XML et les BD 1 Introduction 2 Modle

XML et les BD 1. Introduction 2. Modèle de données 3. Langage de requêtes 4. Produits 5. Conclusion 6. Exécution/Optimisation de Requêtes

1. Introduction Générations de BD • Réseau et hiérarchique 70 - 80 • Relationnel 80 - 90 • Objet-Relationnel 90 - … Web et BD • • • Introduction un rendez-vous manqué couplage faible par serveur d'applications le Web est une vaste BD distribuée la structuration est faible plutôt orienté documentaire. . . III. 2

XML s'impose Intégration des données et méta-données Standard d’échange de données universel Les BD ne peuvent rester indifférentes : • nécessité de stocker les documents XML • nécessité de pouvoir interroger ces documents • évolution ou révolution ? Quel modèle de données ? Quel langage d'interrogation ? Quelle intégration avec l'existant ? Introduction III. 3

Limites de SQL Mauvais support de l'imbrication • GROUP BY limités • Généralement dans les éditeurs de rapports SQL 3 trop complexe • Requêtes imbriquées difficiles • Méthodes en qualification coûteuse • Références pas très claires Peu adapté à XML • Vision tabulaire • Manipulation par des fonctions (SQL/XML) SQL à 30 ans ! • Inventé en 1970 pour la gestion • XQuery le successeur ? Introduction III. 4

Exemple de documents <? xml version="1. 0"? > <Restaurants region="Normandie" version="2. 0"> <Restaurant type="francais" categorie="***"> <Nom>Le Grand Hôtel</ Nom> <Adresse> <Rue>Promenade M. Proust </Rue> <Ville>Cabourg</Ville> </Adresse> <Manager>Dupont</Manager> <Menu>Plat du jour</Menu> </Restaurant> Introduction III. 5 <Restaurant type="francais" categorie="**"> <Nom>L'Absinthe</Nom> <Adresse> <No>10</No> <Rue>quai Quarantaine </Rue> <Ville>Honfleur</Ville> </Adresse> <Téléphone>0231893900 </Téléphone> <Manager>Dupont</Manager> <Manager>Durand</Manager> <Menu Prix="12"> Fruits de Mer </Menu> </Restaurants>

2. Modèle de données Schémas flexibles et irréguliers • Optionnels, avec ou sans DTD Données auto-descriptives • Balises et attributs Modèle de type hypertexte • Support des références Éléments atomiques ou complexes • Composition par agrégation Types de données variés et extensibles • Textes, numériques, …, types utilisateur Modèle semi-structuré III. 6

Le modèle de données XQuery Data Model Modèle des schémas et de XPath 2 Un document est un arbre à nœud étiqueté Chaque nœud possède une identité Exprimé en XML, souvent représenté graphiquement Une forêt est une collection de documents de même schéma Une source de données est soit un document, soit une forêt Modèle semi-structuré III. 7

Diagramme XML Spy Modèle semi-structuré III. 8

Et les documents sans schéma ? Solution Possibilité de stocker des documents sans schéma • Forêt fermée versus forêt ouverte • Construction et gestion dynamique des schémas • Notion de "document guide" ou DTD généralisée • Schéma faible avec typage string • Possibilité d’inférer des types à partir des valeurs • Le SGBD génère un schéma (arbre couvrant sans feuilles) • Maintenu lors des mises à jour (compteur d'utilité) • Schéma de base pour l'interrogation Facilite la conception • Dégager des collections de documents apparentés • Le SGBD conçoit pour vous ! Modèle semi-structuré III. 9

Bilan Modèle de données Un standard riche • schémas standardisés depuis 3 mai 2001 • Représentation graphique ad-hoc • Génération automatique en cas d'absence Faut-il un autre modèle que les schémas ? • • Doit couvrir les schémas Doit couvrir les DTD Doit couvrir l'absence de schéma et DTD Syntaxe plus simple Modèle semi-structuré III. 10

3. Langage de requêtes MODELE LANGAGE REQUETES Hiérarchique DML DL 1 Réseau DML CODASYL Relationnel SQL: SELECT … Objet OQL XML ? ? ? Langages de requêtes III. 11

