سيستم هاي مديريت پايگاه “’’داده فعال

راضيه رحيمی

استاد راهنما: دکتر رهگذر

سر فصل

معرفی سيستمهاي پايگاه داده فعال•معایب سیستم های پایگاه داده معمولی•مکانیزمهای اضافه نمودن رفتار پویا به سیستم•بخش های مختلف يك سيستم پايگاه داده فعال •قوانین رویداد-شرط-عمل•ترتیب دهی در اجرای قوانین•چگونگي پردازش قوانين•

در بسياري از کاربردها الزم است برسيستم، نظارت • باشد تا در صورت وقوع خودکاري وجود داشته

رويدادي خاص اقدامات و تغييرات مناسب بر سيستم پايگاه داده صورت گيرد.

مثال: سيستم بورس، سيستمهاي ذخيره داده مربوط ▫به حسگرها، سيستم اتوماسيون کارخانجات

نیاز به سیستمی که در آن امکان تعريف رويدادهاي •موردنظر و عکس العمل مناسب هر کدام وجود

داشته باشد.

به اين نوع سيستمها سيستمهاي پايگاه داده فعال گفته ميشود.

معرفی سيستمهاي پايگاه داده فعال

: سيستم های پايگاه داده معموليها که به صورت مجتمع و بر اساس يک اي از داده مجموعه•

ساختار تعريف شده ذخيره شده اند.

داده هاي ذخيره شده ميتواند مورد استفاده همزمان و •اشتراکي يک يا چند کاربر قرار گيرد.

در اين گونه سيستمها پايگاه داده هيچگونه ابتکار عملي را •درهنگام رخداد شرايط خاص از خود بروز نميدهد و عمليات

درست در زماني انجام ميشود كه كاربر درخواست كرده باشد.

معایب سیستم های پایگاه داده معمولی

درسيستمهاي پايگاه داده فعال مجموعه ای از قوانين پويا •براي كنترل عملكرد سيستم در نظر گرفته ميشود.

اين قوانين با توجه به وضعيتهاي مختلفي كه پايگاه داده •ميتواند در آن قرار داشته باشد ساخته ميشوند.

در سيستمهاي پايگاه داده فعال يکبار در ابتدا همه قوانين •تعريف شده و در هنگام اجراي برنامه هاي کاربردي مورد

استفاده قرار ميگيرد.

به فرايند فعالسازي قوانين و اتخاذ عکس العمل مناسب در يک سيستم پايگاه داده فعال، رفتار پوياي سيستم گفته ميشود

سيستم هاي پايگاه داده فعال

رفتار پويا

روش اول : تعبيه درون برنامه كاربردي••÷

رفتار پويا )ادامه(

تعبيه درون برنامه كاربردي:•نوشتن رفتار پويا به صورت قطعه كد▫اضافه کردن آ ن قطعه كد به درون برنامه كاربردي ▫

ايستامعايب:•

مشكل بودن كنترل فرايندها به دليل بزرگ بودن بخش ▫كنترل كننده

تغيير بخشي از قوانين پيچيده بودن اعمال ▫تغييرات بر روي قوانين و به روزرساني آنها

رفتار پويا )ادامه(

روش دوم: استفاده از برنامه اي به صورت مستقل •براي كنترل رويدادها

سيستم مديريت

پايگاه داده ايستا

برنامه كنترل

كننده پايگاه داده

برنامddه كddاربرد

ي

رفتار پويا )ادامه(استفاده از برنامه اي كه صرفا براي كنترل رويدادها در نظر •

گرفته شده است.

اين برنامه به صورت دوره اي اجرا ميشود تا اگر رويدادي رخ •داده است از آن آگاه شود و اقدام الزم را به انجام رساند.

نكته مهم در اين روش انتخاب فركانس مناسب براي •فراخواني برنامه كشف رويدادها ميباشد.

