Методы хранения XML в реляционных базах данных

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 ОБЩЕСИСТЕМНЫЙ РАЗДЕЛ

1.1 Языки разметки

1.2 Язык разметки XML

1.2.1 Особенности XML

1.2.2 Синтаксис XML

1.2.3 Структура XML

1.3 Базы данных и системы управления базами данных

1.3.1 Общие понятия о базах данных и системах управления базами данных

1.3.2 Реляционные системы управления базами данных

1.4 Хранение XML

1.4.1 Задача хранения

1.4.2 Документы и данные

1.4.3 Способы хранения XML-документов

1.4.3.1 Хранение в файловой системе

1.4.3.2 Хранение в реляционной базе данных

1.4.3.3 Хранение в БД поддерживающей XML

1.4.3.4 Хранение в специализированных xml-серверах (истинных БД)

1.4.4 Критерии выбора способа хранения

1.5 Обзор готовых продуктов

2 СПЕЦИАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

2.1 Постановка задачи

2.2 Выбор способа представления XML в РСУБД

2.3 Разработка схемы базы данных

2.4  Выбор средств реализации

2.4.1 Выбор системы управления базами данных

2.4.2 Выбор языка программирования

2.5 Разработка интерфейсного ПО

2.6 Инструкция по применению

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список использованных источников

Приложение

Приложение А

Приложение Б

Введение

Популярность интернета и неотъемлемой его части, HTML, стала причиной повышенного внимания к системам гипертекстовой разметки документов. Всплеск активности вокруг подобных систем начался лишь тогда, когда возникла реальная необходимость в механизме объединения множества информационных ресурсов, обеспечения возможности создания и просмотра нелинейного текста. И примером реализации этого механизма послужила паутина WWW.

Самый популярный на сегодняшний день язык гипертекстовой разметки – HTML, был создан специально для организации информации, распределенной в сети Интернет, и является одной из ключевых составляющих технологии WWW. С использованием гипертекстовой модели документа способ представления разнообразных информационных ресурсов в сети стал более упорядочен, а пользователи получили удобный механизм поиска и просмотра нужной информации.

Однако, с развитием всемирной паутины, становилось ясно, что простой язык HTML перестает в полной мере удовлетворять требованиям, предъявляемым современными разработчиками к языкам подобного рода. И ему на смену был предложен новый язык разметки, мощный, гибкий, и, одновременно с этим, удобный язык XML.

Сегодня язык XML привлек к себе уже достаточно много внимания со стороны разработчиков и пользователей Интернет. Количество приверженцев этой новой технологии стремительно возрастает: появляются новые языки, созданные на основе XML, возникают многочисленные Web-сервера, использующие эту технологию для организации хранящейся на них информации.

Вместе с появлением нового языка появилась проблема хранения xml-данных. С одной стороны XML предоставляет множество функций: хранение (XML-документ), схемы (DTD, XML Schema), язык запросов (XQL, XML-QL, QUILT и другие), интерфейсы для языков программирования (SAX, DOM) и так далее. Но, многие функции необходимые в современных условиях  отсутствуют: отсутствует эффективное хранение, индексация, обеспечение безопасности, обработка транзакций и поддержка целостности данных, многопользовательский доступ, триггеры, и т.д.              Таким образом, там, где нет больших объемов информации, большого количества пользователей, а также в приложениях, не требующих высокой производительности, хранение данных в виде чистого XML вполне оправданно. Но вместе с тем, XML совершенно не подходит для многих реальных задач, предполагающих поддержку большого числа пользователей, жесткие требования к целостности данных и производительности, поэтому и возникает задача хранения XML в какой-либо базе данных.

Цель данной работы – исследовать способы хранения XML в базах данных, выявить их достоинства, недостатки, область применения. Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

а) выявить особенности языка XML;

б) определить и проанализировать существующие способы хранения XML;

в) определить область применения способов хранения;

г) определить существующие на практике критерии выбора способа хранения;

д) реализовать один из способов хранения XML в базе данных.

