12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 1 Inhalt Einführung Bearbeitung raumbezogener Anfragen Ausblick Seminar Geoinformation Themenblock: „Implementierung.

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1 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

2 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 2 Inhalt Einführung  Query Execution Plan Bearbeitung raum- bezogener Anfragen Ausblick Schritte einer Anfragebearbeitung Query Execution Plan (QEP) syntaktische Analyse

3 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 3 Inhalt Einführung  Query Execution Plan Bearbeitung raum- bezogener Anfragen Ausblick Schritte einer Anfragebearbeitung Query Execution Plan (QEP) syntaktische Analysesemantische Analyse

4 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 4 Inhalt Einführung  Query Execution Plan Bearbeitung raum- bezogener Anfragen Ausblick Schritte einer Anfragebearbeitung Query Execution Plan (QEP) syntaktische Analysesemantische AnalyseEvaluation

5 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 5 Schritte einer Anfragebearbeitung Query Execution Plan (QEP) syntaktische Analysesemantische AnalyseEvaluation Benutzer- anfrage Inhalt Einführung  Query Execution Plan Bearbeitung raum- bezogener Anfragen Ausblick

6 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 6 Schritte einer Anfragebearbeitung Query Execution Plan (QEP) 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 Inhalt Einführung  Query Execution Plan Bearbeitung raum- bezogener Anfragen Ausblick

7 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 7 Schritte einer Anfragebearbeitung Query Execution Plan (QEP) syntaktische Analysesemantische AnalyseEvaluation Benutzer- anfrage Parser Type checker Inhalt Einführung  Query Execution Plan Bearbeitung raum- bezogener Anfragen Ausblick

8 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 8 Schritte einer Anfragebearbeitung Query Execution Plan (QEP) 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…) Inhalt Einführung  Query Execution Plan Bearbeitung raum- bezogener Anfragen Ausblick

9 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 9 Schritte einer Anfragebearbeitung Query Execution Plan (QEP) syntaktische Analysesemantische AnalyseEvaluation Benutzer- anfrage Parser Type checker Algebraischer Baum Inhalt Einführung  Query Execution Plan Bearbeitung raum- bezogener Anfragen Ausblick

10 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 10 Schritte einer Anfragebearbeitung Query Execution Plan (QEP) algebraischer Baum aus logischen Operatoren symbolische Darstellung:  statescounties Inhalt Einführung  Query Execution Plan Bearbeitung raum- bezogener Anfragen Ausblick

11 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 11 Schritte einer Anfragebearbeitung Query Execution Plan (QEP) syntaktische Analysesemantische AnalyseEvaluation Benutzer- anfrage Parser Type checker Optimizer Algebraischer Baum Inhalt Einführung  Query Execution Plan Bearbeitung raum- bezogener Anfragen Ausblick

12 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 12 Schritte einer Anfragebearbeitung Query Execution Plan (QEP) Optimizer (Optimierer) Effizientere Bearbeitung der Anfrage durch Optimierung der Auswertestrategie Inhalt Einführung  Query Execution Plan Bearbeitung raum- bezogener Anfragen Ausblick

13 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 13 Schritte einer Anfragebearbeitung Query Execution Plan (QEP) syntaktische Analysesemantische AnalyseEvaluation Benutzer- anfrage Parser Type checker Optimizer Algebraischer Baum QEP Inhalt Einführung  Query Execution Plan Bearbeitung raum- bezogener Anfragen Ausblick

14 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 14 Schritte einer Anfragebearbeitung Query Execution Plan (QEP) 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 Inhalt Einführung  Query Execution Plan Bearbeitung raum- bezogener Anfragen Ausblick

15 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 15 Schritte einer Anfragebearbeitung Query Execution Plan (QEP) syntaktische Analysesemantische AnalyseEvaluation Benutzer- anfrage Parser Type checker Optimizer Query prozessor Algebraischer Baum QEP Inhalt Einführung  Query Execution Plan Bearbeitung raum- bezogener Anfragen Ausblick

16 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 16 Probleme bei der Bearbeitung Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick

17 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 17 1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation* Probleme bei der Bearbeitung * mbr = minimum bounding rectangle Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick

18 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 18 1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation Probleme bei der Bearbeitung Erläuterung am Beispiel (Danke Andreas!) „Überlappen sich (grünes) Naturschutzgebiet und (rotes) Stadtgebiet (1)?“ Stadtgebiet Naturschutzgebiet mbr Naturschutzgebiet mbr Stadtgebiet Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick

19 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 19 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick 1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation Probleme bei der Bearbeitung Erläuterung am Beispiel „Überlappen sich (grünes) Naturschutzgebiet und (rotes) Stadtgebiet (1)?“ Stadtgebiet Naturschutzgebiet  keine Überlappung möglich !