اگر فركانس فراخواني زياد باشد بازده سيستم كاهش مي •يابد و اگر فركانس كم باشد ممكن است برخي از رويدادهاي

ديده نشود. رخ داده شده،

سيستم پايگاه داده فعال

رفتار واكنشي در سيستم هاي پايگاه داده

توانايي توصيف رفتارهاي واكنشي سيستم•پشتيباني يكي از زبان هاي تعريف قانون▫: توصيف قوانين در سيستم هاي پايگاه داده فعال SQL99زبان ▫

رابطه ايپيچيده بودن تعريف رفتار به دليل احتمال تضاد قوانين و يا ▫

ايجاد دوربخش كنترل اجراي رفتارهاي واكنشي•

پردازش قانون▫بررسي حالت پايگاه داده▫کشف رويدادهای رخ داده▫اجراي قانون مرتبط با آن ها▫

اين قوانين از سه بخش رويداد، شرط و عمل تشكيل شده اند.) قوانين•ECA)

با فعال شدن هر رويداد •قانون مربوط به آن فعال شده▫ بخش شرط آن ارزيابي ميشود▫ در صورتي كه داراي ارزش درست باشد عمليات آمده در بدنه قانون به ▫

اجرا در خواهدآمد.

اجراي اين قانون ممكن است منجر به ايجاد شدن رويدادهاي ديگر •شود كه در اين صورت اين رويدادها نيز به ليست رويدادهاي فعال

اضافه ميشود.

اجراي قوانين تا خالي شدن صف ذخيره سازي رويدادهاي فعال ادامه • مييابد.

قوانین رویداد-شرط-عمل

• When C then A

•C شرطي است كه ارزيابي شده و در صورتي كه داراي ارزش درست انجام ميشود. براي رفع اين سربار پردازشي از قالبهاي Aباشد عمل

رويداد-شرط-عمل به جاي قالبهاي شرط-عمل استفاده میشود.

• on E if C then A

در قالب باال در حالت كلي قوانين در سيستم به صورت فعال نيستند و •رويدادها هستند كه وقوع آنها موجب فعال شدن قوانين ميشود.

شکل كلي قوانين شرط-عمل

DEFINE ruleNameOn eventName IF conditionDo action

حالت كلي يك قانون

• DEFINE RULE MonitorName• ON INSERT TO Employee• IF Employee.Name="John"• THEN…

قانون باال فعال Employeeبا هر عمل درج در جدول • باشد اجرا "John"ميشود و اگر مقدار فيلد نام برابر

.خواهدشد

• DEFINE RULE MonitorName• IF Employee.Name="John"• THEN…

در حالت دوم اين قانون هميشه فعال بوده و اگر شرط •داراي مقدار درست باشد اجرا خواهدشد.

مثالي از نحوه تعريف و فعال شدن قوانين

رويداد

موقعيت و وضعيتي كه بايد قوانين آنها را كنترل كنند:•

رويدادهاي منفرد▫

رويدادهاي تركيبي▫

دسته بندي رويدادها در يك سيستم پايگاه داده فعال

رويدادها

رويدادهاي منفرد

رويدادهاي

زمانيقطعی

نسبی

رويدادهای

صريح/تعريف شده

توسط کاربر

رويدادهای

داخلي پايگاه داده

بازيابي

درج

حذف

بهنگام سازی

تراکنشی/ رويه ای

رويدادهاي ترکيبي

رويدادهاي منفردرويدادهاي داخلي•

رويدادهايي كه به دليل انجام شدن اعمال مختلف بر روي ▫داده ها ايجاد مي شوند

عمليات درج، حذف، به روزرساني و بازيابي دادهرويدادهاي تراكنشي▫

رويدادهاي خارجي•رويدادهاي زماني▫RAISE EVENT eرويدادهاي تعريف شده توسط كاربر: دستور ▫

رويدادهاي رويه اي▫برنامه هاي كاربردي تشخيص مي دهند

انواع رويدادهاي منفرد در سيستم هاي پايگاه داده فعال

توضيحات رويداد

در اثر درج، حذف و به روزرساني داده ها رخ مي دهد. Data Modification

هنگام بازيابي داده ها رخ مي دهد. Data Reference

هنگام فراخواني توابع يا در هنگام بازگشت از تابع در پايگاه داده هاي شي گرا رخ مي دهد.

Method Invocation

هنگام دريافت پيام رخ مي دهد. Message Receive

كردن تراكنش ها رخ rollbackهنگام آغاز شدن، پايان و يا مي دهد.

