Oracle セマンティック・テクノロジー
の推論のベスト・プラクティス
（RDFS/OWL）
Oracle ホワイト・ペーパー
2008 年 2 月
Oracle セマンティック・テクノロジーの推論の
ベスト・プラクティス（RDFS/OWL）
はじめに
このホワイト・ペーパーでは、Oracle Database 11g セマンティック・テクノロジー を使用した RDFS と OWL の推論のベスト・プラクティスについて説明します。 まず、セマンティック・データを使用するための推奨事項を示し、Oracle Database のチューニングに関する考慮事項を説明します。次に、RDFS ルールベース、RDFS ++ルールベース、OWLSIF ルールベース、OWLPrime ルールベースを使用する推 論に関するいくつかのベスト・プラクティスを示し、それぞれのユーザー定義ルー ルに関する考慮事項、および OWLPrime の範囲外のセマンティック・データの取 扱い方法について説明します。最後に、10 億を超えるトリプルに対する LUBM8000 推論ベンチマークの結果を示します。セマンティック・データを使用するための準備
最新のセマンティック・テクノロジーのパッチ・セットをOracle Databaseにインス トールしてから、以下の 2 つのステップを実行します。パッチ・セットは、OTN Semantic Technologies Softwareページから入手できます。詳細については、『Oracle Jena Adaptor Patch Installation Guide』1の第 2 項を参照してください。Oracle Database 11g Release 1 RDF/OWLのユーザーは、SEM_APIS.CREATE_ RULES_INDEXの代わりに、SEM_APIS.CREATE_ENTAILMENT APIを使用して ルールの索引を作成することを推奨します。SEM_APIS.CREATE_RULES_INDEX は、おもに下位互換性のために存在しています。 次のシンプルな例は、最大サイズ 300GB の BIGFILE 表領域を作成し、セマン ティック・ネットワークを初期化し、アプリケーション表を作成し、DML 文を使 用して 1 つのトリプルを追加し、OWLPrime ルールベースを使用して推論を実行 するフローを示しています。 ステップ 1：
SQL> -- login as SYS with DBA privilege
SQL> -- Note: you need to customize the following statement SQL> -- based on your setup.
SQL> --
SQL> CREATE BIGFILE TABLESPACE SEMTS
1 Oracle Jena Adaptorのサーバー側のパッチ・インストール・ガイド
DATAFILE '<path_to_datafile>/SEMTS.DBF' SIZE 512m REUSE AUTOEXTEND ON NEXT 512M MAXSIZE 300G
EXTENT MANAGEMENT LOCAL SEGMENT SPACE MANAGEMENT AUTO; ステップ 2：
SQL> EXECUTE sem_apis.create_sem_network('SEMTS');
SQL> --
SQL> -- login as a regular user, SCOTT for example SQL> --
SQL> CREATE TABLE owltst(id number, triple sdo_rdf_triple_s); Table created.
SQL> EXECUTE sem_apis.create_sem_model('owltst','owltst','triple'); PL/SQL procedure successfully completed.
SQL> INSERT INTO owltst VALUES (1, sdo_rdf_triple_s('owltst', 'http://foo.com/name/John','http://www.w3.org/2002/07/owl#sameAs', 'http://foo.com/name/JohnQ')); 1 row created. SQL> commit; SQL> EXECUTE sem_apis.create_entailment('owltst_idx', sem_models('owltst'), sem_rulebases('OWLPRIME'));
Oracle Database のチューニングの考慮事項
すべてのアプリケーションに合う単一のデータベース構成はありません。この項 では、Linux PCのテスト・システム（2GBの物理メモリ搭載）上での推論の実行 に役立つガイドラインを示します。ただし、ユーザーのハードウェア、アプリケー ション構成、およびデータセットによっては、異なる結果が生じる場合がありま す。そのため、ユーザー環境におけるテストとベンチマークの実行を含め、Oracle Databaseのチューニングに関する標準のベスト・プラクティスに従うことを推奨し ます。『Oracle Databaseパフォーマンス・チューニング・ガイド』2は優れたリソー スです。 最新の統計情報を維持します。PL/SQL APIのSEM_PERF.GATHER_STATSまたは SEM_APIS.ANALYZE_MODELは、推論に関与する複数のセマンティック・モデ ルのいずれかに大量のデータが追加されてから起動する必要があります。最初の APIは、セマンティック・ネットワーク内のすべてのモデルの統計情報を収集し、 2 番目のAPIは、モデルごとに統計情報を収集します。 SGA/PGA。一般的に、SGAおよびPGAに十分な量の専用メモリが割り当てられる ようにデータベースを構成します。MEMORY_TARGETパラメータを変更して、割 り当てられるメモリの合計を変更し、Oracle DatabaseがSGAおよびPGAの各値を自 動的に設定できるようにします。 2 『Oracle Databaseパフォーマンス・チューニング・ガイド 11gリリース 1（11.1）』、原本部品番号：B28274-012GB の物理メモリがあるテスト・マシンで、次の設定が DBA 権限を備えた SYS として使用されています（その後、データベースを再起動する必要があります）。 Oracle Database のプロセスとメモリ・リソースに対し競合するほかのアプリケー ションはありません。
