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Gerenciamento de Dados XML Ronaldo dos Santos Mello INE/CTC/UFSC V Escola Regional de Informática Norte Mini-Curso.

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1 Gerenciamento de Dados XML Ronaldo dos Santos Mello INE/CTC/UFSC V Escola Regional de Informática Norte Mini-Curso

2 Sobre este mini-curso... Motivação –XML consolida-se como padrão para representação e transferência de dados –necessidade de armazenamento e manipulação de dados XML Objetivos –apresentação (revisão) da tecnologia XML –estado da arte na área de gerenciamento de dados XML

3 Roteiro 1.Introdução 2.Representação de Dados em XML 3.Tecnologia XML 4.XML e Bancos de Dados a.gerenciamento de dados XML através de bancos de dados relacionais b.gerenciamento de dados XML através de bancos de dados XML nativos 5.Conclusão

4 Roteiro 1.Introdução 2.Representação de Dados em XML 3.Tecnologia XML 4.XML e Bancos de Dados a.gerenciamento de dados XML através de bancos de dados relacionais b.gerenciamento de dados XML através de bancos de dados XML nativos 5.Conclusão

5 XML (eXtensible Markup Language) Tecnologia desenvolvida pela W3C –W3C: World Wide Web Consortium definição de padrões para a Web consórcio formado por acadêmicos e empresários Padrão para representação e transferência de dados Motivação: Aplicações Web –extração, manipulação, integração e publicação de dados através da Web

6 Protocolos XML Definidos em diversos domínios de aplicação –comércio eletrônico CMXL, eBisXML, GCI,... –referências bibliográficas padrão DBLP, padrão SIGMOD, padrão BibTeX,... –sistemas de informação geográfica SVG, GML,... –...

7 Uso Extensivo de Protocolos XML... Problemas a serem resolvidos –tratamento de dados XML pelos programas de aplicação –projeto da estrutura dos dados XML –facilidades para armazenamento e manipulação de dados XML –... A tecnologia de Banco de Dados (BD) é útil neste contexto

8 Tecnologia XML x Tecnologia BD Simliaridades –documentos XML mantém coleções de dados –tecnologia XML oferece mecanismos para definição e manipulação de dados DTD, XSD, XQuery, XSL, DOM,... Diferenças –dado XML não é um dado convencional –tecnologia XML é carente de alguns mecanismos de gerenciamento de dados integridade, segurança, indexação,...

9 Tecnologia XML x Tecnologia BD Conclusão –tecnologia XML não é equivalente à tecnologia de BD Desafio para a comunidade científica de BD –gerenciamento eficiente de dados XML –como tratar? extensão de SGBDs existentes? desenvolvimento de SGBDs específicos para XML?

10 Roteiro 1.Introdução 2.Representação de Dados em XML 3.Tecnologia XML 4.XML e Bancos de Dados a.gerenciamento de dados XML através de bancos de dados relacionais b.gerenciamento de dados XML através de bancos de dados XML nativos 5.Conclusão

11 Formato XML XML é uma meta-linguagem de marcação –meta-linguagem XML é um padrão aberto –cada aplicação define o protocolo (linguagem) para a representação dos seus dados –linguagem de marcação semelhante à linguagem HTML utiliza tags para descrição os dados –tag: indica a intenção do dado e delimita o seu conteúdo

12 Exemplo de Dado XML Tecnologia XML João da Silva rua A, 34 – Fpolis - SC rua B, 5 – Fpolis – SC... Este capítulo apresenta... Linguagens de Marcação tag (intenção do dado) conteúdo do dado estrutura hierárquica, ordenada e complexa

13 XML x HTML HTML –linguagem de marcação –tags predefinidas e com intenção específica formatação da apresentação de dados em browsers XML –meta-linguagem de marcação não há tags predefinidas –intenção das tags é definida pela aplicação

14 Sintaxe XML Dados XML são definidos em um documento XML Um documento XML contém –cabeçalho –dados elementos simples ou compostos atributos de elementos referências a entidades –comentários –instruções de processamento

15 Exemplo de Documento XML Tecnologia &xml João da Silva A &xml foi... Linguagens de Marcação......

16 Exemplo de Documento XML Tecnologia &xml João da Silva A &xml foi... Linguagens de Marcação cabeçalho

17 Exemplo de Documento XML Tecnologia &xml João da Silva A &xml foi... Linguagens de Marcação comentário

18 Exemplo de Documento XML Tecnologia &xml João da Silva A &xml foi... Linguagens de Marcação instrução de processamento

