第4章 关系系统及其查询优化

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1、第4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查询优化的一班策略4.1关系系统一、关系系统的定义一个系统可定义为关系系统，当且仅当它支持：(1)关系数据库(2)支持选择、投影和(自然)连接运算，对这些运算不必要求定义任何物理存取路径。二、关系系统的分类1、表式系统仅支持关系数据结构，不支持集合级的操作。(表式系统不能算关系系统。)2、(最小)关系系统仅支持关系数据结构和三种关系操作。(许多微机关系系统如FoxPro等就属于这一类。)3、关系完备的系统支持关系数据结构和所有的关系代数操作。(目前，DB2，SOL/DS,ORACLE等许多系统就属于这一类

2、。)4、全关系系统这类系统支持关系模型的所有特征。特别是：数据结构中域的概念，实体完整性和参照完整性。(目前，大多数关系系统已不同程度上接近了这个目标。§4.2关系系统的查询优化查询优化在关系数据库中有着非常重要的地位。关系查询优化是影响关系数据库管理系统性能的关键因素。关系系统为了达到用户可接受的性能必须进行查询优化。而关系数据语言的级别很高，使关系系统可以从关系表达式中分析查询予以，提供了执行查询优化的可能性。查询优化的总目标：选择有效的策略，求得给定的关系表达式的值。一、一个实例eg:求选修了课程C2的学生姓名。用SQL语言表达：SELECTS.SNFROMS,SCW

3、HERES.S#=SC.S#ANDSC.C#=‘C2’;假定学生－课程数据库中有1000个学生记录，10000个选课记录，其中选修C2课程的选课记录为50个。系统可用多种等价的关系代数表达式来完成这一查询Q1=πSN(σS.S#=SC.S#∧SC.C#=‘C2’（S×SC）)Q2=πSN(σSC.C#=‘C2’（S∞SC）)Q3=πSN(S∞σSC.C#=‘C2’（SC）)分析以上几种等价的关系代数表达式，可以看到由于查询执行的策略不同，查询时间相差很大。（一）第一种情况1、计算广义笛卡儿积设一个块能装10个S元组或100个SC元组，在内存中存放5块S元组1块SC元组，则读

4、取总块数为：1000/10＋1000/(10×5)×10000/100＝2100块其中读S表100块，读SC表20遍，每遍100块，若每秒读20块，则总计要花105秒。连接以后的元组数为103×104，设每块能装10个元组，则写出这些块要花106/20＝5×104秒。2、作选择操作依次读入连接后的元组，按照选择条件选取满足要求的记录，假定内存处理时间忽略。这一步读取中间文件花费的时间需5×104秒(同写中间文件一样)。满足条件的元组假设仅50个，均可放在内存。3、作投影操作把第2步的结果在SN上作投影输出，得到最终结果。执行查询的总时间为2×5×104＋105≈105秒（二

5、）第二种情况1、计算自然连接读取S和SC表的策略不变，总的读取块数仍为2100块花费105秒，但自然连接的结果比第一种情况大大减少，为104个，因此写出这些元组时间104/10/20＝50秒。2、读取中间文件块，执行选择运算，花费时间也为50秒。3、把连接结果投影输出。第二种情况总的执行时间≈105＋50＋50≈205秒。（三）第三种情况1、先对SC表作选择运算，只需读一遍SC表，存取100块，花费时间为5秒。因为满足条件的元组仅50个，不必使用中间文件。2、读取S表，把读入的S元组和内存中的SC元组作连接，也只需读一遍S表共100块，花费时间为5秒。3、把连接结果投影输出

6、。第三种情况总的执行时间≈5＋5≈10秒。这个简单的例子才分说明了查询优化的必要性，同时也给出一些查询优化方法的初步概念。如当有选择和连接时，应当先做选择，这样参加连接的元组就可以大大减少。§4.3查询优化的一般策略1、选择运算应尽可能先做。2、在执行连接前对关系适当地预处理。预处理方法主要有两种，对关系排序和在连接属性上建立索引。3、把投影运算和选择运算同时进行。4、把投影同其前或其后的双目运算结合起来，没有必要为了去掉某些字段而扫描一遍关系。5、把某些选择同在它前面要执行的笛卡儿积结合起来成为一个连接运算。6、找出公共子表达式。