, 2003, [14] Cattel R.G.G., Barry D.K (2000), The Object Database Standard: ODMG 3.0, Morrgan Kaufmann, San Francisco, CA [15] Francois Bancilhon, Guy Ferran (2007), ODMG-93: “The Odject Database Standard, O2 Technology”, 2685 Marine Way - Suite 1220, Mountain View, California 94043 [16] Han, Jia Liang (1998), “Optimizing Relational Queries in Connection Hypergraph: Nested Queries, Views, and Binding Propagations”, The VLDB Journal, 7, pp.1-11 [17] A.Trigoni and G.M.Bierman (2001), “Inferring the Principal Type and the Schema Requirements of and OQL Query”, In 18th British National Conference on Databases (BNCOD), pages.185-201 [18] Scott Lee Vanderberg (1993), Algebras for Object - Oriented Query Languages, A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy (Computer Sciences), at the University of Winconsin-Madison [19] G.M Bierman and A.Trigoni (2000), “Towards A Formal Type System For ODMG OQL”, Technical Report 497, University of Cambridge, Computer Laboratory [20] A.Trigoni, Agathoniki (2002), Semantic Optimization of OQL Queries, Technical Report, Number 547, University of Cambridge, Computer Laboratory, USCAM-CL-TR-547, ISSN 1476-2986 [21] Won Kim (1991), Introduction to Object - Oriented Databases, Massachusetts Institute of Technology, 2th Ed [22] Michael L Horowitz, An Introduction to Object-Oriented Databases and Systems, Carnegie Mellon University, 1991 Database [23] Gardarin G., J.-R Gruser and Z.-H Tang (1995), “A Cost Model for Clustered ObjectOriented Databases”, Proceedings of the 21st VLDB Conference, Switzerland, pp 323 – 334 [24] Bierman G.M and Trigoni A (2000), Towards A Formal Type System For ODMG OQL, Technical Report 497, University of Cambridge, Computer Laboratory [25] Elmasri Navathe (2007) Fundamentals Database Systems 5th Edition, the United States of America [26] Yu, T.Clement, Meg, Weiyi (1998), “Principles of Databases Query Processing for Advanced Applications”, Morgan Kaufmann Publishers, Inc San Francisco, California [27] Cluet, Sophie and Moerkotte, Guido (1995) Nested Queries In Object Bases, In Fifth International Workshop on Database Programming Languages, Italy [28] Vanderberg, Scott Lee (1993), Algebras for Object - Oriented Query Languages, Ph.D Dissertation, University of Winconsin-Madison [29] Jim Paterson, Stefan Edlich, Henrik Horning, and Reidar Horning (2006), “The Definitive Guide to db4o” ... pháp tối ưu hóa truy vấn đối tượng phép biến đổi biểu thức đại số đối tượng OQL”, Tạp chí khoa học, Đại học Huế, số 53 [6] Hồng Bảo Hùng (2007), Truy vấn tối ưu hố truy vấn sở liệu hướng đối tượng, ... kỹ thuật xử lý truy vấn quan hệ Để thực câu truy vấn đối tượng cách hiệu tiếp tục nghiên cứu vấn đề tối ưu hoá truy vấn CSDL hướng đối tượng, ngôn ngữ truy vấn OQL ngôn ngữ truy vấn chọn giới... phẳng truy vấn truy vấn lồng nhờ phương pháp dùng ký pháp siêu đồ thị để biểu diễn tối ưu hoá truy vấn CSDL hướng đối tượng Từ đó, xây dựng thuật tốn ước lượng chi phí xử lý truy vấn đối tượng sở