В теоретической части рассмотрены такие особенности XML как история появления, назначение и области применения языка, его синтаксис и структурa, описаны способы хранения XML документов, выявлены достоинства, недостатки и область применения каждого способа. В конце главы даны критерии выбора способа хранения XML документов.

В практической части был реализован способ хранения XML, основанный на объектно-реляционном отображении XML в базу данных.

1 ОБЩЕСИСТЕМНЫЙ РАЗДЕЛ

1.1 Языки разметки

XML (Extensible Markup Language) - это язык разметки. Язык разметки - это набор символов или последовательностей, вставляемых в текст для передачи информации о его выводе или строении. Текстовый документ, написанный с использованием языка разметки, содержит не только сам текст (последовательность слов и знаков препинания), но и дополнительную информацию о различных его участках — например, указание на заголовки, выделения, списки и т. д. В более сложных случаях язык разметки позволяет вставлять в документ интерактивные элементы и содержание других документов.

Различают логическую и визуальную разметки. В первом случае речь идет только о том, какую роль играет данный участок документа в его общей структуре (например, «данная строка является заголовком»). Во втором определяется, как именно будет отображаться этот элемент (например, «данную строку следует отображать жирным шрифтом»). Идея языков разметки состоит в том, что визуальное отображение документа должно автоматически получаться из логической разметки и не зависеть от его непосредственного содержания. Это упрощает автоматическую обработку документа и его отображение в различных условиях.

1.2 Язык разметки XML             

1.2.1 Особенности XML

XML (англ. eXtensible Markup Language) — расширяемый язык разметки; рекомендованный Консорциумом Всемирной паутины [11] (англ. World Wide Web Consortium, W3C) — организация, разрабатывающая и внедряющая технологические стандарты для Всемирной паутины) язык разметки, фактически представляющий собой свод общих синтаксических правил. XML — текстовый формат, предназначенный для хранения структурированных данных, для обмена информацией между программами, а также для создания на его основе более специализированных языков разметки (например, XHTML), иногда называемых словарями.

Можно считать, что XML появился в 1996 году, когда появился черновой вариант спецификации языка, или в 1998 году, когда эта спецификация была утверждена [8]. Язык XML создан на основе SGML.

SGML (англ. Standard Generalized Markup Language — стандартный обобщённый язык разметки) предназначенный для создания языков разметки. SGML очень сложный и запутанный язык.

Целью создания XML было обеспечение совместимости при передаче структурированных данных между разными системами обработки информации, особенно при передаче таких данных через Интернет [9]. Сегодня XML может применяться для следующих целей:

              С помощью XML можно устроить хранение данных вне кода. Когда для отображения данных используется HTML, данные хранятся прямо в HTML-коде. Использование XML позволяет хранить данные в отдельных XML-файлах. Благодаря этому, можно сосредоточиться на применении HTML для отображения данных и быть уверенными в том, что изменения в данных не потребуют никакого изменения кода.

С помощью XML можно устроить обмен данными между несовместимыми системами. В реальных условиях компьютерные системы и базы данных хранят данные в несовместимых форматах. Одной из самых сложных задач для разработчиков программного обеспечения было обеспечить обмен данными между такими системами через Интернет. Преобразование данных в XML может в значительной мере уменьшить сложность этой задачи и дать формат, который может быть прочитан многими типами приложений.

С помощью XML можно обмениваться через Интернет финансовой информацией. XML является основой многих B2B-технологий (B2B – системы электронной коммерции, или системы электронной торговли, программно-аппаратные комплексы, являющиеся инструментами для осуществления торгово-закупочной деятельности в сети интернет).

