JPH0350646A - 大規模知識データベースシステムにおけるデータアクセス方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　　要〕 主記憶上のデータとファイル上のデータとのデータ変換
を効率的に実行することのできるデータアクセス方式に
関し、 主記憶上のデータとファイル上でのデータをほぼ同じ形
式として両者の間の変換効率を高めることを目的とし、 電子計算機および外部記憶手段から成り、オブジェクト
指向言語を用いて大規模なデータを取扱う知識データベ
ースシステムにおいて、主記憶および外部記憶手段上の
全てのオブジェクトを管理するオブジェクト管理手段と
、前記外部記憶手段上に格納されているオブジェクトを
関係データベ−スの形式で管理するデータ管理手段と、
主記憶上で絶対アドレスとポインタとによって指示され
るデータと、前記外部記憶手段上でオフセットを用いて
入れる構造で連続領域に格納されるデータとを、前記オ
ブジェクト管理手段とデータ管理手段との間で相互に変
換するデータ変換手段を有するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は大規模なデータを取扱う知識ベースシステムに
係り、さらに詳しくは、主記憶上のデータとファイル上
のデータとのデータ変換を効率的に実行することのでき
るデータアクセス方式に関する。

〔従来の技術１ 電子計算機の技術進歩、普及に伴い、ソフトウェア生産
量も加速度的に増加してきている。ソフトウェアの開発
人口が不足しているために、ソフトウェア生産は需要に
追いつかないのが現状であり、生産性の向上が情実に要
求されている。

そのための−解決策としてオブジェクト指向言語の利用
が進みつつある。オブジェクト指向言語は、Ｃ０ＢＯＬ
やＦＯＲＴＲＡＮ、　ＲＡＳＩＣといった従来の構造的
プログラミング言語よりもプログラムを自然に記述でき
るという特徴があり、また、プロトタイピングやソフト
ウェアの再利用にも向いているからである。

オブジェクト指向言語によるプログラミングの基本単位
はオブジェクトであり、オブジェクトはデータと、その
データに対する手続きを構成要素とする。オブジェクト
にメツセージを送ることによって、オブジェクト自らが
そのメツセージに該当する手続きを実行し、ユーザ所望
の処理の実現が可能になる。オブジェクトにはクラスと
インスタンスがあり、インスタンスが具体的な値やデー
タであるのに対して、クラスはよく似た性質を持つオブ
ジェクトの集合である。また、クラス間に上位下位関係
を定義することも可能である。

第１２図はクラスの説明図である。医者というクラスが
あり、その下位のクラスとして歯科医、内科医、外科医
等の各科の医者のクラスが定義できる。また各科の医者
のクラスは、その科の一人一人の医者をインスタンスと
する集合である。

同じクラスに属するインスタンスは、そのクラスに記述
された属性を継承して共通にもつ。例えば、同図におい
て、内科医のクラスのインスタンスは内科医１、内科医
２等、−人一人の内科医の情報で、内科医のクラスに記
述された属性（名前、免許番号、患者名）を内科医のク
ラスに属する各インスタンスが共通にもっている。すな
わちインスタンス内科医１の名前属性は佐藤、免許番号
属性は８３、患者名属性は患者Ａ、患者Ｂ、患者Ｃ、イ
ンスタンス内科医２の名前属性は鉛末、免許番号属性は
１０３、患者名属性は患者Ｗ、患者Ｘ、患者Ｙ１患者Ｚ
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のようにクラスとインスタンスをプログラミングの
基本単位とするオブジェクト指向言語がソフトウェアの
生産性向上のために利用されつつあるが、従来のオブジ
ェクト指向言語では、例えばデータ変換の速度が遅く大
量のデータを効率的に扱えないという問題があり、オブ
ジェクト指向言語の利用によるソフトウェアの生産性向
上を実現するためにこの問題の解決が望まれている。

また、従来のオブジェクト指向システムでは、主記憶上
でのみオブジェクトの処理が行われていた。最近では大
規模知識の管理が研究されているが、それらの研究では
自システム以外の他のデータベースの検索が問題となり
、その検索結果が自システムのデータ表現形態に変換さ
れていた。

