Institut für Kartographie und Geoinformation

12. November 2001

Seminar Geoinformation Folie 1

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raumbezogener Anfragen

Ausblick

Seminar Geoinformation

Themenblock: „Implementierung raumbezogener

Anfragen“

Beitragsthema: „Verschachtelte Anfragen“

Wintersemester 2001/2002

Betreuer: Dr. Gerhard Gröger

Referent: Stefan Rattmann

Institut für Kartographie und Geoinformation

12. November 2001


Inhalt

Einführung

Query Execution Plan

Bearbeitung raumbezogener Anfragen

Ausblick

Schritte einer Anfragebearbeitung

Query Execution Plan (QEP)

syntaktische Analyse

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Inhalt

Einführung



Ausblick



syntaktische Analyse semantische Analyse

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Inhalt

Einführung



Ausblick



syntaktische Analyse semantische Analyse Evaluation

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Benutzer-anfrage

Inhalt

Einführung



Ausblick

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Benutzeranfrage

„Suche zu jedem US-Bundesstaat die zugehörigen counties!“

formuliert in SQL:

select s.sname, c.cname

from states s, counties c

where s.id = c.state

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Einführung



Ausblick

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Benutzer-anfrage

ParserType

checker

Inhalt

Einführung



Ausblick

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Parser (Analysator)

Übersetzung der Anfrage in einen algebraischen Ausdruck

type checker (Kontrollprozedur)

Kontrolle von Existenz und Konsistenz der in der Anfrage benutzten Bestandteile (z.B.: Attributnamen, Attributtypen, Operatoren…)

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Einführung



Ausblick

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Benutzer-anfrage

ParserType

checker

Algebraischer Baum

Inhalt

Einführung



Ausblick

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algebraischer Baum aus logischen Operatoren

symbolische Darstellung:

states counties

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Einführung



Ausblick

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Benutzer-anfrage

ParserType

checker Optimizer

Algebraischer Baum

Inhalt

Einführung



Ausblick

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Optimizer (Optimierer)

Effizientere Bearbeitung der Anfrage durch Optimierung der Auswertestrategie

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Einführung



Ausblick

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Benutzer-anfrage

ParserType

checker Optimizer

Algebraischer Baum

QEP

Inhalt

Einführung



Ausblick

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Query Execution Plan (Anfrage-Ausführungsmodell)

Entwurf des QEP beruhend auf einem Auswahlsatz physikalischer Operatoren und Indizes

Symbolische Darstellung:

project

merge

sort

scan (counties)scan (states)

sort

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Ausblick

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Benutzer-anfrage

ParserType

checker OptimizerQuery

prozessor

Algebraischer Baum

QEP

Inhalt

Einführung



Ausblick

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Probleme bei der Bearbeitung

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Einführung


Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

multiway-joins

Ausblick

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1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation*


* mbr = minimum bounding rectangle

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Einführung



multiway-joins

Ausblick

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1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation


Erläuterung am Beispiel (Danke Andreas!)

„Überlappen sich (grünes) Naturschutzgebiet und (rotes) Stadtgebiet (1)?“

Stadtgebiet

Naturschutzgebiet

mbrNaturschutzgebiet

mbrStadtgebiet

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Einführung



multiway-joins

Ausblick

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Inhalt

Einführung



multiway-joins

Ausblick



Erläuterung am Beispiel


Stadtgebiet

Naturschutzgebiet

keine Überlappung möglich !

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Einführung



multiway-joins

Ausblick





Stadtgebiet

Naturschutzgebiet

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Inhalt

Einführung



multiway-joins

Ausblick





Stadtgebiet

Naturschutzgebiet

Überlappung möglich !

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Einführung



multiway-joins

Ausblick



Zugriff auf die komplexe geometrische Beschreibung der Objekte erforderlich

2. (hohe) Kosten raumbezogener Operatoren

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Einführung



multiway-joins

Ausblick



Zugriff auf die komplexe geometrische Beschreibung der Objekte erforderlich

2. (hohe) Kosten raumbezogener Operatoren

Während der Zeitaufwand für die Auswertung von Anfragen bei relationalen DBMS durch die Anzahl der Ein- und Ausgaben abgeschätzt werden kann, muss man bei der Abschätzung im raumbezogenen Fall die CPU- Rechenzeit ebenfalls mitberücksichtigen.

