Biên dịch câu truy vấn thời gian, thực thi trên hệ quản trị cơ sở dữ liệu

Biên dịch câu truy vấn thời gian, thực thi trên hệ quản trị cơ sở dữ liệu

 TÓM TẮT:

Trong bài báo trước [9], chúng tôi đã

đề xuất một tiểu ngôn ngữ truy vấn có yếu tố

thời gian SubTSQL để truy vấn và thao tác dữ

liệu trên cơ sở dữ liệu thời gian Bài báo này

chúng tôi sử dụng mã nguồn mở Lex và Yacc

để xây dựng một trình biên dịch, trình biên

dịch này làm công việc biên dịch câu truy

vấn thời gian thành câu SQL trong Oracle

Một trình biên dịch như thế dễ dàng tạo lập

và giảm tải cho người lập trình

 ABSTRACT:

In [9] we proposed the temporal

query sublanguage SubTSQL that can work

with temporal database In this paper, we

present to use Open source code Lex and

Yacc that can support a complier so that the

complier is easily built and reducing the

working of programmer This complier can

convert temporal queries to Oracle SQL

queries

1 GIỚI THIỆU

Thực tế, nhiều ứng dụng trên cơ sở

dữ liệu (CSDL), mà các đối tượng trong

CSDL đó cần gắn thêm yếu tố thời gian [3]

Ví dụ: những ứng dụng như: ngân hàng, lịch

chuyến bay, quản lý kho hàng, hồ sơ bệnh

viện, thị trường chứng khoán v.v , thì yếu

tố thời gian gắn với đối tượng

* Khoa Cơng nghệ Thơng tin, Trường Đại học Cơng nghiệp TP

HCM

là một thực tế (đối tượng thay đổi dữ liệu theo thời gian), cần có nó để tăng mức

phong phú và ngữ nghĩa của dữ liệu trong CSDL [4], [5], [9]

Hiện tại, chưa có một hệ quản trị cơ sở dữ liệu (HQTCSDL) nào hỗ trợ một cách có hệ thống cho việc truy xuất hay thao tác dữ liệu trên CSDL hướng thời gian Ngay cả Oracle 10g thì những câu lệnh có hỗ trợ thời gian cũng khá phức tạp, người dùng cần sử dụng nhiều hàm thư viện trong câu truy vấn, hơn nữa để có một phiên bản chính thức của Oracle 10g tốn chi phí rất cao Câu truy vấn có yếu tố thời gian, nếu được viết theo cú pháp của một HQTCSDL thì phức tạp (xem câu truy vấn trong mục 4.1), ngay cả đối với lập trình viên chuyên nghiệp Để người dùng dễ dàng viết câu truy vấn thời gian, cần xây dựng một trình biên dịch có tính hệ thống, cũng như dễ dàng mở rộng nó để biên dịch cho nhiều dạng câu truy vấn khác Nếu viết một trình biên dịch như thế theo truyền thống, tốn kém nhiều chi phí Do vậy, sử dụng phần mềm mã nguồn mở (PMMNM) là một phương pháp khả thi để xây dựng trình biên dịch Hơn nữa, Thủ tướng chính phủ đã phê duyệt Dự án tổng thể ứng dụng và phát triển PMMNM tại Việt Nam giai đoạn 2004-2008 (Quyết định số 235/QĐ-TTg ngày 02/02/2004), một trong những nội dung quan trọng của dự án là đẩy mạnh

BIÊN DỊCH CÂU TRUY VẤN THỜI GIAN,

THỰC THI TRÊN HỆ QUẢN TRỊ CƠ SỞ DỮ LIỆU

Phạm Văn Chung*

việc ứng dụng các PMMNM trong triển

khai các ứng dụng công nghệ thông tin tại

các đơn vị, các tổ chức nhà nước cũng như

trong các doanh nghiệp [8]

Bài báo này sử dụng PMMNM Lex

và Yacc để xây dựng bộ văn phạm cho tiểu

ngôn ngữ SubTSQL, mà chúng tôi đã để

xuất trước đây, nó có cú pháp đơn giản gần

như câu truy vấn thông thường (chi tiết

SubTSQL xem trong [9]), và biên dịch câu

truy vấn SubTSQL, thành câu truy vấn theo

cú pháp của Oracle, sau đó dùng thư viện

OCI để kết nối HQTCSDL Oracle qua lập

trình trên C++ Rộng hơn, có thể truy vấn

dữ liệu theo thời gian trên bất kỳ

HQTCSDL nào, miễn là ngôn ngữ dùng để

lập trình cho phép kết nối đến HQTCSDL

đó Phần còn lại của bài báo gồm có : Phần

2, xây dựng trình biên dịch bằng Lex và

Yacc Phần 3, kết nối CSDL qua thư viện

OCI Phần 4, Hiện thực biên dịch câu truy

vấn thời gian trên CSDL bệnh viện và cuối

cùng là kết luận trong phần 5

2 XÂY DỰNG TRÌNH BIÊN DỊCH DÙNG LEX VÀ YACC

Xây dựng trình biên dịch Xây dựng một trình biên dịch theo truyền thống (thông thường) thường tốn rất nhiều công sức Các bước cơ bản mà một trình biên dịch thông thường phải thực hiện:

