XQPN – kolorowane sieci Petriego do przetwarzania danych XML za pomocą języka XQuery

1. XQPN – kolorowane sieci Petriego do przetwarzania danych XML za pomocą języka XQuery Piotr Szwed Katedra Automatyki AGH

2. Plan prezentacji • Czym są sieci XQPN? • Język XQuery • Definicja sieci XQPN • Wykonanie sieci • Prototypowa implementacja • Przewidywane zastosowania

3. Czym są sieci XQPN? Sieci XQPN (XQuery Petri Networks) • Kolorowane sieci Petriego pozwalające na wykonywanie operacji na zawartości dokumentów XML przypisanych miejscom sieci. • W sieciach XQPN łukom przypisane są wyrażenia – zapytania języka XQuery Motywacje • Narzędzie do specyfikacji aplikacji internetowych wykorzystujących usługi sieciowe (web service). Celem jest przeprowadzenie automatycznych testów sterowanych wykonaniem tranzycji w sieci służącej, jako wzorzec

4. Język XQuery • XQuery (ang. XML Query Language) jest językiem zapytań przeznaczonym do ekstrakcji danych z dokumentów XML i baz danych oferujących interfejs XML • Prace zapoczątkowano w 2001. W styczniu 2007 język XQuery 1.0 otrzymał oficjalną rekomendację organizacji W3C • Wiele implementacji: • Saxon, Altova XML • Oracle, IBM DB2, Microsoft SQL Server

5. XQuery - cechy języka • Nadzbiór XPath • Zapytania XQuery zwracają ciągi wartości atomowych lub znaczników XML (węzłów). • Możliwość dodawania znaczników i modyfikacji struktury węzłów (w wynikowej sekwencji) • Możliwość łączenia danych z różnych dokumentów • Definiowanie zmiennych i funkcji użytkownika • Wywoływanie zewnętrznych funkcji

6. XQuery – elementy składni • Instrukcje FLWOR for $x in /bookstore/book where $x/price>30 order by $x/title return $x/title • Przypisanie let $y := expression … • Instrukcje warunkowe if(condition)then exp1 else exp2

7. Sieci XQPN - definicja XQPN = (P, T, A, Q, W, G) • P – zbiór miejsc, • T – zbiór tranzycji, P  T =  • APTTP zbiór łuków, • Q: AQ, funkcja przydzielająca łukom zapytania XQuery, przez Q oznaczony jest zbiór wszystkich zapytań, • W: PT (N {*})  (N {*}) funkcja przypisującą łukom wejściowym pary liczb określających krotność łuku. • G: TQ jest funkcją przypisującą tranzycjom dozory, czyli zapytania XQuery zwracające wartości logiczne.

8. Sieci XQPN - znakowanie Znakowaniem sieci XQPN nazywamy funkcję M : P  M, która przydziela miejscom dokumenty XML ze zbioru M. Zakładamy, że identyfikatora miejsca p jest też korzeniem dokumentu M(p) przypisanego do miejsca pP Nazwy korzeni dokumentów muszą być unikalne.

9. XQPN – łuki i wyrażenia • Łuki wejściowe • Usuwające węzły XML (delete) • Odczytujące węzły XML (read) • Wyrażenia: XPath, FLWOR, przypisanie let $x := expression • Dopuszczalna jest zależność zmiennych wejściowych (nie cykliczna) • Łuki wyjściowe • Dodają węzły XML do miejsc wyjściowych • Wyrażenia • Odwołują się do zmiennych wejściowych • Dopuszczalne jest stosowanie instrukcji FLWOR, if-then-else, dodawanie nowych znaczników

10. XQPN - przykład • Zmiennej lokalnej $x zostanie przypisana sekwencja węzłów spełniająca predykat [./@id>12] • Węzły zostaną przeniesione z miejsca store do out <store> <item id='7'/> <item id='12'/> <item id='13'/> <item id='21'/> <item id='27'/> </store>

11. XQPN - krotność • Krotność określa liczbę elementów (węzłów), które zostaną odczytane lub usunięte z miejsc wejściowych podczas wykonania tranzycji. • Krotność ma postać pary liczb [min,max] lub pojedynczego symbolu (min=max) • Dopuszczalny jest symbol * (wszystkie elementy) • Tranzycja usunie (odczyta) z sekwencji wejściowej co najmniej min elementów i co • najwyżej max elementów • Jeżeli sekwencja wejściowa zawiera mniej niż min węzłów, tranzycja nie może • zostać wykonana • Dla mul = 4 tranzycja jest niedopuszczalna • Dla mul = * tranzycja usunie wszystkie elementy spełniające predykat [./@id>12] • Dla mul = 1 tranzycja usunie jeden element

