Miroslav Šimulčík: Temporálne databázy

Ing. Miroslav Šimulčík
simulcik.miro@gmail.com

 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?

 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

 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

 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

 Snapshot databázy
◦ Uchovávajú len aktuálne dáta

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

 Rollback databázy
◦ Zachytávajú zmeny v databáze samotnej

 Bitemporálne databázy
◦ Kombinácia historických a rollback databáz

 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$

 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

 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

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;

 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

 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'

id INTEGER,
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)
);

 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'

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

 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'

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

CREATE TABLE department (
id INTEGER,
name VARCHAR(50),
PERIOD FOR business_time (bus_start, bus_end)
PRIMARY KEY (id, business_time WITHOUT OVERLAPS)
);
id INTEGER,
department_id INTEGER,
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)
);

 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)

 Agregačné funkcie
◦ Vyhodnocované v každom časovom okamihu
◦ 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-∞)

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

 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 &&)

 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 ?

 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

Miroslav Šimulčík: Temporálne databázy

More Related Content

More from Jano Suchal

Miroslav Šimulčík: Temporálne databázy