Qu’est ce que XQuery ? XQuery est le langage de requêtes pour XML défini et standardisé par le W 3 C XQuery s’impose comme le langage de requêtes: • Pour les bases de données XML natives • Pour les documents XML textuels (XQuery Text) • Pour l’intégration de données (bases de données virtuelles) Le besoin d’interroger les bases relationnelles en XQuery existe • Pour l’intégration et la publication de données • Compétition avec les extensions de SQL (SQL/XML) Langages de requêtes III. 12

Objectifs Puissance de SQL Recherche d'information Types XML Schema XPath 2 Structure d'arbres Langages de requêtes Langage fonctionnel III. 13

La base Proposé par IBM , MS, AT&T, Data Direct, . . . Langage fonctionnel type CAML Forme de requête élémentaire • • FOR $<var> in <forest> [, $<var> in <forest>]+ //itération LET $<var> : = <subtree> // assignation WHERE <condition> // élagage RETURN <result> // construction Les forêts sont sélectionnées par des Xpath (document ou collection) Le résultat est une forêt (un ou plusieurs arbres) Langages de requêtes III. 14

Exemple 1 : XPath (Q 1) Noms de tous les restaurants : collection(“Restaurants”)/Restaurant/Nom/text() collection(“Restaurants”)/Restaurant/Nom Langages de requêtes III. 15

Exemple 2 et 3 : XPath + Expression régulière • Menu de tous les restaurants collection(“Restaurants”)//Menu Accès via indice à attribut • Donnez le nom des menus du premier restaurant collection(“Restaurants”)/Restaurant[1]/Menu/@Nom Langages de requêtes III. 16

Exemple 4 : Sélection Lister le nom des restaurants de Cabourg: collection(“Restaurants”)/Restaurant [Adresse/Ville= “Cabourg"] /Nom <resultat> {for $R in collection("Restaurants")/Restaurant where $R/Adresse/Ville = “Cabourg” return {$R/Nom}} </resultat> Langages de requêtes III. 17

Exemple 5 : Jointure Lister le nom des Restaurants avec téléphone dans la rue de l'Hôtel Lutecia: for $R in collection("Restaurants")/Restaurant, $H in collection("Hotels")/Hotel where $H//Rue = $R//Rue and $H//Nom = "Le Lutecia" return <Result> {$R/Nom} {$R/Téléphone} </Result> Langages de requêtes III. 18

Exemple 6 : Restructuration d'arbre Construire une liste de restaurants par Ville for $c in distinct(collection(“Restaurants”)/Restaurant//Ville) return <Ville>{$c}</Ville> <Restaurants> {for $r in collection(“Restaurants”)/Restaurant where $r//Ville = $c return {$r}} <Restaurants> Langages de requêtes III. 19

Exemple 7 : Imbrication en Where Adresses des hotels dans des villes ayant des restaurants trois étoiles for $h in collection(“Hotels”)/Hotel where $h/Adresse/Ville in for $r in collection(“Restaurants”)/Restaurant where $r/@categorie = "***" return {$r/Adresse/Ville/text()} return {$h/Adresse} Langages de requêtes III. 20

Syntaxe Simplifiée (XLive) // Réduite à FWR XQuery : : = For. Clause [Where. Clause] Return. Clause For. Clause : : = “for” Var. Def [, Var. Def] … Var. Def : : = “$”Var. Name “in” “collection” “(” Quoted. Text “)”/XPath Where. Clause : : = “where” Cplex. Cond : : = Cond | Cond AND Cplex. Cond | Cond OR Cplex Cond : : = Expr Op Constant | Expr Op Expr | “contains(” Expr , Text “)” Op : : = “=” | “!=” | “<=” | “>=” Expr : : = “$”Var. Name/XPath Return. Clause : : = “return” XMLElement* XMLElement : : = “<”tag“>”XMLElement“</”tag“>”| “{” XPath“}”*| “{” XQuery“}”* Var. Name : : = Any variable name. Tag : : = XML label Quoted. Text : : = Any text between quotes " …“ Constant : : = Quoted text or number XPath : : = XPath expression restricted to child and descendant directions Langages de requêtes III. 21

Exemple 8 : Agrégat simple Combien de restaurants y-a-t-il en collection ? let $R : = collection(“Restaurants”)/Restaurant return <Nombre. Restaurant > {count ($R)} </Nombre. Restaurant> Langages de requêtes III. 22

