Bases de dados OO Sumário Conceitos gerais Exemplo do ObjectStore)

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1 Bases de dados OO Sumário Conceitos gerais Exemplo do ObjectStore)
Arquitectura Criação de objectos Gestão da concorrência Colecções Perguntas Índices Associações

2 LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Transacções Transacção é uma unidade lógica de trabalho, uma parte consistente e fiável de uma execução de um programa. suporte ao acesso concorrente à BD suporte à tolerância a falhas (acesso a dados persistentes deve ocorrer sempre dentro de uma transacção) Tolerância a falhas garante-se que as alterações na memória persistente devidas a uma transacção ou são todas feitas ou não é nenhuma; uma transacção considera-se completada com sucesso só após todas as alterações estarem registadas em memória estável — transacção cometida; uma falha do servidor ou da rede após o cometimento já não afecta o resultado. Implementação baseia-se na existência de um ficheiro de log, onde se vão registando as alterações até ao cometimento cometimento em duas fases: só depois de este estar registado no log se propagam as alterações para a BD (fácil refazer uma transacção cometida, em caso de falha) qualquer escrita na BD antes do cometimento implica capacidade para desfazer propagação retardada — servidor sabe onde está a versão mais actual (log ou BD) Gabriel David

3 LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Concorrência Controlo de concorrência visa evitar interferências entre os vários processos alterações a dados persistentes são privadas e invisíveis pelos outros processos até à conclusão da transacção alterações dos outros processos aos dados persistentes são invisíveis à transacção Implementação bloqueio em duas fases — os bloqueios ou se conseguem todos de uma vez, ou nenhum; só se volta a pedir outro bloqueio depois de libertar todos os existentes propagação retardada pode aumentar a concorrência, mas o log pode crescer muito objectivo: transacção atómica — considera-se a transacção toda executada no instante do seu início (timestamps) Razões para uma transacção abortar instrução explícita interrupção devida a deadlock transferência não-local de controlo, por exemplo, devida a uma excepção tratada exteriormente à transacção lexical falha de sistema Gabriel David

4 LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Extensão transacção excessivamente grande — pode prender muitos recursos — baixo nível de concorrência excessivamente pequena — pode permitir a outros o acesso a dados num estado intermédio inconsistente consistência da BD deve estar garantida antes e depois da transacção tipos de definição de transacção lexical — a transacção está contida num escopo lexical (e.g., ficheiro) e marca-se com macros dinâmicas — princípio e fim são definidos dinamicamente Transacções lexicais OS_BEGIN_TXN(identifier,exception**,transaction-type) OS_END_TXN(identifier) identifier pode ser qualquer; exception guarda o género de excepção; transaction-type: os_transaction::update — transacção pode ter que escrever na BD — ou os_transaction::read_only — não escreve Gabriel David

5 Exemplo #include <stdio.h> #include <ostore/ostore.hh>
LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Exemplo #include <stdio.h> #include <ostore/ostore.hh> #include "dbname.h" int main(int, char **) { objectstore::initialize(); OS_ESTABLISH_FAULT_HANDLER os_typespec *int_type = os_typespec::get_signed_int(); os_database *db1 = os_database::open(example_db_name); OS_BEGIN_TXN(tx1, 0, os_transaction::update) os_database_root *a_root = db1->find_root("count"); int *countp = (int*) (a_root->get_value(int_type)); printf("hello2: hello, world.\n"); printf("hello2: the counter is now %d\n",*countp); ++*countp; printf("hello2: incremented counter to %d\n",*countp); OS_END_TXN(tx1) db1->close(); OS_END_FAULT_HANDLER return 0; } Gabriel David