SQL> alter system set memory_target=’1600M’ scope=spfile;
MEMORY_TARGET初期化パラメータを 03に設定して、SGAおよびPGAを手動で設 定するとよい結果につながる場合があります（詳細については、『Oracle Database 管理者ガイド』を参照）。とくに、メモリの量に制限があり、オントロジーが非 常に大きい場合に有効です。たとえば、次の構成は、8,000 の大学と 10 億を超え る ト リ プ ル に よ る Lehigh University Benchmark オ ン トロジ ー ・ ベン チマ ー ク （LUBM）4でOWLPrime推論を実行するときに、わずか 2GBの物理メモリを備えた テスト・システムで使用されています。メモリ・プールの最小値を制御する DB_CACHE_SIZEは多めに割り当てられています。次を参照してください。 db_cache_size=832M java_pool_size=32M large_pool_size=16M shared_pool_size=160M sga_target=1056M pga_aggregate_target=352M filesystemio_options。Linuxテスト・システムでは、filesystemio_options='SETALL' に設定すると、推論のパフォーマンスが大幅に向上することが確認されています。 このことは、そのほかのプラットフォームでは確認されていません。新しい設定 に変更したあとは、データベースを再起動する必要があります。
SQL> alter system set filesystemio_options='SETALL' scope=spfile;
物理I/O。物理I/Oは推論のボトルネックとなることがあります。Oracle Database 11g の推論プロセスでは、多くのテーブル結合とソートがおこなわれます。巨大な RDF/OWLデータ・モデルを扱う場合、推論プロセスは、ソース・トリプル・デー タ、および推論されたトリプルの永続性を読み取るために物理I/O処理をおこない、 中間結果のソートおよび交換をおこないます。 メモリの量が固定されている場合、複数のハード・ディスク間で I/O を均等に分 散することが、I/O の待ち時間を短縮するシンプルな戦略です。テスト・システム では、データベースで使用される一時表領域を保持するために 1 台の専用ハード・ ディスクが使用されます。そのほかのハード・ディスクは、セマンティック・ネッ トワークのデータベース・ログ・ファイルと表領域を格納しています。（Automatic Storage Management を使用してもおこなえます。）この構成は、テスト・システ ムのハードウェアに適しています（後述するベンチマークの結果の項を参照）。 これは、一時表領域が大量のデータの結合とソートに頻繁に使用され、物理メモ リが制限されるためです。 3 『Oracle Database管理者ガイド 11gリリース 1（11.1）』、原本部品番号：B28310- 03 4 http://swat.cse.lehigh.edu/projects/lubm/
次のコマンドラインは、BIGFILE 一時表領域を作成し、それをデフォルトで使用 するようにデータベースに指示を出します。コマンドは、マシン構成とハード・ ディスクの容量に基づいて、カスタマイズする必要があります。
SQL> create bigfile temporary tablespace tmp_ts tempfile '<path_to_your_datafile>'
size 512M reuse
autoextend on next 512M maxsize 300G EXTENT MANAGEMENT LOCAL
;
SQL> ALTER DATABASE DEFAULT TEMPORARY TABLESPACE tmp_ts;
推論のベスト・プラクティス
RDFS ルールベース
すべての RDFS ルールが均一に情報を提供するわけではありません。たとえば、 ルール RDFS12 では、アプリケーションが簡単に取得できない新しい情報は提供 されません。推論中にこのルールをスキップまたは選択解除するには、5 番目の パラメータとして'RDFS12-'を指定します。 BEGIN SEM_APIS.CREATE_ENTAILMENT( 'example_rdfsidx', SEM_Models('my_example'), SEM_Rulebases('RDFS'), SEM_APIS.REACH_CLOSURE, 'RDFS12-'); END; / 複数のコンポーネントを選択解除して、INF_COMPONENTS_INパラメータに次の 値を使用する推論を速めることもできます。RDF Semantics Webサイト5には、ルー ルの詳細な説明があります。この情報を参照してから、ルールをスキップするか どうかを決めてください。 'RDFS12-, RDFS4A-, RDFS4B-, RDFS6-, RDFS8-, RDFS10-, RDFS13-'RDFS++、OWLSIF、および OWLPrime ルールベース