このような場合にはデータ変換に際して２重３重のコピ
ーが必要となり、コピーおよびデータ変換のコストが嵩
むという問題点があった。

さらに従来のシステムの中には他のデータベースに対し
てデータベース言語を実行し、検索結果を自システムの
主記憶上で扱いやすい形式に変換するものもあった。し
かしながらこの場合にも可変長属性のデータは予めどの
くらいの領域をとってよいか不明のために、領域を確認
してからコピーする必要があった。そのため複数の可変
長属性がある場合はコピーを複数回実行する必要があり
、やはり変換コストが嵩むという問題点があった。

本発明は、主記憶上のデータとファイル上でのデータを
ほぼ同じ形式として両者の間の変換効率を高めることを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理ブロック図である。同図において
大規模知識データベースシステムは電子計算機１および
外部記憶手段２から構成され、オブジェクト指向言語を
用いて大規模なデータを取扱うものである。電子計算機
１の内部にはオブジェクト管理手段３、データ管理手段
４、及びデータ変換手段５があり、データ管理手段４は
外部記憶手段２と接続されている。

オブジェクト管理手段３は主記憶および外部記憶手段２
上の全てのオブジェクトを管理するもので、クラスおよ
びインスタンスの管理、プログラム管理などを行う。デ
ータ管理手段４は外部記憶手段２、例えばディスク上に
格納されているオブジェクトを関係データベースの形式
で管理する。

データ変換手段５は、例えばユーザからのコマンドによ
って主記憶上で生成されたオブジェクトを外部記憶手段
２、例えばディスクに格納するに際して、主記憶上で絶
対アドレスとポインタによって指示されるデータを、外
部記憶手段２上でオフセットを用いて入れる構造で連続
領域に格納される形式に変換する。逆に外部記憶手段２
に格納されている知識データを主記憶上にコピーするた
めに、オフセットを絶対アドレスに変換する。

〔作　　　用〕

本発明では主記憶上のデータとファイル上でのデータを
ほぼ同じ形式にすることによりデータ変換、すなわちマ
ツピングの効率を高めている。ファイル上ではアクセス
の高速化のためにデータは連続領域に格納されるように
、可変長部分はオフセットで管理される。主記憶上では
アクセス高速化のために、データは絶対アドレスとポイ
ンタによって管理される。すなわちオブジェクト管理手
段３上ではデータは絶対アドレスとポインタとによって
管理され、またデータ管理手段４上ではデータはオフセ
ットによって管理され、かつ連続領域に格納される。そ
こでデータ検索要求に応じてファイル上のデータを主記
憶上にコピーする際には、絶対アドレスとポインタとを
用いて領域の一括確保が行われ、データコピーとオフセ
ットのアドレスへの変換が行われることになる。また、
オブジェクトのデータの外部記憶手段２への格納要求に
応じて、絶対アドレスのオフセットへの変換と主記憶上
のデータのファイル上へのコピーが実行される。

以上のように、本発明によれば、複数の可変長属性を含
むデータの場合にもコピーの回数を最小限におさえるこ
とが可能になる。

〔実　　施　　例〕

第２図は本発明のアクセス方式を用いる大規模知識デー
タベースシステムの全体構成ブロック図である。同図に
おいて、システムは大型コンピュータ等の電子計算機１
、磁気ディスク装置、光デイスク装置等の外部記憶装置
６、および端末装置７から構成される。また、電子計算
機１は、ＣＰＵ８を中心とし、ｃｐｕｓは主記憶９およ
び入出力制御部１０、外部記憶制御部１１と接続されて
いる。端末装置７はユーザによって操作され、オブジェ
クトの作成や格納、検索、手続きの実行等のコマンドや
データを電子計算ｍ１に入力し、また電子計算機１から
のオブジェクト情報や処理結果を受けてデイスプレィ等
に出力する。また外部記憶装置６は、多数のオブジェク
トを格納し知識データベースを構成する。

