XML-документы могут иметь два основных представления.
Последовательное представление – это поток знаков, соответствующих определенным правилам синтаксиса XML. Это представление больше всего подходит для передачи данных, а также для их просмотра и чтения человеком.
Рис. 2.1. Струкутра сериализации.
Модель Infoset – это иерархия узлов, где каждый узел представляет информационный элемент, и где каждый элемент может содержать другие элементы или значения. Это представление больше всего подходит для навигации в структуре документа, для поиска конкретных элементов или значений, а также для генерации вторичных документов.
На рис. 2.1. показана структура сериализации, стоящая за иерархическим преставлением.
§2.2. Процессоры баз данных.
Процессор баз данных Birdstep Database Engine.
Перед тем, как XML-документ должен быть представлен в иерархической структуре на компьютере, он либо размещается в памяти, либо хранится в базе данных. Если необходимо постоянство, то, очевидно, что поддержка этой структуры базой данных экономит время и представляет более эффективное решение, чем многократный анализ документа в памяти. Реляционные базы данных не очень хорошо подходят для представления XML-документов. Они не поддерживают упорядоченность, иерархию, регулярные структуры и поля переменной длины. Реляционные базы данных были спроектированы для таких структур табличных данных, как базовая модель данных. Они предназначены для обработки SQL-запросов, но не очень хорошо подходят для обслуживания запросов, зависящих от содержания, в ориентированных на XML структурах.
Процессор Birdstep Database Engine был спроектирован с акцентом на эффективное представление XML-документов, на навигацию и поиск в них. В следующем параграфе описывается ключевой механизм, используемый в Birdstep Database Engine.
Наполненный данными процессор Birdstep Database Engine можно представить в виде коллекции объектов. Каждый объект может быть ассоциирован с типом (классом), который был декларирован в схеме базы данных. Объекты в Birdstep Database Engine могут быть организованы в иерархическую структуру. Поэтому этот процессор особенно хорошо подходит для представления XML-документов в виде иерархии узлов. Birdstep Database Engine содержит механизм создания структуры, навигации и поиска в ней. Ниже перечислены возможности доступные в Birdstep Database Engine.
Класс может обладать комбинацией обязательных и необязательных атрибутов.
Необязательные атрибуты могут быть добавлены динамически, что позволяет использовать представления структур данных, которые не были первоначально определены в схеме базы данных.
Объект может иметь много дочерних объектов, либо ни одного.
Дочерние объекты любого объекта упорядочены. Новые дочерние объекты вставляются согласованно по отношению к другим дочерним объектам.
Любой объект имеет не больше одного родительского объекта.
Ребро соединения объекта с родительским объектом обладает текстовым ярлыком, который описывает роль этого объекта по отношению к родителю.
Ярлыки могут быть скомбинированы, образуя пути в базе данных. Пути можно использовать для ограничения множества запросов на иерархически структурированные данные.
Объекты с одним и тем же родительским объектом могут иметь одинаковые ярлыки на ребре, соединяющем их с общим родителем. Это означает, что путь определяет не один, а множество объектов. С другой стороны, можно представлять ярлык как имя подкаталога. Тогда, на дочерние объекты, связанные с одним и тем же родительским объектом через одинаковый ярлык, можно смотреть, как на часть одного и того же подкаталога. Ярлык представляет подкаталог, а на объекты можно смотреть, как на файлы, хранимые в данном подкаталоге.
Диаграммы могут быть представлены с помощью комбинации родительски-дочерних структур и использования атрибутов для ссылки на другие объекты базы данных.
Индексирование обеспечивает быстрый поиск и навигацию.
