XML in relationalen Datenbanken Tobias Webelsiep Seminarvortrag zum Seminar Allgemeine Informatik...

XML in relationalen Datenbanken

XML in relationalen Datenbanken

Tobias WebelsiepTobias Webelsiep

Seminarvortrag zum Seminar Allgemeine InformatikSeminarvortrag zum Seminar Allgemeine Informatik

Sommersemester 2003

Betreuer: Prof. Dr. V. KlementSommersemester 2003

Betreuer: Prof. Dr. V. Klement

XML in relationalen DatenbankenXML in relationalen Datenbanken

Tobias Webelsiep © 2003Tobias Webelsiep © 2003

Inhalt des VortragsInhalt des Vortrags

XML – eXtensible Markup Language XML Struktur, DTD, XML Schema, XSLT, XPath

Speicherverfahren von XML in RDBMS XSLT-Skript, CLOB, Relationenschema

Ausgabe relationaler Daten im XML-Format Darstellung von Tabellen, SQL-Erweiterung

XML-Schnittstellen der Datenbank-Hersteller Oracle 9i, MS SQL Server, IBM-DB2 XML Extender

Ausblick und Zukunftsperspektiven

Einführung in XML und RDBMS Verbreitung, Motivation

InhaltInhalt



EinführungEinführung


Relationale Datenbanken

• Das Medium zur Speicherung von Daten• Einfacher Zugriff durch SQL

Informationen

• Starke Wandlung seit Benutzung des Internets• Flexibilität, Austauschbarkeit und Plattformunabhängigkeit sind wichtig

XML

• Ist eine Beschreibungssprache von Dokumenten wie HTML• Strukturiert Informationen zum Datenaustausch



VerbreitungsgradVerbreitungsgrad


Verbreitung relationaler Datenbanken:

• Sind fast in jedem Anwendungsgebiet einsetzbar• Erweiterung durch das objekt-relationale Modell• Sehr große Anzahl von Internet-Datenbanken

Anwendungsgebiete von XML

• Ideal zur Transformation in Internet-Formate (HTML, PDF, …)• Spezielle Auszeichnungssprachen (Ausprägung von XML):

BSML (Bioinformatic Sequence Markup Language) MathML (Mathematical Markup Language) AIML (Astronomical Instrument Markup Language)

RDBMS und XML treffen in der Praxis häufig aufeinander



XML – eXtensible Markup LanguageXML – eXtensible Markup Language


• XML wurde 1996 vom W3C (World Wide Web Consortium) vorgeschlagen

• 10.02.1998 als Version 1.0 standardisiert

• XML ist eine Ableitung von SGML (Standard Generalized ML)

• Einige Ziele des Designs:

Leichte Benutzung fürs Internet

Soll ein plattformunabhängiges Format sein

Design soll prägnant und leicht zu erlernen sein

Leichte Erstellung von Dokumenten

Dokumente solle leicht lesbar und verständlich sein



Warum XML?Warum XML?


HTML (Hyper Text Markup Language)

• HTML ist eine Beschreibungssprache für Internetseiten

• Das Aussehen der Information wird definiert

• Festgelegte Tags, die viel Spielraum erlauben

Vorteile von XML

• Tags sind frei wählbar, je nach Anwendungsgebiet

• Die Struktur und die Semantik von Dokumenten wird hervorgehoben

• Dem Dokument werden Meta-Daten hinzugefügt

• Die Interpretation ist fest definiert



Aufbau und StrukturAufbau und Struktur


Struktur

• Zentrale Struktur ist der Baum

• Gleichartige Informationen im Dokument werden zusammen- gefasst

• Jedes XML Dokument hat die gleiche interne Struktur

Aufbau

• Jedes XML Dokument muss mit der XML Deklaration beginnen

• Jedes Dokument besitzt genau eine Wurzel



Syntax – Beispiel (1)Syntax – Beispiel (1)


• Stylesheet-Deklaration <?xml-stylesheet href="buchliste.xsl" type="text/xsl"?>

• Kommentar 

• Tags Zu jedem Start-Tag muss ein Ende-Tag angegeben werden.

