CORADD: Correlation Aware Database Designer for Materialized Views and Indexes

We describe an automatic database design tool that exploits correlations between attributes when recommending materialized views (MVs) and indexes. Although there is a substantial body of related work exploring how to select an appropriate set of MVs and indexes for a given workload, none of this work has explored the effect of correlated attributes (e.g., attributes encoding related geographic information) on designs. Our tool identifies a set of MVs and secondary indexes such that correlations between the clustered attributes of the MVs and the secondary indexes are enhanced, which can dramatically improve query performance. It uses a form of Integer Linear Programming (ILP) called ILP Feedback to pick the best set of MVs and indexes for given database size constraints. We compare our tool with a state-of-the-art commercial database designer on two workloads, APB-1 and SSB (Star Schema Benchmark---similar to TPC-H). Our results show that a correlation-aware database designer can improve query performance up to 6 times within the same space budget when compared to a commercial database designer.National Science Foundation (U.S.) (Grant IIS-0704424)SAP Corporation (Grant

Contributions à l’Optimisation de Requêtes Multidimensionnelles

Analyser les données consiste à choisir un sous-ensemble des dimensions qui les décriventafin d'en extraire des informations utiles. Or, il est rare que l'on connaisse a priori les dimensions"intéressantes". L'analyse se transforme alors en une activité exploratoire où chaque passe traduit par une requête. Ainsi, il devient primordiale de proposer des solutions d'optimisationde requêtes qui ont une vision globale du processus plutôt que de chercher à optimiser chaque requêteindépendamment les unes des autres. Nous présentons nos contributions dans le cadre de cette approcheexploratoire en nous focalisant sur trois types de requêtes: (i) le calcul de bordures,(ii) les requêtes dites OLAP (On Line Analytical Processing) dans les cubes de données et (iii) les requêtesde préférence type skyline

Compiling Communication-Minimizing Query Plans

Because of the low arithmetic intensity of relational database operators, the performance of in-memory column stores ought to be bound by main-memory bandwidth, and in practice, highly-optimized operator implementations already achieve close to their peak theoretical performance. By itself, this would imply that hardware acceleration for analytics would be of limited utility, but I show that the emergence of full-query compilation presents new opportunities to reduce memory traffic and trade computation for communication, meaning that database-oriented processors may yet be worth designing.Moreover, the communication costs of queries on a given processor and memory hierarchy are determined by factors below the level of abstraction expressed in traditional query plans, such as how operators are (or are not) fused together, how execution is parallelized and cache-blocked, and how intermediate results are arranged in memory. I present a Scala- embedded programming language called Ressort that exposes these machine-level aspects of query compilation, and which emits parallel C++/OpenMP code as its target to express a greater range of algorithmic variants for each query than would be easy to study by hand

The ViP2P Platform: XML Views in P2P

The growing volumes of XML data sources on the Web or produced by enterprises, organizations etc. raise many performance challenges for data management applications. In this work, we are concerned with the distributed, peer-to-peer management of large corpora of XML documents, based on distributed hash table (or DHT, in short) overlay networks. We present ViP2P (standing for Views in Peer-to-Peer), a distributed platform for sharing XML documents based on a structured P2P network infrastructure (DHT). At the core of ViP2P stand distributed materialized XML views, defined by arbitrary XML queries, filled in with data published anywhere in the network, and exploited to efficiently answer queries issued by any network peer. ViP2P allows user queries to be evaluated over XML documents published by peers in two modes. First, a long-running subscription mode, when a query can be registered in the system and receive answers incrementally when and if published data matches the query. Second, queries can also be asked in an ad-hoc, snapshot mode, where results are required immediately and must be computed based on the results of other long-running, subscription queries. ViP2P innovates over other similar DHT-based XML sharing platforms by using a very expressive structured XML query language. This expressivity leads to a very flexible distribution of XML content in the ViP2P network, and to efficient snapshot query execution. ViP2P has been tested in real deployments of hundreds of computers. We present the platform architecture, its internal algorithms, and demonstrate its efficiency and scalability through a set of experiments. Our experimental results outgrow by orders of magnitude similar competitor systems in terms of data volumes, network size and data dissemination throughput.Comment: RR-7812 (2011