Exemple 9 : Agrégat partitionné Lister le nom de chaque restaurant avec le prix moyens des menus proposés • for $r in collection(“Restaurants”)//Restaurant let $a : = collection(“Restaurants”)// [Restaurant = $r]//Menu/@Prix return <resultat> {$r/Nom} <avg. Prix>{AVG($a)}</avg. Prix> </resultat> Langages de requêtes III. 23

Exemple 10 : recherche textuelle Lister les bons restaurants de Paris • for $r in collection(“Restaurants”)//Restaurant where (contains ($r/Comments, “Bon”) or contains ($r/Comments, “Excellent”)) and $r/Adresse/Ville = “Paris” return {$r/Nom} Langages de requêtes III. 24

Exemple 11 : Ordre et désordre Lister les bons restaurants de Paris par ordre alphabétique for $r in unordered(collection(“Restaurants”)//Restaurant) where (contains($r/Comments, "Excellent”) or contains($r/Comments, "Good”)) and $r/Adresse/Ville = “Paris” return {$r/Nom} orderby ($r/Nom descending) Langages de requêtes III. 25

Exemple 12 : Multi-requêtes Construire un document avec en-tête, titre, liste restaurants peu chers, titre, liste restaurants chers <XML_document> <Very_Expensive_Restaurants> <Title>List of very expensive restaurants</Title> {for $r in collection("Restaurants”)//Restaurant where every $p in $r/Menu/@Prix satisfies ($p>100) return {$r}} </Very_Expensive_Restaurants> <Very_Inexpensive_Restaurants> <Title>List of very inexpensive restaurants</Title> {for $r in collection(“Restaurants”)//Restaurant where some $p in $r/Menu/@Prix satisfies ($p<10) return {$r}} <Date>{date()}</Date> </Very_Inexpensive_Restaurants> </XML_document> Langages de requêtes III. 26

Exemple 13 : String Trouver les livres dans lequel le nom d'un élément se termine par "or" et le même élément contient la chaîne "Suciu" quelque part. Pour chaque tel livre, retourner le titre et l'élément qualifiant. for $b in document("document")//book let $e : = $b/*[contains(string(. ), "Suciu") and ends-with(local-name(. ), "or")] where exists($e) return <book> { $b/title } { $e } </book> Langages de requêtes III. 27

Fonctionnalités XQuery Text Recherche sur mot-clés Recherche de phrase Support des mots de laiaison Recherche sur préfix, suffix, infix Normalisation des mots, accents, capitales, … Langages de requêtes Recherche par proximité (unité = mots) Spécification de l'ordre des mots Combinaison logic avec AND, OR , NOT Recherche par similarité Tri des résultats par pertinence III. 28

Bilan XQuery Véritable langage de programmation Très puissant • • Sur des forêts dont les arbres sont des documents Questions ? Sélection Jointure Imbrication Restructuration Agrégation Tri Plein texte … Langages de requêtes III. 29

4. Aperçu des produits Systèmes natifs • Technique spécialisée de stockage et recherche • Extension des techniques documentaires à l'élément SGBD relationnels étendus • Séparation des éléments et du graphe • Mapping en tables SGBD objet adapté • Utilisation d'une structuration objet (DOM) • Un produit : Excelon (Object Store) • Racheter par Progress Software SGBDX III. 30

4. 1 SGBD Natif XML SGBD • conçu pour XML, • stockant les documents en entiers sans les décomposer en éléments, • utilisant de techniques d'indexation d'arbres spécifiques. XML Stockage XML Requête XML Recherche XML Noyau SGBD Concurrence, Fiabilité Forêts d'arbres SGBDX III. 31 Index

Indexation Plein Texte Utilisation d'un thésaurus au chargement • • • ensemble de termes reliés liste des mots importants synonymes et préférés spécialisations, traductions Standards ISO 2788 et ANSI Z 39. 19 Stémisation (racine) ou lémisation (préféré) Listes inverses • fichiers de mots significatifs • pour chaque mot, adresse document (élément+offset) SGBDX III. 32

Principaux produits De multiples start-up • • Software A. G. Tamino http: //www. softwareag. com/ X-Hive/Db http: //www. x-hive. com/ Coherity http: //www. coherity. com/ IXIA soft http: //www. ixiasoft. com/ XML Global http: //www. xmlglobal. com/ Neo. Core http: //www. neocore. com/ Xyleme http: //www. xyleme. com/ Exist http: //exist. sourceforge. net/ Intégration comme type spécialisé à SGBD OR • DB 2 XML Extender, Oracle XML DB, SQL Server 2005 SGBDX III. 33