Эти возможности Birdstep Database Engine служат средством для высокоэффективной и надежной реализации интерфейсов XML. XML-документы хранятся в базе данных Birdstep как объекты иерархической структуры. Для базы данных Birdstep БД-структура XML-документа была сконструирована максимально похожей на модель Infoset. Это означает, что существует однозначное соответствие между узлами в структуре Infoset и узлами в дереве, отвечающем объектам документов базы данных. Для эффективности, узлы атрибутов в Infoset не представляются как объекты в базе данных. Это отражается в структурном различии между определением в Infoset и XML-представлением в базе данных. Также для повышения эффективности, атрибуты Infoset представляются как атрибуты объектов, для которых атрибуты уместны. В последовательном (сериализованном) представлении XML-документы обычно содержат атрибуты, значения и теги. В базе данных Birdstep теги хранятся как объекты (теговые объекты). Атрибуты и их значения хранятся как атрибуты теговых объектов и в самих атрибутах этих объектов.
На рис. 2.2 показано, как Birdstep реализует стандарты SAX, DOM и XPATH для программистов приложений с помощью множества классов и методов, определенных в этих стандартах. Реализация SAX, DOM и XPATH привязана к Birdstep Database Engine с помощью встроенного интерфейса API-обращений к базе данных.
Рис. 2.2. Реализация Birdstep DBE и XML.
SAX является простым интерфейсом API для XML, который был разработан, чтобы обеспечить программистам доступ к нужной информации без необходимости самим создавать специальные синтаксические анализаторы. SAX – это набор абстрактных программных интерфейсов, которые проецируют документ на поток вызовов известных методов. Продукты компании Birdstep используют внешние синтаксические анализаторы (expat-parser) с открытым кодом, чтобы анализировать поток и считывать интегрированные теги, атрибуты, значения, текст и структуру XML-документов. SAX компании Birdstep содержит методы для преобразования документа в иерархию объектов и атрибутов, которые будут представлять документ. SAX описывает управляемый событиями интерфейс для процесса синтаксического разбора XML-документов. SAX является свободно распространяемым интерфейсом API, разработанным специалистами из списка рассылки XML-DEV. SAX не имеет формальных документов спецификации, но он определяется свободно распространяемой реализацией, выполненной с помощью языка программирования Java™. Синтаксический анализатор языка XML является совместимым с SAX, если он использует интерфейс, реализованный со статусом всеобщего достояния (public domain).
Управляемый событиями интерфейс обеспечивает механизм уведомлений для кода приложения при распознавании основным анализатором синтаксических XML-конструкций текущего документа.
Использование SAX для импорта XML-документов и данных.
SAX был выбран для того, чтобы обеспечить доступ к информации в XML-документе не как к дереву узлов, а как к последовательности событий. Реализация Birdstep SAX отслеживает SAX-события, генерируемые SAX-анализатором, когда он читает XML-документ. Birdstep SAX интерпретирует эти события для создания объектов в базе данных. SAX будет реагировать на событие для каждого открытого и каждого закрытого тега. Еще он запускается на события для секций #PCDATA и CDATA, инструкций обработки, а также для шаблонов DTD, комментариев и так далее. На рис. 2.3 показано, как можно использовать реализацию Birdstep SAX для импорта XML-документа в базу данных Birdstep.
Рис. 2.3. Реализация Birdstep SAX.
Использование SAX для получения XML-документов и данных из базы данных Birdstep.
Когда XML-документ сохранен в базе данных Birdstep, его можно получить целиком или по частям с помощью данной реализации SAX. В этом случае можно создавать программы приложений, которые используют интерфейс Birdstep SAX в качестве управляемого событиями механизма подачи элементов документа. Нужно отметить, что элементы подаются последовательно и навигация назад и вперед при использовании SAX невозможна. Конечно, программа приложения может реагировать на события независимо. Например, она может выполнять сериализацию документа, то есть перестраивать его. Также программа может осуществлять поиск тегов или сбор статистики. На рис. 2.4 показано, как реализация Birdstep SAX взаимодействует с программой приложения и Birdstep Database Engine.
Рис. 2.4. Реализация Birdstep SAX.