Es gibt das Leere Elemente: <LeerTag/>

• Attribute Können beliebig zu jedem Element angegeben werden



Syntax – Beispiel (2)Syntax – Beispiel (2)


• Entity-Referenzen Stehen für spezielle Zeichen & -> & < -> < > -> > &qout; -> “ ' -> ‘

• CDATA Die Zeichen innerhalb von CDATA werden nicht unter- sucht (wie Kommentar), aber angezeigt.

<![CDATA[Ich schreibe < und & wie ich will]]>



DTD oder XML Schema?DTD oder XML Schema?


DTD (Document Type Definition)

• Legt den Aufbau eines XML Dokuments fest

• Bestimmt Abhängigkeiten und Reihenfolge

• Anzahl von Elementen: ?, +, * bzw. durch |

Vorteile von XML Schema

• Ist selbst wieder ein XML Dokument

• Angabe von Datentypen (Zahl, Datum usw.) möglich

• Die Definition vom XML Schema durch eine DTD oder XML Schema möglich

• Angabe von Namensräumen zur Vermeidung von Konflikten



DTD oder XML Schema - BeispielDTD oder XML Schema - Beispiel


DTD

<!ELEMENT buchliste (buch+)><!ELEMENT buch (isbn, autor, titel, verlag, erscheinungsjahr)><!ATTLIST buch ausgabe (t|g|r) ’g’><!ELEMENT autor (#PCDATA)><!ELEMENT titel (#PCDATA)>

XML Schema

<xsd:element name="buchliste" type="buch"/> <xsd:element name="buch> <xsd:complexType> <xsd:sequence> <xsd:element name="autor" type="xsd:string"/> <xsd:element name="titel" type="xsd:string"/> </xsd:sequence> <xsd:attribute name="ausgabe" value="g" type="xsd:string"/>



XSL TransformationXSL Transformation


• Ist wiederum ein XML Dokument

• XSL ist eine Stylsheetsprache (eXtensible Stylesheet Language)

• Erlaubt die Umwandlung von XML Dokumenten in beliebige Formate

Elemente von XSLT

• XSLT Elemente - zu Definition <xsl:template>

• XPath – zur Navigation

• XSLT Muster <xsl-tamplate match=“buch“>

• XSLT Funktionen – zur Typumwandlung, Arthmetik



XSLT - BeispielXSLT - Beispiel


Umwandlung von XML in HTML

<?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?>

<xsl:template match="/"> <html> <head> <title>Buchliste</title> </head> <body> <h1>Buchliste</h1> <table> <tr> <td><b>Buch<b></td> </tr> <xsl:apply-templates/> </table> </body> </html></xsl:template>

...<xsl:template match="buchliste"> <xsl:apply-templates/></xsl:template><xsl:template match="buch"> <tr> <td><xsl:value-of select="child::buch"/></td> </tr></xsl:template>



XPath – XML NavigatorXPath – XML Navigator


• XPath wurde zusammen mit XSLT entwickelt

• Mit XPath-Ausdrücken können Teile des Baumes selektiert werden

• Beispiel:

<xsl:value-of select="autor"/> Direkte Angabe eines Elementnamens

• Erweiterungen von XPath:

XQuery: Für Zugriff auf Dokumentsammlungen

XPointer: Zur Verlinkung von Dokumenten

• Implementierungen in Java und RDBMS

• Ähnliche APIs: DOM und SAX



Speicherverfahren von XML in RDBMSSpeicherverfahren von XML in RDBMS


Schwierigkeiten bei der Speicherung

• Die Baumstruktur ist nicht mit dem relationalen Modell vereinbar

• Komplexe Strukturen wie Abhängigkeiten, Rekursion und Mehrwertigkeit müssen abgebildet werden

• Gemischte Inhalte schwer abzuspeichern:

<Absatz> Normaler Text <fett> Fetter Text </fett> Text </Absatz>

• Für Reihenfolge von Elementen benötigt man Zusatzinformationen

• Die Unterscheidung von Subelement und Attribut ist schwierig



Von XML zu SQLVon XML zu SQL


Transformation über XSLT-Skript

• Einfache Möglichkeit ohne spezielle DB-Unterstützung

• Vorgehen nach folgendem Schema:

Erstellen einer passenden Tabelle mittels CREATE-Statement

Umwandlung des XML Dokuments in ein INSERT-Statement

Speichern der Daten über SQL

Probleme bei diesem Ansatz

• Nur flache Hierarchien möglich

• Keine Unterscheidung von Attributen und Subelementen

• Bei Bedingungen und Rekursion nicht anwendbar



Der CLOB – AnsatzDer CLOB – Ansatz


Vorteile von CLOB

• Speicherung eines XML Dokuments als Character Large Object

• Kein Verlust von Metainformationen

• Zugriff auf eine Tabellenspalte zum Auslesen des gesamten Dokuments

Nachteile dieser Speichermethode

• Beschränkter Zugriff auf Teile des Dokuments

• Navigation durch Baumstruktur benötigt spezielle Funktionen

• Die Auswahl von Teilbäumen nur mit Volltextsuche oder speziellen XML Suchen der DB-Hersteller.



Abbildung XML auf Relationenschema (1)Abbildung XML auf Relationenschema (1)


Orientierung von Dokumenten

• Dokument-Orientiert:

Ist auf die Einteilung und Strukturierung der Dokumente ausgerichtet Komplexe Hierarchie und Struktur

• Daten-Orientiert:

Spezialisiert auf den Datenaustausch Flache Hierarchie, einfache Struktur

Vorteile

• Zugriff auf Teile über normale SQL-Abfragen

• Alle Vorzüge der RDBMS (Views, Indices usw.) nutzbar

• Elemente eines Typ werden in einer Tabelle verwaltet



Abbildung XML auf Relationenschema (2)Abbildung XML auf Relationenschema (2)


Vorschrift zur Speicherung

(1) Eine Tabelle für jeden Elementtyp mit Subelementen bzw. gemischtem Inhalt

(2) Eine separate Tabelle für jeden Elementtyp mit gemischtem Inhalt zur Speicherung des PCDATA-Anteils

(3) Für jedes einwertige Attribut und Subelement, das nur PCDATA enthält eine Spalte. Die Spalte muss NULL akzeptieren

(4) Für jedes mehrwertige Attriburte und Subelemente eine eigene Tabelle und verknüpfe sie mit Tabelle des Elementtyps.

(5) Verknüpfe für jedes Subelementtyp oder gemischten Inhalt die Tabelle des Elementtyps mit der Tabelle des Subelements.



Ausgabe rel. Daten im XML-FormatAusgabe rel. Daten im XML-Format

Ausgabe relationaler Daten im XML-FormatAusgabe relationaler Daten im XML-Format

Ausgabe als Rowset

• Ausgabe der Ergebnistabelle einer SQL-Abfrage

• Vergleichbar mit HTML Tabelle

• Durch XSLT später in ein beliebiges Format trans- formierbar

Beispiel

<TABLE> <ROW> <COLUMN> ... </COLUMN> ... <COLUMN> ... </COLUMN> </ROW> ...</TABLE>

Nachteile

• Ausgabe strukturierter Daten über eine normale SQL-Abfrage nicht möglich

Erweiterung von SQL nötig



Vorschlag des SQL-KomiteesVorschlag des SQL-Komitees

Ausgabe relationaler Daten im XML-FormatAusgabe relationaler Daten im XML-Format

• Erweiterung des SQL-Standards um XML Zugriffsfunktionen

• In einem Select-Statement können eigene XML Funktionen angegeben werden

SELECT autor.name, autorFkt(autor.ID, autor.name, buchLst(autor.ID)) FROM autor

• Erstellung der Funktion AutorFkt:

CREATE FUNCTION autorFkt (id INTEGER, name VARCHAR(50), buchLst CLOB(10000)) RETURNS CLOB(10000) LANDUAGE XML RETURN <autor id={id}> <name> {name} </name> <buchliste> {buchLst} </buchliste> </autor>



Schnittstellen der DB-HerstellerSchnittstellen der DB-Hersteller

Schnittstellen der Datenbank-HerstellerSchnittstellen der Datenbank-Hersteller

• Die meisten Datenbank-Hersteller haben eigene XML- Schnittstellen

• Es werden immer hybride Ansätze gewählt

Oracle 9i

• Erweiterte Abfragesprache XSQL zur Generierung von XML Dokumenten aus relationalen Daten.

• Aufbau der Abfrage als XML mit integriertem SQL-Statement

<?xml version="1.0"?><xsql:query connection="oracle" xmlns:xsql="urn:oracle-xsql"> SELECT ’Hello, World!’ AS text FROM DUAL</xsql:query>



Oracle 9iOracle 9i


Übersicht

• XSLT Prozessor

• XML Parser

• XPath Engine

• Intermedia

• XMLType

• XSU



Microsoft SQL Server 2000Microsoft SQL Server 2000


Erweiterung zur Verwaltung von XML

• SQLXML als eigene Erweiterung von SQL

FOR XML: Erweitert den Select-Befehl zur direkten Ausgabe der Ergebnistabelle als XML Dokument mit verschieden Modi

o RAW: Erstelle eine flache Struktur (Rowset)

o AUTO: Je nach Komplexität (durch Joins)

o EXPLICIT: Angabe der Hierarchie bei der Ausgabespalte

OPENXML: Ist ein spezieller Befehl zum Manipulieren von XML innerhalb der Datenbank-Tabelle. (Insert, Update)

• XRD-Schema: Ermöglicht den Zugriff über XPath

• .NET Integration und Unterstützung



DB2 XML-Extender von IBMDB2 XML-Extender von IBM


Speicherung als CLOB

• XMLVARCHAR: Speichert ein XML Dokument in Tabellenspalte

• XMLCLOB: Als spezielle DB-Datei. Einzelne Element können in einer Seitentabelle für schneller Zugriff gespeichert werden.

• XMLFile: externe Datei mit der DB verlinkt

• DAD: Speichert Zusatzinformationen aus XML Schema

Abbildung auf Relationenschema

• Zugriff über DB2 eigene stored procedures

• dxxGenXML(): Erzeugt XML aus relationalem Datenmodell

• dxxShredXML(): Speichert ein XML Dokument als Relationenschema



Weitere HerstellerWeitere Hersteller


MySQL

• Weit verbreitet Open Source Datenbank

• enthält keine Erweiterung für XML

• Speicherung als CLOB möglich, aber keine speziellen Such- und Zugriffsfunktionen vorhanden

Sybase Adaptive Server

• Möglichkeiten zur Ausgabe von rel. Daten als Rowset

• Speicherung von XML Dokumenten über spezielle JAVA-APIs



ZusammenfassungZusammenfassung


XML Dokumente

• Eigenen sich bestens zum Datenaustausch

• Strukturieren Informationen

• Können in ein beliebiges Format transformiert werden

RDBMS mit XML-Unterstützung

• SQL-Komitee um Standardisierung bemüht

• Direkte Speicherung als CLOB wird hinreichen unterstützt

• Einige Tools zur Abbildung in Relationenschema verfügbar



AusblickAusblick


RDBMS vs. XML Datenbanken vs. Content Management

• XML Datenbanken

speziell auf XML ausgerichtet

Speicherung "normaler" Daten nicht möglich

• RDBMS

Zusatz-Tool zur Verwaltung von XML

Abbildung von XML auf Relationenmodell möglich

• Content Management

Enthält zusätzliche Verwaltungsinformation

Verwaltung von Dokumentsammlungen



Danke für Ihre AufmerksamkeitDanke für Ihre Aufmerksamkeit

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Date post:	06-Apr-2015
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