Xyleme Entrepôt XML efficace Architecture distribuée • Cluster de PCs • Communication avec Corba Développé sur Linux en C++ Support du langage de requêtes Xy. QL • OQL étendu avec des expressions de chemins • Recherche plein texte en éléments efficace SGBDX III. 34

Xyleme Functionnalities SGBDX III. 35

Xyleme: Natix Repository Objectifs • Minimiser les I/O pour accès directe et balayage • Accès direct efficace via index et identifiant • Compression des données sans pénaliser les accès Stockage efficace d’arbre • Pages de taille fixe classique • Enregistrements de taille variable à l’intérieur Equilibrage des arbres par éclatement de pages SGBDX III. 36

Xyleme: Architecture Physique Xy. Query Global Query Manager Local Query Manager Loader/Indexer Repository Context Local Query Manager Loader/Indexer Xy. Index Repository Context xy. Index SGBDX III. 37 Xy. Index xy. Index

Xyleme: Exemple de Requêtes • Extension de OQL avec XPath • Orientation recherche textuelle Select boss/Name, boss/Phone From comp in Business. Domain, boss in comp//Manager Where comp/Product contains “Xyleme” SGBDX III. 38

Xyleme Indexation Liste inversée standard • mot documents contenant ce mot Index Xyleme • mot éléments contenant ce mot (document + élément identifier) La plupart des requêtes sur mots-clés sont traitées en index, sans accès aux documents Possibilité d’enrichir la requête via un thésaurus avant la recherche en index SGBDX III. 39

4. 2 Mapping SGBDR Composant logiciel au-dessus d'un SGBDR assurant: XML • le stockage et l'interrogation de documents XML • en transformant le XML en tables • et les tables en XML XQuery Recherche XML Stockage XML SQL SGBD Tables de lignes SGBDX III. 40 XML Index

Exemple de Mapping Restaurant(#R, Nom, Tel) SGBDX Adresse(#R, N°, Rue, Ville) Manager(#R, Nom) III. 41

SQL/XML Intégration de fonctionnalités XQuery à SQL Support à la SQL 3 • • Type de donnée natif XML Type (colonnes XML) Fonctions d’extraction XPath Fonctions de construction de XML (pont relationnel) Insertion et Maj de XML en colonne(s) Exemple de requête SELECT XMLElement("Emp", XMLForest ( e. hire, e. dept AS "department") )AS "result“ FROM EMPLOYEE e WHERE Extract. Value(e. XMLemp, /emp/@id) > 200; Intégré à Oracle et DB 2 SGBDX III. 42

Fonctions SQL/XML Fonction Rôle XMLAgg prend en argument une collection de fragments et retourne un document XML agrégé ; XMLConcat reçoit en argument une série d’instances XMLType correspondant aux valeurs d’une colonne pour les lignes d’une table et retourne les instances concaténées ; XMLElement prend en argument un nom d’élément, une collection d’attributs optionnels, un contenu d’élément et retourne une instance XMLType ; XMLForest XMLCol. Att. Val convertit la suite de ses argument en XML et retourne un fragment XML concaténation des arguments convertis ; converti une valeur de colonne en XML ; XMLSequence transforme une suite de lignes référencées par un curseur en séquence XML ; XMLTransform applique une feuille de style XSL à une instance XMLType et retourne une instance XMLType ; Extract. Value. reçoit en argument une instance XMLType et une expression XPath et retourne la valeur scalaire des nœuds sélectionnés reçoit en argument une instance XMLType et une expression XPath et retourne une instance XML représentant les nœuds sélectionnés. Extract. XML SGBDX III. 43

Oracle XML/DB Stockage et publication • • Mapping de XML plat sur une table Mapping de XML imbriqué en tables imbriquées Stockage de XML en colonne (XML Type) Commandes Put. Xml et Get. Xml Interrogation • Support de SQL/XML • Servlet XSQL • document XML avec requêtes SQL/XML • transformation du résultat des requêtes en XML SGBDX III. 44