19 Exemplo de Documento XML Tecnologia &xml João da Silva A &xml foi... Linguagens de Marcação elemento raiz elemento simples (#PCDATA) elemento composto elemento misto

20 Exemplo de Documento XML Tecnologia &xml João da Silva A &xml foi... Linguagens de Marcação atributo

21 Exemplo de Documento XML Tecnologia &xml João da Silva A &xml foi... Linguagens de Marcação declaração de entidade referência a uma entidade

22 Documento XML Bem Formado Requisitos –contém um elemento raiz –define elementos com tags inicial e final –define atributos com conteúdo delimitado por aspas simples () ou aspas duplas () Parser XML –programa que verifica se um documento XML é bem formado alguns browsers são capazes de realizar tal verificação

23 Roteiro 1.Introdução 2.Representação de Dados em XML 3.Tecnologia XML 4.XML e Bancos de Dados a.gerenciamento de dados XML através de bancos de dados relacionais b.gerenciamento de dados XML através de bancos de dados XML nativos 5.Conclusão

24 Tecnologia XML Esquemas –DTD e XSD Linguagens de consulta –XPath e XQuery APIs –DOM,... Transformação e apresentação de dados –XSL...

25 Definição de Esquemas Esquema XML –define restrições para a organização hierárquica dos elementos em um doc XML –documento válido documento cuja estrutura está de acordo com um esquema validação é feita por um parser Duas recomendações –DTD (Document Type Definition) –XSD (XML Schema Definition)

26 DTD Primeira recomendação da W3C Gramática para definição de hierarquia –baseada em seqüências ordenadas e escolhas Definição de elementos –compostos, textuais ( #PCDATA ), vazios ( EMPTY ), mistos ( (#PCDATA |...)* ) ou com conteúdo aberto ( ANY ) Definição de atributos –obrigatórios ( #REQUIRED ) opcionais ( #IMPLIED ), fixos ( #FIXED ), valor default, enumeração, referência ( ID, IDREF(S) )

27 DTD - Exemplo

28 XSD Recomendação mais recente Sintaxe XML Extensão da funcionalidade de um DTD –definição e especialização de tipos de elementos –definição de tipos de dados simples (string, integer, boolean,...) complexos (list, union) –facilidades adicionais para definição de restrições intervalos de valores permitidos, padrões de conteúdo via expressões regulares,... –...

29 XSD - Exemplo... ......

30 XSD – Exemplo (cont.)... ... minOccurs=1 maxOccurs=unbounded/>

31 XPath Primeira recomendação para consulta a dados Linguagem para acessar partes de um doc XML –sintaxe: expressões de caminho assemelha-se à navegação em diretórios de arquivos –exemplo expressão XPath: /livro/título resultado: Tecnologia XML Sistema de Banco de Dados...

32 XPath - Exemplos / (elemento raiz – todo o doc XML) /livro/*/ (* substitui 1 elem) /livro//seção (qq elemento descendente seção) /livro/capítulo[1] (primeiro capítulo de livros) /livro/capítulo/nome | /livro/capítulo/seção/nome (união) (acesso a um atributo) /livro[título=XML] (filtro) (filtro) e BD] (filtro)

33 XQuery Recomendação mais recente Oferece mais recursos que a XPath –junções, definição de estruturas de resultado, variáveis de consulta, atributos calculados, funções de agregação,... Sintaxe básica (expressão FLWR) for variável in expressãoXPath [let associação de novas variáveis] [where condição] return estrutura de resultado

34 XQuery - Exemplos for $liv in /livro where $liv/autor/nome = João Silva return { $liv/titulo } for $liv in /livro let $pDesc := $liv/preço - $liv/preço * 0.1 where $liv/categoria = ficcao return {$liv/titulo, $pDesc} for $liv1 in = 562] for $liv2 in /livro where != and $liv2/autor/nome = $liv1/autor/nome return $liv2/titulo (junção) (nova estrutura de resultado) (consulta simples)

35 DOM (Document Object Model) Modelo de dados para XML –modelo hierárquico (árvore) –API DOM principais classes de objetos –document, node, nodelist e element métodos para consulta e atualização de dados Parsers DOM –validam um doc XML –geram um objeto document

36 Objetos do Modelo DOM listaLivros livro título preço ISBN Tecnologia XML79.00 João da Silva nome mail autor nome autor Maria Souza livro... document node element nodelist