Так же, как анализатор XML вообще и SAX, в частности, наносит некоторый слой абстракции на фактическое текстовое представление XML-документа, объектная модель документа (DOM) добавляет слой абстракции к верхнему уровню всего документа. DOM стандартизует объектную модель, представляющую XML-документ, и определяет интерфейс структуры и стиля XML-документов, который не зависит от языка программирования и платформы, К этому интерфейсу некоторые процессы получают динамический доступ и могут обновлять его. Элементы рассматриваются как узлы дерева вместо того, чтобы быть составленными из открывающих и закрывающих тегов. Узлы могут обладать родительскими и дочерними объектами. Также они могут иметь внутренние свойства, которые можно изменить с помощью объектов и методов.
DOM предоставляет программам доступ к хранящейся в XML-документе информации, как к иерархической объектной модели. DOM рассматривает документ как дерево узлов, основанное на структуре и информации данного XML-документа. Программисты могут получить доступ к информации, взаимодействуя с этим деревом узлов. DOM определяет множество абстрактных интерфейсов, что моделирует согласование документа со спецификациями XML-модели Infoset. Реализация DOM компании Birdstep состоит из множества методов для обеспечения доступа к документу, хранимому в базе данных в виде иерархии объектов. Данная реализация DOM поддерживает приложения, написанные на C++.
Объектная модель документа задает древовидное представление XML-документа. Самый верхний уровень документа является корнем дерева и имеет единственный дочерний объект, который представляет собой элемент самого верхнего уровня. Этот элемент имеет дочерний узел, представляющий содержание и любые другие подчиненные элементы. Эти элементы могут иметь свои дочерние элементы на много уровней в глубину. Заданные функции позволяют проходить результирующее дерево любым желаемым образом, иметь доступ к элементам и значениям атрибутов, вставлять и удалять узлы, а также конвертировать данное дерево обратно в XML.
Использование DOM полезно для изменения XML-документов. Например, можно создать DOM-дерево, изменить его, добавив новые узлы и переместив некоторые ветви, а затем на выходе создать новый XML-документ. Также можно самостоятельно создать DOM-дерево и преобразовать его в XML. Часто, это более гибкий способ получения XML-кода, чем просто писать ... в файле.
Для некоторых классов приложений использование SAX или прямое взаимодействие с анализатором XML может быть идеальным способом получения XML-документов. Если приложение должно обрабатывать XML-документы с минимально возможной задержкой или, если обрабатываемые документы слишком велики и не помещаются в памяти, тогда необходима обработка каждого из событий в той последовательности, в которой они возникают в документе
Проблема использования SAX заключается в том, что приложение должно установить обработчики событий для всех элементов, с которыми оно работает, и оперативно создавать свои собственные структуры данных по мере возникновения событий. Вместо того чтобы реагировать на каждое событие, было бы проще, если бы все дерево уже было загружено в память, так что при этом было бы возможно перемещаться по дереву и изменять его сегменты простым образом.
Модель DBE-хранилища компании Birdstep была спроектирована максимально приближенной DOM по структуре. Однако, эта модель проще, настолько, чтобы сделать эффективным последовательный вывод данных, то есть с помощью SAX. Поскольку в БД компании Birdstep XML-данные хранятся в структурах, схожих с DOM, DOM-интерфейс (или SAX-обработчик) не обязан загружать в память весь XML-документ прежде, чем пользователь сможет получить к нему доступ. К методам и объектам DOM можно обращаться в то время как документ находится в кэш-памяти буфера. Это основное отличие от подхода, когда XML-документ храниться в виде последовательной цепочки объектов.
XML-интерфейс процессора Birdstep Database Engine во многих отношениях подвержен влиянию со стороны DOM-интерфейса компании Apache, под названием Xerces. Это было сделано с целью помочь персоналу, знакомому с Xerces, легче перейти к работе с XML-интерфейсом процессора баз данных Birdstep Database Engine. Кроме того, проекты, использующие Xerces в качестве основного интерфейса, могут быть легко переведены на использование XML-интерфейса процессора Birdstep Database Engine. Однако, лежащая в основе архитектура полностью различна, поскольку DOM-интерфейс компании Birdstep работает с постоянными объектами баз данных, тогда как Xerces работает только с динамическими представлениями, находящимися в памяти.