Microsoft: SQL Server 2005 Stockage de XML • Stockage natif comme "XMLtype" • Mapping de XML en tables • défini par assistants • exécuté par procédures stockées • Stockage en Large OBject • varchar et varbinary Interrogation en XML • XQuery et XML DML • Proposé pour interroger et mettre • • SGBDX à jour les données XML • Possibilité de définir des vues XML et de les interroger SELECT … FOR XML • Retourne du XML à partir de requêtes SQL et permet de définir le format du XML retourné Open. XML • Manipulation de documents XML comme des tables avec des procédures stockées SQL Server Row. Set III. 45 XPath XQuery SQL XML View XML Files XML

XQuare Bridge (Open Source) Extraction XML • via XQuery traduite en SQL Scripts XQuery API XML/DBC Extractor Mapper Stockage XML en base • Mapping via schema • Accélérateur XTree (Repository) JDBC Portable • Oracle, SQLServer, Post. Gres, … SGBDR Version industrielle SGBD • www. datadirect. com SGBDX BD relationnelle III. 46 Règles de Mapping API SAX 2

Natif versus XORDBMS Points forts XOR Points forts Natif • pas de nouveau SGBD • possibilité de normaliser les données • possibilité de stocker comme valeur d’attribut • une certaine portabilité multi. SGBD • performance pour accès grain fin SGBDX • un nouveau SGBD fait pour XML • jamais de mapping à définir et maintenir • intégrité du document • recherche plein texte • performance pour accès gros grain III. 47

5. Conclusion XML peut-il changer les bases de données ? • • Recherche en BD semi-structurées Besoin de schémas faibles (XML Schéma) Langage de requêtes standardisé (XQuery) L'effet du Web. . . Intégration douce à l'Objet/relationnel • Transformation en tables • Gestion du graphe • Support des textes libres niveau élément III. 48

Résumé XML fournit un cadre uniforme pour : • • échanger des données structurées (DTD, schéma) échanger des données semi-structurées (graphes) interroger des documents (XQuery) intégrer des sources de données hétérogènes (table, multimédia) Beaucoup de travaux sont en cours • Gestion efficace au sein d'Oracle, de DB 2, etc. • Construction de middlewares pull/push fondés sur XQuery • Construction de SGBD pur XML (Xylème, etc. ) III. 49

Implémentation XQuery Introduction Algèbre XML Génération des plans

1. Introduction Des techniques en évolution • Beaucoup de recherche sur XML DB Extension des techniques relationnelles • • Algèbre XML Réécriture de requêtes en arbre algébrique Transformation et optimisation des arbres Prise en compte des index de structure et contenu III. 51

Techniques de base XQuery Parser Analyse de la requête Normalisation Mise en forme normale Transformation et simplification Génération d'un plan d'exécution Optimizer Optimisation Query Plan Run Time Machine d'exécution de l'algèbre III. 52

2. Algèbres pour XML De multiples algèbres • Jagadish H. V. , Lakshmanan L. V. S. , Srivastava D. , Thompson K. TAX: A Tree Algebra for XML, Proc. DBPL Conf. , Roma Italy, 2001. • Fernandez M. , Simeon J. , Wadler P. . An Algebra for XML Query, In Foundations of Software Technology and Theoretical Computer Science, New Delhi, 2000. • Zaniolo C. The Representation and Deductive Retrieval of Complex Objects, Proc 11 th VLDB, Stockholm, 1985. • Galanis L. , Viglas E. , De. Witt D. J. , Naughton J. F. , Maier D. Following the Paths of XML: an Algebraic Framework for XML Query Evaluation, 2001 • Tuyet-Tram Dang-Ngoc and Georges Gardarin Federating heterogeneous data sources with xml, IKS 2003 III. 53

XAlgèbre Proposée et implémentée pour un médiateur • XQuare • XLive à l’UVSQ Besoin d’une algèbre adaptée à XQuery • XTuples, représentation de données semi-structurées • XOpérateurs, une extension des opérateurs relationnels, manipulant les XTuples. III. 54

XTuples Pourquoi ce besoin de nouvelle représentation? • Valeurs nulles • Attributs multivalués • Extensions Nécessité d’une représentation adaptée aux données semistructurées. Nom Prénom Club Palmarès Mutu Adrian NULL Coupe d’Italie Palermo Martin Villareal NULL Del Piero Allessandro FC Juventus Ligue des champions, Championnat d’Italie III. 55

