Temporálne databázy umožňujú zachytávať históriu biznisových a systémových zmien dát a poskytujú prostriedky na pohodlnú prácu s historickými dátami. Majú široké uplatnenie v rôznych sektoroch ako napríklad poisťovníctvo, bankovníctvo či rezervačné systémy. Umožňujú jednoduché kontrolovanie vykonaných zmien, návrat k predchádzajúcim stavom dát a rôzne analytické dotazy nad históriou. V rámci prezentácie sa budem venovať všeobecnému prehľadu oblasti, existujúcim štandardom (napr. SQL:2011) a riešeniam a na jednoduchých príkladoch predvediem hlavnú funkcionalitu temporálnych databáz. Nakoniec ešte načrtnem možnosti pridania temporálnej podpory do Postgresql a porozprávam aj o tom, ako sa snažím temporálnu podporu dostať do oficiálneho release a čo všetko také niečo obnáša.

1. Ing. Miroslav Šimulčík
simulcik.miro@gmail.com

2.  Zachytávajú len jeden stav dát, väčšinou súčasný
 Pri modifikácii sú staré hodnoty nahradené novými a
ďalej nedostupné
 Príklad: systém na správu zamestnancov
◦ Zamestnanec požiada o zvýšenie platu
 Kedy sme mu naposledy zvýšili plat a o koľko?
◦ V databáze sa „pokazili“ dáta
 Akou postupnosťou operácií dáta vznikli? Kto je za to zodpovedný?

3.  Návrat k historickým dátam
◦ Restore databázy + rollforward
 Ťažkopádne a nedostatočné riešenie
 Zavedenie histórie – časté riešenia:
◦ Triggre
◦ Uložené procedúry
◦ Aplikačná vrstva
 Netriviálne problémy
◦ Dotazy
◦ Modifikujúce operácie
◦ Dátová integrita

4.  Databázy pracujúce s časom, umožňujúce zachytávať
históriu v čase sa meniacich (temporálnych) dát.
 Jednoduchá a efektívna práca s temporálnymi dátami
 Bez nutnosti vývoja vlastných riešení
 Široké spektrum uplatnenia
◦ Poisťovníctvo
◦ Bankovníctvo
◦ Zdravotníctvo
◦ Rezervačné systémy

5.  Aplikačný čas
◦ Čas platnosti dát v reálnom svete
◦ Zadáva používateľ
◦ Zaznamenáva napríklad zmeny výšky platu
◦ Využitie
 Analýzy vývoja dát
 Historické reporty
 Systémový čas
◦ Čas operácie (INSERT, UPDATE, DELETE ...) v databázovom systéme
◦ Udržiavaný databázovým systémom
◦ Zaznamenáva napríklad opravy preklepov
◦ Využitie
 Audity modifikácií
 Identifikácia a oprava chýb
 Obnova dát

6.  Snapshot databázy
◦ Uchovávajú len aktuálne dáta

7.  Historické databázy
◦ Zachytávajú zmeny v reálnom svete (biznise)

8.  Rollback databázy
◦ Zachytávajú zmeny v databáze samotnej

9.  Bitemporálne databázy
◦ Kombinácia historických a rollback databáz

10.  TSQL2 (1994)
◦ Rozšírenie SQL-92
◦ Základ novších štandardov
◦ Publikovaný, ale nebol predložený žiadnej štandardizačnej autorite
 SQL/Temporal (1997)
◦ Časť štandardu SQL 3
◦ Návrh na pridanie temporálnej podpory vychádzajúcej z TSQL2 bol
zamietnutý ISO komisiou
◦ Základ niektorých existujúcich riešení
 SQL 2011 (koniec 2011)
◦ Výrazné rozdiely oproti TSQL2
◦ Vydaný ISO
◦ Nie je voľne dostupný – dokopy cca 1300$

11.  Len proprietárne
 IBM DB2 10
◦ Rozšírená syntax
◦ Dodržiava štandard SQL 2011
 Oracle 11g Workspace Manager
◦ Nepodporuje štandardy
◦ Pomocou prostriedkov databázy (uložené procedúry)
 Teradata Database 13
◦ Vychádza zo SQL/Temporal
◦ Poskytuje najbohatšiu temporálnu podporu