XPATH (язык путей в XML) является языком для выбора в XML-документе некоторого множества узлов. Синтаксис этого языка основан на использовании путей. Продукт XPATH компании Birdstep содержит логику, которая интерпретирует запрос, преобразует его в серию обращений к API-методам Birdstep DBE и представляет результирующее множество узлов. Основной целью XPath является адресация частей XML-документа. В поддержку этой основной цели данный язык также предоставляет базовые средства для манипуляций со строками, числами и логическими параметрами. В XPath реализован компактный, отличный от XML синтаксис для того, чтобы облегчить использование XPath с идентификаторами URI и значениями атрибутов в XML. XPath оперирует скорее с абстрактной, логической структурой XML-документа, чем с его поверхностным синтаксисом. Название XPath возникло из-за использования путевых обозначений, таких как указатель URL, для навигации по иерархической структуре XML-документов.
Основной синтаксической конструкцией в XPath является выражение. Выражение после обработки выдает объект одного из следующих четырех основных типов:
тип множества узлов (неупорядоченная коллекция узлов без дубликатов);
логический тип (значения: true или false);
число (число с плавающей запятой);
строка (последовательность UCS-символов).
XPath используется для извлечения путей из XML-документов. В базе данных компании Birdstep XML-документы представлены в виде иерархии объектов (узлов). Когда XPATH-оператор используется в программе, выражение и содержание узлов задаются в качестве параметров. Синтаксический анализатор XPATH оценивает выражение и преобразует его в запрос к процессору Birdstep Database Engine. Результатом запроса является неупорядоченное множество узлов, которые могут быть и пустыми. Это множество удовлетворяет критериям данного выражения.
Запрос обрабатывается с помощью функций LookUp процессора Birdstep Database Engine. Схема индексации процессора базы данных обеспечивает высокопроизводительный поиск. Получающееся множество представляется с помощью ориентированной на указатели коллекции в процессоре баз данных Birdstep Database Engines.
RDM предоставляет мощные средства создания собственного многопоточного сервера, ориентированного на конкретное приложение. На рис. 2.5, приведенном ниже, иллюстрируется архитектура типичного приложения клиент-сервер на основе RDM Server. Затененные области представляют компоненты RDM Server.
Рис. 2.5. RDM Server: архитектура типа клиент-сервер.
Пробное приложение состоит из следующих компонентов:
Клиентской программы, осуществляющей доступ к серверу посредством библиотек клиентского интерфейса системы RDM Server (например, SQL и/или удаленные вызовы процедур).
Запускаемых сервером расширений, ориентированных на конкретное приложение.
Обмен данными в RDM Server обеспечивается интерфейсом Multiple Network Control Processor (MNCP).
В классической архитектуре обмен данными с RDM Server ограничен отдельным системным процессом. Такой процесс использует интерфейс Remote Procedure Call (RPC)/MNCP. RDM Server продолжает поддерживать эту архитектуру. Однако теперь имеется мощная альтернатива, обеспечивающая большую гибкость при использовании RDM Server в качестве встроенной базы данных. В рамках этой расширенной архитектуры можно напрямую связать приложение с процессором RDM Server, который позволяет приложению превратиться в сервер баз данных. Некоторые детали представлены на рис. 2.6.
Рис. 2.6. Архитектура сервера приложений.
Для работы сервера баз данных, ориентированного на конкретное приложение, необходимо выбрать тип протокола удаленного обмена данными, поддержка которого будет осуществляться в дальнейшем. Обмен данными может контролироваться приложением совершенно независимо от RDM Server. Для полного использования преимуществ многопоточной среды RDM Server приложение может запускать собственные потоки и управлять ими, каждый из которых контролирует один или несколько сеансов работы с RDM Server.При обращении приложения к системе RDM Server (с помощью функции s_startup), она может запустить свои RPC/MNCP-потоки (представленные на рисунке 2 прямоугольниками со штрихованными границами). Таким образом осуществляется доступ к базе данных RDM Server любыми стандартными клиентскими программами, основанными на этой среде.
