Institut f r kartographie und geoinformation
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Institut für Kartographie und Geoinformation. Inhalt Einführung Bearbeitung raumbezogener Anfragen Ausblick. Seminar Geoinformation  Themenblock: „Implementierung raumbezogener Anfragen“ Beitragsthema: „ Verschachtelte Anfragen“ Wintersemester 2001/2002. Betreuer:Dr. Gerhard Gröger

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Institut für Kartographie und Geoinformation

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Presentation Transcript


Institut f r kartographie und geoinformation

Institut für Kartographie und Geoinformation

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

Seminar Geoinformation


Query execution plan qep

Query Execution Plan (QEP)

Inhalt

Einführung

 Query Execution Plan

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

Ausblick

Schritte einer Anfragebearbeitung

syntaktische Analyse

Seminar Geoinformation


Query execution plan qep1

Query Execution Plan (QEP)

Inhalt

Einführung

 Query Execution Plan

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

Ausblick

Schritte einer Anfragebearbeitung

syntaktische Analyse

semantische Analyse

Seminar Geoinformation


Query execution plan qep2

Query Execution Plan (QEP)

Inhalt

Einführung

 Query Execution Plan

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

Ausblick

Schritte einer Anfragebearbeitung

syntaktische Analyse

semantische Analyse

Evaluation

Seminar Geoinformation


Query execution plan qep3

Query Execution Plan (QEP)

Inhalt

Einführung

 Query Execution Plan

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

Ausblick

Schritte einer Anfragebearbeitung

syntaktische Analyse

semantische Analyse

Evaluation

Benutzer-anfrage

Seminar Geoinformation


Query execution plan qep4

Query Execution Plan (QEP)

Inhalt

Einführung

 Query Execution Plan

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

Ausblick

Schritte einer Anfragebearbeitung

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

Seminar Geoinformation


Query execution plan qep5

Query Execution Plan (QEP)

Inhalt

Einführung

 Query Execution Plan

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

Ausblick

Schritte einer Anfragebearbeitung

syntaktische Analyse

semantische Analyse

Evaluation

Type checker

Parser

Benutzer-anfrage

Seminar Geoinformation


Query execution plan qep6

Query Execution Plan (QEP)

Inhalt

Einführung

 Query Execution Plan

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

Ausblick

Schritte einer Anfragebearbeitung

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…)

Seminar Geoinformation


Query execution plan qep7

Query Execution Plan (QEP)

Inhalt

Einführung

 Query Execution Plan

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

Ausblick

Schritte einer Anfragebearbeitung

syntaktische Analyse

semantische Analyse

Evaluation

Type checker

Parser

Benutzer-anfrage

Algebraischer Baum

Seminar Geoinformation


Query execution plan qep8

Query Execution Plan (QEP)

p

states

counties

Inhalt

Einführung

 Query Execution Plan

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

Ausblick

Schritte einer Anfragebearbeitung

algebraischer Baum aus logischen Operatoren

symbolische Darstellung:

Seminar Geoinformation


Query execution plan qep9

Query Execution Plan (QEP)

Inhalt

Einführung

 Query Execution Plan

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

Ausblick

Schritte einer Anfragebearbeitung

syntaktische Analyse

semantische Analyse

Evaluation

Type checker

Parser

Optimizer

Benutzer-anfrage

Algebraischer Baum

Seminar Geoinformation


Query execution plan qep10

Query Execution Plan (QEP)

Inhalt

Einführung

 Query Execution Plan

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

Ausblick

Schritte einer Anfragebearbeitung

Optimizer (Optimierer)

Effizientere Bearbeitung der Anfrage durch Optimierung der Auswertestrategie

Seminar Geoinformation


Query execution plan qep11

Query Execution Plan (QEP)

Inhalt

Einführung

 Query Execution Plan

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

Ausblick

Schritte einer Anfragebearbeitung

syntaktische Analyse

semantische Analyse

Evaluation

Type checker

Parser

Optimizer

Benutzer-anfrage

Algebraischer Baum

QEP

Seminar Geoinformation


Query execution plan qep12

Query Execution Plan (QEP)

Inhalt

Einführung

 Query Execution Plan

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

Ausblick

Schritte einer Anfragebearbeitung

Query Execution Plan (Anfrage-Ausführungsmodell)

Entwurf des QEP beruhend auf einem Auswahlsatz physikalischer Operatoren und Indizes

Symbolische Darstellung:

project

merge

sort

sort

scan (states)

scan (counties)

Seminar Geoinformation


Query execution plan qep13

Query Execution Plan (QEP)

Inhalt

Einführung

 Query Execution Plan

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

Ausblick

Schritte einer Anfragebearbeitung

syntaktische Analyse

semantische Analyse

Evaluation

Type checker

Query prozessor

Parser

Optimizer

Benutzer-anfrage

Algebraischer Baum

QEP

Seminar Geoinformation


Probleme bei der bearbeitung

Probleme bei der Bearbeitung

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

Seminar Geoinformation


Probleme bei der bearbeitung1

Probleme bei der Bearbeitung

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation*

* mbr = minimum bounding rectangle

Seminar Geoinformation


Probleme bei der bearbeitung2

Probleme bei der Bearbeitung

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation

Erläuterung am Beispiel (Danke Andreas!)

