CONSULTANDO VISÕES XML DE BANCOS DE DADOS OBJETO-RELACIONAIS

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1 CONSULTANDO VISÕES XML DE BANCOS DE DADOS OBJETO-RELACIONAIS Lineu Antonio de Lima Santos: Aluno Vânia Maria Ponte Vidal: Orientadora Universidade Federal do Ceará Departamento de Computação Campus do PICI, Bloco 910 CEP Fortaleza CE Brasil {lineu, Resumo XML vem se firmando como o formato padrão para troca de dados entre aplicações Web. Como a grande maioria dos dados está armazenada em bancos de dados convencionais, o problema de publicá-los como XML assume especial significância. Uma maneira de resolver esse problema é criar visões XML sobre o banco de dados. Essas visões podem ser consultadas usando a linguagem de consulta própria para XML tal como XQuery. Consultas nas visões XML devem ser traduzidas em consultas numa linguagem especifica do banco de dados correspondente. Nesse trabalho, propomos um framework para publicar dados objeto-relacionais através de visões XML. No nosso enfoque, utilizamos uma visão de objetos como interface entre a visão XML e o banco de dados. Toda consulta XQuery submetida a uma visão XML deve ser traduzida numa consulta SQL para a visão de objetos. O resultado dessa consulta SQL será então transformado no documento XML de resposta. Um software será desenvolvido para traduzir consultas XQuery e gerar um documento XML de resposta. Será desenvolvida também uma ferramenta para gerar de forma automática a definição da visão de objetos a partir das assertivas de correspondências (ACs) [10] entre o esquema da visão de objetos e o esquema do banco de dados. Palavras-chave: Visões XML, Consulta, XQuery, Objeto-Relacional, Visões de Objeto 1. Introdução XML [2] vem se firmando como um formato universal para publicação e troca de dados na Web. Isso porque XML é uma linguagem para representação de dados autodescritível e bastante flexível, conseguindo representar dados estruturados e semiestruturados. Isso motivou o interesse de muitas empresas em desenvolver aplicações para disponibilizar e trocar dados no formato XML. Mas como esses dados geralmente estão armazenados em bancos de dados convencionais, o problema de publicá-los como XML assume especial significância. Uma maneira de resolver esse problema é criar visões XML sobre o banco de dados. O uso de visões XML também tem uma grande importância em sistemas de integração de dados que adotam uma arquitetura de mediadores baseada em XML [1][10]. O 112

2 mediador suporta uma visão integrada XML e as fontes locais exportam visões XML. Consultas submetidas a mediador são decompostas em sub-consultas que serão submetidas às visões XML das fontes locais. Estas devem ser traduzidas em consultas numa linguagem especifica do banco de dados correspondente. Já existem muitas propostas para publicação de dados relacionais como visões XML [5][6][9][12][13][14]. No entanto, pouco esforço tem sido empreendido para resolver o problema de publicar o conteúdo de um banco de dados objeto-relacional como visão XML. Nesse contexto o problema é bem mais complexo, pois o modelo objeto-relacional permite o desenvolvimento de estruturas complexas (tabelas aninhadas, tipos de dados estruturados e de referência) além das estruturas relacionais. O nosso trabalho está estruturado da seguinte forma: na seção 2, apresentamos nosso enfoque para consulta de bancos de dados objeto-relacionais através de visões XML; na seção 3 apresentamos as contribuições e resultados esperados; na seção 4, citamos alguns trabalhos relacionados ao nosso, procurando enfatizar suas desvantagens; na seção 5, mostramos as principais vantagens do nosso enfoque. 2. Framework para consultar visões XML de um banco de dados objeto-relacional Para processar consultas XQuery sobre visões XML de banco de dados objetorelacionais (BDOR) nosso framework utiliza uma visão de objeto default como camada intermediaria. Essa visão de objetos possui uma estrutura compatível com a estrutura da visão XML, ou seja, os objetos sintetizados pela visão de objetos possuem a mesma estrutura do elemento raiz da visão XML. Consultas XQuery submetidas a visão XML serão traduzida em consultas SQL sobre a visão de objeto default. O processamento dessas consultas consiste dos seguintes passos (Figura 1): 1) Consultas XQuery submetidas à visão XML são tratadas pelo módulo Tradutor de Consultas. Esse módulo analisa a consulta para separar as informações pertinentes aos dados das informações relacionadas à apresentação dos resultados. Essa analise resulta num Figura 1: Passos do conjunto de expressões de caminho (XPath) e num Processamento de Consultas documento XML Modelo. As expressões de caminho identificadas deverão ser traduzidas em comandos SQL para a visão de objetos default e gera um documento XML Modelo para construção do resultado. 2) As consultas SQL definidas sobre a visão de objeto são traduzidas em consultas no banco de dados. Em bancos de dados como o Oracle 9i [11] esta tradução é realizada pelo próprio SGBD com base na definição da visão. 3) A tabela de objetos resultante é submetida ao módulo gerador XML juntamente com o XML modelo para gerar o documento XML de resposta apropriado. 113