また、入出力制御部１０は端末装置７およびＣＰＵ８、
主記憶９と接続され、電子計算機１と端末装置７等の入
出力装置をつなぐ入出力インターフェイスの役目をする
。また、外部記憶制御部１１は外部記憶装置６およびＣ
ＰＵ８、主記憶９と接続され、主記憶９と外部記憶装置
６間での知識データの入出力を制御する。

一方、電子計算機１内の主記憶９には、知識データベー
スの核となる知識ベースシステム　（Ｊａｓｗｉｎｅ　
）　１２が格納され、そのプログラムに従ってＣＰＵ８
が知識ベースに対する各種処理を実行する。さらに主記
憶９内には一部の知識データ１３が格納されるが、本発
明ではこの知識データ１３と外部記憶装置６内に格納さ
れたデータとの変換が問題となる。

第３図は、知識ベースシステム（Ｊａｓｍｉｎｅ　）　
１２の構成図である。システムはモジュール化されてお
り、主制御機構１４、解析機構１５、最適化機構１６、
コード生成機構１７、インタプリタ１８、オブジェクト
管理機構１９、データ管理機構２０からなる。次に、各
モジュールの役割を簡単に説明する。

本実施例の知識ベースシステムは、ユーザにオブジェク
ト指向のプログラミング言語と会話型処理システムを提
供する。そして、主制御機構１４はこれらオブジェクト
指向プログラムと会話型処理システムの実行制御を行う
。また解析機構１５はオブジェクト指向プログラミング
言語で記述されたプログラミングの構文を解析し中間コ
ードを生成するとともに、会話型処理システムは会話型
処理により入力されるオブジェクト操作文を解析し、実
行可能な形にする。実行可能な形に変換されたオブジェ
クト操作文はインタプリタ１８が実行する。

前述の解析機構１５によって生成された中間コードは最
適化機構１６に送られ最適化される。すなわち、最適化
機構１６は例えばジョインの順序変換による高速化など
の最適化を施し、選択演算、結合演算などの演算ブロッ
クを中間情報として作成し、コード生成機構１７に渡す
。コード生成機構１７は、最適化機構１６で最適化され
た中間コードからＣソース・プログラムを生成する。生
成されたＣソース・プログラムは、電子計算機１の主記
憶９に本知識にベースシステムとは別に格納されている
Ｃコンパイラによってコンパイルされ、知識ベースシス
テムの実行ライブラリをリンクして実行可能ファイルを
構成し、デバッガがこれを実行する。

一方、オブジェクト管理機構１９はオブジェクトの管理
を実行する。すなわち、クラスとインスタンスの管理や
、クラス−インスタンス間あるいは上位下位関係がある
クラス間で属性や手続きを継承する遺伝の管理、プログ
ラムの管理を実行する。

データ管理機構２０は、例えば拡張関係データベースを
管理するものであり、非正規形のテーブルを管理でき、
またインデックス検索やハツシュジヨイントという高速
アクセスメソッドを持っている。さらにタプル、すなわ
ち関係データベースの表における行ごとの処理を後述関
数やマツピング関数というコンパイルコードで与え、そ
れを実行できる高速かつ汎用的なデータベースシステム
エンジンである。またオブジェクト管理機構１９は例え
ばアクティブオブジェクトスペースを用いてデータ管理
機構２０とのインターラクシヨンが少なくなるようにな
っている。

本発明のデータアクセス方式はオブジェクト管理機構１
９およびデータ管理機構２０の内部にプログラムとして
実現されている。

本発明におけるデータ変換のアルゴリズムを説明する前
に、本発明における主記憶上およびデータベース（ファ
イル）上での格納データの具体例を第４図に示す。同図
において、スズキフミオの好きな女優がサガラハルコと
ミナミノヨウコであり、またサガラハルコが付き合って
いる友達がサイトウユキとアサカユイであるということ
が各人の年令とともにデータの内容として示される。（
ａ）の主記憶上では、フミオの後のポインタがハルコと
ヨウコの絶対アドレスを指示し、またハルコの後のポイ
ンタがユキとユイの絶対アドレスを指示している。

