Access Manager [Elektronische Ressource] : a DBMS framework for extensible access methods / Ralph Acker. Gutachter: Martin Bichler ; Rudolf Bayer. Betreuer: Rudolf Bayer

Ralph Acker

Sujets

• Wissenschaft

Informations

• Publié par: technische_universitat_munchen
• Publié le: 01 janvier 2011
• Nombre de lectures: 17
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

INSTITUT FÜR INFORMATIK
DER TECHNISCHEN UNIVERSITÄT MÜNCHEN
Access Manager
A DBMS framework for extensible
access methods

Ralph Acker



TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN
Institut für Informatik
Access Manager:
A DBMS framework for extensible
access methods
Ralph Acker
Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Informatik der Technischen Universität
München zur Erlangung des akademischen Grades eines
Doktors der Naturwissenschaften
genehmigten Dissertation.
Vorsitzende: Univ.-Prof. G. J. Klinker, Ph.D.
Prüfer der Dissertation:
1. Univ.-Prof. R. Bayer, Ph.D. (em.)
2. Univ.-Prof. Dr. M. Bichler

Die Dissertation wurde am 16.02.2011 bei der Technischen Universität München eingereicht
und durch die Fakultät für Informatik am 09.06.2011 angenommen.

In memory of my father, Martin Acker.i

Abstract
The presented Access Manager framework provides modular extensibility to a standard database
management system (DBMS), for bridging the functional gap between a data-independent DBMS
implementation and the specific requirements of a particular application domain for specialized access
methods, permitting efficient data retrieval, maintenance, and storage. Therefore it opens the
architecture of an operational standard DBMS in selected areas, by introducing a concise yet flexible and
powerful interface to the DBMS‟s components.
The DBMS will function as a host system for accommodating application domain-specific plug-ins,
allowing defined adaptation and customization of the host DBMS by introduction of access modules
for alternative primary and secondary access methods, supported by custom algorithmic units
implementing auxiliary transformations, and a potent data integration layer. This interface particularly
emphasizes thorough integration of extension modules into the host system‟s intrinsic query
optimization process, by devising a fully-automated, negotiation-based technique for constructing,
transforming, and assessing efficient query evaluation plans containing external modules.
Both interface and its corresponding protocol are designed for actively facilitating the development of
extension modules by encouraging modularization and reuse. As a consequence, coding complexity of
access modules depends closely on the complexity of the new access structure and its distinctiveness
from existing implementations. We prove the framework‟s ability to provide true extensibility by
augmenting an existing host DBMS with several additional access methods. To this end, a prototype
implementation of the Access Manager framework was successfully integrated into the relational
DBMS Transbase of Transaction Software GmbH.
Zusammenfassung
Das vorgestellte Access Manager Framework erlaubt die modulare Erweiterung eines herkömmlichen
Datenbank Management Systems (DBMS) zur Überwindung der funktionalen Diskrepanz zwischen
einem datenunabhängigen Datenbanksystem und den besonderen Anforderungen eines bestimmten
Anwendungsgebiets. Dafür sollen speziell zugeschnittene Zugriffsmethoden für effiziente
Datenhaltung, Suche und Manipulation hinzugefügt werden. Zu diesem Zweck wird die Architektur eines voll
einsatzfähigen DBMSs an ausgewählten Stellen über eine kompakte, flexible und zugleich mächtige
Schnittstelle geöffnet, um Zugriff auf interne Komponenten des Systems zu erlauben.
Das DBMS übernimmt dabei Rolle eines Wirtssystems, das die Implementierung
anwendungsspezifischer Plug-ins zur wohldefinierten Erweiterung und Anpassung an eine Datenbank-Applikation
gestattet. Bei diesen Erweiterungen handelt es sich erstens um alternative primäre oder sekundäre
Zugriffsmethoden, die durch maßgeschneiderte Algorithmen für relationale Transformationen ergänzt
werden können und zweitens um eine mächtige Integrationsschicht für den Zugriff auf externe Daten.
Die Schnittstelle gewährleistet im Besonderen eine grundlegende Integration solcher Erweiterungen in
den Anfrageoptimierer des Wirtssystems durch einen vollautomatisierten, verhandlungsbasierten
Prozess für Konstruktion, Transformation und Kostenabschätzung effizienter Anfragepläne, welche
externe Module beinhalten.
Sowohl die Schnittstelle als auch das zugehörige Protokoll wurden so entworfen, dass sie den
Entwicklungsprozess externer Module durch Modularisierbarkeit und Wiederverwendbarkeit von
Komponenten erleichtern. Dadurch wird eine starke Korrelation zwischen dem Entwicklungsaufwand neuer
Module und deren Komplexität bzw. deren Unterschied zu existierenden Modulen bewirkt. Als Beleg
für die Eignung dieses Frameworks für echte Erweiterbarkeit eines bestehenden DBMS wurde ein
Prototyp in das relationale Datenbanksystem Transbase der Firma Transaction Software GmbH
integriert.iii