37 Exemplos de Métodos da API DOM MétodoResultado documentElementElement getElementByTagName(String)NodeList createElement(String)Element... document MétodoResultado tagNameString getAttribute(String)String setAttribute(String nome, String valor)Attr removeAttribute(String) getElementsByTagNameNodeList... element MétodoResultado Lengthint item(int)Node nodeList

38 DOM – Exemplo (JavaScript) var doc, raiz, livro1, autores, autor2; doc = new ActiveXObject(Microsoft.XMLDOM); doc.load(livros.xml); if (doc.parseError != 0)...; else { raiz = doc.documentElement; /* busca o primeiro livro (primeiro nodo filho) */ livro1 = raiz.childNodes.item(0); /* busca a lista de autores do primeiro livro */ autores = livro1.getElementsbyTagName(autor); /* busca o segundo autor */ autor2 = autores.item(1); /* escreve o nome do autor – primeiro nodo filho */ document.write(Nome do segundo autor: + autor.childNodes.item(0).data); }

39 XSL (XML Style sheet Language) Style sheet (folha de estilos) –define regras para a apresentação de dados XSL –linguagem de definição de folha de estilos para um doc XML formatação de apresentação transformação do conteúdo do documento XML (XSLT) –indicação de que dados serão exibidos ou descartados –inserção de novos conteúdos –conversão XML HTML, XML XML, XML Texto puro,...

40 Documento XSL Define uma folha de estilo Sintaxe XML Referenciado em um doc XML Processador XSL –programa que valida e executa as regras definidas em um doc XSL – alguns browsers Web processam docs XSL...

41 Estrutura de um Doc XSL(T) elemento raiz namespace default (DTD da W3C com instruções XSL) padrão: indica o elemento ou atributo para o qual a regra se aplica (expressão XPath) regra de formatação

42 Exemplo de Transformação XSL XML Companion N. Bradley Data on the Web S. Abiteboul Entrada: doc XML Livros Técnicos ... Transformação: doc XSL processar elementos filhos selecionar livros técnicos ordenar por títrulo

43 Exemplo de Transformação XSL XML Companion N. Bradley Data on the Web S. Abiteboul Entrada: doc XML Transformação: doc XSL selecionar o conteúdo de título..., selecionar o conteúdo do nome do autor

44 Exemplo de Transformação XSL XML Companion N. Bradley Data on the Web S. Abiteboul Entrada: doc XML Livros Técnicos XML Companion,N. Bradley Data on the Web,S. Abiteboul... Saída: doc HTML

45 Roteiro 1.Introdução 2.Representação de Dados em XML 3.Tecnologia XML 4.XML e Bancos de Dados a.gerenciamento de dados XML através de bancos de dados relacionais b.gerenciamento de dados XML através de bancos de dados XML nativos 5.Conclusão

46 XML e BD Dados XML –manipulados por diversos domínios de aplicação Tecnologia de BD –necessária para a manutenção de dados XML persistentes XML & BD –XML é um dado não-convencional dado semi-estruturado –tecnologia de BD necessita ser estendida para tratar este tipo de dado

47 Dados Semi-Estruturados Principais características –estrutura heterogênea –estrutura auto-descritiva –estrutura parcial –estrutura dinâmica

48 Estrutura heterogênea Cada ocorrência de dado pode ter um esquema particular Ronaldo Mello rua B,23 Patrícia Vilain Beira-Mar 767 Fpolis

49 Estrutura auto-descritiva Cada ocorrência de dado carrega o seu esquema Patrícia Vilain Beira-Mar 767 Fpolis

50 Estrutura parcial Apenas parte da descrição de um dado pode ser estruturada Este capítulo descreve... XML (Mel03). XML é um padrão... DTD Esta seção descreve......

51 Estrutura dinâmica Esquema para os dados deve suficientemente flexível para contemplar a heterogeneidade das ocorrências –conseqüências esquemas extensos esquemas com suporte a representações alternativas

52 XML & BD Dados XML não são naturalmente adequados para armazenamento em BDs Dado de BDDado XML representação homogênea representação heterogênea esquema independente dos dados representação auto-descritiva totalmente estruturadoestrutura parcial esquema enxutoesquema extenso esquema fixoesquema dinâmico

53 Categorias de Docs XML Documento Orientado a Dados (DOD) –fracamente semi-estruturado representação de dados mais homogênea e estruturada Beira-Mar 104 apto 203 centro Fpolis Lauro Linhares 761 trindade Fpolis