XML позволяет хранить совместно используемые данные в простых текстовых файлах. Поскольку XML хранит данные в текстовом формате, открывается возможность организации совместного использования данных, независимо от программного или аппаратного обеспечения. Становится гораздо легче создавать данные, с которыми могут работать различные приложения. Кроме того, гораздо легче расширять или проводить апгрейд системы со сменой операционной системы, сменой сервера, программного обеспечения или нового браузера. Также XML может применяться для хранения данных в файлах или базах данных. Для извлечения данных из хранилища могут быть созданы специальные приложения, родственные приложения могут применяться и для отображения данных.

XML позволяет сделать данные доступными для большего числа пользователей. Поскольку XML не зависит от аппаратного и программного обеспечения, можно сделать свои данные доступными не только для стандартных HTML-браузеров. К источникам данных в виде XML могут получить доступ и другие клиенты и приложения. Для этого им не потребуется какого-либо специализированного ПО (как клиенты для подключения к БД, например).

XML – прародитель технологии WAP и языка WML. Беспроводной язык разметки WML (Wireless Markup Language) применяется для разметки интернет-приложений для носимых устройств, таких как мобильные телефоны.

Уже сегодня такие приложения как Microsoft Office Word 2007, Microsoft Office Word 2010, OpenOffice Writer 3.2 хранят документы в виде XML файлов [3]. Некоторые сайты переходят на технологию web 3.0 – интернет будущего. Web 3.0 предполагает появление узкоспециализированных ресурсов, где будет произведена агрегация всех необходимых пользователю сервисов и инструментов профессиональной социальной составляющей и будет осуществляться публикация экспертно-модерируемого контента. Основой для хранения данных является XML [14].

Язык XML как и все языки разметки имеет свои достоинства и недостатки. К достоинствам языка XML относятся:

             XML — язык разметки, позволяющий отобразить двоичные данные в текст, читаемый человеком и анализируемый компьютером;

             XML поддерживает Юникод;

             в формате XML могут быть описаны такие структуры данных как списки и деревья;

             XML — это самодокументируемый формат, который описывает структуру и имена полей так же как и значения полей;

             XML — формат, основанный на международных стандартах, т.е. открытый формат;

             иерархическая структура XML подходит для описания практически любых типов документов, кроме аудио и видео мультимедийных потоков, растровых изображений и двоичных данных;

             XML представляет собой простой текст, свободный от лицензирования и каких-либо ограничений;

             XML не зависит от платформы;

             XML является подмножеством SGML (который используется с 1986 года). Уже накоплен большой опыт работы с языком и созданы специализированные приложения;

             в отличие от бинарных форматов, XML содержит метаданные об именах, типах и классах описываемых объектов, по которым приложение может обработать документ неизвестной структуры (например, для динамического построения интерфейсов);

             XML имеет реализации парсеров для всех современных языков программирования;

             XML поддерживается на низком аппаратном, микропрограммном и программном уровнях в современных аппаратных решениях.

К недостаткам языка можно отнести следующее:

             синтаксис XML избыточен;

             размер XML документа существенно больше бинарного представления тех же данных. В грубых оценках величину этого фактора принимают за 1 порядок (в 10 раз);

             для большого количества задач не нужна вся мощь синтаксиса XML и можно использовать значительно более простые и производительные решения;

             XML не содержит встроенной в язык поддержки типов данных. В нём нет строгой типизации, то есть понятий «целых чисел», «строк», «дат», «булевых значений» и т. д.

1.2.2 Синтаксис XML

XML — это иерархическая структура, предназначенная для хранения любых данных. Визуально структура может быть представлена как дерево. Важнейшее обязательное синтаксическое требование заключается в том, что документ имеет только один корневой элемент (англ. root element). Это означает, что текст или другие данные всего документа должны быть расположены между единственным начальным корневым тегом и соответствующим ему конечным тегом.

Следующий простейший пример — правильно построенный документ XML:

<book>Это книга: "Книжечка"</book>.

Первая строка XML-документа называется объявлением XML (англ. XML declaration) — это необязательная строка, указывающая версию стандарта XML (обычно это 1.0), также здесь может быть указана кодировка символов и внешние зависимости.