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multiway-joins

Ausblick

multiway joins

Vorstellung des begleitenden Beispiels

multiway join = Abfolge paarweiser joins (verschachtelte Anfragen)

R1 R2 Rn...

zur besseren Anschauung:

- Beschränkung der Diskussion auf Zweiwege-joins R1 R2 R3

„Suche alle Straßen, die Wald durchqueren, der wiederum von Flüssen durchzogen ist!“

Gewünschte Ausgabe: - Straßen- durchquerte Wälder- „umwaldete“ Flüsse

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Einführung



multiway-joins

Ausblick

multiway joins

Vorstellung der Verfahren (1)

pipelined strategy

Idee: - Fließband- symbolische Darstellung

Ablauf:

1. Eingaben: R-Bäume I1 und I2

2. Filterschritt von R1 R2 (STT-join)

3. Eingaben: Ergebnis des ersten Filterschrittes und I3

4. Filterschritt von R2 R3 (INL-join)

Ergebnis: Satz von Tripeln (ID1, ID2, ID3) mit den Identifiern für den Verfeinerungsschritt

INL

STT

I1 I3I2

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Einführung



multiway-joins

Ausblick

multiway joins

pipelined strategy

Bewertung:

Vorteile:

- einfache Konstruktion

- kurze Antwortzeiten

- flexibel in Bezug auf den Einbau des bislang nicht betrachteten Verfeinerungsschrittes

Nachteile:

- Mehrfaches Laden des R-Baums I3

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Einführung



multiway-joins

Ausblick

multiway joins

build-and-match strategy

Idee: Vermeiden des wiederholten Ladens von Teilen des R-Baums I3 durchVorverarbeitung des Ergebnisse des ersten Filterschritts STT (vgl. vorherige Strategie) zu einem Index (R-Baum), so dass eine Zugriffsstruktur entsteht, die effizient mit dem R-Baum I3 zusammen verarbeitet werden kann


STT

STT

I1 I3I2

Build

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Einführung



multiway-joins

Ausblick

multiway joins

build-and-match strategy

Vorteile:

- Filterschritt von R1 R2 (STT-join) muss vor der Erstellung des R-Baumes abgeschlossen sein

Nachteile:

- trotz des Zeitaufwandes für den Bau der Zugriffsstruktur ist der nachgeschaltete Filterschritt R1 R2 (STT) so effizient, dass die Gesamt-Performance besser ausfällt als vorher

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Einführung



multiway-joins

Ausblick

multiway joins

3-way-STT

Idee: Verallgemeinerung der STT-Methode durch gleichzeitige Einbeziehung dreier (oder allgemeiner: von n) R-Bäume


STT

I1 I3I2

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Einführung



multiway-joins

Ausblick

multiway joins

3-way-STT

Beispiel:

N1

N2

N3i1i4

i2

i5

i3

j2 j6

j5j3

j4

j1k6

k4 k5

k7k1

k3k2

3 Knoten N1, N2 und N3 (Teilbereiche) vom jeweiligen R-Baum I1, I2 und I3 sollen einem Zweiwege-join unterzogen werden

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Einführung



multiway-joins

Ausblick

multiway joins

3-way-STT

Erster Schritt eines klassischen Filterschritts R1

R2

N1

N2

i1i4

i2

i5

i3

j2 j6

j5j3

j4

j1

=> potentielle Ergebnisse j1, j3 und j4

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Einführung



multiway-joins

Ausblick

multiway joins

3-way-STT

Erster Schritt eines 3-way-STT - Filterschritts R1 R2 R3 N1

N3

N2i1i4

i2

i5

i3

j2 j6

j5j3

j4

j1k6

k4 k5

k7k1

k3k2

=> potentielle Ergebnisse j1 und j3

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Einführung



multiway-joins

Ausblick

multiway joins

Bewertung der Verfahren in Bezug auf den Verfeinerungsschritt

pipelined und build-and-match strategy

3-way-STT

Flexibilität in Bezug auf den Einbau des

Verfeinerungsschrittes

extrem effiziente Filterstufe

Verfeinerungsschritt nur nachschaltbar

Eine Anfrage-Auswertestrategie, die geringe Speichererfordernis, einen effizienten Filterschritt und einen optimalen Ablauf für den Verfeinerungsschritt in sich vereinigt, ist bislang noch nicht gefunden.

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Einführung


Ausblick

Ausblick

... wünscht einen erholsamen Abend!

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Bearbeitung raumbezogener Anfragen

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Seminar Geoinformation

Themenblock: „Implementierung raumbezogener

Anfragen“

Beitragsthema: „Verschachtelte Anfragen“

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