54 Categorias de Docs XML Documento Orientado a Documento (DODoc) –fortemente semi-estruturado representação fortemente textual Vendo, por motivo de viagem, automóvel Gol I 97, cor azul, em ótimo estado de conservação. Preço: R$ 9000,00. Tratar com Pedro fone Atenção! Se você deseja vender o seu veículo, nós realizamos o melhor negócio. Compramos qq tipo de veículo. Ligue-nos: ou envie um e- mail:

55 Duas alternativas para gerenciamento de dados XML são geralmente adotadas –uso de BDs relacionais estendidos para lidar com dados XML mais adequado a DODs –uso de BDs XML nativos mais adequado a DODocs Categorias de Docs XML

56 Roteiro 1.Introdução 2.Representação de Dados em XML 3.Tecnologia XML 4.XML e Bancos de Dados a.gerenciamento de dados XML através de bancos de dados relacionais b.gerenciamento de dados através de bancos de dados XML nativos 5.Conclusão

57 BDs Relacionais e XML Alternativa adequada a docs XML fortemente estruturados Ênfase nos dados propriamente ditos –manipulação dos dados delimitados por tags –ordem hierárquica dos elementos e componentes textuais não são relevantes Adequado a aplicações que realizam intercâmbio de dados convencionais em XML –dados de BD, arquivos, relatórios, docs bem formatados em geral

58 BDs Relacionais e XML Vantagem –uso da tecnologia de BD relacional acesso eficiente sscalabilidade linguagens de consulta declarativas tecnologia utilizada em larga escala Vários SGBDs já lidam com o formato XML –Oracle 9i, DB2, Informix,...

59 BDs Relacionais e XML Questões básicas a resolver –armazenamento de docs XML –acesso a dados XML

60 Armazenamento de Docs XML Soluções adotadas dependem da intenção da aplicação Alternativas –uso de aplicações middleware –implementação do tratamento de dados XML no próprio BD relacional

61 Aplicações Middleware Aplicações que realizam o mapeamento de dados relacionais para XML e vice-versa –apenas dados relacionais são mantidos no BD –protocolo XML de mapeamento é definido previamente entre as aplicações Solução adequada a aplicações –que apenas desejam transferir dados relacionais –que não manipulam nem definem dados diretamente no formato XML

62 Aplicações Middleware BDR 1 aplicação middleware aplicação A BDR 2 aplicação B aplicação middleware x1x tabela BD1.X x1x tabela BD2.X Web

63 Armazenamento XML no BD Dois enfoques –grafo [Florescu99] –níveis de granularidade [Graves03]

64 Enfoque - Grafo Doc XML é armazenado na forma de um grafo orientado rotulado Duas alternativas em geral são adotadas –tabela de arestas –tabela para cada rótulo XML João Silva 6 livro título... listaLivros ISBN nome autor capítulo XML Introdução João Silva 7 8 nome 9...

65 Alternativa 1 – Tabela de Arestas origemordemnometipodestinovalor... 11livroref ISBNint títulostring4XML 23autorref5 24capítuloref nomestring6João Silva... 6 livro título... listaLivros ISBN nome autor capítulo XML Introdução João Silva 7 8 nome 9... Arestas

66 Alternativa 2 – Tabelas p/ Rótulos origemordemdestino origemordemdestinovalor 224XML... Livro origemordemdestino Autor Título 6 livro título... listaLivros ISBN nome autor capítulo XML Introdução João Silva 7 8 nome 9... origemordemdestinovalor 516João Silva... NomeAutor...

67 Enfoque - Grafo Tabela de ArestasTabelas p/ Rótulos + Uma única tabela Bom desempenho para buscas na hierarquia do doc Não há desperdício de espaço Bom desempenho para buscas por um determinado tipo de elemento ou atributo Espaços nulos Desempenho ruim para buscas por um determinado tipo de elemento ou atributo Várias tabelas Desempenho ruim para buscas na hierarquia do doc (exige junções) Desempenho ruim na reconstrução do doc XML Não há distinção entre elemento e atributo

68 Enfoque – Níveis de Granularidade Considera três níveis de detalhamento de docs XML para fins de armazenamento –granularidade grande –granularidade pequena –granularidade média

69 Granularidade Grande XML João Silva DocIDNomeConteúdo 1livros.xml... livros.xml --- Documentos

70 Granularidade Pequena XML João Silva livros.xml elemIDtagelemPaiordemdoc 1listaLivros1 2livro111 3título docIDnomeraiz 1livros.xml1... Documentos Elementos atrIDtagelemordemvalor 1ISBN Atributos contIDvalorelem 1XML3 2João Silva5... Conteúdos