6 LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Bloqueios bloqueio — garantia de acesso exclusivo ou, pelo menos, de acesso controlado a um conjunto de dados bloqueio para leitura e bloqueio para escrita; compatibilidade bloqueio são implícitos, mas pode-se controlar a granularidadedos objectos bloqueados (página, segmento, BD) deadlock Transacção T1 Transacção T2 1) bloqueia(A) 2) bloqueia(B) 3) bloqueia B ? 4) bloqueia(A) ? é necessário interromper pelo menos uma das transacções, desfazer alguns efeitos que estejam já propagados e reiniciá-la Gabriel David

7 Bases de dados OO Sumário Conceitos gerais Exemplo do ObjectStore)
Arquitectura Criação de objectos Gestão da concorrência Colecções Perguntas Índices Associações

8 Colecções Colecção é um objecto que serve para agrupar outros objectos
LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Colecções Colecção é um objecto que serve para agrupar outros objectos operações de inserção e remoção e da teoria de conjuntos representação eficiente e adaptável suporte para perguntas simples e mais complexas Modelar extensão da classe atributo multi-valor (relação não normalizada) associações binárias, através de dicionários Gabriel David

9 Exemplo dos componentes
LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Exemplo dos componentes memorizar, por peça, o número de série, os seus componentes imediatos e engenheiro responsável class part_list //lista ligada { public: part *first; part_list *rest; }; class part { public: int part_id; part_list *children; employee *responsible_engineer; part(int id) { part_id = id; responsible_engineer = 0; } }; ou class part //com conjunto { public: int part_number; os_Set<part*> &children; employee *responsible_engineer; part (int n) : children(os_Set<part*>::create(db1)){ part_number = n; responsible_engineer = 0; } }; Gabriel David

10 LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Escolha de colecção Muda entre ordenado e desordenado ou entre desordenado com duplicados e desordenado sem duplicados? não sim Mantém a ordem de inserção? os_Collection sim não Associa uma chave com cada elemento? Adiciona automaticamente um número especificado de elementos nulos? sim não não sim os_Dictionary Admite duplicados? os_List os_Array não sim os_Bag os_Set Gabriel David

11 LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Criação de colecções os_Set os_Bag os_List os_Collection os_Array os_database *db os_segment *seg os_object_cluster *clust os_configuration *config static os_Set<E> &create( os_database *db, os_unsigned_int32 behavior = 0, os_unsigned_int32 expected_cardinality = 10, const os_coll_rep_descriptor *rep = 0, os_int32 = os_collection::don't associate_policy ); utilizar o construtor respectivo os_Set(), só para colecções na pilha ou como membro dado de outra classe. static os_Dictionary<K,E> &create( os_database *db, os_unsigned_int32 expected_cardinality = 10, os_unsigned_int32 behavior = 0 ); Gabriel David

12 Comportamento Permite Sinaliza Mantém Permite
LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Comportamento Permite Sinaliza Mantém Permite Duplicados Duplicados Ordem Nulos os_Set Proibido Não, por omissão Proibido Não, por omissão os_Bag Requerido Proibido Proibido Não, por omissão os_List Sim, por omissão Não, por omissão Requerido Não, por omissão os_Dictionary Requerido Proíbido Proibido Requerido os_Array Não, por omissão Não, por omissão Requerido Requerido outros comportamentos - executar pick() numa colecção vazia sinaliza excepção (ou não) - não mantém cursor (ou mantém, i.e., garante que inserções e apagamentos são considerados no resto de uma visita) uma os_Collection permite os vários comportamentos, e mudá-los a meio do uso, com ou sem verificação dos elementos já metidos. Gabriel David

13 LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Representação A representação das colecções muda com a cardinalidade efectiva ou prevista Colecções pequenas (0 a 4) embutidas noutros objectos — os_tinyarray Colecções embutidas (5 a 20) e não embutidas (0 a 20) — os_chained_list Colecções grandes (21 a ...) usam outros métodos baseados em tabelas de dispersão É possível definir outras gamas de valores e outras representações que existem, de forma a afinar para o problema concreto; as definições podem ser agrupadas numa política e esta passada para a classe paramétrica em causa Para destruir uma colecção static void os_Set::destroy(os_Set<E>&) Gabriel David