これに対してデータベース、すなわちファイル上ではデ
ータは連続領域に格納される。まず最初に全体のデータ
の行としてのタプル長が格納され、その後にフミオが格
納される。フミオの次のオフセットは図のように可変長
サイズを指示する。この可変長サイズはインナーテーブ
ル、ここではスズキフミオが好きな安価がサガラハルコ
とミ、ナミノヨウコの２人であることを示すためのイン
ナーテーブルのサイズであり、そのテーブルの行数、す
なわちタプル数はこの場合は２となる。

タプル数の次に格納されているレングス（ｌｅｎｇｔｈ
）は、サガラハルコのデータとサガラハルコが付き合っ
ている友達がサイトウユキとアサカユイであることを示
すデータを格納するための領域の長さであり、ハルコの
次に格納されているオフセットによりサイトウユキとア
サカユイとのデータが指示される。

そしてその後に格納されているＮＩＬ　（レングス）に
よってインナーテーブルの１つのタプルが終わったこと
が示され、その後にミナミノヨウコのデータが格納され
る。フミオの年令“２７パの下に格納されているオフセ
ットにより、フミオの姓スズキが指示され、ここまでが
全データであることになる。またハルコの年令“２０”
の次のオフセットによりハルコの姓すガラが示され、さ
らにヨウコの年令“２２“の次のオフセットによりヨウ
コの姓ミナミノが示される。

第５図はデータ変換のアルゴリズムの概要である。同図
（ａ）はデータ検索のアルゴリズムの概要を示し、ステ
ップ２１でタプル識別子Ｌｉｄによりデータベース、す
なわちファイルの検索が行われ、検索結果がステップ２
２で主記憶上にコピーされる。そしてステップ２３でオ
フセットが絶対アドレスに変換され、ステップ２４で後
述するアクティブオブジェクトテーブルへの登録が行わ
れる。

第５図℃）はオブジェクト生成時、すなわち主記憶上に
生成されたオブジェクトをファイルに格納する場合のア
ルゴリズムの概要である。まずステップ２５で絶対アド
レスがオフセットに変換される。

この時データが連続領域にない場合には、このオフセッ
トへの変換はデータの連続領域への並べ換えと同時に行
われる。そしてステップ２６で連続領域の情報がファイ
ルへ書き込まれる。次のステップ２７の処理は必要に応
じて例外的に行われるものであり、ステップ２５でデー
タが連続領域にすでに並んでいる場合に、アクセスを高
速にするためにオフセットをもう一度絶対アドレスに戻
すものである。すなわち主記憶上のデータをそのままコ
ピーする場合にはオフセットに変換する必要はないが、
コピーに際しては多くの領域が必要であり、また時間が
かかるために、ステップ２５ではデータが連続領域にあ
ると否とにかかわらずオフセットへの変換が行われる。

第５図（Ｃ）はデータ更新のアルゴリズムの概要であり
、ステップ２８で更新属性のみについて変換が行われ、
ステップ２９で更新属性のみの更新が行われる。また同
図（ｄ）はデータ消去時のアルゴリズムであり、ステッ
プ３０でタプル識別子Ｌｉｄを用いてデータ消去が行わ
れる。

第６図は第５図のステップ２４におけるアクティブオブ
ジェクトテーブルの実施例である。図においてデータベ
ースファイルの、憚者クラスから、オブジェクト識別子
ｏｉｄが３：３６：１であるデータが主記憶上のアクテ
ィブオブジェクトテーブルに格納される様子が示されて
いる。

第７図は共通データ構造としてのデータ変換、すなわち
マツピングの補助情報の構造である。同図（ａ）はクラ
スのインスタンスのマツピング補助情報ｍａｐｉｎｆｏ
のデータ構造を示し、インスタンスのトータルサイズ、
ポインタ属性を含む可変長属性の個数、データベース中
のテーブルについての情報、例えばシーケンシャルかイ
ンナーかを示すｒｂ情報へのポインタ、および各属性の
マツピング情報の配列からなる。同図（ｂ）はセル（ｍ
ａρ１ｎｆｏｃｅ１１）の内容を示し、その属性の相対
アドレス、実データへのポインタ、その属性のタイプ、
すなわちポインタかインナーテーブルかあるいは可変長
データかを示す整数、およびインナーテーブルの場合に
ｍａｐｉｎｆｏへのポインタが格納される。