„Überlappen sich (grünes) Naturschutzgebiet und (rotes) Stadtgebiet (1)?“

Naturschutzgebiet

mbrStadtgebiet

mbrNaturschutzgebiet

Stadtgebiet

Seminar Geoinformation


Probleme bei der bearbeitung3

Probleme bei der Bearbeitung

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation

Erläuterung am Beispiel

„Überlappen sich (grünes) Naturschutzgebiet und (rotes) Stadtgebiet (1)?“

Naturschutzgebiet

  • keine Überlappung möglich !

Stadtgebiet

Seminar Geoinformation


Probleme bei der bearbeitung4

Probleme bei der Bearbeitung

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation

Erläuterung am Beispiel

„Überlappen sich (grünes) Naturschutzgebiet und (rotes) Stadtgebiet (2)?“

Naturschutzgebiet

Stadtgebiet

Seminar Geoinformation


Probleme bei der bearbeitung5

Probleme bei der Bearbeitung

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation

Erläuterung am Beispiel

„Überlappen sich (grünes) Naturschutzgebiet und (rotes) Stadtgebiet (2)?“

Naturschutzgebiet

Stadtgebiet

  • Überlappung möglich !

Seminar Geoinformation


Probleme bei der bearbeitung6

Probleme bei der Bearbeitung

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation

Zugriff auf die komplexe geometrische Beschreibung der Objekte erforderlich

2. (hohe) Kosten raumbezogener Operatoren

Seminar Geoinformation


Probleme bei der bearbeitung7

Probleme bei der Bearbeitung

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

1. Notwendigkeit eines Verfeinerungsschrittes aufgrund der mbr-Approximation

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.

Seminar Geoinformation


Multiway joins

multiway joins

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

multiway join = Abfolge paarweiser joins (verschachtelte Anfragen)

R1

R2

...

Rn

zur besseren Anschauung:

- Beschränkung der Diskussion auf Zweiwege-joins

R1

R2

R3

Vorstellung des begleitenden Beispiels

„Suche alle Straßen, die Wald durchqueren, der wiederum von Flüssen durchzogen ist!“

Gewünschte Ausgabe:- Straßen- durchquerte Wälder- „umwaldete“ Flüsse

Seminar Geoinformation


Multiway joins1

multiway joins

I1

I3

I2

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

Vorstellung der Verfahren (1)

pipelined strategy

Idee:- Fließband- symbolische Darstellung

INL

STT

Ablauf:

  • Eingaben: R-Bäume I1 und I2

  • Filterschritt von R1 R2 (STT-join)

  • Eingaben: Ergebnis des ersten Filterschrittes und I3

  • Filterschritt von R2 R3 (INL-join)

  • Ergebnis: Satz von Tripeln (ID1, ID2, ID3) mit den Identifiern für den Verfeinerungsschritt

Seminar Geoinformation


Multiway joins2

multiway joins

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

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

Seminar Geoinformation


Multiway joins3

multiway joins

I1

I3

I2

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

Vorstellung der Verfahren (2)

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

STT

Build

STT

Seminar Geoinformation


Multiway joins4

multiway joins

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

build-and-match strategy

Nachteile:

- Filterschritt von R1 R2 (STT-join) muss vor der Erstellung des R-Baumes abgeschlossen sein

Vorteile:

  • 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

Seminar Geoinformation


Multiway joins5

multiway joins

I1

I3

I2

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

Vorstellung der Verfahren (3)

3-way-STT

Idee: Verallgemeinerung der STT-Methode durch gleichzeitige Einbeziehung dreier (oder allgemeiner: von n) R-Bäume

STT

Seminar Geoinformation


Multiway joins6

multiway joins

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

3-way-STT

Beispiel:

N1

i5

N3

i1

k4

k5

i4

k2

k3

i2

k6

j1

k7

k1

j4

i3

j3

j5

j2

j6

N2

3 Knoten N1, N2 und N3 (Teilbereiche) vom jeweiligen R-Baum I1, I2 und I3 sollen einem Zweiwege-join unterzogen werden

Seminar Geoinformation


Multiway joins7

multiway joins

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

3-way-STT

Erster Schritt eines klassischen Filterschritts R1R2

N1

i5

i1

i4

i2

j1

j4

i3

j3

j5

j2

j6

N2

=> potentielle Ergebnisse j1, j3 und j4

Seminar Geoinformation


Multiway joins8

multiway joins

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

3-way-STT

Erster Schritt eines 3-way-STT - Filterschritts R1 R2 R3

N1

i5

N2

i1

k4

k5

i4

k2

k3

i2

k6

j1

k7

k1

j4

i3

j3

j5

j2

j6

N3

=> potentielle Ergebnisse j1 und j3

Seminar Geoinformation


Multiway joins9

multiway joins

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

 Probleme bei der Bearbeitung raumbezogener QEP

 multiway-joins

Ausblick

Bewertung der Verfahren in Bezug auf den Verfeinerungsschritt

  • Eine Anfrage-Auswertestrategie, die geringe Speichererfordernis, einen effizienten Filterschritt und einen optimalen Ablauf für den Verfeinerungsschritt in sich vereinigt, ist bislang noch nicht gefunden.

Seminar Geoinformation


Ausblick

Ausblick

spatial join

t

Inhalt

Einführung

Bearbeitung raum- bezogener Anfragen

Ausblick

... wünscht einen erholsamen Abend!

Seminar Geoinformation


Institut f r kartographie und geoinformation1

Institut für Kartographie und Geoinformation

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

Seminar Geoinformation


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