- Đọc chuỗi nhập và tách thành các

token

- Dựa vào văn phạm và các token tiến hành xây dựng cây phân tích cú pháp

- Dựa vào cây phân tích cú pháp để sinh ra mã

Các bước xây dựng trình biên dịch được minh họa như hình 1 Trong hình này, chuỗi nhập sẽ được chuyển qua bộ phân tích từ vựng để phân tích thành các token, sau đó các token sẽ được chuyển sang bộ phân tích cú pháp, tại đây dựa vào văn phạm và các token, nó tiến hành xây dựng cây phân tích cú pháp Cuối cùng, dựa vào cây phân tích cú pháp, bộ sinh mã sẽ sinh

id3

Chuỗi nhập a = b + c * d

Token id1 = id2 + id3 * id4

Bộ phân tích cú pháp

Cây cú pháp =

Bộ sinh mã

*

id4 id2

Sinh mã load id3

Hình 1 Các bước mà một trình biên dịch thơng thường thực hiện

Bộ phân tích từ vựng

mã tương ứng Bài báo sử dụng Lex và

Yacc là hai PMMNM khá thông dụng, qui

trình xây dựng trình biên dịch được trình

bày trong những phần sau

Xây dựng trình biên dịch dùng

LEX và YACC

Lex tạo ra bộ phân tích từ vựng với

mã C/C++ hoặc Java Lex dùng các mẫu

(pattern) để so khớp với chuỗi nhập và biến

đổi chuỗi nhập thành các token tương ứng

Một token có một mã riêng biệt nhằm đơn

giản hoá công việc xử lý Khi Lex nhận ra

các danh hiệu (id) trong dòng dữ liệu vào,

nó nhập chúng vào bảng danh biểu Bảng

danh biểu chứa các thông tin khác như kiểu

dữ liệu (integer, real,…) và vị trí của biến

trong bộ nhớ Một khi danh hiệu được sử

dụng, các thông tin liên quan đến nó được

truy xuất thông qua chỉ mục trong bảng

này

Yacc tạo ra bộ phân tích cú pháp với

mã C/C++ hoặc Java Yacc dùng các luật

văn phạm mà mỗi luật cho phép phân tích

các token từ kết quả của Lex và tạo ra cây

phân tích cú pháp Một cây phân tích cú

pháp áp đặt cấu trúc có thứ tự lên các

token Việc tạo ra cây phân tích cú pháp là

một bước quan trọng mà một trình biên dịch

phải thực hiện như trong hình 1

Quy trình xây dựng một trình biên

dịch sử dụng Lex và Yacc [1],[4] được

trình bày như hình 4 Giả sử, cần viết một

trình biên dịch có tên là bas Dùng trình

sọan thảo (có thể là Parser Generator 2,

chép tự do trên Internet), trước tiên, xác

định tất cả các luật, kết hợp với các mẫu

và đặt chúng trong tập tin bas.l cho Lex

Tiếp đến viết các luật văn phạm vào tập

tin bas.y cho YACC

Nhiệm vụ của Yacc là đọc các luật

văn phạm và định nghĩa các token, ghi

chúng vào tập tin bas.y và sinh ra bộ phân tích cú pháp đặt vào tập tin y.tab.c, các

token cũng được định nghĩa trong tập tin

y.tab.h Nhiệm vụ của Lex là đọc các mô

tả mẫu trong tập tin bas.l và các định nghĩa token trong tập tin y.tab.h để tạo ra bộ phân tích từ vựng ghi vào tập tin Lex.yy.c

Cuối cùng, bộ phân tích từ vựng và bộ phân

tích cú pháp được biên dịch (dùng trình biên dịch C/C++ hoặc Java), tạo ra tập tin thực

thi bas.exe

Mỗi luật văn phạm khai báo trong

tập tin bas.y đều có một hành động ngữ

nghĩa tương ứng Hành động ngữ nghĩa đóng vai trò như một như bộ sinh mã Quá trình sinh mã có nhiều mức, có thể sinh mã trung gian hoặc sinh ra một mã khác, mã máy là cấp sinh mã thấp nhất, trong bài báo này sẽ sinh ra mã trung gian là câu truy vấn theo cú pháp của Oracle

