Một cơ sở dữ liệu quan hệ là một tập của một hoặc nhiều quan hệ, trong đó mỗi quan hệ là một bảng hai chiều bao gồm các cột và các hàng (gọi là bảng dữ liệu hay quan hệ). Bảng dữ liệu chính là hình thức thể hiện cụ thể của kiểu thực thể khi chúng ta xây dựng cơ sở dữ liệu, bảng dữ liệu được sử dụng để lưu dữ liệu về các thực thể trong lớp thực thể đó.
Như vậy, bảng dữ liệu là một tập các bộ dữ liệu, hay bản ghi dữ liệu, mỗi bộ có cùng một số lượng thuộc tính như nhau nhưng có thể khác nhau về giá trị. Bảng dữ liệu trong cách tiếp cận CSDL quan hệ được hiểu chính xác hơn bằng cụm từ “quan hệ”. Một quan hệ bao gồm một lược đồ quan hệ và một thể hiện quan hệ. Trong đó, thể hiện quan hệ chính là một bảng, còn lược đồ quan hệ miêu tả tiêu đề các cột của bảng đó. Trong một quan hệ không thể tồn tại hai bộ dữ liệu giống nhau ở tất cả các thuộc tính.
Một bảng dữ liệu được đặc trưng bởi một tên cụ thể, gọi là tên quan hệ. Mỗi cột trong bảng tương ứng với một thuộc tính trong quan hệ, được đặt tên duy nhất (gọi là tên trường). Mỗi dòng trong bảng tương ứng với một bộ của quan hệ, một bộ là một danh sách các giá trị có thứ tự (tương ứng thứ tự các cột trong bảng).
KHÁCHHÀNG Mã số KH Họ tên KH Số ĐT Địa chỉ
KH001 Trần Mai Hương 0240556778 Bắc Giang KH002 Nguyễn Thu Hà 0241775432 Bắc Ninh KH003 Trần Anh Tuấn 0983800123 Hà Nội KH004 Vũ Đình Công 0983330169 Bắc Giang
Bảng 1.1: Bảng dữ liệu KHACHHANG
Trong bảng dữ liệu, mỗi thuộc tính nhận giá trị nằm trong một miền nào đó, gọi là miền giá trị. Cũng như kiểu dữ liệu, miền giá trị không chỉ xác định tập giá trị cho thuộc tính mà còn xác định các thao tác được phép sử dụng trên các dữ liệu.
Định nghĩa miền giá trị:
Miền giá trị của bảng quan hệ là miền xác định các giá trị của thuộc tính trong bảng quan hệ.
Note: Miền giá trị phải đơn giản, chỉ nhận giá trị đơn (đơn trị). Nếu miền
giá trị nhận giá trị là đa trị (không phải là nguyên tố) thì ta phải tách giá trị đa thành đơn trị (bằng cách thêm vào các quan hệ phụ).
Quan hệ có thể được hiểu là tập con của tích đề các của một hoặc nhiều miền. Như vậy, mỗi quan hệ có thể là vô hạn. Với giả thiết rằng, quan hệ là một tập hữu hạn.
Người ta dùng thuật ngữ “quan hệ cơ sở” để chỉ mức độ thấp nhất của thể hiện dữ liệu đối với người dùng. Tất cả các dữ liệu trong CSDL quan hệ sẽ được lưu trữ theo tập các “quan hệ cơ sở”. Dữ liệu có thể được truy cập và xử lý theo cách nhìn nhận riêng, đặc biệt được gọi là “khung nhìn”. Khung nhìn là quan hệ logic, tương ứng trực tiếp hay gián tiếp với quan hệ cơ sở.
Định nghĩa khung nhìn (View):
Khung nhìn là quan hệ liên kết logic cho phép liên kết hai hay nhiều quan hệ một cách trực tiếp hoặc gián tiếp.
Một khung nhìn có thể là một tập con đơn giản của một quan hệ cơ sở. Ví dụ: cho bảng quan hệ BANHANG
BANHÀNG Mã số KH Họ tên KH Địa chỉ Loại hàng Số lượng
KH001 Trần Mai Hà Bắc Giang Xe đạp 10 KH002 Nguyễn Thu Hà Bắc Ninh Xe máy 2 KH003 Trần Anh Tuấn Hà Nội Ô tô 12 KH004 Vũ Đình Công Bắc Giang Xe máy 10
Bảng 1.2: Bảng dữ liệu BANHANG
Và bảng quan hệ KHACHHANG
KHACHHÀNG Mã số KH Họ tên KH Địa chỉ
KH001 Trần Mai Hương Bắc Giang KH003 Trần Anh Tuấn Hà Nội KH004 Vũ Đình Công Bắc Giang
Bảng 1.3: Bảng dữ liệu KHACHHANG
Ta nhận thấy khung nhìn KHACHHANG là tập con của bảng quan hệ BANHANG.
