6.1 query optimization overview

513 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
513
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
18
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

6.1 query optimization overview

  1. 1. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Query Optimization Dư Phương Hạnh Bộ môn Hệ thống thông tin Khoa CNTT, trường Đại học Công nghệ Đại học Quốc gia Hanoi hanhdp@vnu.edu.vn
  2. 2. Outline  Tổng quan  Không gian physical plans  Các chiến lược tối ưu hoá – Dựa trên kinh nghiệm – Dựa trên chi phí  Tổng kết Tài liệu tham khảo: Chap 12+13+14 of Ramakrishnan 2 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  3. 3. Giới thiệu  Phần lớn các truy vấn được viết bởi ngôn ngữ bậc cao phi thủ tục như SQL, QBE, OQL.  Các truy vấn này phải được chuyển sang các biểu thức đại số quan hệ tương đương (query tree).  Các biểu thức này có chứa các toán tử đại số quan hệ, mỗi toán tử có một chi phí (cost) thực thi tương ứng.  Với một mệnh đề truy vấn, có thể chuyển đổi tương ứng với nhiều cây truy vấn, việc chọn lựa plan thực thi nào là dựa trên đánh giá chi phí. – Các cây truy vấn tương đương được sinh ra nhờ các phép biến đổi tương đương. 3 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  4. 4. Quy trình xử lý truy vấn SQL query parse query tree Query rewriting statistics logical query plan Physical plan generation physical query plan execute result 4 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  5. 5. Vấn đề là… Chọn best plan từ không gian physical plans Khó vì: không gian này có thể rất lớn do  Có nhiều phép biến đổi tương đương  Các phép toán vật lý khác nhau cho cùng một toán tử logic – nested loop join, hash join, sort-merge join – index-scan, table-scan  Các mẫu cây khác nhau  Các chiến thuật xử lý gối đầu (pipelining, …) 5 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  6. 6. Các chiến lược 1: Chọn một plan bất kỳ – Bad plans can be really bad! 2: Dựa vào mẹo (heuristics) – Ví dụ: Sử dụng index nhiều nhất có thể với HQTCSDL MySQL 3: Dựa trên chi phí – Liệt kê, ước lượng chi phí thi hành, chọn cái tốt nhất – Chú ý các vòng lặp trong các plans 4: Hybrid 6 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  7. 7. Thực tế  Hybrid  Sử dụng mẹo (heuristics, còn gọi là các luật viết lại - rewrite rules) – Loại đi những plans “xấu nhất” – Tránh bỏ xót những plans tốt  Dựa trên ước lượng chi phí – Ước lượng chi phí thi hành đối với mỗi plan, từ đó chọn plan có chi phí tốt nhất 7 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  8. 8. SQL query parse parse tree Query rewriting statistics Initial logical plan Rewrite rules Logical plan logical query plan Physical plan generation “Best” logical plan physical query plan execute result 8 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  9. 9. Tại sao cần viết lại truy vấn?  Giảm bớt số lượng physical plans nhờ: – Loại bỏ các điều kiện/toán tử dư thừa – Sử dụng cá luật giúp cải thiện hiệu năng truy vấn  Tiền xử lý – Chuyển các truy vấn sang dạng dễ dàng xử lý nhất  Giảm thời gian đáng kể quá trình thi hành truy vấn (kết quả không bị ảnh hưởng) 9 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  10. 