关系系统及其查询优化1

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1、第四章关系系统及其查询优化第4章教学时数:2教学目的与要求:了解关系数据库以及如何进行查询的优化。教学重点:查询优化的实现。教学难点:查询优化的实现。本章主要阅读文献资料:1、DateCJ,AnIntroductiontoDatabaseSystem(Ed.7),Addison-Wesley,20002、王珊，陈红：数据库系统原理教程，清华大学出版社，2000第四章关系系统及其查询优化4.1关系系统4.2关系系统的查询优化4.3小结关系系统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。关系系统与关系模型关系数据结构域及域上定义的关系关系操作并、交、差、广义笛卡尔积、选择、投影、连接、

2、除等关系完整性实体完整性、参照完整性、用户自己定义的完整性关系系统的定义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）系统中只有表这种结构2.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对关系系统的最低要求关系系统的定义不支持关系数据结构的系统显然不能称为关系系统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：不能提高用户的生产率支持选择、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：就降低或丧失了数据的物理独立性选择、投影、连接运算是最有用的运算4.1.2关

3、系系统的分类分类依据：支持关系模型的程度分类⒈表式系统：支持关系数据结构(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关系系统的分类（续）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第四章关系系统及其查询优化4.1关系系统4.2关系系统的查询优化4.3小结4.2关系系统的查询优化4.2.1查询优化概述4.2.2查询优化的必要性4.2.3查询优化的一般准则4.2.4优化的策略：等价变换4.2.5关系代数表达式的优化算法4.2

4、.6优化的一般步骤4.2.1查询优化概述为什么要进行查询优化查询优化极大地影响RDBMS的性能。查询优化的可能性关系数据语言为查询的优化提供了可能性。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由DBMS进行查询优化的好处(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。(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查询优化目标查询优化的总目标选择有效

5、策略，求得给定关系表达式的值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)代价模型集中式数据库单用户系统总代价=I/O代价+CPU代价多用户系统总代价=I/O代价+CPU代价+内存代价分布式数据库总代价=I/O代价+CPU代价[+内存代价]+通信代价4.2关系系统的查询优化4.2.1查询优化概述4.2.2查询优化的必要性4.2.3查询优化的一般准则4.2.4优化的策略：等价变换4.2.5关系代数

6、表达式的优化算法4.2.6优化的一般步骤4.2.2查询优化的必要性例：求选修了课程号为2的学生的姓名SELECTStudent.SnameFROMStudent,SCWHEREStudent.Sno=SC.SnoANDSC.Cno='2';查询优化的必要性（续）假设1：外存：Student:1000条,SC:10000条,选修2号课程:50条假设2：一个内存块装元组:10个Student,或100个SC,内存中一次可以存放:5块Student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执行策略1Ｑ1＝ПＳname(бStudent.

7、Sno=SC.Sno∧SC.Cno='2'(Student×SC))①Student×SC读取总块数=读Student表块数+读SC表遍数*每遍块数=1000/10+(1000/(10×5))×(10000/100)=100+20×100=2100读数据时间=2100/20=105秒不同的执行策略,考虑I/O时间中间结果大小=1000*10000=107(1千万条元组)写中间结果时间=100000