关系系统和查询优化

《关系系统和查询优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第九章关系系统和查询优化本章的主要内容包括：9.1关系系统9.2关系系统的查询优化9.3代数优化9.1关系系统一、关系系统与关系模型能够在一定程度上支持关系模型的数据库管理系统是关系系统。由于关系模型中并非每一部分都是同等重要的，所以并不苛求一个实际的关系系统必须完全支持关系模型。（1）关系数据结构ü域及域上定义的关系（2）关系操作ü并、交、差、广义笛卡尔积、选择、投影、连接、除等（3）关系完整性ü实体完整性、参照完整性、用户自己定义的完整性一个数据库管理系统可定义为关系系统，当且仅当它至少支持：①关系数据库（即关系数据结构）——系统中只有

2、表这种结构；13②支持选择、投影和（自然）连接运算——对这些运算不要求用户定义任何物理存取路径。这是对关系系统的最低要求。（1）不支持关系数据结构的系统显然不能称为关系系统。（2）仅支持关系数据结构，但没有选择、投影和连接运算功能的系统仍不能算作关系系统。原因是：不能提高用户的生产率。（3）支持选择、投影和连接运算，但要求定义物理存取路径，这种系统也不能算作真正的关系系统。原因是：降低或丧失了数据的物理独立性。在关系系统中，选择、投影、连接运算是最有用的运算。二、关系系统的分类分类依据：支持关系模型的程度。关系系统的分类：⒈表式系统：支持：

3、关系数据结构（即表）⒉（最小）关系系统支持：关系数据结构；选择、投影、连接关系操作⒊关系完备的系统支持：关系数据结构；所有的关系代数操作⒋全关系系统支持：关系模型的所有特征13数据结构数据操作完整性表式系统表╳╳（最小）关系系统表选择、投影、连接╳关系完备的系统表√╳全关系系统√√√9.2关系系统的查询优化一、查询优化概述1.查询优化的必要性查询优化极大地影响RDBMS的性能。2.查询优化的可能性关系数据语言的级别很高，使DBMS可以从关系表达式中分析查询语义。3.由DBMS进行查询优化的好处用户不必考虑如何最好地表达查询以获得较好的效率，

4、系统可以比用户程序的优化做得更好。（1）优化器可以从数据字典中获取许多统计信息，而用户程序则难以获得这些信息。（2）如果数据库的物理统计信息改变了，系统可以自动对查询重新优化以选择相适应的执行计划。在非关系系统中必须重写程序，而重写程序在实际应用中往往是不太可能的。13（3）优化器可以考虑数百种不同的执行计划，而程序员一般只能考虑有限的几种可能性。（4）优化器中包括了很多复杂的优化技术4.查询优化的目标查询优化的总目标是：选择有效策略，求得给定关系表达式的值5.实际系统的查询优化步骤：（1）将查询转换成某种内部表示，通常是语法树；（2）根据

5、一定的等价变换规则把语法树转换成标准（优化）形式；（3）选择低层的操作算法，对于语法树中的每一个操作，计算各种执行算法的执行代价，选择代价小的执行算法；（4）生成查询计划(查询执行方案)，查询计划是由一系列内部操作组成的。6.代价模型（1）集中式数据库①单用户系统：总代价=I/O代价+CPU代价②多用户系统：总代价=I/O代价+CPU代价+内存代价（2）分布式数据库总代价=I/O代价+CPU代价[+内存代价]+通信代价二、查询优化的必要性例：查询求选修了课程C2的学生姓名 SELECTS.Sname13FROMS,SCWHERES.Sno=

6、SC.SnoANDSC.Cno='C2';假设1：外存：S：1000个元组，SC：10000个元组，选修C2号课程：50个元组假设2：一个内存块装：10个S元组，或100个SC元组；内存中一次可以存放：5块S元组，1块SC元组和若干块连接结果元组假设3：读写速度：20块/秒假设4：连接方法：基于数据块的嵌套循环法（1）执行策略1——广义笛卡尔积Q1＝πsname(σS.Sno=SC.Sno∧SC.Cno='2'(S╳SC)) ①S╳SC读取总块数=读S表块数+读SC表次数*每次读取块数 =1000/10+(1000/(10×5))×(100

7、00/100)=100+20×100=2100读数据时间=2100/20=105秒中间结果大小（元组数）=1000*10000=107(1千万条元组)设每块装10个中间结果元组，则：写中间结果时间=107/10/20=50000秒 ②σ读数据时间=50000秒 ③π总时间=读数据时间+写中间结果时间+读数据时间13=105＋50000＋50000秒=100105秒=27.8小时（2）执行策略2——自然连接Q2＝πsname(σSC.Cno='2'(S⋈SC))  ①S⋈SC读取总块数=2100块（计算方法同上）读数据时间=2100/20=1

8、05秒中间结果大小=10000（SC元组数）（比前面方法减少1000倍）写中间结果时间=10000/10/20=50秒 ②σ读数据时间=50秒 ③π总时间=读数据时间+写中间结果