3 2.1. Um Exemplo Nesta seção utilizamos um exemplo para descrever cada passo do processamento de consultas em visões XML. Suponha o esquema do BD apresentado na figura 2 e que desejamos criar uma publicar os dados desse banco através da visão XML (V), cuja estrutura está representada na figura 3. O esquema da visão de objetos default está ilustrado na figura 4. Livros_R ISBN Titulo Autores_R Nome ISBN (FK) Endereco Figura 2 : BD Livraria Figura 3 : Esquema XML da visão V Figura 4 : Esquema da Visão de Objetos default Considere a consulta da figura 5 especificada sobre a visão V. O tradutor extrai da consulta XQuery a expressão de caminho /Livros/Livro/Autores/Autor[Nome= Lineu ] e a transforma em uma consulta SQL na visão de objeto default Livros_V (Figura 6). Um algoritmo para traduzir expressões de caminho (XPath) em consultas SQL sobre um banco de dados relacional pode ser encontrado em [14]. Esse algoritmo inicialmente gera um comando SQL para selecionar o elemento raiz da visão XML. Em seguida, ele gera um comando SQL para cada passo da consulta XPath, sendo que a cláusula FROM dessa consulta SQL está associada a consulta SQL do passo anterior. A consulta SQL produzida pelo último passo constitui a consulta resultante. No nosso trabalho, estamos adaptando essa estratégia para traduzir consultas XPath em consultas SQL da visão de objeto default. FOR $i IN document($v)/livros/livro/autores/autor WHERE $i./nome = Lineu RETURN <LIVRO> $i/isbn $i/titulo </LIVRO> Figura 5: Atualização XQuery Figura 5 : Consulta XQuery Select value(y) as O From (Select * From (Select value(x) as O From VLivros X)) X, Table(X.O.Autores) y Where Y.Nome= Lineu Figura 6 : Tradução SQL 3. Contribuições Pretendemos alcançar os seguintes resultados com esse trabalho: a) Construção de uma ferramenta para gerar a visão de objeto default correspondente a uma determinada visão XML. Esse processo consiste dos seguintes passos: 1. Geração do esquema da visão de objeto default a partir do XML Schema da visão XML. Caso o banco de dados não exista, ele deve ser projetado com uma estrutura que melhor armazene essa visão. O problema de armazenar documentos XML num banco de dados objeto-relacional ainda não foi tratado pela literatura de forma satisfatória. 114