10. Các luật viết lại truy vấn  Luật chuyển đổi logical plan  Các biến đổi tương đương trong đại số quan hệ  Đưa các vị từ xuống dưới  Thực thi các phép chiếu sớm nhất có thể  Tránh tối đa nhân chéo cross-join  Sử dụng cây trái nhất  Chuyển truy vấn lồng  Joins  Sử dụng các ràng buộc, chẳng hạn unique 10 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  11. 11. Ví dụ Select B,D From R,S Where R.A = “c” ∧ R.C=S.C <Query> <SFW> SELECT <SelList> FROM <FromList> WHERE <Cond> <Attribute> <SelList> <RelName> <FromList> <Cond> AND B <Attribute> D R <Cond> <RelName> <Attr> <Op> <Const> S R.A = “c” <Attr> <Op> <Attr> 11 R.C = S.C Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  12. 12. Parsing  Kiểm tra ngữ nghĩa (semantic) – Lịệu các thuộc tính của phép chiếu có tồn tại trong các quan hệ xuất hiện ở mệnh đề FROM? – Có thuộc tính trùng lặp hay không? – Kiểu dữ liệu có chuẩn không, ví dụ: R.A > 17.5 12 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  13. 13. Initial Logical Plan πB,D Select B,D From R,S Where R.A = “c” ∧ R.C=S.C σR.A = “c” Λ R.C = S.C X R S Relational Algebra: ΠB,D [ σR.A=“c”∧ R.C = S.C (RXS)] 13 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  14. 14. Apply Rewrite Rule (1) πB,D πB,D σR.A = “c” Λ R.C = S.C σR.C = S.C σR.A = “c” X R S X R S ΠB,D [ σR.C=S.C [σR.A=“c”(R X S)]] 14 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  15. 15. Apply Rewrite Rule (2) πB,D σR.C = S.C σR.A = “c” X R S πB,D σR.C = S.C X σR.A = “c” S R ΠB,D [ σR.C=S.C [σR.A=“c”(R)] X S] 15 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  16. 16. Apply Rewrite Rule (3) πB,D πB,D σR.C = S.C Natural join σR.A = “c” X σR.A = “c” R 16 S ΠB,D [[σR.A=“c”(R)] S R S] Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  17. 17. Các phép biến đổi tương đương 1. Phân phối σ σC1 AND C2 AND …AND Cn(R)≡σC1(σC2(…(σCn(R))…) 2. Giao hoán của σ σ C1 (σ C2 (R)) ≡ σ C2 (σ C1 (R)) 3. Phân phối của Π π list1(π list2 …(π listn(R))…) ≡ π list1(R) 4. Giao hoán σ với Π π A1, A2,…,An (σ C (R))≡ σ C (π A1, A2,…,An (R)) C involves only A1,…,An 17 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  18. 18. Các phép biến đổi… 5. Giao hoán của ⋈ ( or × ) R⋈ CS≡S⋈ CR meaning 6. Giao hoán σ với ⋈ ( or × ) - σC (R ⋈ S) ≡(σC (R) ) ⋈ S attributes in C involve only attributes of R - σC (R ⋈ S) ≡(σC1 (R) ) ⋈ (σC2 (S) ) C1 (C2) involves only attribute of R(S) 18 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  19. 19. Các phép biến đổi… 7. Giao hoán π với ⋈ ( or × ) π L( R ⋈ C S)≡(π A1,…,An (R)) ⋈ C (π B1,…,Bm (S)) L = { A1,…, An, B1,…, Bm } join condition C only involves L General Form π L ( R ⋈ C S) ≡ π L ((π A1,…,An, An+1,…,An+k (R)) ⋈ (( (π B1,…,Bm, Bm+1,…,Bm+p(S)) 19 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  20. 20. Các phép biến đổi… 8. Giao hoán của các phép toán tập hợp U and ∩ 9. Kết hợp các phép toán ⋈, U, ∩ (R  S)  T ≡ R  ( S  T ) 10. Kết hợp σ với các phép toán tập hợp σC ( R  S) ≡ (σC ( R ))  (σC ( S ))  : U, ∩, - 20 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  21. 21. Thực tế 1. Break up any SELECT operations with conjunctive operations into a cascade of SELECT operations. • σC1 AND C2 AND … AND Cn(R)≡σC1 (σC2 (…(σCn(R))…)) 1. Push SELECT operations as far down the query tree as possible – σ C1 (σ C2 (R)) ≡ σ C2 (σ C1 (R)) : πA1, A2,…,An (σ C (R))≡ σ C (πA1, A2,…,An (R)) – σC (R ⋈ S) ≡(σC (R) ) ⋈ S – σC (R ⋈ S) ≡(σC1 (R) ) ⋈ (σC2 (S) ) 3. Rearrange operations so that: – the most restrictive SELECT operations are executed first – Avoid CARTESIAN PRODUCT operation, 21 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  22. 