12.  Predstavuje interval hodnôt
 Môže byť založený na rôznych typoch
◦ date, timestamp, integer, decimal...
◦ rôzna granularita
 Rôzna uzavretosť hraníc
 Operácie
◦ UNION, EXCEPT, INTERSECT
 Predikáty
◦ PRECEDES, SUCCEEDS, MEETS, OVERLAPS, CONTAINS
 Vhodný na vyjadrenie období platnosti záznamov
 SQL 2011 – slabá podpora

13. CREATE TABLE person (
id INTEGER PRIMARY KEY,
first_name VARCHAR(50),
last_name VARCHAR(50),
sys_start TIMESTAMP GENERATED ALWAYS AS ROW START,
sys_end TIMESTAMP GENERATED ALWAYS AS ROW END,
PERIOD FOR SYSTEM_TIME (sys_start, sys_end)
) WITH SYSTEM VERSIONING;

14.  Syntax príkazov nezmenená
 Hodnoty pre začiatok a koniec platnosti stĺpcov sa generujú automaticky
 INSERT
◦ Správanie nezmenené
◦ Začiatok platnosti = začiatok transakcie
◦ Koniec platnosti = max. hodnota typu
 UPDATE UPDATE
◦ Automatické vytvorenie novej verzie
a ukončenie platnosti starej verzie
◦ Len aktuálne platné riadky môžu byť 1999 2012 (zač. transakcie) 9999
modifikované
1999 2012 9999
 DELETE DELETE
◦ Automatické ukončenie platnosti starej verzie
◦ Len aktuálne platné riadky môžu byť vymazané
1999 2012 9999
1999 2012

15.  Bežný SELECT pracuje len s aktuálnymi verziami záznamov
◦ Spätná kompatibilita s existujúcimi aplikáciami
 Na prístup k historickým verziám definuje štandard
rozšírenú syntax:
◦ FOR SYSTEM_TIME AS OF <point in time 1>
◦ FOR SYSTEM_TIME BETWEEN <point in time 1> AND
<point in time 2>
◦ FOR SYSTEM_TIME FROM <point in time 1> TO <point in
time 2>
 Príklad
SELECT *
FROM person
FOR SYSTEM_TIME AS OF '2012-09-26-19.00.00.000000'

16. CREATE TABLE person (
id INTEGER,
first_name VARCHAR(50),
last_name VARCHAR(50),
bus_start TIMESTAMP NOT NULL,
bus_end TIMESTAMP NOT NULL,
PERIOD FOR bus_time (bus_start, bus_end)
PRIMARY KEY (id, bus_time WITHOUT OVERLAPS)
);

17.  Hodnoty pre začiatok a koniec platnosti stĺpcov zadáva
používateľ
 INSERT
◦ Syntax a správanie nezmenené
 UPDATE
◦ S nezmenenou syntaxou
 Ľubovoľná modifikácia riadkov v tabuľke (aj začiatok a koniec platnosti)
◦ FOR PORTION OF <application time period name> FROM <point in
time 1> TO <point in time 2>
 Zabezpečené automatické rozdeľovanie riadkov
 Nie je možné modifikovať začiatok a koniec platnosti riadkov
 UPDATE person
FOR PORTION OF bus_time
FROM '2012-09-26-19.00.00.000000'
TO '2013-12-14-01.00.00.000000'
SET name = 'Ferko'

18. UPDATE UPDATE
1992 2000 2008 2020 2000 2012 2020 2025
2000 2008 2020 2000 2012 2020
UPDATE UPDATE
2000 2020 2000 2005 2010 2020
2000 2020 2000 2005 2010 2020

19.  DELETE
◦ S nezmenenou syntaxou – mazanie ľubovoľných riadkov
◦ FOR PORTION OF <application time period name> FROM
<point in time 1> TO <point in time 2>
 Zabezpečené automatické rozdeľovanie riadkov
 DELETE FROM person
FOR PORTION OF bus_time
FROM '2012-09-26-19.00.00.000000'
TO '2013-12-14-01.00.00.000000'