Transactional

در هنگام ايجاد يك خطا رخ مي دهد. Exceptional

در بازه هاي زماني مشخص رخ مي دهد. Time Dependent

به وسيله برنامه هاي كاربردي خارجي به وقوع مي پيوندد. User Defined

رويدادهاي تركيبي

و ... OR و ANDعملگرهاي منطقي: ترکيب •دنباله اي از رويدادها: يك قانون مي تواند در صورتي •

فعال شود كه چند رويداد با ترتيب معيني رخ دهند.عملگرهاي وابسته به زمان: يك قانون مي تواند بر •

اساس تركيبي از رويدادهاي زماني و غير زماني فعال شود.

به عنوان نمونه "يك ساعت بعد از رخداد رويداد الف" و ▫يا "هر يك دقيقه بعد از اولين رخداد رويداد الف" نوعي

رويداد تركيب زماني محسوب مي شود.

عملگرهاي ساخت رويداد تركيبيتوضيحات عملگر

,Conjunction)A رخ دهد به وقوع مي پيوندد.B و هم Aزمانيكه هم B(

Disjunction)A,B رخ دهد به وقوع مي پيوندد.B يا Aزمانيكه (

)Times)A,n رخ مي دهد.A بار رخداد nبعد از

)Sequence)A,B رخ دهد به وقوع مي پيوندد.B قبل از Aاگر

رويداد از رويدادهاي مشخص شده رخ دهد به وقوع mهنگاميكه مي پيوندد.

Any)A,B,…,C,m(

رخ ندهد، اين رويداد در پايان بازه به A رويداد Iاگر در بازه زماني وقوع مي پيوندد.

Negative)A,I(

حداقل يك بار رخ دهد، اين رويداد A رويداد Iاگر در بازه زماني در پايان بازه زماني به وقوع مي پيوندد.

Closure)A,I(

، اين رويداد در فواصل زماني مشخص Aپس از رخ دادن رويداد بعد از آن روي مي دهد.

Delay)A,t(

پارامترها مشخصاتي هستند که اطالعات الزم درباره حالت •کنوني پايگاه داده را به بخش شرط و عمل منتقل می کنند.

به اين ترتيب ارتباط الزم بين وضعيت سيستم پايگاه داده •در لحظه رخ دادن رويداد را با رفتار پوياي سيستم برقرار

ميکند.

با وقوع هر رويداد مجموعه اي از داده هاي کنترلي توسط •سيستم مديريت پايگاه داده توليد ميشود.

پارامترها ميتوانند ثابت و يا متغير باشند.•

پارامترهاي مربوط به رويدادها

پارامترهاي ثابت

بيان کننده زماني است که رويداد رخ داده •برچسب زمانياست

شناسه شي اي را برمي گرداند که تابعي را فراخواني کرده •شناسه اشيااست که اجراي آن منجر به رخ دادن يک رويداد شده است

شناسه تراکنشي است که رويداد موردنظر •شناسه تراکنشدر آن اتفاق افتاده است.

مشخص کننده کاربري است که آغازکننده •شناسه کاربرتراکنش توليدکننده رويداد بوده است

پارامترهاي متغير پارامترهايي هستند که در زمان •.فرآيند توصيف قوانين مشخص ميشوند

.معموال اين نوع پارامترها بستگي به نوع رويداد دارد•اي داراي پارامترهايي در رابطه با رويدادهاي رويه•

وروديهاي رويه اي هستند که روي آن تعريف شده .اند

پارامترهاي رويدادهاي ترکيبي نيز عبارت هستند از •اجزاي آنها.مربوط به مجموعه پارامترهاي

پارامترهای متغیر

شروط

عبارت هاي ارزشيابي که مي توانند در بخش •where در زبان SQL آورده شود در بخش

شرط قوانين نيز مي تواند آورده شود

عبارات شرطي بر روي پايگاه داده

يک توسط شروط موجود در بدنه قانون ميتوانند•پرس و جوي ساده که با استفاده از زبانهاي

.پرس و جوي داده نوشته شده است، انجام شود

بر Queryانجام روي پايگاه داده

از رويه ها نيز ميتوان به عنوان شرط استفاده •نمود. خروجي رويه ها را ميتوان به عنوان رويه هاخروجي منطقي و يا غير منطقي محسوب نمود