Acknowledgements
First of all, I thank my supervisor Prof. Rudolf Bayer, Ph.D. for his support and invaluable
feedback during the different phases of this work, especially as this external thesis was
characterized by a „variable‟ pace, induced by schedules of pending projects for my employer,
such that progress came in abrupt leaps rather than as a constant flow. This necessitated him
to re-familiarize with the topic on short notice, which he always did with untiring interest,
while providing confidence and inspiring advice.
I am particularly grateful to Dr. Christian Roth, CEO of Transaction Software, for providing
the opportunity for setting out on this extensive research project and actively supporting it in
many ways, thereby effectively establishing the preconditions that made this thesis possible.
Also thanks to Dr. Klaus Elhardt, CTO of Transaction Software, who tolerated the numerous
intrusions of the Access Manager framework into critical Transbase system components, and
for the seeing past the initial irritations of its introduction.
All Transaction staff members helped greatly improving the outcome of this thesis, by
providing constructive criticism in numerous discussions on questionable design decisions, but also
for acknowledging, encouraging, and supporting all achievements. Special thanks for active
support to my colleague Simon Valentini, for adopting the Flat Table in a very early state,
when it was no more than a mere case study, and perfecting it to the industrial strength access
module to which it eventually evolved. Moreover, I want to thank Dr. Roland Pieringer, who
provided invaluable support and guidance during the early phase of this work.
Very special thanks to my love Tanja, for moral support, motivation, and for diverting me
when I was hopelessly entangled. Also for proofreading this thesis on a subject outside her
own discipline - not so many thanks for laughing out loud at my less fortunate formulations.
More thanks to Ulrike Herrmann, for helping me with a highly intricate administrative
procedure of TUM.
Finally, I thank my family and friends for their patience and constancy, although I was only
able to spend very little time and energy for sustaining the relationships. This is going to
change – I promise. v

Contents
Abstract ....................................................................................................................................... i
Zusammenfassung ....................................................................................................................... i
Acknowledgements ................... iii
Contents ...................................................................................................................................... v
1. Introduction ......................... 1
1.1. Objective ...................................................................................................................... 2
1.2. Structure ....................... 3
2. Theory ................................................................................................................................. 5
2.1. Relational Algebra ....... 6
2.1.1. Relations ............................................................................................................... 8
2.1.2. Operators .............. 9
2.1.3. Composition ....................................................................................................... 12
2.2. Query Planning .......... 12
2.2.1. Optimization ....................................................................................................... 12
2.2.2. Costs ................... 13
2.3. Interoperability .......................................................................................................... 14
2.3.1. Equivalence ........ 14
2.3.2. Compatibility ...................................................................................................... 15
2.3.3. Data Flow ........... 17
2.3.4. Sort Order ........................................................................................................... 18
2.4. Substitution ................ 20
2.4.1. Granularity ......................................................................................................... 24