Metadata-driven data integration

Cotutela: Universitat Politècnica de Catalunya i Université Libre de Bruxelles, IT4BI-DC programme for the joint Ph.D. degree in computer science.Data has an undoubtable impact on society. Storing and processing large amounts of available data is currently one of the key success factors for an organization. Nonetheless, we are recently witnessing a change represented by huge and heterogeneous amounts of data. Indeed, 90% of the data in the world has been generated in the last two years. Thus, in order to carry on these data exploitation tasks, organizations must first perform data integration combining data from multiple sources to yield a unified view over them. Yet, the integration of massive and heterogeneous amounts of data requires revisiting the traditional integration assumptions to cope with the new requirements posed by such data-intensive settings. This PhD thesis aims to provide a novel framework for data integration in the context of data-intensive ecosystems, which entails dealing with vast amounts of heterogeneous data, from multiple sources and in their original format. To this end, we advocate for an integration process consisting of sequential activities governed by a semantic layer, implemented via a shared repository of metadata. From an stewardship perspective, this activities are the deployment of a data integration architecture, followed by the population of such shared metadata. From a data consumption perspective, the activities are virtual and materialized data integration, the former an exploratory task and the latter a consolidation one. Following the proposed framework, we focus on providing contributions to each of the four activities. We begin proposing a software reference architecture for semantic-aware data-intensive systems. Such architecture serves as a blueprint to deploy a stack of systems, its core being the metadata repository. Next, we propose a graph-based metadata model as formalism for metadata management. We focus on supporting schema and data source evolution, a predominant factor on the heterogeneous sources at hand. For virtual integration, we propose query rewriting algorithms that rely on the previously proposed metadata model. We additionally consider semantic heterogeneities in the data sources, which the proposed algorithms are capable of automatically resolving. Finally, the thesis focuses on the materialized integration activity, and to this end, proposes a method to select intermediate results to materialize in data-intensive flows. Overall, the results of this thesis serve as contribution to the field of data integration in contemporary data-intensive ecosystems.Les dades tenen un impacte indubtable en la societat. La capacitat d’emmagatzemar i processar grans quantitats de dades disponibles és avui en dia un dels factors claus per l’èxit d’una organització. No obstant, avui en dia estem presenciant un canvi representat per grans volums de dades heterogenis. En efecte, el 90% de les dades mundials han sigut generades en els últims dos anys. Per tal de dur a terme aquestes tasques d’explotació de dades, les organitzacions primer han de realitzar una integració de les dades, combinantles a partir de diferents fonts amb l’objectiu de tenir-ne una vista unificada d’elles. Per això, aquest fet requereix reconsiderar les assumpcions tradicionals en integració amb l’objectiu de lidiar amb els requisits imposats per aquests sistemes de tractament massiu de dades. Aquesta tesi doctoral té com a objectiu proporcional un nou marc de treball per a la integració de dades en el context de sistemes de tractament massiu de dades, el qual implica lidiar amb una gran quantitat de dades heterogènies, provinents de múltiples fonts i en el seu format original. Per això, proposem un procés d’integració compost d’una seqüència d’activitats governades per una capa semàntica, la qual és implementada a partir d’un repositori de metadades compartides. Des d’una perspectiva d’administració, aquestes activitats són el desplegament d’una arquitectura d’integració de dades, seguit per la inserció d’aquestes metadades compartides. Des d’una perspectiva de consum de dades, les activitats són la integració virtual i materialització de les dades, la primera sent una tasca exploratòria i la segona una de consolidació. Seguint el marc de