Đang tải... (xem toàn văn)
phát triển hệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc thời gian kép
Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA F 0 G LƯU THỊ KIM HOA PHÁT TRIỂN HỆ CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ ĐỐI TƯỢNG PHỤ THUỘC THỜI GIAN KÉP Chuyên ngành: Khoa Học Máy Tính LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2010 LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn Cô Võ Thị Ngọc Châu đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, góp ý, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đề cương và luận án tốt nghiệp này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến tất cả các Thầy Cô khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức quý giá trong quá trình học tập trong suốt hai năm cao học vừa qua. Nhân đây tôi xin gửi lời cảm ơn đến những người đồng nghiệp, những người bạn đã động viên và khuyến khích tôi trong thời gian qua. Những lời cảm ơn sau cùng con xin cảm ơn cha mẹ, những người thân gia đình đã hết lòng quan tâm và tạo điều kiện tốt nhất để con hoàn thành được luận văn tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn! Lưu Thị Kim Hoa i ii ABTRACT Conventional database systems are capable of recording only single states of real world phenomena which describe the current perceptions of reality and the current relationships among objects in this world. In consequence, this results in a number of limitations for the applications which are concerned with temporal features. The need for a (bi)temporal support in database systems, in order to model temporal facts and events in the real world, has been addressed over the last two decades, reflecting the importance of that for almost every computer system application. Doing research on (bi)temporal databases is an interesting subject. It has been shown with many research works and products. In this thesis, we propose a bitemporal data model for handling bitemporal data. With this bitemporal data model, a bitemporal database system is developed. Our model and system development is based on object relational database technology. An illustration on dealing with bitemporal data is established for the applicability of the proposed system. As a result, bitemporal database users can manage their bitemporal databases via the graphical user interface of this system. In addition, bitemporal database applications are now supported to be built on top of our resulting system. iii TÓM TẮT Ngày nay, các hệ cơ sở dữ liệu truyền thống chỉ hỗ trợ việc quản lý các trạng thái nhất thời của các hiện tượng/sự kiện cũng như các mối liên hệ giữa các đối tượng trong thế giới thực. Do đó, các ứng dụng có nhu cầu nắm bắt các đặc điểm liên quan đến thời gian thường phải tự xử lý một cách không dễ dàng. Điều này dẫn đến nhu cầu cần hỗ trợ các vấn đề về thời gian trong các hệ cơ sở dữ liệu và đó cũng là lý do cho các hoạt động/công trình nghiên cứu trong lĩnh vực cơ sở dữ liệu phụ thuộc thời gian (kép) trong suốt thời gian qua. Trong luận văn này, chúng tôi đã đề xuất một mô hình dữ liệu phụ thuộc thời gian kép nhằm quản lý dữ liệu phụ thuộc thời gian kép. Với mô hình này, chúng tôi đã xây dựng một hệ cơ sở dữ liệu phụ thuộc thời gian kép. Cả mô hình và hệ thống đều được phát triển dựa trên công nghệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng. Phần minh họa việc xử lý dữ liệu phụ thuộc thời gian kép