71 Granularidade Média XML João Silva livros.xml elemIDtagelemPaiordemdoc 1listaLivros1 2livro111 3título Elementos atrIDtagelemordemvalor 1ISBN Atributos docIDnomeraiz.... Documentos contIDconteúdoelemordem Textos --- contIDvalorelem... Conteúdos

72 Enfoque – Níveis de Granularidade Granularidade Grande Granularidade Média Granularidade Pequena aumenta a complexidade para a reconstrução do doc XML aumenta a complexidade do esquema relacional aumenta o desempenho de consultas declarativas –granularidade grande: buscas por palavras-chave X –granularidade pequena: consultas a qq tipo de dado do doc; qq item de dado pode ser indexado diminui o volume de armazenamento –granularidade grande/média: tags do doc ocupam muito espaço

73 Projeto do Esquema Relacional Depende das prioridades da aplicação –prioriza-se a manutenção e fácil reconstrução do doc XML e/ou consultas hierárquicas tabela de arestas; uso de granularidade grande/média –prioriza-se flexibilidade de consultas declarativas tabelas por rótulo; uso de granularidade média/pequena –prioriza-se economia no espaço de armazenamento tabela de arestas; granularidade pequena –...

74 Projeto do Esquema Relacional Combinações de enfoques podem ser adotadas –exemplo: tabelas por rótulo + granularidade média possibilidade de consulta declarativa a cada tipo de elemento ou atributo até o nível de detalhe desejado certa economia de espaço desempenho médio na reconstrução do doc XML

75 Exemplo 1 – DB2 XML Extender Armazenamento de doc XML –granularidade grande coluna XMLCLOB, XMLVarchar ou XMLFile indexação de elementos e atributos –enfoque de grafo baseado em tabelas por rótulo mapeamento DTD-Tabelas definido pelo projetista

76 Exemplo 1 – DB2 XML Extender Exemplo de armazenamento com granularidade grande TABLE Documentos docID VARCHAR(10) NOT NULL PRIMARY KEY nome VARCHAR(40) conteúdo XMLCLOB;

77 Exemplo 2 – Oracle 9i Armazenamento de doc XML –granularidade grande coluna CLOB indexação textual (palavras-chave) –granularidade pequena virtual mapeamento XSD-Esquema hierárquico OR ou DOM –possibilidade de definir quais elementos e atributos serão mapeados coluna especial do tipo xmltype encapsula o esquema hierárquico do doc esquema hierárquico é mantido em tabelas do SGBD que não são manipuladas pelo usuário (esquema virtual)

78 Exemplo 2 – Oracle 9i Exemplo de armazenamento com granularidade pequena virtual (II) create table DocsXMLEstruturados( docID varchar(10), nome varchar2(40), conteúdo xmltype ) xmltype column conteúdo xmlschema "http://asktom.oracle.com/xsd/purchase Order.xsd"

79 Acesso a Dados XML Armazenamento dos dados XML é relacional –SQL é o padrão para acesso! Esquemas relacionais mais complexos –exs.: granularidade pequena ou tabelas por rótulo –consultas SQL tradicionais resolvem! Esquemas relacionais mais simples –exs.: granularidade grande/média –consultas SQL estendidas ao conteúdo do doc Resultados de consultas no formato XML

80 Consultas ao Conteúdo do Doc Organização física do doc em fragmentos Índices por palavras-chave a fragmentos –buscas por palavras-chave –linguagens de consulta XML podem ser utilizadas para buscas baseadas em nomes de tags ou de atributos Clustering de fragmentos de um mesmo doc

81 Consultas ao Conteúdo do Doc Exemplo1 – DB2 XML Extender select docID, nome from Documentos where extract Varchar (conteúdo, /listaLivros/livro/título) like %XML%

82 Consultas ao Conteúdo do Doc Exemplo2 – Oracle 9i select extractValue (conteúdo,'/listalivros/livro/título') from DocsXMLEstruturados where existsNode(conteúdo,'/listalivros/ livro/autor/nome') = João Silva

83 Resultados de Consultas em XML Uma estrutura XML pode ser gerada como resultado Um doc XML pode ser reconstruído ou gerado SQL/XML –padrão ANSI ISO derivado do SQL –define o tratamento de dados XML pela SQL –diversas funcionalidades geração de elementos, hierarquias de elementos ou docs XML agrupamento e concatenação de elementos ou hierarquias de elementos transformação de estruturas XML através de XSL

