Endowing NoSQL DBMS with SQL features through call level interfaces

Abstract

Os arquitetos de software usam ferramentas, tais como Call Level Interfaces (CLI), para guardar, atualizar e retirar dados de Sistemas de Gestão de Bases de Dados (SGBD). Estas ferramentas estão desenhadas para efetuarem a junção entre os paradigmas de Base de Dados Relacional e da Programação Orientada a Objetos e fornecem funcionalidades padrão para interagir com SGBD. No entanto, a emergência do paradigma NoSQL, e particularmente de novos fornecedores de SGBD NoSQL, leva a situações onde algumas das funcionalidades padrão fornecidas por CLI não são suportadas. Isto deve-se normalmente à distância entre o modelo SQL e NoSQL, ou devido a restrições de design. Assim, quando um arquiteto de sistema precisa de evoluir, nomeadamente de um SGBD relacional para um SGBD NoSQL, tem de ultrapassar as dificuldades que emergem por existirem funcionalidades não suportadas pelo SGBD NoSQL. Não só isso, mas as CLI costumam ignorar políticas de controlo de acesso estabelecidas e, portanto, programadores de aplicações têm de dominar as ditas políticas de maneira a desenvolverem software em concordância com elas. Escolher o SGBD NoSQL errado pode levar a problemas de grandes dimensões quando as aplicações pedem funcionalidades não suportadas ou a que não têm acesso. Esta tese foca-se em implementar funcionalidades que não são comummente suportadas por SGBD NoSQL, tais como Stored Procedures, Transações, Save Points e interações com estruturas de memória local, através de uma framework baseada numa CLI padrão. O modelo de implementação de funcionalidades é definido por módulos da nossa framework, e permite a criação de sistemas distribuídos e tolerantes a falhas, que simulam as funcionalidades anteriormente referidas e abstraem as funcionalidades da base de dados subjacente de clientes. Também temos como objetivo integrar a nossa framework com trabalho anterior, a S-DRACA, uma arquitetura dinâmica e segura de controlo de acesso para aplicações relacionais, onde as permissões são definidas como sequências de expressões create, read, update e delete. Com esta integração, conseguimos fornecer Role-Based Access Control e outras funcionalidades de segurança a qualquer tipo de SGBD. Desenvolvemos várias formas de utilizar cada componente (localmente ou distribuído) e a framework está construída de forma modular, o que permite aos vários componentes serem utilizados individualmente ou em grupo, assim como permite o acrescento de funcionalidades ou SGBD adicionais por administradores de sistema que queiram adaptar a framework às suas necessidades particulares.

To store, update and retrieve data from database management systems (DBMS), software architects use tools, like call level interfaces (CLI), which provide standard functionality to interact with DBMS. These tools are designed to bring together the relational database and object-oriented programming paradigms, but the emergence of the NoSQL paradigm, and particularly new NoSQL DBMS providers, leads to situations where some of the standard functionality provided by CLI are not supported, very often due to their distance from the relational model or due to design constraints. As such, when a system architect needs to evolve, namely from a relational DBMS to a NoSQL DBMS, he must overcome the difficulties conveyed by the features not provided by the NoSQL DBMS. Not only that, but CLI usually forsake applied access control policies. As such, application developers must master the established policies as a means to develop software that is conformant with them. Choosing the wrong NoSQL DBMS risks major issues with applications requesting non-supported features and with unauthorized accesses. This thesis focuses on deploying features that are not so commonly supported by NoSQL DBMS, such as Stored Procedures, Transactions, Save Points and interactions with local memory structures, through a framework based in a standard CLI. The feature implementation model is defined by modules of our framework, and allows for distributed and fault-tolerant systems to be deployed, which simulate the previously mentioned features and abstract the underlying database features from clients. It is also our goal to integrate our framework with previous work, S-DRACA, a dynamic secure access control architecture for relational applications, where permissions are defined as a sequence of create, read, update and delete expressions. With the integration, we can provide dynamic Role-Based Access Control and other security features to any kind of DBMS. We developed several ways of using each component (locally or distributed) and the framework is built in a modular fashion, which allows several components to be used individually or together, as well as extra features or DBMS to be added by system administrators that wish to adapt the framework to their particular needs.