XTuples : représentation Un XTuple est composé de • un ensemble d’arbre A • un ensemble de références R sur les nœuds des arbres A. • Ces références sont appelées XAttributs. Les opérations relationnelles se font sur R. Les parcours et recomposition se font sur A. Un ensemble de XTuples du même type forment une XRelation R A a/b a/c f/h/i f a f c b A C E a j F f c b d H III. 56 e. D d B G h i g g e. J I h i K j L

Les XOpérateurs étendus du relationnel adapté aux données semistructurées. Ils opèrent sur les XRelations (composées de XTuples) Semi-pipeline Full-pipeline • XJoin. Hash Non-bloquant • XConstruct Bloquant • XMin • XJoin. Multi. Hash • XIntersection Xsource (‘PLAYERS’) (‘STADIUM’) ( « STADIUM » ) Xsource (‘STADIUM’) ( « STADIUM » ) Relation Étudiée Dans son intégralité • XMax Puis jointure XTuple Hashage 1° relation, avant de retourner un XTuplepar XTuple • XOrder. Byde la relation 1 Puis 2° XOrder. By U XJoin. Hash XUnion III. 57 • XRestrict • XProject • Xunion • XProduct • XJoin. Simple • XSource

Construction et Projection XSource • • construction XAttribut construction forêt ordre de la source non-bloquant a bc <SAX/> XProjection • destruction de colonnes • destruction de (sous-) arbres • ordre préservé • non-bloquant XSource a bc bc XProjection III. 58

Filtrage XRestriction • destruction de lignes complètes • ordre préservé • non bloquant a bc XRestriction III. 59

Union XUnion • ordre préservé en mode bloquant, non préservé sinon • bloquant ou non suivant paramétrage a bc XUnion a bc III. 60

Jointure XJointure • Jointure des tables et juxtaposition d'arbres • ordre préservé en mode bloquant, non préservé sinon • bloquant ou non suivant paramétrage XFusion • Concaténation d'arbres a bc XJointure a bc d ef III. 61

Algèbre XML : Imbrication Opérations d’imbrication nécessaire pour calculer les éléments multivalués • Exemple : • for $r in //restaurant • Let $m : = $r//menu • Return ($r/name, $r/region, count($m)) Solution: introduire les opérateurs Nest/Unest • $r. Project(/name, /region, //menu) $r 1 • $r 1. Nest(/name, /region, //menu*) En plus court et plus puissant: • $r. Project((/name), /region, //menus*) Aussi utile pour les quantifiers (quel que soit = every) III. 62

Algèbre XML: Valeurs nulles Nul en XML à deux aspects • Élément vide <region /> • Elément absent XQuery recherche les prédicats vrai (non nuls) • Elément en condition obligatoire XQuery permet les éléments vides en résultat • Correspond à une valeur optionnelle Doit être pris en compte par l’algèbre • Les restrictions peuvent éliminer les nuls • Les jointures sont des (left/right) outer join si le résultat n’est pas soumis à condition III. 63

Annotation des attributs Les attributs des XRelations sont associés à un XPath • $r/nom, $r/region, $r/offer/menus/menu Chaque attribut peut être annoté style DTD • A 0 = optional, A 1 = mandatory • A* = nested optional, A+ = nested mandatory Les attributes peuvent être la base d’un groupe d’imbrication • (A, B) Exemple • ($r/nom 1), $r/region 0, $r/offer/menus/menu* III. 64

XAlgebra: Vue d’ensemble Datasource. XSource (Path seq, atomic XQuery) XRelation • Transform a source in an XRelation of attributes Path sequence XRelation. XRestrict (unary Constraint) XRelation • select Xtuples satisfying conditions on attribute values XRelation. XProject (Path seq) XRelation • Remove attributes that are not in path sequence XRelation. XJoin (XRelation, binary Constraint) XRelation • join of two XRelations on attribute values XRelation. XFusion (Path seq) XRelation • Remove attributes and merge each XTuple trees in one of given schema XRelation. XReconstruct (Path seq) XML • Extract XML documents of given schema from the XRelation III. 65

Implémentation des algorithmes XSélection XJointure • Par accès à index • Intérêt d'indexer tous les mots • Intersection et union des adresses selon critères • Filtrage final pour vérifier • • III. 66 Par accès aux index Par produit cartésien Par tri-fusion Par hachage • Intérêt du pipline