84 Resultados de Consultas em XML Oracle 9i e DB2 XML Extender –ambos adotam parcialmente SQL/XML –geração de docs XML Oracle 9i –métodos da API DBMS_XMLGEN geram docs XML a partir do resultado de consultas SQL/XML DB2 XML Extender –definição de um esquema de mapeamento relacional XML (DAD) e uso de métodos específicos de geração ( dxxGenXMLCLOB(), dxxRetrieveXMLCLOB(),...) –geração de relatórios a partir de consultas SQL com formatação XML

85 Resultados de Consultas em XML Exemplo 1 – Oracle 9i com SQL/XML SELECT XMLElement(Editoras", XMLAttributes(e.razao_social AS nome"), XMLAgg( XMLElement(Livro", XMLForest (l.título AS nome, l.ano AS ano, l.nroPags AS páginas)))) FROM editoras e INNER JOIN livros l ON e.código = l.editora GROUP BY e.razao_social;

86 Resultados de Consultas em XML Exemplo 1 – Oracle 9i –Resultado Sistema de Banco de Dados Projeto de Banco de Dados com XML

87 Resultados de Consultas em XML Exemplo2 – DB2 XML Extender dxxGenXMLCLOB( CLOB(100K) EspecifDAD, /* arq. Map */..., CLOB(1M) docXML, /* doc XML result. */ ) defaults.dtd... ?xml version="1.0"?... TEST.TAB1.IMBSSN=TEST.TAB2.IMBSSN... Exemplo de esquema de mapeamento (DAD) Exemplo de uso da função de geração de doc XML

88 Atualização de Dados XML Esquemas de granulação média/pequena –atualizações a nível relacional devem preservar docs XML correspondentes sempre válidos Esquemas de granulação grande –operações de inclusão, exclusão e sobreposição de docs XML

89 Roteiro 1.Introdução 2.Representação de Dados em XML 3.Tecnologia XML 4.XML e Bancos de Dados a.gerenciamento de dados XML através de bancos de dados relacionais b.gerenciamento de dados XML através de bancos de dados XML nativos 5.Conclusão

90 BD XML BD que suporta um modelo lógico para dados XML –requisitos mínimos definição de elementos, atributos, #PCDATA e ordem Adequados a –docs XML fortemente semi-estruturados mapeamento para BD relacional seria complexo! –aplicações que lidam apenas com dados no formato XML Intensa atividade de pesquisa e desenvolvimento

91 BD XML x BD XML Nativo BD XML Nativo –define um modelo de armazenamento físico proprietário para dados XML BD XML –pode ser construído sobre um BD com um modelo lógico e físico diferente exemplo: BD relacional (tabelas e registros) –apenas uma visão lógica XML é disponibilizada

92 BD XML - Características Objetivo –discussão de características encontradas ou desejadas em BD XML Estudo de Caso –SGBD XML Tamino (www.softwareag.com/tamino) Transaction Architecture for the Management of INternet Objects servidor de dados XML desenvolvido pela Software AG suporte a SQL (mapeamento para formato relacional)

93 Coleções Noção lógica de um conjunto de docs XML –a decisão por quais docs XML pertencem a uma coleção fica em geral a cargo da aplicação + : flexibilidade quanto ao conteúdo da coleção - : baixo nível de integridade dos dados –em alguns casos, um esquema XML fixo pode ser associado a uma coleção Consultas e atualizações podem ser direcionadas a coleções

94 Coleções - Tamino 1 BD – n coleções – n esquemas – n tipos de documentos –tipo de documento: definição de elemento raiz – novo doc XML: inserido em uma coleção e válido para algum tipo doc Docs sem esquema mantidos na coleção ino:etc tipos de documentos

95 Consultas Suporte a pelo menos uma linguagem de consulta para XML –uso mais extensivo de XPath –uso de alguns dialetos da XQuery (tendência!) Características desejadas para uma linguagem de consulta para XML –busca por padrões (texto em linguagem natural) –consultas declarativas –resultados de consultas doc XML, fragmentos de docs XML ou novas estruturas XML

96 Consultas - Tamino Suporte a Xpath (chamada X-Query) e XQuery estendidos Geração de docs XML como resultado busca por padrão

97 Atualizações Capacidades de atualização são variadas –possibilidade apenas de substituição de um doc XML completo –API DOM para atualização de nodos –linguagens de atualização declarativas exemplo: XUpdate (consórcio XML:DB) XML:DB –consórcio de empresas responsável pelo desenvolvimento de tecnologias para BDs XML tendência: XQuery como linguagem de atualização