Xây dựng bộ phân tích từ vựng sử dụng Lex có cấu trúc gồm 3 khối như hình 2:

%{

Các khai báo C (C declaration)

%%

Các luật Lex (Lex rules)

%%

Phần mã C (Additional C code)

Hình 2: Cấu trúc các khối cho Lex

Trong hình 2, khối khai báo C được bắt đầu bởi %{ và kết thúc bởi }%; khối luật Lex bắt đầu bởi %% và kết thúc bởi

%%; khối mã C viết cuối cùng

Tương tự, xây dựng bộ phân tích cú pháp sử dụng Yacc gồm 4 khối, các khối được phân cách bởi các ký hiệu đóng mở khối như hình 3, chi tiết về mỗi khối cho

mỗi cấu trúc, xem trong [1],[4],[7]

%{

Các khai báo C (C declarations)

%}

Các khai báo Yacc (Yacc declarations)

Chương trình nguồn

Trình biên dịch của Host language

Tập tin đối tượng

Liên kết với OCI

Ứng dụng

Thư viện OCI

Oracle Sever

%%

Phần văn phạm (Grammar rules)

%%

Phần mã C (Additional C code)

Hình 3: Cấu trúc các khối cho Yacc

3 KẾT NỐI CƠ SỞ DỮ LIỆU

DÙNG THƯ VIỆN OCI

Tiến trình phát triển một ứng dụng

OCI

Oracle là một hệ quản trị cơ sở dữ

liệu lớn có bề dầy thời gian và có uy tín

Tuy nhiên để sử dụng trọn gói, người dùng

phải mất chi phí khá lớn Thay vì phải mua

trọn gói, người dùng chỉ mua hệ quản trị cơ

sở dữ liệu, khi đó chi phí sẽ giảm đáng kể

Việc xây dựng các công cụ để kết nối cơ sở dữ liệu trên Oracle bằng ngôn ngữ

C (C được coi như là một host language)

dựa vào các hàm OCI [6] có sẵn trong

Oracle là một giải pháp khả thi, vì chính Oracle cũng sử dụng OCI để xây dựng một số công cụ cho nó

OCI có thư viện khá phong phú, cho phép người dùng phát triển các ứng dụng truy cập dữ liệu không thủ tục của SQL bằng lập trình thủ tục trên C/Java OCI hỗ trợ tất cả các câu lệnh định nghĩa dữ liệu, thao tác dữ liệu, truy vấn, khả năng điều khiển chuyển tác mà có sẵn trong Oracle Hình 5 minh họa tiến trình phát triển một ứng dụng OCI

Yacc

Lex

Trình biên dịch C/C++

y.tab.c

bas.exe

Lex.yy.c

bas

y.tab.h bas.y

bas.l

Hình 4 Quy trình xây dựng trình biên dịch sử

dụng Lex và Yacc

Hình 5: Tiến trình phát triển một ứng dụng

OCI

Trong hình 5, từ chương trình nguồn,

tiến hành biên dịch bằng một host

language, để tạo ra các tập tin đối tượng,

các tập tin này tiếp tục được liên kết với thư

viện OCI để tạo ứng dụng, và ứng dụng có

khả năng truy xuất đến CSDL Oracle

server

Các bước lập trình bằng OCI

Để kết nối CSDL dùng thư viện

OCI, cần thực hiện các bước sau: khởi tạo

các tiến trình, khởi tạo môi trường làm việc,

cấp phát các handle và các cấu trúc dữ liệu

cần thiết và kết nối với CSDL Oracle

server Bắt đầu phiên làm việc, cấp phát

câu lệnh SQL và truy xuất dữ liệu Kết thúc

phiên làm việc, người dùng ngắt kết nối với

Oracle server, khi đó cấu trúc dữ liệu và

các handle được giải phóng Hoạt động của

OCI được minh họa trong hình 6 Trong

hình này, bước xử lý câu lệnh SQL và truy

xuất dữ liệu là khá quan trọng Một trong

hầu hết những nhiệm vụ phổ biến của một

chương trình OCI là chấp nhận và xử lý câu

lệnh SQL, một khi các handle cần thiết đã

được cấp phát và đã kết nối được với

Oracle server Đồng thời với mỗi bước trên,

OCI cung cấp các hàm cần thiết tương ứng

cho xử lý câu lệnh SQL, chi tiết coi trong

[6]