قانون، نحوه رفتار واکنشي آن بخش عمل در بدنه•.قانون نسبت به رويدادها ميباشد

که در اين بخش ميتوانند قرار گيرند یاتی انواع عمل•: عبارتند از

اي اصالح و بازيابي داده در پايگاه داده رابطهیاتعمل▫ شروع تراکنش در یا تراکنشي مثل اتمام یاتعمل ▫

گرا پايگاه داده شئاي فراخواني رويه در پايگاه داده رابطهیاتعمل▫

بخش عمل

دهي، ترتيب اجراي قوانين در دهي يا اولويت ترتيب•.فرآيند اجراي همزمان قوانين را تعيين ميکند

. اولويت ميتواند نسبي يا مطلق باشد •

اولويت نسبي را ميتوان اينگونه تعريف نمود که اگر • در سيستم فعال باشند C و A، Bدر شرايطي قوانين

A بايد قبل از B و B نيز بايد قبل از C.اجرا شود

ترتیب دهی در اجرای قوانین

پس از رخ دادن يک رويداد، شرط قانون متناظر با آن در •چه زماني بايد بررسي شود؟

وقتي شرط متناظر با يک قانون بررسي شد و مشخص •شد که داراي ارزش درست است آنگاه قانون متناظر با

آن شرط در چه زماني بايد فعال شود؟

آيا بايد قانون موردنظر بالفاصله بعد از مشخص شدن •درستي شرط اجرا شود و يا اينکه اين کار بايد بعد از

گذشت يک بازه زماني انجام شود؟

به اين معيار، چگونگي پيوستگي شرط و عمل نيز گفته ميشود

نحوه اجراي شروط و اعمال نسبت به يکديگر

( نشان داد. x,y )اين معيار را ميتوان به صورت زوج•( نسبت داده ميشود. x,yبه هر قانون يک زوج )••( x,y ترتيب زماني بين رخ دادن رويداد، ارزشيابي)

شروط و اجراي قوانين را بيان ميکند. بيان کننده پيوستگي بين رخداد رويدادها xمقدار متغير ▫

و ارزشيابي شروط متناظر با آنها ميباشد. نيز نشاندهنده نحوه پيوستگي بين ارزشيابي y متغير ▫

شروط و اجراي قوانين ميباشد.

نحوه اجراي شروط و اعمال نسبت به يکديگر )ادامه(

ارتباط بين قسمتهاي شرط و عمل ميتواند داراي سه •حالت متفاوت باشد:

وابستگي بين ارزشيابي شرط و اجراي عمل

فوري

تعويقي

مستقل

امddله پس از اتمddرط بالفاصddيابي شddل ارزشddالت عمddدر اين حdرخ dوجبdه مdوري کdتdده دسdر شdرد نظdوdداد مdدادن رويd امdت انجdاس

.ميشود

ل ميشودdورت عمdه همين صdا بdيز دقيقdل نdراي عمdالت اجdراي حdب.

انون درdيابي قdام ارزشdله پس از اتمdل بالفاصdالت عمdدر اين ح.که شdرط دارdاي dارزش درست باشد اجdرا خوdاهد شد صdورتي

راکنشdک تdل در يdراي عمdرط و اجdيابي شdوري ارزشdالت فdدر ح. انجام ميشوندواحد

حالت فوری

رطdترل شdالت کنdا در اين حdا و يdل تdراي عمdان اجXپاي. افتد به تاخير ميتراکنش جاري

رط درdترل شdوارد کنdرخي مdا بdي رخ اجdراي عمdل تdا و . به تاخيرخواهد افتاددادن رويداد خاصي

حالت تعويقي

تقل و پسdراکنش مسdک تdرط در يdترل شdالت، کنdدر اين ح.از اتمام تراکنش جاري انجام ميشود

:روش مستقل خود به دو روش ديگر تقسيم ميشودروش مستقل روش وابسته

رط وdيابي شdه ارزشdه وظيفdي کdته تراکنشdدر روش وابساجdراي قdانون را دارد پس از اتمdام تdراکنش جdاري شdروع