98 XUpdate Sintaxe XML –I / E de elementos, atributos e texto –A do conteúdo de elementos e atributos Exemplo 1: (inclusão de um novo para Maria) Exemplo 2: (remoção do primeiro livro)

99 Atualizações - Tamino XQuery possui capacidades de atualização –insert, delete, rename e replace Exemplos – update (inserção de autor) for $liv in input()/livro where $liv/titulo = XML do(insert ( João Silva ) following $liv/autor[last()]) –update (alteração de de autor) for $aut in input()/livro/autor where $aut/nome = Maria Souza do (replace $aut/ with ( ))

100 Gerência de Transações Controle convencional de concorrência e recuperação contra falhas Granularidade de bloqueios –coleção –doc XML (bloqueio usual – baixo nível de concorrência) –elementos

101 Gerência de Transações - Tamino Usuários definem sessões de conexão com o BD –várias transações podem ocorrer dentro de uma sessão –interrupção da sessão implica rollback de todas as transações pendentes mecanismo de log e backup de dados –deadlock transação mais recente tem prioridade Granularidade de bloqueio é sempre o doc XML –existe um limite máximo de tempo para manter um doc bloqueado

102 APIs - Conectividade Interfaces ODBC tradicionais –conexão com o BD, execução de consultas e atualizações e exploração de resultados Protocolos HTTP –acesso via browsers Web (alguns BDs) Consórcio XML:DB –propõe uma API para BDs XML manipulação de BDs e coleções; execução de consultas Xpath e XUpdate; acesso a resultados de consultas; controle de transações

103 APIs - Tamino Interface principal de acesso é via Web –um servidor Tamino deve estar sempre associado a um Web server (domínio Internet) –define uma API que encapsula chamadas HTTP criação e manipulação de BDs, coleções e docs –acesso: /tamino/ /[ ] Outras formas de acesso –API DOM para aplicações Java, Jscript e Active X –API XML:DB

104 Tamino – Conectividade HTTP

105 Round-Tripping Capacidade de recuperação integral de um doc XML –seqüência textual intacta Funcionalidade importante para DODocs Precisão do round-tripping é diretamente proporcional ao poder de expressão do modelo lógico –BDs XML garantem pelo menos round-tripping a nível de elementos, atributos e seus conteúdos

106 Round-Tripping - Tamino Duas formas de armazenamento –campo longo CLOB utilizado para DODocs e docs XML sem esquema índices de texto podem ser definidos –permite buscas por padrões 100% round-tripping –formato nativo esquema de objetos proprietário utilizado para DODs índices sobre elementos e atributos podem ser definidos garante round-tripping a nível de hierarquia de elementos

107 Armazenamento de Entidades Externas Fragmentos de docs XML podem ser externos –referenciados através de entidades Duas alternativas básicas 1.manter a referência e não incorporar os dados 2.incorporar o conteúdo da referência ao doc XML Alternativa 1 é relevante se o conteúdo é um dado não-XML (imagem, programa,...) Tamino –dados externos são armazenados separadamente (campos longos, em geral) –referências a estes dados são mantidas para fins de reconstrução do doc XML

108 Redundância de Dados Comum em docs XML –um elemento é sub-elemento de diversos elementos Armazenamento não-redundante de elementos em geral não é considerado –difícil identificar unicamente uma instância de elemento –aumento da complexidade de reconstrução da hierarquia do doc XML Tamino –mantém armazenamento redundante

109 Integridade Referencial Referências em um doc XML –atributos id / idref –definição de links internos ou externos Integridade referencial em geral controlada a nível de referências internas ao doc XML

110 Integridade Semântica RIs a nível de esquemas XML são limitadas –ordem hierárquica e restrições de cardinalidade –tipo de dado de elementos e atributos –valores permitidos Basicamente estas RIs são controladas em BDs XML Carência de um mecanismo de integridade mais robusto –similar a BD relacional (SQL/DDL)

111 Integridade Semântica - Tamino Definição de valores possíveis (fixos, defaults, enumerações,...) Integridade referencial controlada por funções de extensão (para cada caso indicado na trigger) controles de integridade

112 Projeto de um BD XML Não há uma metodologia consolidada Projeto tradicional de um BD –(i) especificação de requisitos; (ii) modelagem conceitual; (iii) modelagem lógica e (iv) modelagem física ou implementação –pode ser aplicado a um BD XML adequado a DODs –foco nos dados; docs XML fortemente estruturados no caso de DODocs –revisão da modelagem física: considerar a existência de informação textual não-estruturada no conteúdo de elementos