以下の情報は、サポートされているRDFS/OWLボキャブラリ構成に関するもので、 『Oracle Databaseセマンティク･テクノロジ開発者ガイド』6の情報を補完するもの です。それぞれのルールベースに含まれている一連のRDFS/OWLボキャブラリ構 成は、以下のとおりです。 ルールベース名 含まれる RDFS/OWL 構成 RDFS++ すべての RDFS ボキャブラリ構成 owl:InverseFunctionalProperty, owl:sameAs 5 http://www.w3.org/TR/2004/REC-rdf-mt-20040210/ 6 『Oracle Databaseセマンティク・テクノロジ開発者ガイド 11gリリース 1（11.1）』OWLSIF すべての RDFS ボキャブラリ構成 owl:FunctionalProperty, owl:InverseFunctionalProperty, owl:SymmetricProperty, owl:TransitiveProperty, owl:sameAs, owl:inverseOf, owl:equivalentClass, owl:equivalentProperty, owl:hasValue, owl:someValuesFrom, owl:allValuesFrom OWLPRIME rdfs:subClassOf, rdfs:subPropertyOf, rdfs:domain, rdfs:range, owl:FunctionalProperty, owl:InverseFunctionalProperty, owl:SymmetricProperty, owl:TransitiveProperty, owl:sameAs, owl:inverseOf, owl:equivalentClass, owl:equivalentProperty, owl:hasValue, owl:someValuesFrom, owl:allValuesFrom, owl:differentFrom, owl:disjointWith, owl:complementOf RDFSルールベースでの推論と同様、明確に推論の結果が予測できる場合は、1 つま たは複数のコンポーネントを選択解除できます。たとえば、クラスとプロパティの 階層、および推移関係だけに関心がある場合は、owl:sameAsとowl:differentFrom のコンポーネントを選択解除できます。
ユーザー定義のルール
『Oracle Databaseセマンティク・テクノロジ開発者ガイド』に記載されているよう に、オラクルが提供しているRDFS、RDFS++、OWLSIF、およびOWLPRIMEに加 えて、ユーザー定義のルールを推論で使用する場合は、'USER_RULES=T'を指定す る必要があります。次のコマンドは、そのような推論の例を示しています。SQL> -- In the following statement, 'USER_RULES=T' is required SQL> EXECUTE sem_apis.create_entailment('owltst2_idx',
sem_models('owltst'),
sem_rulebases('OWLPRIME','USER_RULEBASE'), SEM_APIS.REACH_CLOSURE, null, 'USER_RULES=T');
ユーザー定義のルールのほとんどは、1 つのパターンをもちます。つまり、ルー ル・ヘッドには 1 つのパターンしかありません。まれに、ユーザー定義のルール が結果的に複数のパターンをもつことがありますが、1 つのパターンをもつよう にルールを複数のルールに分割するほうがより効率的です。
OWLPrime の範囲外のセマンティックの定義
OWLPrimeには、非常に多様な表現が可能なOWL DL構成のサブセットが用意され ていますが、より多くのセマンティックを必要とするアプリケーションもありま す。より多くのセマンティックの利用を可能にする方法は、2 つあります。詳細 については、ホワイト・ペーパー7を参照してください。 • ユーザー定義のルールの追加• Oracle Jena Adaptor を使用した完全な DL Reasoner との統合
次の例は、owl:intersectionOfのコア・セマンティックをサポートする方法 を示しています。左の列には、OWLの概念の簡単な定義がRDF/XML形式で示さ れています。右の列には、3 つの対応するユーザー定義のルールが示されていま す。本当に必要なのは、最後のルールだけです。最初の 2 つのルールは、2 つの スキーマ・トリプルとしてオントロジーに追加できます。 RDF/XML 形式の OWL ユーザー定義のルール <owl:Class rdf:ID=“FemaleAstronaut"> <rdfs:label>female astronaut</rdfs:label> <owl:intersectionOf rdf:parseType="Collection"> <owl:Class rdf:about="#Female" /> <owl:Class rdf:about="#Astronaut" /> </owl:intersectionOf> </owl:Class> 1. ➜ :FemaleAstronaut rdfs:subClassOf :Female 2. ➜ :FemaleAstronaut rdfs:subClassOf :Astronaut 3. ?x rdf:type :Female . ?x rdf:type :Astronaut . ➜ x rdf:type :FemaleAstronaut 表1 owl:intersectionOf用のユーザー定義のルール 完全なDL Reasoner8を使用して、クラス・サブサンプション・ツリーを計算し（TBox が適度なサイズであると想定した場合）、完全なクラス・サブサンプション・ツ リーとABoxデータの組合せにオラクルのOWL推論を適用できます。次のOracle Jena Adaptor APIに基づくコードは、考え方を示しています。
Model modelOracle = ModelOracleSem.createOracleSemModel( oracle, modelName);
// Creates an in-memory Jena model based on an Oracle RDF/OWL // model
Model model = ModelFactory.createDefaultModel(); model.add(modelOracle);
modelOracle.getGraph().close();