به کار ميکند اريdراکنش جdتقل از تdراکنش مسdتقل اين تdدر روش مس

.سيستم شروع به کار ميکند

حالت مستقل

ترکيبهاي مختلف نحوه پيوستگي شرط و عمل

پيوستگي شرط-عمل

يوسپتگي رويداد-شرط

فوري تعويقي مستقل

فوريارزيابي شرط و عمل بالفاصله

بعد رويداد

ارزيابي شرط بعد از رويداد و اجراي عمل بعد از تمام شدن

تراکنش

ارزيابي شرط بعد از رويداد و

اجرا شدن عمل در قالب يک تراکنش

مستقل

تعويقي غير مجازارزيابي شرط و اجراي عمل بعد از اتمام تراکنش

ارزيابي شرط پس از اتمام تراکنش و

اجراي عمل در قالب يک

تراکنش مجزا

مستقلارزيابي شرط و اجراي عمل در

قالب يک تراکنش مجزا

غير مجاز

ارزيابي شرط در قالب يک

تراکنش مجزا و اجراي عمل در قالب يک

تراکنش مجراي ديگر

در کاربردي برنامه امر ابتداي در فعال،ه يک سيستم پايگاه داددر•.اجراست حال

نداده رخ سيستم در اي شده تعريف پيش از رويداد که هيچ زماني تا •. ميکند پيدا ادامه کاربردي برنامه اجراي است

با که قوانين سري يک ،داد رخ سيستم در رويدادي اينکه به محض• فعال رويدادهاي ليست و وارد شده فعال هستند مرتبط رويداد اين

.ميشونددر موجود فعال قوانين از يکي، انتخاب مکانيزم به توجه با حال •

. ميشود ارزيابي قانون بدنه در موجود شرط و شده انتخاب، ليست مربوطه قانون عمل اجراي بخش، شرط بودن درست صورت در•

.ميشود انجام در سيستم ديگري رويدادهاي دادن رخ موجب عمل اين اجراي اگر•

اضافه سيستم فعال رويدادهاي ليست به نيز جديد قوانين اين، شد.ميشوند

شود خالي فعال قوانين صف زمانيکه تا اجراي قوانين و ارزيابي •.ميکند پيدا ادامه

.در ادامه نيز کنترل به برنامه کاربردي منتقل ميشود•

چگونگي پردازش قوانين

کي از کارهاي مهم و اساسي در سيستمهاي پايگاه ي•.ميباشدن داده فعال فرآيند توليد قانو

تضمين نبود تعارض بين قوانين و رفع اثرات جانبي •اجراي قوانين مانند چرخه اجرا در اين بخش انجام

.ميشود

تشريح فرايند توليد قانون

فرآيند توليد قانون

هاي موجود درسيستم مورد با در نظر گرفتن شرايط و محدوديت•ي کاربردي قوانيني که بايد در سيستم هاي برنامه نظر و نيازمندي

شوند پويا تعريف شوند استخراج مي

هاي يک سازمان ميتواند به به عنوان نمونه کليه دستورالعمل•.صورت قوانيني در پايگاه داده فعال سازمان تعبيه شود

انجام تجزيه و تحليل سيستم فازمرحله استخراج قوانين در •.ميشود

اجراي موفقيت آميز مراحل آتي ارتباط مستقيم با كيفيت انتخاب •قوانين در سيستم دارد.

استخراج قوانين مرحله اول:

در ابتداي اين مرحله قوانيني كه در مرحله قبل از •سيستم استخراج شده اند در يك قالب فرمال و يا شبه

فرمال در دسترس هستند.

در اين مرحله قوانين استخراج شده از حالت فرمال و •يا شبه فرمال خارج شده و در قالب يك مدل قانون

استاندارد كه توسط طراحان سيستم تعريف شده است (ECAقرار ميگيرد. )قالب مفهومي

با استفاده از زبانهاي توصيف قانون ميتوان اين قوانين •را به فرمت قابل قبول براي هر نوع سيستم پايگاه داده

اي تبديل نمود.

مرحله دوم: توصيف قوانين

در اين مرحله ورودي که همان توصيف قوانين است •بوسيله يکي از زبانهاي توصيف قانون که توسط

سيستم مديريت پايگاه داده پشتيباني ميگردد.