113 Guia para Projeto de BD XML 1.Especificação de requisitos levantamento das necessidades de dados 2.Modelagem conceitual uso de um modelo de dados convencional (ex.: ER) 3.Modelagem lógica uso de um modelo de dados baseado em grafo adequado à representação de uma hierarquia XML 4.Modelagem física especificação do esquema XML (DTD ou XSD)

114 Modelagem Conceitual - Exemplo Autores nome (0,N) autoria (1,N) Livros (0,N) títuloISBN organização (1,N) (1,1) Capítulos ordem nome referências (0,N)

115 Modelagem Lógica Grafo orientado Nodos não-terminais (ou não-léxicos) –mapeamento de entidades do ER –modelam elementos compostos Nodos terminais (ou léxicos) –mapeamento de atributos do ER –modelam conteúdo de elemento ou de atributo Arestas rotuladas com restrições de cardinalidade –mapeamento de relacionamentos ou associações entidade-atributo do ER –modelam relacionamentos hierárquicos ou associações elemento-atributo no doc XML

116 Modelagem Lógica Eleição do nodo não-léxico central –entidade central na modelagem conceitual a partir dela uma hierarquia de nodos pode ser definida a partir de seus relacionamentos no ER exemplo: Livro –um nodo raiz deve ser definido como pai deste nodo (cardinalidade 1:N) sugestões de nomenclatura –conjunto de ocorrências da entidade central (ex.: Livros) –contexto do domínio (exs.: Livraria, Biblioteca,...) Mais de um nodo central pode existir... –entidades independentes (ex.: livros e funcionários de uma biblioteca) –todos serão filhos do nodo raiz (ex.: biblioteca)

117 Modelagem Lógica - Exemplo (1,N) Livro (1,1) ISBN Autor Título (1,1) Nome (0,N) (1,N) Capítulo (1,1) Nome (1,1) Ordem Livros (1,N) nodo raiz nodo centralnodo léxico nodo não-léxico (0,N) Referência

118 Modelagem Física Definição de elementos e atributos do esquema –nodos não-léxicos elementos compostos –nodos léxicos elementos #PCDATA ou atributos Determinação da ordem de sub-elementos –análise das arestas que partem do nodo não-léxico Modelagem física de um nodo léxico –como atributo economia de espaço no doc XML possibilidade de definição de restrições de integridade –como elemento recomendado para conteúdos extensos

119 Modelagem Física - Exemplo (1,N) Livro (1,1) ISBN Autor Título (1,1) Nome (0,N) (1,N) Capítulo (1,1) Nome (1,1) Ordem Livros (1,N) (0,N) Referência

120 Modelagem Física - Revisão ordem implícita para capítulos capítulos com conteúdo textual

121 Roteiro 1.Introdução 2.Representação de Dados em XML 3.Tecnologia XML 4.XML e Bancos de Dados a.gerenciamento de dados XML através de bancos de dados relacionais b.gerenciamento de dados XML através de bancos de dados XML nativos 5.Conclusão

122 Conclusão Uso amplo de XML requer soluções para gerenciamento de dados XML –tema de pesquisa atual na comunidade de BD Duas frentes de pesquisa/desenvolvimento –extensão de SGBDs relacionais –desenvolvimento de SGBDs XML nativos SGBDs XML nativos irão vingar?...

123 Conclusão Argumentos a favor de BDs XML nativos –dados XML são semi-estruturados overhead de gerenciamento para BDs não-XML –aplicações com regras de negócio pouco claras ou muito dinâmicas flexibilidade estrutural de docs XML modela melhor as transações e dados personalizados do negócio –custo da extensão de um BD não-XML incorporação da tecnologia XML, mapeamento de/para o formato XML –aplicações que lidam apenas com dados XML por quê adquirir um BD não-XML? –sub-utilização de recursos; recursos para o gerenciamento de dados XML é limitado ou complicado

124 Conclusão SGBDs XML nativos irão vingar? –não há resposta imediata... –provavelmente não serão A nova geração de SGBDs BDs relacionais continuam adequados a muitas categorias de aplicações XML tornar-se-á um modelo de dados de uso extensivo para BDs como o modelo relacional?

125 Referências Tecnologia XML –http://www.w3c.org/xml XML & BD –http://www.rpbourret.com/xml/XMLAndDatabases.htm SQL/XML –http://otn.oracle.com/tech/xml/xmldb/htdocs/sql_xml.html XML:DB – SGBD XML Tamino –http://www.softwareag.com/tamino


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