được tiến hành để chứng tỏ tính khả dụng của hệ thống này. Như là phần kết quả mong đợi, người sử dụng cơ sở dữ liệu phụ thuộc thời gian kép đã có thể quản lý cơ sở dữ liệu phụ thuộc thời gian kép của họ trực tiếp thông qua giao diện người dùng đồ họa của hệ thống. Ngoài ra, các ứng dụng cơ sở dữ liệu phụ thuộc thời gian kép giờ có thể được phát triển trên hệ thống này. iv MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG NHIỆM VỤ LUẬN VĂN LỜI CẢM ƠN i ABTRACT ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv Phần I. Phát biểu vấn đề 1 I.1 Giới thiệu 1 I.2 Tại sao CSDL thời gian? 2 I.3 Lí do phát triển hệ CSDL quan hệ đối tượng thời gian kép 3 I.4 Mục tiêu của luận văn 5 I.5 Cấu trúc luận văn 5 Phần II. Cơ sở lý thuyết 7 II.1 Các khái niệm 7 II.1.1 Khái niệm về thời gian 9 II.1.1.1 Tem thời gian hiệu lực VT – valid time 9 II.1.1.2 Tem thời gian giao tác TT – transaction time 10 II.1.1.3 Thời gian kép 11 II.1.1.4 Thời gian người dùng định nghĩa 11 II.1.1.5 Đơn vị thời gian và “Chronon” 11 II.1.2 Phương thức gán tem thời gian 12 II.1.2.1 Sự khác nhau mô hình dữ liệu thời gian mốc thời gian và khoảng thời gian 13 II.1.2.2 Khoảng thời gian trong CSDL thời gian 15 II.1.2.3 Đoạn thời gian 16 II.1.3 Tem cho dữ liệu 16 II.1.3.1 Tem thời gian theo hàng, đối tượng 17 II.1.3.1.1 Mô hình tiếp cận cơ bản 17 II.1.3.2 Tem thời gian thuộc tính 20 II.1.3.2.1 Mô hình tiếp cận cơ bản 20 II.1.4 Phân loại CSDL thời gian 21 II.1.4.1 CSDL snapshot 22 II.1.4.2 CSDL lưu quá khứ 22 II.1.4.3 CSDL giao tác 22 II.1.4.4 CSDL thời gian kép 23 II.2 Quản lý dữ liệu thời gian trong CSDL thời gian 23 v II.2.1 Các thao tác căn bản. 23 II.3 Ràng buộc toàn vẹn tham chiếu thời gian kép 24 II.3.1 Hiện thực kiểm tra toàn vẹn tham chiếu thời gian kép 25 II.3.1.1 Thao tác thêm trong quan hệ tham chiếu 26 II.3.1.2 Thao tác cập nhật và xóa trong quan hệ được tham chiếu 26 Phần III. Tổng thuật những công trình liên quan 27 III.1 Các giải pháp để phát triển hệ CSDL thời gian 27 III.1.1 Tích hợp các chức năng thời gian vào trong HQTCSDL truyền thống 29 III.1.2 Cách tiếp cận Máy chủ thời gian TS – Temporal Server 30 III.1.3 Xây dựng hỗ trợ thời gian vào trong ứng dụng khách. 31 III.2 Các công trình liên quan 33 III.2.1 Hiện thực phương diện thời gian trong các công trình học thuật 34 III.2.1.1 TDMS 36 III.2.1.2 TeXOR 37 III.2.1.3 TIP 37 III.2.1.4 TimeDB 38 III.2.1.5 TEMPOS 39 III.2.2 Hiện thực phương diện thời gian trong các HQTCSDL thương mại 39 III.2.2.1 Oracle 39 III.2.2.2 Immortal Db 40 Phần IV. Mô hình dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc thời gian kép 42 IV.1 Mô hình dữ liệu 42 IV.2 Lịch sử phát triển của hệ quản trị CSDL 42 IV.3 Ứng dụng minh họa 48 IV.3.1 Lược đồ ER 48 IV.3.2 Qui tắc nghiệp vụ 50 IV.4 Mô hình quan hệ đối tượng thời gian kép 50 IV.4.1 Thời gian sống đối tượng 52 IV.4.2 Thuộc tính thời gian của đối tượng 53 IV.4.3 Các kiểu thời gian UDT 55 IV.4.4 Biểu diễn dữ liệu thời gian kép 55 IV.5 Độ mịn thời gian 57 IV.6 Ràng buộc thời gian 59 IV.7 Thao tác dữ liệu 60 IV.7.1 Thao tác chèn 60 IV.7.2 Thao tác xóa 62 IV.7.3 Thao tác update 65 IV.8 Phân loại câu truy vấn 72 Phần V. Hệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc 75 vi thời gian kép 75 V.1 Giới thiệu hệ thống 75 V.2 Kiến trúc hệ thống 77 V.3 Hệ thống kiểu dữ liệu của hệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc thời gian kép 81 V.3.1 Kiểu dữ liệu thuộc tính 81 