4 ỨNG DỤNG

Chúng tôi đã cài đặt thử nghiệm những câu truy vấn có yếu tố thời gian trên môi trường Visual C++ với dữ liệu thực của bệnh viện Nhân dân Gia Định-TP.HCM, và có những kết qủa tốt

4.1 Cú pháp của câu truy vấn SubTSQL

Để thực hiện biên dịch câu truy vấn bằng mã nguồn mở, phần này nhắc lại một số ý cơ bản về SubTSQL, chi tiết có thể xem trong [9] Dữ liệu thời gian được cập nhật trong những bảng dữ liệu của mô hình quan hệ truyền thống, trong mỗi bảng nếu có dữ liệu thời gian thì thêm vào 2 cột

v_begin (thời gian bắt đầu của dữ liệu được sinh ra), và v_end (thời gian kết thúc) Nói

một cách khác dữ liệu (hay sự kiện) được ghi trong bảng có giá trị đúng trong khoảng thời gian từ v_begin đến v_end (xem bảng

patient dưới đây

Câu truy vấn thời gian SubTSQL tương tự như những câu SQL thông thường, chỉ thêm một mệnh đề WHEN để thao tác yếu tố thời gian, yếu tố thời gian là vị trí tương đối giữa hai khoảng thời gian v_begin và v_end và nó tuân theo những tân từ trong [2], cụ thể là những tân từ: BEFORE,

AFTER, DURING, CONTAINS, OVERLAPS,

Giải phĩng các handle và cấu trúc dữ liệu

Hình 6: Những bước hoạt động của OCI

MEETS, STARTS, FINISHES, và EQUALS.

Và sau đây là một số ví dụ cụ thể về câu truy

vấn thời gian

- Câu truy vấn SELECT, mệnh đề

WHEN dùng tân từ ‚DURING‛

SELECT manv, Hoten, V_begin,

V_end FROM NhanVien

WHEN NhanVien DURING

(25/3/2000 , 25/5/2000)

WHERE mapb = 'D8' ;

- Câu truy vấn UPDATE, mệnh đề

WHEN chỉ ra thời gian cần cập nhật

UPDATE drugs set drug= 'dfdsf' WHEN

(25/02/03,05/03/03,'dd/mm/yy')

where p_id>0

- Câu truy vấn DELETE, mệnh đề

WHEN chỉ ra dữ liệu cần xóa trong một

khỏang thời gian

DELETE from drugs

WHEN(5/02/03,05/03/03,'dd/mm/yy') where

p_id>0

Ví dụ: Cho bảng dữ liệu Patient và

câu truy vấn thời gian như sau

Patient

SELECT p_id, problem, v_begin,

v_end

FROM patient

WHEN patient DURING

(25/3/2000 , 25/5/2000)

WHERE department = 'D8' ;

Câu truy vấn trên cần biên dịch

thành câu Oracle-SQL

SELECT p_id, problem, v_begin,

v_end

FROM patient

WHERE department ='D8' AND

((patient.v_begin)>

to_date(‘25/3/2000’,’’dd/mm/yyyy’) AND( (patient.v_end) <=

to_date(‘25/5/2000’,’dd/mm/yyyy’))

OR (( patient.v_begin) >=

to_date(‘25/3/2000’,’dd/mm/yyyy’)) AND (patient.v_end)<

to_date(‘25/5/2000’,’dd/mm/yyyy’));

Trong ví dụ này, phần chữ in nghiêng, đậm trong mệnh đề WHERE của câu Oracle-SQL chính là nội dung của mệnh đề WHEN được viết theo những tân từ so sánh khoảng thời gian như trong [2]

Ví dụ này cho thấy: một câu truy vấn thời gian được viết bằng câu truy vấn thông thường thì khá phức tạp, rất dễ mắc lỗi, ngay cả những lập trình viên chuyên nghiệp Do vậy, việc biên dịch câu SubTSQL bằng mã nguồn mở có ý nghĩa thiết thực, cũng như câu SubTSQL với cú pháp đơn giản, dễ thân thiện với người

dùng (Những câu truy vấn thời gian Update và Delete cũng được biên dịch một cách tương tự như câu truy vấn Select)