12. XQPN – wykonanie sieci Wykonanie sieci to ciąg odpaleń tranzycji Wykonanie tranzycji: • Ustalenie wiązania • Faza właściwa – usunięcie znaczników z miejsc wejściowych i dodanie znaczników do miejsc wyjściowych

13. XQPN – wyznaczanie wiązania 1 • Sieci kolorowane CPN • Wiązanie to przypisanie wartości do zmiennych w wyrażeniach. • Sieci XQPN • Zmienne związane przez wyrażenia • Zmienne mogą zmieniać wartość w trakcie wykonania (iteracja) Stąd, w sieciach XQPN • Wiązania wyznaczane wyłącznie dla zmiennych wejściowych • W praktyce: ukrytych zmiennych związanych z łukami wejściowymi • Do sekwencji węzłów, która ma zostać przypisana zmiennej stosuje się ograniczenia wynikające z krotności

14. XQPN – wyznaczanie wiązania 2 Algorytm wyznaczania wiązania 1. Wykonaj zapytanie exp-i i zapisz wynik w zmiennej tymczasowej: let $tmp :=  exp-i, 2. Wyznacz ciąg węzłów będących bezpośrednimi potomkami korzenia dokumentu przypisanego do miejsca, dla których wejściowe zapytanie zwróciłoby sekwencję $tmp: $inputset-i = local:upcast($tmp) 3. Jeżeli liczba elementów count($inputset-i) nie mieści się w przedziale określonym przez krotność łuku wejściowego – STOP, wiązanie jest niedozwolone 4. Zastosuj ograniczenie wynikające z krotności do ciągu $inputset-i i zapisz wynik w zmiennej $inputnodes-i : let $inputnodes-i := local:arbitray_select(inputset-i) 5. Wyznacz wiązanie zmiennej $xi jako:let $xi := $inputnodes-i exp-i

15. XQPN – dozory tranzycji Dozory są zapytaniami XQuery zwracającymi wartości logiczne. Są przypisane bezpośrednio tranzycjom. Dozory decydują o dopuszczalności tranzycji dla danego wiązania zmiennych łuków wejściowych. Często dozory można wyeliminować zastępując je zależnością (bardziej efektywne).

16. XQPN – odpalenie tranzycji Odpalenie tranzycji polega na uaktualnieniu zawartości danych w miejscach wejściowych i wyjściowych. Dla miejsc wejściowych • return <pl-i>{/pl-i/* except $inputnodes-i}</pl-i> Dla miejsc wyjściowych • obliczana jest wyjściowa sekwencja węzłów $outputnodes-j na podstawie wyrażenia przypisanego łukowi wyjściowemu • return <pl-j>{/pl-j/* union $outputnodes-j}</pl-j>

17. XQPN – implementacja 1 Decyzje projektowe • Które elementy algorytmu wykonania tranzycji mają być implementowane w środowisku XQuery, a które poza nim? • Konieczność przeformułowania zapytań – dla zapewnienia zgodności ze specyfikacją sieci i poprawy efektywności • Rozmiar dokumentów XML podlegających przetwarzaniu – bazy danych czy kilka elementów • Dobór komponentu odpowiedzialnego za wykonanie zapytań XQuery

18. XQPN – implementacja 2 Dwie prototypowe implementacje Altova XML – interfejs COM, platforma .NET, C # • Wydajny dla małych zbiorów danych • Ciasny interfejs COM • Manipulacje poza XQuery poprzez DOM Saxon-B – interfejs XQJ, platforma Java • Mniej wydajny dla niewielkich dokumentów, bardziej wydajny dla dokumentów >10000 węzłów • Łatwość manipulacji poza środowiskiem XQuery

19. XQPN – przewidywane zastosowania • Automatyczna generacja przypadków testowych dla aplikacji wykorzystujących usługi sieciowe (web service) • Pasywne testy aplikacji internetowych • Generacja szkieletu aplikacji na podstawie modelu XQPN

20. XQPN – zastosowania 2Model aplikacji wykorzystującej usługi sieciowe (automatyczna generacja scenariuszy testowych).

21. XQPN – zastosowania 3Komponenty systemu do testowania usług sieciowych

22. Podsumowanie • Sieci XQPN są proponowane jako narzędzie specyfikacji aplikacji wykorzystujących XML jako wewnętrzny format wymiany danych • Miejsca sieci przechowują dokumenty XML (reprezentujące dane formularzy, rekordy bazy danych, itp.) • Składnia wyrażeń przypisanych łukom jest zgodna z językiem XQuery • W implementacjach do wykonania tranzycji używane są gotowe procesory XQuery

23. XQPN – kolorowane sieci Petriego do przetwarzania danych XML za pomocą języka XQuery Dziękuję za uwagę