V.3.1.1 Kiểu hệ thống tạo ra 82 V.3.2 Kiểu dữ liệu thời gian sống 83 V.3.3 Các ràng buộc của các kiểu dữ liệu thời gian 83 V.3.4 Phương thức, hàm trên dữ liệu thời gian 84 V.3.4.1 Hàm và toán tử liên quan 84 V.3.4.2 Phép nối Coalesce 85 V.3.4.3 Hàm gom nhóm 87 V.4 Quản lý dữ liệu 89 V.4.1 Tạo đối tượng CSDL 89 V.4.2 Thao tác dữ liệu 90 V.4.2.1 Thời gian sống của đối tượng 90 V.4.2.2 Thuộc tính thời gian của đối tượng 93 V.4.3 Truy vấn dữ liệu 105 V.5 Giao tiếp người dùng 140 V.6 Tóm tắt đặc điểm của hệ thống 142 V.6.1 Đánh giá hệ thống 143 V.6.2 So sánh với các hệ thống khác 144 Phần VI. Tổng kết 145 VI.1 Đóng góp của luận án 145 VI.2 Hướng phát triển 147 Phụ lục A 149 Tài liệu tham khảo 162 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Error! Bookmark not defined. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC Error! Bookmark not defined. vii DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Mô hình không gian của dữ liệu thời gian kép. 8 Hình 2.2. Dữ liệu tem thời gian hiệu lực 9 Hình 2.3. Dữ liệu tem thời gian giao tác 10 Hình 2.4. Hình biểu diễn CSDL snapshot 22 Hình 2.5. Hình biểu diễn CSDL quá khứ. 22 Hình 2.6. Hình biểu diễn CSDL giao tác. 23 Hình 2.7. Hình biểu diễn CSDL thời gian kép. 23 Hình 3.1. Cách tiếp cận khác nhau cho các ứng dụng thời gian. 28 Hình 3.2. Chức năng thời gian được xây dựng trong phần lõi của HQTCSDL. 29 Hình 3.3. Cách tiếp cận máy chủ thời gian TS 31 Hình 3.4. Chức năng thời gian được xây dựng vào trong ứng dụng khách. 32 Hình 3.5. Mô hình của TDMS. 37 Hình 3.6. Thành phần của TIP. 38 Hình 3.7. Mô hình kiến trúc mẫu của TEMPOS. 39 Hình 4.1 Lịch sử phát triển HQTCSDL 43 Hình 4.2. Mô hình quan hệ đối tượng. 46 Hình 4.3. Lược đồ thực thể mối liên kết của ứng dụng mẫu. 49 Hình 4.4. Thời gian sống của một đối tượng với ví dụ của đất nước Balan. 52 Hình 4.5. Ví dụ về phương pháp gán tem thời gian. 54 Hình 4.6. Mô tả thao tác chèn CSDL thời gian kép. 62 Hình 4.7. Trường hợp 1 của thao tác xóa 63 Hình 4.8. Trường hợp 2 của thao tác xóa 64 Hình 4.9. Trường hợp 3 của thao tác xóa 64 Hình 4.10. Trường hợp 4 của thao tác xóa 65 Hình 4.11. Trường hợp 1 của thao tác cập nhật 67 Hình 4.12. Trường hợp 2 của thao tác cập nhật 67 Hình 4.13. Trường hợp 3 của thao tác cập nhật 68 Hình 4.14. Trường hợp 4 của thao tác cập nhật 68 Hình 4.15. Trường hợp 5 của thao tác cập nhật 69 Hình 4.16. Trường hợp 6 của thao tác cập nhật 69 Hình 4.17. Trường hợp 7 của thao tác cập nhật. 69 Hình 4.18. Trường hợp 8 của thao tác cập nhật 70 Hình 4.19. Trường hợp 9 của thao tác cập nhật 70 Hình 4.20. Trường hợp 10 của thao tác cập nhật 71 Hình 4.21. Trường hợp 11 của thao tác cập nhật 71 Hình 4.22. Câu truy vấn dạng tuần tự. 72 Hình 4.23. Dạng câu truy vấn phi tuần tự. 73 Hình 5.1 Kiến trúc hệ CSDL phụ thuộc thời gian kép. 77 Hình 5.2. Thành phần giao tiếp người dùng cuối của hệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc thời gian kép. 79 viii Hình 5.3. Dữ liệu mẫu về thời gian sống của nhân viên A. 91 Hình 5.4. Thông tin lương mẫu của nhân viên A. 94 Hình 5.5. Kết quả của thao tác cập nhật. 96 Hình 5.6. Kết quả của thao tác cập nhật. 97 Hình 5.7. Kết quả của thao tác cập nhật. 97 Hình 5.8. Kết quả của thao tác cập nhật. 98 Hình 5.9. Kết quả của thao tác cập nhật. 99 Hình 5.10. Kết quả của thao tác xoá. 101 Hình 5.11. Kết quả của thao tác xoá. 102 Hình 5.12. Kết quả của thao tác xoá. 103 Hình 5.15. Kết quả câu truy vấn 1 với hỗ trợ từ hệ thống. 