22. Thực tế… 4. Try to combine a CARTESIAN PRODUCT operation with a SELECT operation into a join condition. – σC (R X S) ≡ (R ⋈C S) 5. Break up PROJECT operations and move lists of projection attributes as down the tree as possible by creating new project operations πList1 (πList2 (…(πListn (R))…))= πList1 (R) πA1,A2…,An (σC (R)) ≡ σC (πA1,A2…,An (R)) πL (R ⋈ C S) ≡ (πA1,…,An (R))⋈ (πB1,…,Bm (S)) πL (R U S) ≡ (πL (R)) U (πL (S)) 6. Identify sub trees that represent groups of operations that can be executed by a single algorithm. 22 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  23. 23. Lựa chọn plan thi hành  Bộ xử lý truy vấn có nhiệm vụ đưa ra quyết định – Biểu thức đại số tương đương nào sẽ mang lại giải thuật hiệu quả nhất? – Với mỗi toán tử đại số, sử dụng giải thuật nào để thực thi? • Thường có nhiều cách để thi hành một phép toán logic, cần dựa trên dữ liệu thực lưu trên thiết bị lưu trữ của quan hệ để quyết định lựa chọn cách/giải thuật hiệu quả. – Việc chuyển dữ liệu xử lý giữa các toán tử được thực hiện thế nào? (ví dụ, thông qua main memory buffers, disk buffers) 23 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  24. 24. Tối ưu hoá truy vấn dựa trên chi phí  Còn gọi là tối ưu hoá hệ thống (systematic query optimization)  Dựa trên phương pháp ước lượng “chi phi” thi hành của kế hoạch thi hành truy vấn.  Thông thường kết hợp cùng với tối ưu hoá sử dụng mẹo (heuristic query optimization), để chọn candidate plans tốt nhất.  Chú ý tốc độ ước lượng: đảm bảo đủ nhanh để không ảnh hưởng nhiều đến việc thực thi truy vấn từ người dùng. 24 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  25. 25. Chiến thuật  Sử dụng mẹo để thu hẹp không gian plans – Đưa các vị từ xuống thấp nhất trong cây (để được thực thi sớm nhất) – Hạn chế các plan đòi hỏi cross join – Sử dụng các cây trái nhất  Đánh giá chi phí cho các plan còn lại – Chú trọng việc thi hành các vòng lặp, đặc biệt đối với các phép nối, trong một truy vấn.  Chọn plan có chi phí thấp nhất 25 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  26. 26. Lựa chọn Physical Plan Logical Query Plan P1 P2 …. Pn Physical plans C1 C2 …. Cn Costs Pick minimum cost one 26 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  27. 27. Các loại chi phí  Chi phí truy cập thiết bị lưu trữ thứ cấp – searching, reading, writing data blocks.  Chi phí lưu trữ – Storing intermediate files  Chi phí cho các phép toán cơ bản – Searching for, sorting, merging, records, computing field values,…  Chi phí truyền thông (đối với distributed database) – Chi phí truyền két quả truy vấn từ database site tới query site  Chi phí sử dụng bộ nhớ – Lượng memory buffer cần thiết trong quá trình thực thi truy vấn 27 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT
  28. 28. Các tham số chi phí      Số lượng bộ (trong mỗi quan hệ) Số lượng block (trong mỗi quan hệ) Số mức mỗi chỉ mục Số lượng block cho mức index đầu tiên Số lượng giá trị không trùng lặp (distinct values) trên mỗi thuộc tính Được lưu trong catalog; chỉ cần ước lượng là đủ. 28 Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT

×