第８図はデータベースへの格納のための補助情報のデー
タ構造である。データ管理機構２０により行われるデー
タベース内のデータの更新はフィールドポインタアレー
（ｆｉｅｌｄ　ｐｏｉｎｔｅｒ　ａｒｒａｙ　）によっ
て行われるために、この情報はｆｐａｉｎｆｏで示され
、第８図（ａ）のように可変長データ属性の個数を示す
整数、及び各属性のデータベース補助情報の配列からな
る。同図（ｂ）はセル（ｆｐａｉｎｆｏｃｐＨ）の内容
であり、フィールド番号を示す整数、相対アドレスを示
す整数、タイプを示す文字、および多値か否かを示す文
字が格納される。

第９図は第５図のステップ２５の詳細アルゴリズム、す
なわち絶対アドレスのオフセットへの変換アルゴリズム
である。同図（ａ）は全体のアルゴリズムであり、ステ
ップ３１で可変長属性の更新の有無が判定され、ない場
合にはステップ３２でデータのコピーを行うことなくオ
フセットへの変換を行うトランスオフセットリストサブ
（ｔｒａｎｓｏｆｆｓｅｔｌｉｓｔｓｕｂ）が実行され
る。また可変長属性の更新がある場合には、ステップ３
３で可変長属性のコピーが行われ、それを用いて絶対ア
ドレスからオフセットへの変換がトランスオフセットリ
ストサブ（ｔｒａｎｓｏｆｆｓｅｔｌｉｓｔ　ｓｕｂ　
）として行われる。

第９図し）はトランスオフセットサブのアルゴリズムで
あり、ステップ３４で第７図（ａ）のｍａｐｉｎｆ。

における可変長属性の数だけ次の処理が行われる。

すなわちステップ３４ａでその属性の相対位置が求めら
れ、ステップ３４ｂでポインタかインナーテーブルかあ
るいは可変長データかのタイプが調べられ、ポインタで
あればオフセットの値としてＮＵＬＬがセットされ、可
変長データであればサイズが更新され先頭からのオフセ
ットが求められ、その登録が行われる。またもしインナ
ーテーブルがあれば各タプルについてトランスオフセッ
トサブが呼ばれる。

第９図（Ｃ）はトランスオフセットリストサブのアルゴ
リズムである。まずステップ３５で第７図（ａ）のｍａ
ｐｉｎｆｏ可変長属性の数だけスキャンが行われ、デー
タの総サイズが求められる。その際可変長データのアド
レスの登録が行われる。またインナーテーブルの場合に
は、そのインナーテーブルの各タプルについてトランス
オフセットリストサブが呼ばれる。次にステップ３６で
領域の確保と固定長領域のみのコピーが行われ、ステッ
プ３７で可変長属性の個数だけ次の処理が行われる。す
なわちステップ３７ａでその属性データの相対位置が求
められ、３７ｂでタイプが調べられる。タイプがポイン
タの場合にはオフセット値としてＮＵＬＬがセットされ
、可変長データであればその長さだけデータ領域のコピ
ーが行われる。

第１０図は第５図のステップ２３、または２７のオフセ
ットの絶対アドレスへの変換のアルゴリズムである。同
図（ａ）は全体のアルゴリズムであり、まずステップ３
８で可変長属性の更新があるか否かが判定される。更新
がない場合には可変長データについてオフセットをアド
レスに変換する必要があるので、ステップ４０で連続領
域のオフセットの絶対アドレスへの変換処理がトランス
アドレス−ｓ　（ｔｒａｎｓａｄｄｒ−ｓ　）として実
行され、また更新がある場合にはステップ３９で固定長
領域がコピーされて復元される。同図い）はトランスア
ドレス−３のアルゴリズムである。この処理では第７図
（ａ）のｍａｐｉｎｆｏにおける可変長属性の個数だけ
以下の処理が行われる。すなわちステップ４１ａでその
属性について相対位置が求められ、ステップ４１ｂでそ
の属性のタイプが調べられる。そして可変長データの場
合にはオフセットが絶対アドレスに変換され、インナー
テーブルの場合には各タプルについてトランスアドレス
−３が呼ばれ、先頭と末尾のアドレスが埋められる。