Các khung nhìn cho phép người dùng khác nhau nhìn cùng một CSDL theo các góc độ khác nhau, với các yêu cầu khác nhau về dữ liệu. Hệ thống đảm bảo người dùng nào cũng cảm thấy chỉ một mình họ truy cập CSDL. Ở đây, khung nhìn được xem xét như các bảng cơ sở trong CSDL quan hệ và dùng chúng trong các phép xử lý.
1.2.2. Ràng buộc toàn vẹn trên một cơ sở dữ liệu quan hệ
Ràng buộc toàn vẹn và kiểm tra sự vi phạm ràng buộc toàn vẹn là một trong những vấn đề quan trọng trong quá trình phân tích, thiết kế và khai thác các hệ thống cơ sở dữ liệu.
1.2.2.1. Định nghĩa [3]:
Ràng buộc toàn vẹn là một điều kiện bất biến không được vi phạm trong một cơ sở dữ liệu.
Trong thực tế, một CSDL luôn luôn tồn tại các mối liên hệ qua lại lẫn nhau giữa các thuộc tính, giữa các bộ giá trị trong cùng một quan hệ hoặc trong các quan hệ với nhau. Các mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau này chính là những điều kiện bất biến mà tất cả các bộ của các quan hệ có liên quan trong CSDL đều phải thoả mãn tại bất kỳ thời điểm nào. Ràng buộc toàn vẹn còn có thể được hiểu là các quy tắc (rules) được áp đặt trên các đối tượng của thế giới thực.
1.2.2.2. Các yếu tố của ràng buộc toàn vẹn
Khi xác định một ràng buộc toàn vẹn cần chỉ rõ:
Điều kiện của ràng buộc toàn vẹn và trên cơ sở của điều kiện này cho ta cách biểu diễn dữ liệu.
Bối cảnh xảy ra ràng buộc toàn vẹn: Trên một hay nhiều quan hệ và cụ thể là trên quan hệ nào.
Tầm ảnh hưởng của ràng buộc toàn vẹn, khả năng tính toàn vẹn bị ảnh hưởng và hành động cần phải có khi tính ràng buộc toàn vẹn bị vi phạm.
Như vậy tính ràng buộc toàn vẹn dữ liệu được biểu diễn thông qua các phụ thuộc hàm và cụ thể là dựa trên ràng buộc khoá, có các khái niệm: khoá chính (primary key), khoá ngoại lai (foreign key) và khoá duy nhất (unique key).
Khoá duy nhất (unique key): Ràng buộc không cho phép có hai giá trị giống y hệt nhau trên cột hoặc tập các cột được định nghĩa bởi mệnh đề dạng này.
Khoá chính (primary key): Ràng buộc không cho phép có hai giá trị giống y hệt nhau cũng như giá trị null được đưa vào cột hoặc tập các cột được định nghĩa thoả mãn mệnh đề ràng buộc này.
Khoá ngoại (foreign key): Ràng buộc đòi hỏi mỗi giá trị trong cột hoặc tập các cột được định nghĩa bởi ràng buộc này phải bằng một giá trị lấy từ quan hệ liên kết tương ứng, và cột trong quan hệ liên kết tương ứng cũng phải thoả mãn các ràng buộc toàn vẹn là khoá duy nhất hoặc khoá chính. Ràng buộc này
đôi khi được gọi là ràng buộc tham chiếu. Cột được khai báo loại ràng buộc này có thể nhận giá trị null.
1.2.3. Chuẩn hoá một cơ sở dữ liệu quan hệ [3]
Chuẩn hoá các cơ sở dữ liệu quan hệ là rất cần thiết trong thực tế vì nhờ bước chuẩn hoá này mà chúng ta có thể loại bỏ tối đa sự dư thừa dữ liệu - một trong những nguyên nhân dẫn đến sự không toàn vẹn dữ liệu.
Chuẩn hoá một cơ sở dữ liệu nghĩa là chúng ta sẽ đưa các lược đồ quan hệ về một trong các dạng chuẩn: 1NF, 2NF, 3NF.
Chuẩn 1NF: Một quan hệ ở dạng chuẩn 1NF nếu tất cả các giá trị các thuộc tính của nó là sơ cấp (tức chỉ chứa các giá trị nguyên tố - không phân chia nhỏ hơn được nữa).
Nếu một quan hệ chưa ở dạng 1NF thì ta tách các thuộc tính chưa ở dạng nguyên tố thành các thuộc tính nguyên tố.