سازي، توصيف قوانين به مجموعه نهايي در فاز پياده•قوانين مورد قبول سيستم مديريت پايگاه داده فعال

.مورد نظر تبديل خواهد شد

سازي قوانين در گاهي اوقات فازهاي توصيف و پياده •.يک مرحله انجام ميشود

مرحله سوم: پياده سازي قوانين

.در اين فاز صحت عملکرد قوانين کنترل ميشود•کنترل ميشود که آيا نيازمنديهاي طراحان به طور •

دقيق توسط قوانين برآورده ميشود يا نه؟ و آيا تبديل نيازمنديهاي قوانين از شکل فرمال به •

قالب زبانهاي توصيف قانون درست انجام شده ؟است

يکي از داليلي که امروزه عليرغم مزيتهايي که پايگاه•هاي داده فعال دارند از آنها زياد استفاده نميشود اين

:است کههاي بين بيني وابستگي تشخيص تضادها و پيش▫

شده در سيستم کارمشکلي مجموعه قوانين تعريفهاي بسيار حياتي تشخيص تضاد بين يکي از جنبه .است

. استتضمين پايان پذيري اجراي قوانينقوانين،

بررسي و اعتبارسنجي مرحله چهارم: قوانين

:براي حل اين مساله دو روش عمده وجود داردپذير بودن فرآيند اجراي قوانين در تشخيص پايانروش اول:•

. مرحله اجرا انجام شودتشخيص پايان پذيري يا ايجاد حلقه در فرآيند اجرا بدين معني است که ▫

چنانچه سيستم دريافت که فرآيند اجراي قوانين دچار حلقه اجرا شده .است، اجرا را قطع ميکند

تشخيص حلقه به اين صورت انجام ميشود که چنانچه تعداد قوانين فعال ▫سيستم از يک حدي بيشتر شد سيستم فرض ميکند که حلقه اجرا بوجود

آمده است.

عمليات تشخيص را از طريق تجزيه و تحليل ش دوم:رو•قوانيني که ممکن است موجب و مجموعه قوانين انجام ميدهد

.ايجاد چرخه اجرا شوند را شناسايي ميکند

تضمين پايان پذيري اجراي قوانين

نگهداري قوانين در طول دوره زماني سيستم فاز• .ميشود انجام پايگاه داده فعال

طي در اينکه يا کرد پيدا تغيير قوانين نيازمنديهاي اگر• مشاهده در قوانين خطايي و اشکال اجرا زمان مدت

.نمود بهنگام را قوانين ميتوان، شد

نگهداري قوانينمرحله پنجم:

مراحل توليد قانون در يك سيستم پايگاه داده فعال

معماري سيستم پايگاه داده فعال

اي معماري اليه

معماري يكپارچه

جمع بندی

در بسياري از کاربردها الزم است برسيستم، نظارت • باشد تا در صورت وقوع خودکاري وجود داشته

رويدادي خاص اقدامات و تغييرات مناسب بر سيستم پايگاه داده صورت گيرد.

در سيستمهاي پايگاه داده فعال مجموعه ای از قوانين •پويا براي كنترل عملكرد سيستم در نظر گرفته ميشود.

به فرايند فعالسازي قوانين و اتخاذ عکس العمل مناسب •در يک سيستم پايگاه داده فعال، رفتار پوياي سيستم گفته

ميشود.قانون مربوط به آن فعال با فعال شدن هر رويداد، •

شده، بخش شرط آن ارزيابي ميشود و در صورتي كه داراي ارزش درست باشد عمليات آمده در بدنه

قانون به اجرا در خواهدآمد.

• H. Theodore. “A survey of Active Database Systems”, April, 1997

• P. Rönn, “Two Approaches to Event Detection in Active Database Systems”, MSc Thesis, CS Department, University of Skövde,Sweden, 2001.

• H. Fritschi and Z. Flaach, “A Component Framework to Construct Active Database Management Systems”, PhD Thesis, CS Department, University of Zurich, 2002.

• A. Vadua, “Rule Development for active database”, PhD Thesis, CS Department, University of Zurich, 1999.

مراجع