Автономные (не типа клиент-сервер) приложения, требующие мощности и производительности полноценного многопоточного процессора баз данных, получат преимущества за счет отсутствия проблем с производительностью и памятью, которые связаны с доступом к отдельному процессу (например, к программе, использующей RDM Server), осуществляемым посредством протокола сетевого обмена данными (NCP) с совместным использованием памяти.
Рекомендации по разработке сервера приложений для баз данных
Команды s_startup и s_terminate – административные функции, контролирующие запуск и завершение работы процессора баз данных RDM Server.
После запуска RDM Server путем вызова s_startup можно инициировать любое число сеансов работы с помощью функции s_login. (Примечание: параметр имени сервера в команде s_login не используется, если эта функция вызывается сервером приложений). Использование многопоточности увеличит масштабируемость и системную производительность. Каждый поток осуществляет свой собственный вызов функции s_login. Необходимо отметить, что обращения к функциям RDM Server реализуются последовательно для отдельного сеанса работы. Этого можно достигнуть, реализуя все обращения для данного сеанса работы из одного и того же потока. Хотя можно напрямую обращаться к функциям управления потоками, предоставляемым операционной системой, также есть возможность использовать функции диспетчера RDM Server Resource Manager, обеспечивающие преимущества независимости от платформ.
После завершения всех сеансов работы (s_logout) вызывается функция s_terminate для остановки процессора баз данных RDM Server.
Это и в самом деле просто. Кроме обращений к s_startup и s_terminate, все остальное работает точно так же, как в архитектуре клиент-сервер, за исключением того, что в целом приложение функционирует подобно модулю расширения без необходимости быть доступным по RPC-интерфейсу среды RDM Server. Конечно, сервер приложений также отвечает за управление обменом с любым клиентским приложением.
Краткая сводка и описание этих функций представлены в следующей таблице.
Таблица 2.1. Функции управления средой RDM Server
Функция
|
Описание
|
s_startup
|
Запуск процессора баз данных RDM Server.
|
s_startRPCThreads
|
Старт RPC/NCP-подсистемы RDM Server и запуск сеансовых потоков.
|
s_endRPCThreads
|
Остановка RPC-подсистемы RDM Server.
|
s_terminate
|
Остановка процессора баз данных RDM Server.
|
Простой код, приведенный ниже, иллюстрирует использование этих функций. В нем описан запуск основного сервера среды RDM Server.
#include "velocis.h"
static RDSLOGFCN MessageConsole;
static short shutdown_flag;
/* Основной сервер баз данных RDM Server
*/
void main(
int argc,
char *argv[])
{ short stat;
char *catpath = NULL;
char *server = "RDM Server";
if ( argc > 1 ) {
/* первый аргумент – имя сервера, по умолчанию это "RDM Server" */
server = argv[1];
if ( argc > 2 ) {
/* второй аргумент – путь к альтернативному каталогу */
catpath = argv[2];
}
}
stat = s_startup(catpath, MessageConsole, LOG_ALL);
if ( stat != S_OKAY ) {
printf("Unable to start RDM Server engine, status = %d\n", stat);
exit(1);
}
rm_interrupt(&shutdown_flag);
stat = s_startRPCThreads(server, noSessionThreads, &shutdown_flag);
if ( stat != S_OKAY ) {
printf("Unable to start RDM Server RPC server, status = %d\n", stat);
exit(1);
}
while ( ! shutdown_flag )
rm_sleep(5000L);
s_endRPCThreads();
s_terminate();
}
Программа получает из командной строки два аргумента. Первый – имя сервера. Вторым аргументом (если он указан) является путь к системному каталогу RDM Server.
При вызове функции s_startup ей могут передаваться три параметра.
Первый имеет тип строки и содержит путь к системному каталогу. Если этот параметр не указан, RDM Server будет использовать переменную окружения CATPATH или текущую директорию. Если каталог не найден, то будет выдано сообщение об ошибке.Вторым параметром является адрес собственной функции журнала регистрации событий RDM Server. Эта функция вызывается для обработки каждой ошибки или информационного сообщения, сгенерированного процессором баз данных RDM Server. Если параметр не задан, то по умолчанию каждое сообщение передается команде stdout и записывается в файл rds.log.Третий параметр указывает, какой класс сообщений будет регистрироваться. В приведенном примере задана регистрация любых сообщений (для получения списка всех типов сообщений следует обратиться к описанию функции s_startup). Следует заметить, что если команда s_startup возвращает ошибку, то связанное с этим сообщение уже будет зарегистрировано.Представленной ниже функции журнала регистрации можно передавать три параметра.