20 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 20 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick 1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation Probleme bei der Bearbeitung Erläuterung am Beispiel „Überlappen sich (grünes) Naturschutzgebiet und (rotes) Stadtgebiet (2)?“ Stadtgebiet Naturschutzgebiet

21 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 21 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick 1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation Probleme bei der Bearbeitung Erläuterung am Beispiel „Überlappen sich (grünes) Naturschutzgebiet und (rotes) Stadtgebiet (2)?“ Stadtgebiet Naturschutzgebiet  Überlappung möglich !

22 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 22 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick 1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation Probleme bei der Bearbeitung Zugriff auf die komplexe geometrische Beschreibung der Objekte erforderlich 2. (hohe) Kosten raumbezogener Operatoren

23 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 23 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick 1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation Probleme bei der Bearbeitung 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.

24 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 24 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick multiway joins Vorstellung des begleitenden Beispiels multiway join = Abfolge paarweiser joins (verschachtelte Anfragen) R1R1 R2R2 RnRn... zur besseren Anschauung: - Beschränkung der Diskussion auf Zweiwege-joins R1R1 R2R2 R3R3 „Suche alle Straßen, die Wald durchqueren, der wiederum von Flüssen durchzogen ist!“ Gewünschte Ausgabe:- Straßen - durchquerte Wälder - „umwaldete“ Flüsse

25 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 25 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick multiway joins Vorstellung der Verfahren (1) pipelined strategy Idee:- Fließband - symbolische Darstellung Ablauf: 1.Eingaben: R-Bäume I 1 und I 2 2.Filterschritt von R 1 R 2 (STT-join) 3.Eingaben: Ergebnis des ersten Filterschrittes und I 3 4. Filterschritt von R 2 R 3 (INL-join)  Ergebnis: Satz von Tripeln (ID 1, ID 2, ID 3 ) mit den Identifiern für den Verfeinerungsschritt INL STT I1I1 I3I3 I2I2

26 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 26 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  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 I 3

27 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 27 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick multiway joins build-and-match strategy Idee: Vermeiden des wiederholten Ladens von Teilen des R- Baums I 3 durch Vorverarbeitung 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 I 3 zusammen verarbeitet werden kann Vorstellung der Verfahren (2) STT I1I1 I3I3 I2I2 Build

28 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 28 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick multiway joins build-and-match strategy Vorteile: - Filterschritt von R 1 R 2 (STT-join) muss vor der Erstellung des R-Baumes abgeschlossen sein Nachteile: -trotz des Zeitaufwandes für den Bau der Zugriffsstruktur ist der nachgeschaltete Filterschritt R 1 R 2 (STT) so effizient, dass die Gesamt- Performance besser ausfällt als vorher

29 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 29 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick multiway joins 3-way-STT Idee: Verallgemeinerung der STT-Methode durch gleichzeitige Einbeziehung dreier (oder allgemeiner: von n) R-Bäume Vorstellung der Verfahren (3) STT I1I1 I3I3 I2I2

30 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 30 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick multiway joins 3-way-STT Beispiel: N1N1 N2N2 N3N3 i1i1 i4i4 i2i2 i5i5 i3i3 j2j2 j6j6 j5j5 j3j3 j4j4 j1j1 k6k6 k4k4 k5k5 k7k7 k1k1 k3k3 k2k2 3 Knoten N 1, N 2 und N 3 (Teilbereiche) vom jeweiligen R-Baum I 1, I 2 und I 3 sollen einem Zweiwege-join unterzogen werden

31 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 31 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick multiway joins 3-way-STT Erster Schritt eines klassischen Filterschritts R 1 R 2 N1N1 N2N2 i1i1 i4i4 i2i2 i5i5 i3i3 j2j2 j6j6 j5j5 j3j3 j4j4 j1j1 => potentielle Ergebnisse j 1, j 3 und j 4

32 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 32 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  multiway-joins Ausblick multiway joins 3-way-STT Erster Schritt eines 3-way-STT - Filterschritts R 1 R 2 R 3 N1N1 N3N3 N2N2 i1i1 i4i4 i2i2 i5i5 i3i3 j2j2 j6j6 j5j5 j3j3 j4j4 j1j1 k6k6 k4k4 k5k5 k7k7 k1k1 k3k3 k2k2 => potentielle Ergebnisse j 1 und j 3

33 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 33 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen  Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP  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.

34 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 34 Inhalt Einführung Bearbeitung raum- bezogener Anfragen Ausblick... wünscht einen erholsamen Abend!

35 12. November 2001 Seminar Geoinformation Folie 35 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