treball proposat, ens centrem en proporcionar contribucions a cada una de les quatre activitats. La tesi inicia proposant una arquitectura de referència de software per a sistemes de tractament massiu de dades amb coneixement semàntic. Aquesta arquitectura serveix com a planell per a desplegar un conjunt de sistemes, sent el repositori de metadades al seu nucli. Posteriorment, proposem un model basat en grafs per a la gestió de metadades. Concretament, ens centrem en donar suport a l’evolució d’esquemes i fonts de dades, un dels factors predominants en les fonts de dades heterogènies considerades. Per a l’integració virtual, proposem algorismes de rescriptura de consultes que usen el model de metadades previament proposat. Com a afegitó, considerem heterogeneïtat semàntica en les fonts de dades, les quals els algorismes de rescriptura poden resoldre automàticament. Finalment, la tesi es centra en l’activitat d’integració materialitzada. Per això proposa un mètode per a seleccionar els resultats intermedis a materialitzar un fluxes de tractament intensiu de dades. En general, els resultats d’aquesta tesi serveixen com a contribució al camp d’integració de dades en els ecosistemes de tractament massiu de dades contemporanisLes données ont un impact indéniable sur la société. Le stockage et le traitement de grandes quantités de données disponibles constituent actuellement l’un des facteurs clés de succès d’une entreprise. Néanmoins, nous assistons récemment à un changement représenté par des quantités de données massives et hétérogènes. En effet, 90% des données dans le monde ont été générées au cours des deux dernières années. Ainsi, pour mener à bien ces tâches d’exploitation des données, les organisations doivent d’abord réaliser une intégration des données en combinant des données provenant de sources multiples pour obtenir une vue unifiée de ces dernières. Cependant, l’intégration de quantités de données massives et hétérogènes nécessite de revoir les hypothèses d’intégration traditionnelles afin de faire face aux nouvelles exigences posées par les systèmes de gestion de données massives. Cette thèse de doctorat a pour objectif de fournir un nouveau cadre pour l’intégration de données dans le contexte d’écosystèmes à forte intensité de données, ce qui implique de traiter de grandes quantités de données hétérogènes, provenant de sources multiples et dans leur format d’origine. À cette fin, nous préconisons un processus d’intégration constitué d’activités séquentielles régies par une couche sémantique, mise en oeuvre via un dépôt partagé de métadonnées. Du point de vue de la gestion, ces activités consistent à déployer une architecture d’intégration de données, suivies de la population de métadonnées partagées. Du point de vue de la consommation de données, les activités sont l’intégration de données virtuelle et matérialisée, la première étant une tâche exploratoire et la seconde, une tâche de consolidation. Conformément au cadre proposé, nous nous attachons à fournir des contributions à chacune des quatre activités. Nous commençons par proposer une architecture logicielle de référence pour les systèmes de gestion de données massives et à connaissance sémantique. Une telle architecture consiste en un schéma directeur pour le déploiement d’une pile de systèmes, le dépôt de métadonnées étant son composant principal. Ensuite, nous proposons un modèle de métadonnées basé sur des graphes comme formalisme pour la gestion des métadonnées. Nous mettons l’accent sur la prise en charge de l’évolution des schémas et des sources de données, facteur prédominant des sources hétérogènes sous-jacentes. Pour l’intégration virtuelle, nous proposons des algorithmes de réécriture de requêtes qui s’appuient sur le modèle de métadonnées proposé précédemment. Nous considérons en outre les hétérogénéités sémantiques dans les sources de données, que les algorithmes proposés sont capables de résoudre automatiquement. Enfin, la thèse se concentre sur l’activité d’intégration matérialisée et propose à cette fin une méthode de sélection de résultats intermédiaires à matérialiser dans des flux des données massives. Dans l’ensemble, les résultats de cette thèse constituent une contribution au domaine de l’intégration des données dans les écosystèmes contemporains de gestion de données massivesPostprint (published version