7 『A scalable RDBMS-based inference engine for RDFS/OWL』、2007 年 10 月
http://ontolog.cim3.net/file/work/DatabaseAndOntology/2007-10-18_AlanWu/RDBMS-RDFS-OWL-InferenceEng ine--AlanWu_20071018.pdf
PelletInfGraph pelletInfGraph = new PelletInfGraph( model.getGraph(),new PelletReasoner());
上述のpelletInfGraphは、元のOracle OWLモデルに追加できます。詳細については、 OTN Semantic Technologies Webページ9のOracle Jena AdaptorのJavaコード例も参 照してください。
LUBM8000（10 億を超えるトリプル）推論ベンチマークの結果
オラクルは、次の 4 つのよく知られたベンチマークを使用した、Oracle Database 11g Release 1 OWLPrimeとRDFSのスケーラブルな推論のパフォーマンスについてすで に報告しています。UniProt、LUBM50、LUBM500、およびLUBM1000。3 つのPC システムで構成され、ギガビット・ネットワーク7,10 11, を使用しています。LUBM1000 ベンチマーク・オントロジーには、1 億 3,300 万を超えるトリプルがあります。こ のパフォーマンス・テストの目的は、10 億を超えるトリプルをもつベンチマーク LUBM8000 オントロジーに対してOWLPrimeの推論を実行して、Oracle Database 11gの推論エンジンのスケーラビリティをさらにテストすることにありました。 このパフォーマンス・テストは、ユーザーがレプリケートしやすいように構成さ れています。ハイパー・スレッド・モードで稼動している 1 基の CPU（3.0GHz） を備えた 1 台の PC から成り、3.0GB/秒の物理 SATA ハード・ディスクを 2 台搭 載しています。また、各ディスクには、500GB のデータを格納できます。メモリ のタイプは、DDR2 533（PC2 4200）デュアル・チャネル・メモリです。この PC では、最大 4GB の物理メモリを使用できます。使用しているオペレーティング・ システムは Linux 2.6.9-34.Elsmp で、Oracle Database 11g（11.1.0.6）for Linux を実 行しています。 テストは、2GBと 4GBの物理メモリ構成で 2 回おこなっています。いずれの場合 も、推論終了後に 5 億 2,170 万の新しいトリプルが生成されています。次の図 1 は、 推論の時間とメモリ量によるトレードオフを示しています。物理メモリの量を増 やせば、推論のパフォーマンスが大幅に向上することがわかります。メイン・メ モリに 2GBを加えただけで、推論時間が 88.5 時間から 56.7 時間12に短縮されてい ます。今後、より強力なハードウェアでテストをおこなえばスケーラブルなパフォー マンスが得られることが予想されます。PGA_AGGREGATE_TARGET = 2000M、 SGA_TARGET = 1256M、DB_CACHE_SIZE = 832M、SHARED_POOL_SIZE = 160M となっています。
9 http://www.oracle.com/technology/tech/semantic_technologies/sample_code/index.html 10 『The semantic web for application developers』、Oracle Open World、2007 年
http://download.oracle.com/otndocs/tech/semantic_web/pdf/oow2007_semantics_f orappdev_k.pdf
11 Why, When, and How to Use Oracle Database 11g Semantic Technologies
http://download.oracle.com/otndocs/tech/semantic_web/pdf/oow2007_semantics_techtalk_k.pdf
12 Linuxプラットフォームでは、Oracleデータベースから"Oracle process running out of OS kernel I/O
resources"エラーが表示されないようにするために、バグ修正プログラム（6687381）を適用する必要があ ります。SolarisおよびNTプラットフォームには、影響を及ぼさないようにしてください。
メモリのサイズが 4GBのときには、LARGE_POOL_SIZE = 16M、JAVA_POOL_ SIZE = 32Mに設定されています。 図1 ベンチマークLUBM8000（10億を超えるトリプル）でのOWLPrimeの推論のパフォー マンス 最終テストは、問合せ結果の品質を測定するために、14 の LUBM ベンチマーク問 合せを使用して実行しています。これらの問合せの実行結果が一致している数は、 ほかのベンダーから報告されている結果と一致しています。
Oracle セ マ ン テ ィ ッ ク ・ テ ク ノ ロ ジ ー の 推 論 の ベ ス ト ・ プ ラ ク テ ィ ス （RDFS/OWL）
2008 年 2 月 著者：Zhe Wu
共著者：Souripriya Das、Melli Annamalai、Chuck Murray、Bill Beauregard Oracle Corporation World Headquarters 500 Oracle Parkway Redwood Shores, CA 94065 U.S.A. 海外からのお問い合わせ窓口： 電話：+1.650.506.7000 ファクシミリ：+1.650.506.7200 www.oracle.com
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