第１１図は属性の更新処理におけるアルゴリズムである
。このアルゴリズム、アップデートｆｐａ（ｕｐｄａｔ
ｅ　ｆｐａ）においてはステップ４２で第８図（ａ）の
データベース補助情報としてのｆｐａｉｎｆｏの属性の
数だけ以下の処理が行われる。すなわちステップ４２ａ
でその属性のタイプが調べられ、もし可変長データであ
れば絶対アドレスがｆｐａに登録される。またインナー
テーブルの場合には各タプルについてアップデー）　ｆ
ｐａが呼ばれる。そしてステップ４２ｂでｆｐａに基づ
いて属性の更新が行われる。

なお、上述の実施例では、ファイル上でのデータを主記
憶上に持ってくるにあたってはオフセットを絶対アドレ
スに変換するものとしたが、このオフセットのアドレス
への変換を行わずにファイル上のデータを利用すること
も可能である。この場合にはマツピングのコストがより
低減でき、また主記憶上のデータにもファイル上のデー
タを対象とする関数が適用できることになるが、主記憶
上でのアクセスもオフセットによるため、個々のアクセ
スは遅（なる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、絶対アド
レスとオフセットの変換のみで主記憶上のデータとファ
イル上のデータを相互に変換することが可能になり、オ
ブジェクトのデータをファイルから主記憶へ持ってきた
り、主記憶からファイルへ書き込む時の変換に要する処
理を極めて少なくすることができ、システムの高速化に
寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロッ久図、 第２図は本発明のアクセス方式を用いる大規模知識デー
タベースシステムの全体構成を示すブロック図、 第３図は知識ベースシステム（Ｊａｓｍｉｎｅ　）の構
成を示すブロック図、 第４図（ａ）、０））は主記憶上およびファイル上での
格納データの具体例を示す図、 第５図（ａ）〜（ｄ）はデータ変換のアルゴリズムの概
要を示す図、 第６図はアクティブオブジェクトテーブルの実施例を示
す図、 第７図（ａ）、（ｂ）はマツピングの補助情報の構造を
示す図、 第８図（ａ）、（ｂ）はデータベースへの格納のための
補助情報の構造を示す図、 第９図（ａ）〜（Ｃ）は絶対アドレスのオフセットへの
変換アルゴリズムの実施例を示す図、 第１０図（ａ）、（ｂ）はオフセットの絶対アドレスへ
の変換アルゴリズムの実施例を示す図、第１１図は属性
の更新アルゴリズムの実施例を示す図、 第１２図はクラス−インスタンスの説明図であ電子計算
機、 外部記憶装置、 ＣＰＵ。 主記憶、 知識ベースシステム 知識データ、 オブジェクト管理機構、 データ管理機構。 （Ｊａｓｍｉｎｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電子計算機（１）および外部記憶手段（２）から成り、
   オブジェクト指向言語を用いて大規模なデータを取扱う
   知識データベースシステムにおいて、 主記憶および外部記憶手段（２）上の全てのオブジェク
   トを管理するオブジェクト管理手段（３）と、 前記外部記憶手段（２）上に格納されているオブジェク
   トを関係データベースの形式で管理するデータ管理手段
   （４）と、 主記憶上で絶対アドレスとポインタとによって指示され
   るデータと、前記外部記憶手段（２）上でオフセットを
   用いて入れる構造で連続領域に格納されるデータとを、
   前記オブジェクト管理手段（３）とデータ管理手段（４
   ）との間で相互に変換するデータ変換手段（５）を有す
   ることを特徴とする大規模知識データベースシステムに
   おけるデータアクセス方式。