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

Khoa học - kó thuậät

37

*



 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 dòch, trình biên
dòch này làm công việc biên dòch câu truy
vấn thời gian thành câu SQL trong Oracle.
Một trình biên dòch 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, lòch
chuyến bay, quản lý kho hàng, hồ sơ bệnh
viện, thò 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 nghóa của dữ liệu trong
CSDL [4], [5], [9].
Hiện tại, chưa có một hệ quản trò 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 dòch có tính hệ thống, cũng như dễ
dàng mở rộng nó để biên dòch cho nhiều
dạng câu truy vấn khác. Nếu viết một trình
biên dòch 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
dòch. 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 đònh 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*

Khoa học - kó thuậät


38
việc ứng dụng các PMMNM trong triển
khai các ứng dụng công nghệ thông tin tại
các đơn vò, 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 dòch 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 dòch bằng Lex và
Yacc. Phần 3, kết nối CSDL qua thư viện
OCI. Phần 4, Hiện thực biên dòch 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 dòch
Xây dựng một trình biên dòch theo
truyền thống (thông thường) thường tốn rất
nhiều công sức. Các bước cơ bản mà một
trình biên dòch 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 dòch
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

id1
+
*
id4
id2
Sinh mã load id3
mul id4
add id2
store id1

Hình 1. Các bước mà một trình biên dịch thơng thường thực hiện
Bộ phân tích từ vựng

Khoa học - kó thuậät

39


mã tương ứng. Bài báo sử dụng Lex và
Yacc là hai PMMNM khá thông dụng, qui
trình xây dựng trình biên dòch được trình
bày trong những phần sau .
Xây dựng trình biên dòch 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 vò 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 dòch
phải thực hiện như trong hình 1.
Quy trình xây dựng một trình biên
dòch sử dụng Lex và Yacc [1],[4] được
trình bày như hình 4. Giả sử, cần viết một
trình biên dòch có tên là bas. Dùng trình
sọan thảo (có thể là Parser Generator 2,
chép tự do trên Internet), trước tiên, xác
đònh 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 đònh nghóa 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 đònh nghóa trong tập tin
y.tab.h. Nhiệm vụ của Lex là đọc các mô
tả mẫu trong tập tin bas.l và các đònh nghóa
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 dòch (dùng trình biên
dòch 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

nghóa tương ứng. Hành động ngữ nghóa
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)
Khoa học - kó thuậät

40
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 trò 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 trò 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 đònh nghóa 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
Khoa học - kó thuậät

41

Trong hình 5, từ chương trình nguồn,
tiến hành biên dòch 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 Đònh-TP.HCM, và
có những kết qủa tốt.
4.1 Cú pháp của câu truy vấn
SubTSQL
Để thực hiện biên dòch 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 trò 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 vò 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,
Khởi tạo tiến trình

Khởi tạo mơi trường

Định vị các handle

Kết nối với server

Gửi câu SQL và xử lý

Ngắt kết nối

Giải phóng các handle và cấu trúc dữ liệu

Hình 6: Những bước hoạt động của OCI