Chuẩn 2NF: Một quan hệ là chuẩn 2NF nếu nó là chuẩn 1NF và mọi thuộc tính không khoá đều phụ thuộc hàm đầy đủ vào khoá chính (tức là không có thuộc tính không khoá nào phụ thuộc hàm một phần vào khoá chính).
Nếu một quan hệ chưa ở dạng 2NF thì tách quan hệ ban đầu thành các quan hệ mới gồm: quan hệ chứa các thuộc tính không khoá không phụ thuộc bộ phận vào khoá chính và các quan hệ trong đó mỗi quan hệ chứa các thuộc tính là thuộc tính bộ phận của khoá chính và các thuộc tính phụ thuộc bộ phận vào thuộc tính bộ phận của khoá chính đó.
Chuẩn 3NF: Một quan hệ ở dạng chuẩn 3NF nếu nó là 2NF và tất cả các phụ thuộc hàm giữa khoá chính và các thuộc tính khác của nó đều là trực tiếp.
Nếu một quan hệ chưa ở dạng 3NF thì thực hiện theo các bước sau:
Tìm các phụ thuộc hàm bắc cầu vào khoá chính có dạng: K->X, X- >Y, trong đó K là tập các thuộc tính khoá, X và Y là tập các thuộc tính không khoá.
Nếu tìm thấy phụ thuộc hàm bắc cầu như trên thì thì tiến hành tách quan hệ hiện thời thành hai quan hệ, quan hệ thứ nhất bao gồm các thuộc tính X, Y và quan hệ thứ hai bao gồm các thuộc tính trong quan hệ ban đầu trừ thuộc tính Y.
Kiểm tra các quan hệ con xem đã ở dạng chuẩn 3NF hay chưa, nếu chưa thì lặp lại hai bước trên.
1.3. Kết luận
Chương 1 đã trình bày những kiến thức cơ bản về cấu trúc của một tài liệu XML cũng như những kiến thức để giúp chúng ta nhận biết được: thế nào là một tài liệu XML hợp lệ, hợp khuôn dạng, mô hình DOM và cách phân tích một tài liệu XML theo mô hình DOM cùng các trình phân ngữ trong XML như: kiểu tư liệu DTD, lược đồ XML, không gian tên, bảng định kiểu CSS, Xpath, Xlink và Xpoint. Ngoài những kiến thức về XML, chương 1 cũng đã trình bày những kiến thức cơ bản về cấu trúc, các khái niệm liên quan của một CSDL quan hệ. Các ràng buộc toàn vẹn trên CSDL quan hệ và cách chuẩn hoá một CSDL quan hệ.
Với nội dung ngắn gọn, chính xác về XML cũng như CSDL quan hệ, chương 1 đã cung cấp những kiến thức cơ bản và đóng vai trò nền tảng cho những nghiên cứu trong các chương tiếp theo của luận văn này.
Chương 2
TÍCH HỢP CÁC HỆ THỐNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ XML
Hơn hai thập kỷ qua chúng ta đã chứng kiến sự phát triển vượt bậc cả về số lượng cũng như chất lượng của các ứng dụng dựa trên cơ sở dữ liệu, đặc biệt là cơ sở dữ liệu quan hệ. Chúng ta nhận thấy rằng, các hệ thống cơ sở dự liệu quan hệ ngày càng đóng vai trò quan trọng trong các hoạt động của các tổ chức, doanh nghiệp hay cá nhân. Các hệ thống cơ sở dữ liệu quan hệ có thể được sử dụng với những ứng dụng được cài đặt riêng lẻ trong các máy tính cá nhân hay có thể là một cơ sở dữ liệu tập trung trên mạng LAN, hoặc một cơ sở dữ liệu phân tán trên mạng diện rộng và được sử dụng bởi rất nhiều các đối tượng khác nhau.
Các cơ sở dữ liệu ngày nay được lưu trữ ở rất nhiều định dạng file khác nhau. Chuyển đổi dữ liệu giữa chúng là một vấn đề nan giải mặc dù đã có không ít các trình ứng dụng hỗ trợ. Nếu dữ liệu của file chỉ được lưu theo dạng text thì mọi việc có thể trở nên đơn giản do file text có thể được đọc bởi hầu như tất cả các trình ứng dụng. Tuy nhiên file text khó có thể bố trí dữ liệu theo cấu trúc. XML ra đời đã khắc phục được những bất cập nói trên. Trong XML dữ liệu và định dạng được lưu ở dạng text và chúng ta có thể dễ dàng cấu hình cũng như thay đổi chúng bằng các trình soạn thảo thông thường. Và đặc biệt như chúng ta đã đề cập, việc ngày càng có nhiều các hệ quản trị CSDL tổ chức lưu trữ các file với nhiều định dạng khác nhau gây khó khăn cho việc giao tiếp giữa các hệ thống thông tin. Để khắc phục tình trạng này, chúng ta dùng file XML làm cầu nối để lưu trữ và trao đổi dữ liệu. Do đó, tổ chức chuyển đổi dữ liệu từ một CSDL bất kỳ sang định dạng file XML và ngược lại là một việc làm cần thiết mang giá trị thực tiễn cao.