14 Manipulação de colecções
LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Manipulação de colecções inserção void insert(const E) dicionários void insert(const K &key, const E element) void insert(const K *key_ptr, const E element) Ex: os_database *db1; message *a_msg; os_Set<message*> &temp_set = os_Set<message*>::create(db1); … temp_set.insert(a_msg); temp_set.insert(a_msg); //nada se a colecção estiver sem allow_duplicates e sem signal_duplicates remoção void remove(const E); dicionários void remove(const K &key, const E element); E remove_value(const K &key, os_unsigned_int32 n = 1 ); Gabriel David

15 Navegação nas colecções
LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Navegação nas colecções Cursores — utilizam-se para atravessar as colecções e processá-las elemento a elemento Caminhos (path) — representam um caminho para navegar, a começar nos elementos de uma colecção servem para especificar chaves de índices e para associar uma ordem a um cursor em conjunto com uma definição de gama, servem para restringir os elementos visitados pelo cursor Gamas — também servem para obter de um dicionário os elementos cujas chaves a satisfazem uma vez posicionado com um cursor ou um índice numérico podem-se usar as funções: - void os_Collection::insert_after(E, const os_Cursor<E>&) - void os_Collection::insert_after(E, os_unsigned_int32) - insert_before - remove_at - replace_at - retrieve etc... Gabriel David

16 LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Cursores os_database *db1; … os_collection<person*> &people = os_Collection<person*>::create(db1); … // inserções em people os_collection<person*> &teenagers person *p; os_Cursor<person*> c(people); for (p = c.first(); c.more(); p = c.next()) if (p->age >= 13 && p->age <= 19) teenagers.insert(p); o cursor atravessa a colecção pela ordem desta, ou arbitrariamente, se não houver uma no caso de existirem duplicados, também são visitados Gabriel David

17 LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Caminhos os caminhos são usados para especificar a ordem de travessia e as chaves de índices para percorrer um conjunto de componentes pela ordem dada pelo respectivo número os_index_path::create("part*", "part_number", db1); - os caminhos começam na colecção dos apontadorespara componentes e terminam nos números - os caminhos são criados na heap, pelo que devem ser destruídos quando já não forem precisos static void destroy(os_index_path&); - os caminhos podem ter vários passos: para iterar com base no número do engenheiro responsável os_index_path::create("part*", "responsible_engineer->emp_id", db1); - se no caminho aparecer uma colecção, cada um dos seus elementos é considerado os_index_path::create("employee*", "supervisees[]->name", db1); - para associar um caminho a um cursor os_Cursor(const os_Collection&, const os_index_path& ); Gabriel David

18 LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Exemplo os_index_path &a_path = os_index_path::create("part*", "responsible_engineer->emp_id", db1); os_Cursor<part*> c(a_set, a_path); part *p = 0; for (p = c.first(); p; p = c.next()) printf("%d", p-> responsible_engineer->emp_id); se existir um índice neste caminho, ele é usado para tornar a travessia mais eficiente se não existir, o construtor do cursor copia os elementos da colecção para uma estrutura separada, aplica o caminho a cada elemento, copia a chave terminal para essa estrutura e ordena-a de acordo com essa chave se a interpretação do caminho passar por desreferenciar um apontador ordena-se por endereço, para melhorar a paginação (se for apontador para string, usa-se o valor da string) alterações nos dados podem implicar alterações na colecção e nos cursores; para que o comportamento reflicta as alterações é necessário especificar os_Collection::maintain_cursors e no cursor os_Cursor::safe Gabriel David