107 Hình 5.16. Kết quả câu truy vấn 1 không hỗ trợ từ hệ thống. 107 Hình 5.17. Kết quả câu truy vấn 3 với hỗ trợ từ hệ thống. 108 Hình 5.18. Kết quả câu truy vấn 3 không hỗ trợ từ hệ thống. 109 Hình 5.19. Kết quả câu truy vấn 5 với hỗ trợ từ hệ thống. 110 Hình 5.20. Kết quả câu truy vấn 5 không hỗ trợ từ hệ thống. 111 Hình 5.21. Dữ liệu lương của nhân viên có mã số 1. 113 Hình 5.22. Kết quả câu truy vấn 7 với hỗ trợ từ hệ thống. 114 Hình 5.23. Kết quả câu truy vấn 7 không hỗ trợ từ hệ thống. 115 Hình 5.24. Dữ liệu mẫu lợi nhuận của phòng ban Kinh Doanh. 117 Hình 5.25. Kết quả câu truy vấn 9 với hỗ trợ từ hệ thống. 118 Hình 5.26. Kết quả câu truy vấn 9 không hỗ trợ từ hệ thống. 120 Hình 5.27. Kết quả câu truy vấn 10 với hỗ trợ từ hệ thống. 121 Hình 5.28. Kết quả câu truy vấn 10 không hỗ trợ từ hệ thống. 123 Hình 5.29. Kết quả câu truy vấn 12 với hỗ trợ từ hệ thống. 126 Hình 5.30. Kết quả câu truy vấn 12 với hỗ trợ từ hệ thống. 128 Hình 5.31. Kết quả câu truy vấn 13 với hỗ trợ từ hệ thống. 129 Hình 5.32. Kết quả câu truy vấn 13 không hỗ trợ từ hệ thống. 131 Hình 5.33. Kết quả câu truy vấn 17 với hỗ trợ từ hệ thống. 137 Hình 5.34. Kết quả câu truy vấn 17 không hỗ trợ từ hệ thống. 140 Hình 5.35. Giao diện thông tin kết nối vào CSDL. 141 Hình 5.36. Giao diện thao tác dữ liệu. 141 Hình 5.37. Giao diện thao tác dữ liệu thời gian như lương của Nhân viên. 142 ix DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Mô tả ví dụ về một dữ liệu thời gian kép (Wikipedia, 2005) 7 Bảng 3.2 Thông tin về nhân viên biểu diễn dưới CSDL thời gian kép. 11 Bảng 3.3: Quan hệ với mô hình dữ liệu mốc thời gian 14 Bảng 3.4: Quan hệ với mô hình dữ liệu khoảng thời gian 14 Bảng 3.5. Vị từ so sánh khoảng thời gian của Allen 16 Bảng 4.1. Bảng so sánh các hệ quản trị CSDL 47 Bảng 4.2. Biểu diễn dữ liệu thời gian với thông tin nhân viên 57 Bảng 5.1. So sánh giữa các hệ thống quản lý dữ liệu thời gian dựa trên mô hình quan hệ đối tượng 142 [...]... gian kép Trong phần này, chúng tôi đề xuất một mô hình dữ liệu mới cho việc quản lý dữ liệu phụ thuộc thời gian kép Mô hình dữ liệu này được định nghĩa dựa trên mô hình dữ liệu quan hệ đối tượng Phần V: Hệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc thời gian kép Một hệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc thời gian kép được phát triển dựa trên mô hình dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc thời gian kép. .. quản lý dữ liệu thời gian từ các hệ quản trị cơ sở dữ liệu hiện nay vẫn rất ít, đặc biệt là hầu như không có hỗ trợ nào cho dữ liệu phụ thuộc thời gian kép Do đó, việc quản lý cơ sở dữ liệu phụ thuộc thời gian kép trong các ứng dụng đều phải được thực hiện ở mức ứng dụng Điều này trở thành gánh nặng cho nhà phát triển ứng dụng vì rõ ràng việc quản lý cơ sở dữ liệu phụ thuộc thời gian tương đối phức... cứu liên quan Luận văn này đề xuất phát triển hệ thống dựa trên mô hình quan hệ đối tượng, một mô hình dữ liệu tận dụng được ưu thế của cả mô hình dữ liệu quan hệ và tính chất hướng đối tượng của mô hình dữ liệu đối tượng, để xây dựng một hệ CSDL hỗ trợ cả hai khía cạnh thời gian hiệu lực và giao tác, cho phép phát triển các ứng dụng CSDL phụ thuộc thời gian kép được hỗ trợ theo cách mà phát triển các... cần được phát triển 4 Phần 1 Phát biểu vấn đề I.4 Mục tiêu của luận văn Như trình bày ở trên, mục tiêu của luận văn này là nhằm phát triển một hệ CSDL