12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 1
InhaltEinführung
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
Seminar Geoinformation Folie 2
InhaltEinführung
Query Execution Plan
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Ausblick
Schritte einer Anfragebearbeitung
Query Execution Plan (QEP)
syntaktische Analyse
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 3
InhaltEinführung
Query Execution Plan
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Ausblick
Schritte einer Anfragebearbeitung
Query Execution Plan (QEP)
syntaktische Analyse semantische Analyse
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 4
InhaltEinführung
Query Execution Plan
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Ausblick
Schritte einer Anfragebearbeitung
Query Execution Plan (QEP)
syntaktische Analyse semantische Analyse Evaluation
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 5
Schritte einer Anfragebearbeitung
Query Execution Plan (QEP)
syntaktische Analyse semantische Analyse Evaluation
Benutzer-anfrage
InhaltEinführung
Query Execution Plan
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Ausblick
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
InhaltEinführung
Query Execution Plan
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Ausblick
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 7
Schritte einer Anfragebearbeitung
Query Execution Plan (QEP)
syntaktische Analyse semantische Analyse Evaluation
Benutzer-anfrage
ParserType
checker
InhaltEinführung
Query Execution Plan
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Ausblick
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…)
InhaltEinführung
Query Execution Plan
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Ausblick
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 9
Schritte einer Anfragebearbeitung
Query Execution Plan (QEP)
syntaktische Analyse semantische Analyse Evaluation
Benutzer-anfrage
ParserType
checker
Algebraischer Baum
InhaltEinführung
Query Execution Plan
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Ausblick
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 10
Schritte einer Anfragebearbeitung
Query Execution Plan (QEP)
algebraischer Baum aus logischen Operatoren
symbolische Darstellung:
states counties
InhaltEinführung
Query Execution Plan
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Ausblick
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 11
Schritte einer Anfragebearbeitung
Query Execution Plan (QEP)
syntaktische Analyse semantische Analyse Evaluation
Benutzer-anfrage
ParserType
checker Optimizer
Algebraischer Baum
InhaltEinführung
Query Execution Plan
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Ausblick
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 12
Schritte einer Anfragebearbeitung
Query Execution Plan (QEP)
Optimizer (Optimierer)
Effizientere Bearbeitung der Anfrage durch Optimierung der Auswertestrategie
InhaltEinführung
Query Execution Plan
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Ausblick
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 13
Schritte einer Anfragebearbeitung
Query Execution Plan (QEP)
syntaktische Analyse semantische Analyse Evaluation
Benutzer-anfrage
ParserType
checker Optimizer
Algebraischer Baum
QEP
InhaltEinführung
Query Execution Plan
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Ausblick
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
InhaltEinführung
Query Execution Plan
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Ausblick
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 15
Schritte einer Anfragebearbeitung
Query Execution Plan (QEP)
syntaktische Analyse semantische Analyse Evaluation
Benutzer-anfrage
ParserType
checker OptimizerQuery
prozessor
Algebraischer Baum
QEP
InhaltEinführung
Query Execution Plan
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Ausblick
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 16
Probleme bei der Bearbeitung
InhaltEinführung
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP
multiway-joins
Ausblick
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 17
1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation*
Probleme bei der Bearbeitung
* mbr = minimum bounding rectangle
InhaltEinführung
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP
multiway-joins
Ausblick
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
mbrNaturschutzgebiet
mbrStadtgebiet
InhaltEinführung
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP
multiway-joins
Ausblick
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 19
InhaltEinführung
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 !
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 20
InhaltEinführung
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
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 21
InhaltEinführung
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 !
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 22
InhaltEinführung
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
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 23
InhaltEinführung
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.
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 24
InhaltEinführung
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)
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
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 25
InhaltEinführung
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP
multiway-joins
Ausblick
multiway joins
Vorstellung der Verfahren (1)
pipelined strategyIdee: - 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
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 26
InhaltEinführung
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 I3
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 27
InhaltEinführung
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 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
Vorstellung der Verfahren (2)
STT
STT
I1 I3I2
Build
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 28
InhaltEinführung
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP
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
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 29
InhaltEinführung
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
I1 I3I2
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 30
InhaltEinführung
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP
multiway-joins
Ausblick
multiway joins
3-way-STT
Beispiel:N1
N2
N3i1i4
i2
i5
i3
j2 j6
j5j3
j4
j1 k6
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
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 31
InhaltEinführung
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP
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
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 32
InhaltEinführung
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 R1 R2 R3 N1
N3
N2i1i4
i2
i5
i3
j2 j6
j5j3
j4
j1 k6
k4 k5
k7k1
k3k2
=> potentielle Ergebnisse j1 und j3
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 33
InhaltEinführung
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 FilterstufeVerfeinerungsschritt 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.
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 34
InhaltEinführung
Bearbeitung raum- bezogener Anfragen
Ausblick
Ausblick
... wünscht einen erholsamen Abend!
12. November 2001
Seminar Geoinformation Folie 35
InhaltEinführung
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