20. DELETE DELETE
1992 2000 2008 2020 2000 2012 2020 2025
2008 2020 2000 2012
DELETE DELETE
2000 2020 2000 2005 2010 2020
2000 2005 2010 2020

21. CREATE TABLE department (
id INTEGER,
name VARCHAR(50),
bus_start TIMESTAMP NOT NULL,
bus_start TIMESTAMP NOT NULL,
PERIOD FOR business_time (bus_start, bus_end)
PRIMARY KEY (id, business_time WITHOUT OVERLAPS)
);
CREATE TABLE person (
id INTEGER,
first_name VARCHAR(50),
last_name VARCHAR(50),
department_id INTEGER,
bus_start TIMESTAMP NOT NULL,
bus_start TIMESTAMP NOT NULL,
PERIOD FOR bus_time (bus_start, bus_end)
PRIMARY KEY (id, bus_time WITHOUT OVERLAPS)
FOREIGN KEY (department_id, PERIOD bus_time)
REFERENCES department(id, PERIOD bus_time)
);

22.  Množinové operácie
◦ Vyhodnocované v každom časovom okamihu
◦ Nezahrnuté v SQL 2011
◦ Príklad:
person person
id first_name last_name bus_time id first_name last_name bus_time
1 Paľko Malý [1989-1999) 1 Paľko Malý [1960-1980)
4 Janko Hraško [2006 - 2020) 2 Jožko Mrkvička [1985-2005)
2 Jožko Mrkvička [1999-∞) 3 Peter Krasko [1960 - 1970)
INTERSECT
person
id first_name last_name bus_time
2 Jožko Mrkvička [1999-2005)

23.  Agregačné funkcie
◦ Vyhodnocované v každom časovom okamihu
◦ Nezahrnuté v SQL 2011
◦ Príklad:
person
id first_name last_name salary bus_time SELECT SUM(salary) FROM person
1 Paľko Malý 1000 [1960-1980)
2 Janko Hraško 900 [1970 - ∞)
3 Jožko Mrkvička 1500 [1975-1990)
salary_sum bus_time
1000 [1960-1970)
1900 [1970-1975)
3400 [1975-1980)
2400 [1980-1990)
900 [1990-∞)

24.  DISTINCT
◦ Duplicitné riadky musia platiť v rovnakom čase
◦ Nezahrnuté v SQL 2011
 JOIN
◦ Spájané riadky musia platiť v rovnakom čase
◦ Realizovateľné aj v SQL 2011

25.  Range types (PERIOD)
◦ od verzie 9.2
◦ Možnosť indexovania GIST indexom
 Podpora všetkých spomínaných predikátov
 EXCLUDE constraint – flexibilnejší UNIQUE constraint
◦ Zabránenie prekrývaniu období platnosti
 EXCLUDE USING gist (id WITH =, bus_time WITH &&)

26.  Vytvorený v rámci diplomovej práce
 Snaha o zaradenie do oficiálneho release
 Pôvodne založený na štandarde SQL/Temporal
 Funkcionalita zahrnutá priamo v backende (nie extension)
 Pre prijatie je nutný redizajn
◦ Podpora SQL 2011
◦ Využitie novo pridanej funkcionality
 V súčasnosti - čakanie na schválenie nového návrhu
komunitou
 Následne – implementácia
◦ Extension / core funkcionalita ?

27.  Implementačný jazyk – C
 Rozšírenie syntaxe
◦ Gramatika v BNF, z ktorej sa pomocou nástroja Bison generuje
prekladač v jazyku C
 Úpravy systémových katalógov
◦ Pridanie stĺpcov na ukladanie informácií o temporálnych tabuľkách
 Zmeny vo vnútorných štruktúrach
 Spúšťače na odkladanie starých verzií záznamov
◦ Používajú pripravené príkazy, ukladané do hash tabuliek
 Rozsah zmien – cca 4000 riadkov v 80 súboroch
 Modifikované moduly:
◦ Parser – zaoberá sa prekladom a spracovávaním SQL príkazov
preložených do vnútornej štruktúry
◦ Command – zabezpečuje spracovanie a vykonávanie príkazov na
vytváranie a úpravu databázových objektov

28. Otázky?