3. Techniques de Représentation Notion de modèle d’arbre (Tree Pattern) Jagadish VLDB 2002 Principe des modèles d’arbres généralisés (GTP) Utilisation des GTP pour XQuery Optimisation & performances Variante : TGV (N. Travers) III. 67

TPQ (Tree Pattern Query) TPQ = arbre modélisant une requête. • Il est destiné à être « mappé » sur l’arborescence du document XML cible $a Arbre T 1 $b $e $c Arbre T 2 ancêtre $f $d parent $g : relation ancêtre-descendant : relation père-fils III. 68

GTP (Generalized Tree Pattern) Le GTP ajoute au TPQ des arcs en pointillés symbolisant des relations optionnelles GTP: G=(T, F) T: arbre F: formule Chaque nœud de l’arbre T est labellisé par une variable et possède un numéro de groupe. F est une formule booléenne vérifiant les prédicats applicables aux nœuds. Un ensemble de nœuds forment un groupe s’ils sont reliés entre eux par des liens non optionnels. III. 69

GTP - Exemple FOR $p IN document(“auction. xml”)//person, $l IN $p/profile WHERE $l/age > 25 AND $p//state != ‘MI’ RETURN <result> {$p//watches/watch} {$l/interest} </result> $p (0) $s $w (0) (1) $l (0) $t $g (1) (0) $p. tag = person & $s. tag = state & $l. tag = profile & $i. tag = interest & $w. tag = watches & $t. tag = watch & $g. tag = age & $g. content > 25 & $s. content != ‘MI’ $i (2) Relation optionnelle Numéro de groupe (par convention le groupe 0 inclut l’élément root) III. 70

Pattern Match Un « Pattern Match » de l’arbre G dans une collection d’arbres C est un sous-arbre h partiel h: G C tel que: • h contient au moins le groupe 0 de G. • h préserve la structure relationnel de G. • h vérifie la formule booléenne F de G. III. 71

Pattern match : Exemple On mappe le GTP sur l’arborescence XML $p (0) $s $w (0) (1) GTP XML 1 people $l (0) $t $g $i (2) (0) 11 person 2 3 6 9 address watches profile 4 5 7 8 state city watch “s 1” 12 address 10 13 14 16 17 city age interest age state “ 30” “s 2” “ 28” Résultat = H 1: $p->2, $s->4, $l->9, $g->10, $w->6, $t->7 III. 72 15 profile

GTP Universel Il permet de modéliser les requêtes contenant le quantificateur « EVERY » dans la clause « WHERE » Un GTP universel est un GTP G=(T, F) tel que plusieurs arcs soient étiquetés ‘EVERY’ Un arc peut être étiqueté ‘EVERY’ seulement s’il pointe sur un nœud atteignable par des arcs non optionnels depuis le nœud racine III. 73

GTP Universel : Exemple FOR $o IN document(“auction. xml“) WHERE EVERY $b in $o/bidder SATISFIES $b/increase>100 RETURN <result> {$o} </result> (0) $o (1) $b F_L : pc($o, $b) & $b. tag = bidder F_R: pc($b, $i) & $i. tag = increase & $i. content >100 $b: [F_L → $i: (F_R) (2) $i III. 74

GTP Requête imbriquée FOR $p IN document(“auction. xml”)//person LET $a : = FOR $t IN document(“auction. xml”)//closed_auction WHERE $p/@id = $t/buyer/@person RETURN <item> {FOR $t 2 IN document(“auction. xml”)//europe/item WHERE $t/itemref/@item = $t 2/@id RETURN {$t 2/name}} </item> WHERE $p//age > 25 RETURN <person name = {$p/name/text()}> {$a} </person> → Récupère le nom et les items achetés en europe, par toutes les personnes agées de plus de 25 ans. III. 75

GTP Requête imbriquée (2) (0) $p $g (0) (1. 0) $t (1. 1. 0) $e $n 1 $b $i $t 2 (1. 1. 0) (2) (1. 0) (1. 1. 0) $n 2(1. 1. 1) III. 76 $p. tag = person & $g. tag = age & $n 1. tag = $n 2. tag=name & $b. tag = buyer & $t. tag = closed_auction& $i. tag = itemref & $t 2. tag = item & $g. content > 25 Join Condition: $p. id=$b. person & $i. item=$t 2. id