4.2 Kiến trúc trong cài đặt

Để thực hiện cài đặt, chúng tôi kiến trúc một mô-đun như hình 7, đặt trong khung hình chữ nhật được viền đậm bằng đường kép, và nó được đặt trên đỉnh của HQTCSDL Oracle Hơn nữa mô-đun này, nó độc lập với mọi HQTCSDL, nếu được chỉnh lại một chút trong Yacc để có mã sinh

ra đúng với cú pháp của HQTCSDL cần dùng

Trong hình 7, tiến trình thực hiện

câu truy vấn bao gồm : Người dùng nhập

một câu lệnh Q, sau đó Lex phân tích Q

thành các token Yacc phân tích cú pháp

của Q dựa trên cú pháp của SubTSQL Bất

kì lỗi nào được tìm thấy trong quá trình

phân tích sẽ thông báo Nếu không có lỗi

thì Q được gửi đến Bộ sinh mã, nó biên

dịch Q thành câu lệnh SQL của Oracle, sau

đó gửi đến hệ quản trị CSDL Oracle thông

qua mô-đun OCI, tại đây nó nhận câu lệnh

SQL- Oracle và thực hiện trên Oracle để

lấy kết quả trả về Cuối cùng Bộ xử lý xuất

kết quả cho người dùng

4.3 Giao diện thực hiện câu truy vấn

Hình 8 chỉ ra màn hình giao diện với

người dùng để thực hiện vấn tin trên CSDL

hướng thời gian, được cài đặt trong Visual

C++, người dùng có thể soạn câu truy vấn

trong khung SubTSQL input, sau đó cho kết

nối Oracle bằng nút Connect và thực thi

bằng nút Execute, Kết quả được hiện thị

trong Results Nếu quá trình biên dịch hay

thực thi trên Oracle có lỗi, thông báo lỗi được

hiển thị trong SQL output/Error output

5 KẾT LUẬN

Xây dựng ứng dụng bằng sử dụng mã nguồn mở đã giảm được nhiều chi phí, hơn nữa mã nguồn mở cho phép có thể áp dụng xây dựng những ứng dụng khác nhau trong nhiều lãnh vực Trong bài báo này, sử dụng LEX và YACC biên dịch những câu lệnh để thực hiện những ứng dụng trong mô hình CSDL hướng thời gian Và còn có nhiều mã nguồn mở khác cho phép người dùng sử dụng theo yêu cầu riêng của mỗi người mà không vi phạm bản quyền, và đi vào khá nhiều lãnh vực ứng dụng thiết thực như: kế toán, phát triển Web, chính phủ điện tử, công nghệ sinh học, quản trị doanh nghiệp có thể xem chi tiết trong tập san [8] Trong chiều hướng Việt Nam gia nhập WTO, thì việc phát triển về CNTT dùng mã nguồn mở là một lối đi dễ dàng có nhiều hứa hẹn Công việc tiếp theo của chúng tôi tiếp tục triển khai ứng dụng mã nguồn mở để xây dựng thêm những câu truy vấn cho việc trích yếu thời gian trong mô hình CSDL hướng thời gian

Hình 7: Kiến trúc thực hiện câu truy vấn

Oracle

Bộ sinh mã

Bộ xử lý xuất kết qủa Câu truy vấn SubTSQL

Mơ-đun OCI

Lex

Yacc

Kết qủa Báo lỗi

 TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Anthony A Aaby, ‘Compiler

construction using FLex and Bison’, Walla

Walla College, April, 2005

[2] J.F Allen, ‘Maintaining

Knowledge about Temporal Intervals’,

Communication of the ACM, 26(11),

November, 1993, 832-843

[3] C.J Date, Hugh Darwen,

N.A.Lorentzos, ‘Temporal Data and the

Relation Model’, Morgan Kaufmann

Publishers, 2003

[4] Bert Hubert, ‘LEX and YACC

primer/How to’, PowerDNS BV, April,

2002

[5] N A Lorentzos, ‘The

Interval-extended Relational Model and its

Application to Valid-time Databases’,

Temporal Databases – Theory, Design and

Implementation, Benjamin/ Cummings

Publishing, 1993, 65-91

[6] Phil Locke, ‘Oracle Call Interface Programmer’s Guide’, Oracle

Corporation, 1997

[7] Thomas Niemann, ‘A compact guide to LEX & YACC ’,

www.epaperpress.com

[8] Tập san ‘Hội thảo khoa học ứng dụng phần mềm mã nguồn mở’, Văn phòng

CNTT- Bộ KH&CN, Sở KH&CN- TP.HCM 13-09-2005

[9] Phạm văn Chung Dương Tuấn

Anh, ‚Implementing a Query Sublanguage for Temporal Clincal database Systems‛,

Proceedings of the MMU International Symposum on information &

Communications Technologies 2005, 24–

25 November 2005, Malaysia, pp TS12-13-16

Hình 8: Giao diện thực hiện hiện câu truy vấn có

yếu tố thời gian