phụ thuộc thời gian kép (Bitemporal Database System) dựa trên công nghệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng Luận văn được thực hiện nhằm đưa ra mô hình dữ liệu thời gian kép, quản lý dữ liệu, ngôn ngữ định nghĩa và thao tác dữ liệu thời gian một cách... hình dữ liệu bên dưới Điển hình, dữ liệu có thể được gán tem với một instant, một khoảng thời gian hay đoạn thời gian 12 Phần 2 Cơ sở lý thuyết Mô hình dữ liệu quan hệ 1NF sẽ giới hạn việc gán tem thời gian, trong khi các mô hình dữ liệu hỗ trợ đối tượng có giá trị thuộc tính dẫn xuất hay quan hệ N1NF, sẽ cho phép việc gán tem thời gian phức tạp II.1.2.1 Sự khác nhau mô hình dữ liệu thời gian mốc thời. .. của cơ sở dữ liệu phụ thuộc thời gian kép Sự phức tạp này được minh chứng cụ thể trong tài liệu [1] Hơn nữa, mô hình dữ liệu quan hệ hay hướng đối tượng tồn tại những yếu điểm riêng khi áp dụng chúng để quản lý dữ liệu các ứng dụng phức tạp Do vậy trong thời gian gần đây, việc mở rộng, thừa hưởng và kết hợp những ưu điểm nổi bật từ hai mô hình trên thành mô hình quan hệ quan hệ đối tượng đã được quan. .. thời gian kép trong thực tế Phần II: Cơ sở lý thuyết Trình bày các khái niệm, thuật ngữ liên quan và mô hình dữ liệu của CSDL thời gian Phần III: Tổng thuật về các công trình liên quan Phần này các giải pháp phát triển hệ thống CSDL thời gian được trình bày, cũng như việc hiện thực hướng thời gian trong các công trình học thuật và thương mại Phần IV: Mô hình dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc thời gian. .. mô hình dữ liệu thời gian được đề xuất, để hiện thực đặc tính tem thời gian 1 Phần 1 Phát biểu vấn đề của dữ liệu [5,11,17,24], được mở rộng từ các mô hình dữ liệu phổ biến (quan hệ, quan hệ lồng nhau, hướng đối tượng ) Cũng có các hiện thực CSDL thời gian có thể hiện thực bằng cách ánh xạ mô hình dữ liệu thời gian thành một mô hình dữ liệu thông thường, như trong các nghiên cứu có liên quan [20,... một hệ thống cung cấp cách thức, phương tiện lưu trữ, thao tác, xử lý dữ liệu thời gian kép, nhằm giảm bớt tính phức tạp cho việc phát triển ứng dụng có tính thời gian và tăng tính trong suốt về thời gian đối với người dùng hệ thống Việc nghiên cứu phát triển một hệ CSDL thời gian kép cũng nhằm hỗ trợ cho CSDL thời gian trong các Hệ quản trị CSDL hiện tại cũng như mong muốn giúp ích CSDL thời gian. .. được dán nhãn tem thời gian đúng với thế giới thực CSDL thời gian cũng yêu cầu các ràng buộc toàn vẹn, mô tả các luật để đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu Những luật này khác nhau tùy thuộc vào kiểu CSDL thời gian được hiện thực: CSDL thời gian thao tác, CSDL thời gian hiệu lực, CSDL thời gian kép Trong phần mô hình thời gian kép đề xuất của hệ thống, thao tác dữ liệu thời gian kép được ra cụ thể . trên mô hình dữ liệu quan hệ đối tượng. Phần V: Hệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc thời gian kép. Một hệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc thời gian kép được phát triển dựa. V. Hệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng phụ thuộc 75 vi thời gian kép 75 V.1 Giới thiệu hệ thống 75 V.2 Kiến trúc hệ thống 77 V.3 Hệ thống kiểu dữ liệu của hệ cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng. cơ sở dữ liệu phụ thuộc thời gian (kép) trong suốt thời gian qua. Trong luận văn này, chúng tôi đã đề xuất một mô hình dữ liệu phụ thuộc thời gian kép nhằm quản lý dữ liệu phụ thuộc thời gian