Transformation XQuery en GTP XQuery : “FLWR” Une expression FLWR : For. Clause : : = FOR $fv 1 IN E 1, … , $fvn IN En. (Let. Clause : : = LET $lv 1 : = E 1, … , $lvn : = En. ) Where. Clause : : = WHERE (E 1, … , En). Return. Clause : : = RETURN {E 1} … {En}. Ei : : = FLWR (Requêtes imbriquées) | XPATH. III. 77

Algorithme de transformation Il prend en entrée une expression FLWR et renvoie un GTP Il parse au fur et à mesure la requête XQuery en utilisant la récursivité afin de gérer les expressions FLWR imbriquées dans une clause ‘FOR’ par exemple Le parsing d’une expression Xpath entraîne la création d’un nouveau nœud dans le GTP résultat III. 78

4. Plan d’évaluation La principale motivation derrière les GTP est de fournir une base pour une exécution efficace. Pour cela: • Supprimer les correspondances répétées pour des TPQ similaires. • Retarder la matérialisation des nœuds autant que possible. III. 79

Algèbre physique Index Scan ISp(S) : • Sort chaque nœud satisfaisant le prédicat p en utilisant un index pour les arbres S d’entrée. Filter Fp(S) : • Sort seulement les arbres satisfaisant le prédicat p des arbres S. L’ordre est préservé. Sort Sb(S) : • Trie la séquence d’entrée des arbres S sur la base de tri b. Value Join Jp(S 1, S 2) : • une comparaison des deux séquences d'arbres d'entrées, par le prédicat de jointure p. L'ordre de la séquence de sortie est basé sur l'ordre de séquence d'entrée gauche de S 1. III. 80

Algèbre physique (2) Structural Join SJr(S 1, S 2): • Les séquences d'arbres S 1 et S 2 doivent être triées en fonction du noeud id. L’opérateur joins S 1 et S 2 basés sur la relation r entre eux (pc ou ad)pour chaque paire. La sortie est triée sur S 1 ou S 2 si besoin. Group By Gb(S) : • l'entrée S est triée sur le group by basé sur le prédicat b. Merge M(S 1, …, Sn) : • Les Sj doivent avoir la même cardinalité k. Pour chaque 1≤i≤k, joindre l'arbre i avec chaque entrée sous une racine artificielle, et produire l'arbre. L'ordre est préservé. III. 81

Traduire le GTP en plan physique Utilisation d'un algorithme spécifique pour générer le plan physique à partir du GTP Obtention d'un plan du type : M G person, profile SJ watches/watch G person, profile S person, profile OSJ profile/interest S III. 82 F : filter IS : tag index scan SSJ : structural semi-join SJ : strcutural join OSJ : outer structural join S : sort M : merge

Optimisation grâce aux schémas Principe : • les informations contenues dans le schéma XML (. xsd) vont permettrent d’optimiser les GTP et les plans d’exécution physique en résultant III. 83

Élimination des nœuds « internes » a//b//c a//c $a $a $b $c $c Seulement si le schéma spécifie que tout chemin de a à c passe par un élément b III. 84

Deux nœud pour le même élément XML FOR $b IN …//book $b WHERE $b/title = ‘Germinal’ $b RETURN <x> {$b/title} {$b/year} </x> $t $t 2 $y Seulement si le schéma spécifie que tout livre ne possède qu’un titre ! III. 85 $t $y

Éliminer les nœuds inutiles FOR $a IN …. /a[b] RETURN {$a/c} $a $b $a $c Seulement si le schéma spécifie que tout élément a possède au moins un sous-élément b ! III. 86 $c

Eliminer un ‘GROUP BY’ du plan physique RETURN {$a/sous-element} Une clause ‘FOR’ nécessite un ‘GROUP BY’ du résultat Mais si le schéma spécifie que le sous-élément est unique alors ce ‘GROUP BY’ devient inutile III. 87

Performances des GTP La méthode d’exécution faisant appel aux GTP surpasse en rapidité les méthodes de parcours classique de l’arborescence pour l’exécution de tous les types de requêtes Les auteurs ont effectués ces tests dans l’environement suivant : TIMBER native XML database, PIII 866 MHz, Ms Windows 2000, index sur les principaux éléments III. 88

5. Conclusion Les GTP semblent être actuellement la méthode la plus efficace pour XQuery Mode opératoire en 3 étapes : Requête XQuery GTP Optimisation par schéma III. 89 Plan physique Résultat