Với cấu trúc của một tài liệu XML, các cơ sở dữ liệu được tổ chức dưới dạng mô hình đối tượng tài liệu DOM. Việc xử lý các dữ liệu này thông qua mô hình DOM như có thể chuyển một cơ sở dữ liệu quan hệ sang một tài liệu XML hoặc ngược lại chuyển một tài liệu XML sang một cơ sở dữ liệu quan hệ là nội dung của việc tích hợp giữa các hệ thống cơ sở dữ liệu và XML.
2.1. Phương pháp luận
Tích hợp các hệ thống CSDL quan hệ và XML nghiên cứu về cách chuyển đổi một CSDL quan hệ thành một tài liệu XML và ngược lại, chuyển một tài liệu XML về một CSDL quan hệ. Để giải quyết vấn đề này chúng ta phải tìm hiểu các vấn đề sau.
2.1.1. Đối sánh nội dung của một CSDL quan hệ và một tài liệu XML
Mối quan hệ giữa nội dung của một Cơ sở dữ liệu quan hệ và một tài liệu XML được thể hiện thông qua các mức so sánh về: mô hình dữ liệu, lược đồ và mức minh hoạ như sau:
Mức Mô hình dữ liệu
Nội dung quan hệ Nội dung XML
Relation → Attribute Element Type ---> Attribute
Mức lược đồ
Lược đồ quan hệ Lược đồ DTD/ XML
Relation A → Attribute X Relation B → Attribute Y
………..
Element Type a--->Attribute x Element Type a--->Attribute x
---
Mức minh hoạ
Cơ sở dữ liệu quan hệ Tài liệu XML
Tupe → Value Element Type ---> Attribute Element Value Attribute Value
Tại mức mô hình dữ liệu, nội dung quan hệ và nội dung XML có sự khác nhau đáng kể do những mục đích khác nhau của CSDL quan hệ và XML. Mục đích của CSDL quan hệ là để đáp ứng khả năng lưu trữ rộng lớn, truy cập hiệu quả và đảm bảo tính chắc chắn của chúng. Ngược lại, XML được sử dụng với mục đích đáp ứng như một định dạng về cấu trúc và sự trao đổi của những tài liệu siêu liên kết. Trong nội dung quan hệ, từ quan hệ chỉ ra các thuộc tính tương ứng của nó. Trong nội dung XML, từ kiểu phần tử chúng ta biết được các phần tử con và các thuộc tính tương ứng của chúng.
Sự khác nhau đáng kể về nội dung của quan hệ và XML có ảnh hưởng không tốt tới việc tích hợp cả hai mô hình này.
Tại mức lược đồ sự khác nhau cũng được chỉ rõ. Ở lược đồ quan hệ, mối liên hệ giữa các quan hệ và thuộc tính được xác định rõ: một lược đồ chỉ bao gồm các thuộc tính trong quan hệ tương ứng, một lược đồ quan hệ không thể bao hàm một lược đồ quan hệ khác trong nó. Ngược lại, một lược đồ XML hay một DTD chỉ ra: với mỗi kiểu phần tử được định nghĩa trong nó có thể bao gồm các thuộc tính, các phần tử con và các thuộc tính của các phần tử con đó.
Mặt khác, một DTD hay một lược đồ XML có thể được lưu trữ trực tiếp bên trong một tài liệu XML hoặc cũng có thể được lưu trữ trong một file tham khảo độc lập từ bên trong tài liệu XML bởi những trung gian URI. Đây là một trong những khác biệt cơ bản với CSDL quan hệ - nơi mà một lược đồ quan hệ thì bắt buộc phải lưu trữ bên trong CSDL và các mối quan hệ tới lược đồ thì phải được kiểm tra bởi hệ thống trước khi chèn chúng vào trong CSDL.
Cuối cùng, tại mức minh hoạ. Trong một CSDL quan hệ, với mỗi bộ (bản ghi) sẽ có một tập các giá trị tương ứng. Trong một tài liệu XML, với mỗi kiểu phần tử chỉ ra giá trị tương ứng của kiểu phần tử, các phần tử con, các thuộc tính và các giá trị tương ứng của chúng. Như vậy, chứng tỏ rằng các tài liệu XML là