Первый указывает, будет ли функция обрабатывать зарегистрированные сообщения, только регистрировать их или же закроет журнал регистрации сообщений. Эти опции задаются константами RDSLOG_OPEN, RDSLOG_MESSAGE и RDSLOG_CLOSE.
Второй параметр определяет тип сообщений, таких, как сообщение об ошибке, предупреждающее или информационное сообщение.
Третий параметр – строка сообщения. Приведенный ниже пример, несмотря на тривиальность, иллюстрирует основные конструкции.
/* Log RDM Server console message
*/
void MessageConsole(
RDSLOG_CTRL fcn, /* тип вызова: открыть, закрыть, отправить сообщение */
short type, /* тип сообщения */
char *msg) /* сообщение, которое должно быть зарегистрировано */
{
static FILE *errlog;
switch ( fcn ) {
case RDSLOG_OPEN:
errlog = fopen("RDM Server.log", "w");
break;
case RDSLOG_MESSAGE:
if ( type == LOG_ERROR ) {
/* убедитесь, что это было принято во внимание */
fprintf(errlog, "******* ERROR! ******* ");
printf("******* ERROR! ******* ");
}
fprintf(errlog, "%s\n", msg);
printf("%s\n", msg);
break;
case RDSLOG_CLOSE:
fclose(errlog);
break;
}
}
После успешного запуска процессора RDM Server вызывается функция rm_interrupt для обеспечения возможности перехвата программных прерываний, инициированных пользователем. Ее единственный параметр задает адрес переменной типа short (shutdown_flag), которой будет присвоено значение 1 в случае пользовательского прерывания.
Обращение к функции s_startRPCThreads активизирует RPC/NCP-подсистему RDM Server, задавая имя сервера и число запускаемых сеансовых потоков, которые образуют множество потоков, обеспечивающих выполнение одного или нескольких сеансов работы пользователей. Система спроектирована так, чтобы все активные сеансы работы могли обслуживаться фиксированным числом сеансовых потоков, которое меньше, чем фактическое количество активных сеансов работы. Если число потоков равно нулю, то оно по умолчанию будет взято из файла rdm server.ini. Третий параметр является указателем на переменную типа short (опять используется shutdown_flag), которой будет присвоено значение 1 в случае, если пользователь с правами администратора запросил остановку системы.Теперь система начинает бесконечную серию пятисекундных циклов, которая заканчивается только после присваивания флагу shutdown_flag единицы либо в результате пользовательского прерывания, либо вследствие запроса администратора на закрытие системы. После фиксации значения флага shutdown_flag программа обращается к s_endRPCThreads, чтобы закрыть RPC/NCP-подсистему, а затем вызывает функцию s_terminate, чтобы остановить процессор баз данных RDM Server.
Этим завершается обсуждение использования среды RDM Server для создания сервера баз данных, ориентированного на конкретное приложение. Помимо поддержки "спящего" режима программа может содержать пользовательский интерфейс, который, например, может выполнять различную административную работу с помощью утилит admin или dram. Также возможна поддержка других характерных для конкретных приложений возможностей администрирования, которые по желанию могут быть ограничены самим сервером. Описанная технология идеально подходит для любого отдельного программного приложения, требующего высокопроизводительного процессора баз данных. Примеры подобного применения включают в себя системы резервного копирования на внешний носитель, мониторинг событий в режиме реального времени.
Способность напрямую связывать полнофункциональный, высокопроизводительный процессор баз данных с конкретным приложением – одна из уникальных черт продукта RDM Server компании Birdstep, что делает его лучшим выбором среди доступных на текущий момент коммерческих встраиваемых СУБД.
|