19 Gamas uma gama é um objecto da classe os_coll_range, que serve para
LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Gamas uma gama é um objecto da classe os_coll_range, que serve para restringir um cursor aos elementos da colecção que a satisfazem qualificar as pesquisas gamas só com um limite os_coll_range(int rel_op, int value); com dois limites os_coll_range(int rel_op1, int value1, int rel_op2, int value2); • rel_op = os_collection::EQ (NE, LT, LE, GT, GE) • value de um qualquer dos tipos fundamentais ou um apontador (const void* value) • se for char* o comportamento é definido em termos de strcmp() Exemplo: os_coll_range(os_collection::GT, 4, os_collection::LE, 7) satisfeita por 4<xŠ7 Restringindo um cursor (mais leve que uma pesquisa com os_collection::query) os_Cursor<E>(const os_Collection<E> & coll, const os_index_path &path, const os_coll_range &range, os_int32 options=os_cursor::unsafe); os_Cursor<E>(const os_dictionary & coll, const os_coll_range &range, os_int32 options=os_cursor::unsafe); Gabriel David

20 Obtenção de elementos Obter elementos individuais (leve) Ex:
LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Obtenção de elementos Obter elementos individuais (leve) void* pick( const os_index_path &path, const os_coll_range &range) const; Ex: os_index_path &id_path = os_index_path::create("employee*","id",db1); os_coll_range range_eq_1138(EQ,1138); … employee *e = a_coll.pick(id_path, range_eq_1138); • mais do que um empregado com id=1138 Û devolvido um arbitrariamente • dicionário E pick(const K &key_ref) const; E pick(const K *key_ptr) const; // obtém elemento com a chave indicada E pick(const os_coll_range&) const;// obtém elemento cuja chave satisfaz gama • elemento arbitrário E pick() const; a_cell= a_bus->pins.pick()->cell->container Gabriel David

21 Operações sobre uma colecção
LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Operações sobre uma colecção Pertença os_int32 contains(E) const; os_boolean contains(const K &key_ref, const E element) const; dicionário Contagem de repetidos os_int32 count(E); os_unsigned_int32 count_values(const K &key_ref) const; dicionário Cardinalidade os_unsigned_int32 cardinality() const; obtém o número de ocorrências de valores os_int32 empty(); testa se está vazio Consolidar duplicados os_database *db1; os_Cursor<part*> c(a_part->children); part *a_part, *p; for (p=c.first(); p; p=c.next() ) employee *e; emp_bag.insert(p->responsible_engineer); os_Collection<employee*> &emp_bag= emp_set = emp_bag; os_Collection<employee*>::create( os_Cursor<employee*> c(emp_set); db1, os_collection::allow_duplicates); for (e=c.first(); e; e=c.next() ) os_Collection<employee*> &emp_set= cout <<e->name<<"\t"<<emp_bag.count(e)<<"\n"; os_Collection<employee*>::create(db1); Gabriel David

22 Operações entre colecções
LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Operações entre colecções Operações em que ambos os operandos são colecções (iteração implícita) operator =() atribuição operator |=() adição operator -=() remoção operator &=() intersecção operator <() subconjunto próprio operator >() superconjunto próprio operator <=() subconjunto operator >=() superconjunto operator ==() identidade operator !=() verifica se alguns elementos são diferentes Ex: a_list |= a_part->children; Gabriel David

23 Funções de ordem e dispersão
LEIC/FEUP Tecnologia de Sistemas de Gestão de Bases de Dados Funções de ordem e dispersão se um caminho terminar numa classe ou em números de vírgula flutuante (em vez de inteiros ou cadeias) fornecer função de ordem para poder usar esse caminho para controlar a iteração ou como chave de um índice ordenado fornecer função de dispersão para poder usar o caminho como chave de um índice desordenado registar as funções no ObjectStore os_index_key(type,rank-function,hash-function) //sem espaços entre os argumentos função de ordem: dois argumentos instâncias da classe; devolve os_collection::LT (GT, EQ) função de dispersão: para cada instância da classe calcula um os_unsigned_int32 para servir de chave. Gabriel David