4 2. Geração das assertivas de correspondências (ACs) entre os dados da visão de objeto default e os dados do banco de dados. Essas ACs são obtidas a partir do matching entre os respectivos esquemas. 3. Geração da definição da visão de objeto default. A definição da visão de objeto default será gerada de forma automática a partir das ACs geradas no passo 2. b) Desenvolvimento de um software (BDORXML) que funciona como middleware entre uma visão XML e a visão de objetos default correspondente. Esse software será constituído por dois módulos: um tradutor de consultas que transforma uma consulta XQuery numa consulta SQL sobre a visão de objeto default e um gerador XML que gera um documento XML a partir do resultado da consulta SQL. Atualmente, estamos desenvolvendo algoritmos para fazer traduções XQuery em consultas XPath e um documento XML Modelo, bem como um algoritmo para gerar a resposta XML adequada baseado nas tabelas de objetos de resultado e o XML Modelo. 4. Trabalhos Relacionados Muitos enfoques já foram propostos [3][4][6][7][12] como solução para o problema de consultar bancos de dados relacionais a partir de uma visão XML. O que essas propostas têm em comum é uma forte dependência entre a visão XML e o banco de dados, ou seja, se a estrutura do banco de dados mudar, a visão XML deve ser totalmente redefinida. No caso do XPeranto [4] isso ocorre porque a visão XML é construída a partir do esquema desse banco. No caso do SilkRoute [6], a visão XML é definida por uma consulta escrita na linguagem RXL (Relational to XML Transformation Language) sobre o banco. Sendo assim, qualquer alteração estrutural no banco de dados implica na alteração do esquema da visão XML (XPeranto) ou na alteração da consulta RXL (SilkRoute). Resumidamente, esse problema ocorre porque nesses casos a visão XML foi definida a partir do esquema original do banco de dados. Já existem alguns SGBDs comerciais [11][9][8] que disponibilizam publicação de dados no formato XML. O Oracle XSQL Pages Publishing Framework [11] é o único software do qual temos conhecimento que permite a definição de visões XML sobre um banco de dados objeto-relacional, mas consultas sobre essas visões não são suportadas. O Microsoft SQL Server é o único que suporta consultas sobre visões XML, mas esse suporte é bastante limitado, pois elas são especificadas usando XPath, que é um subconjunto de XQuery. 5. Conclusões Nesse trabalho propomos um framework para publicar visões XML de banco de dados objeto-relacionais. O framework utiliza uma visão de objetos como interface entre uma visão XML e o respectivo banco de dados. Uma das vantagens desse enfoque é o aumento do grau de independência lógica, uma vez que alterações no esquema do BD não implicam em alterações na definição da visão XML, sendo somente refletida na visão de objetos default. Assim, no caso de evolução do BD, somente a visão de objetos default será redefinida, o que pode ser feito através do uso da ferramenta discutida na seção 3, executando-se apenas os passos 2 e

5 Outra vantagem do nosso framework é que as traduções de consultas XQuery em consultas SQL da visão de objetos default são diretas, como mostrado no exemplo anterior (figuras 5 e 6). Isso ocorre por causa da compatibilidade estrutural entre a visão XML e a visão de objetos default. A tradução de consultas XQuery em SQL é facilmente definida quando os elementos na consulta XQuery possuem o mesmo aninhamento dos objetos da visão de objetos default. Caso contrário não podemos garantir a eficiência das traduções geradas. Como na maior parte das aplicações o usuário conhece a estrutura dos elementos que vai manipular, uma visão XML apropriada deve ser criada para atender seus requisitos. Esse processo é semi-automatizado pelo uso da ferramenta proposta na seção Referências Bibliográficas [1] S. Abiteboul, P. Buneman and D. Suciu. Gerenciando Dados na WEB.Editora Campos, Rio de Janeiro, [2] World Wide Web Consortium, Extensible Markup Language (XML) Version 1.0, W3C Recommendation, [3] J. Shanmugasundaram, et. al., Relational Databases for Querying XML Documents: Limitations and Opportunities, Very Large Data Bases (VLDB) Conference, Scotland, September [4] J.Shanmugasundaram, et al. XPERANTO: Bridging Relational Tecnology and XML IBM Research Report, June [5] J.Shanmugasundaram, et al. Querying XML Views of Relational Data. In Proceeding of 27th VLDB Conference, Roma, Italy, [6] M. Fernández, W. Tan and D. Suciu. Silkroute: Trading between relations and XML. In Proceedings of the Ninth International World Wide Web Conference, [7] T. Shimura, M. Yoshikawa, and S. Uemura. Storage and Retrieval of XML Documents Using Object-Relational Databases. In Database and Expert Systems Applications, pages Springer, [8] J.M. Cheng, J. Xu, XML and DB2, Proceedings of the International Conference on Data Engineering, California, USA, March [9] L.S. Hayashi and J. Hatton. Combining UML, XML and relational database technologies the best of all worlds for robust linguistic databases. SIL International, Dallas, USA. [10] V.M.P. Vidal, B.F. Loscio, A.C. Salgado. Using Correspondence Assertions for Specifying the Semantics of XML-Based Mediators. Workshop on Information Integration on the Web [11] Oracle Corporation [12] C.M. Vittori, C.F. Dorneles, and C.A Heuser. Creating XML documents from relational data sources. EC-Web 2001: [13] J. Shanmugasundaram, K. Tufte, G. He, C. Zhang, D. DeWitt, and J. Naugthon. Efficiently Publishing Relational Data as XML Documents. VLDB Conference, September [14] J. Shanmugasundaram, C. Zhang, I. Tatarinov, S. D. Viglas, K. Beyer and E. Shekita. Storing and Querying Ordered XML Using a Relational Database System. ACM SIGMOD, June