7. Оптимизация запросов в реляционных субд
Говоря про оптимизацию в реляционных СУБД, обычно имеют в виду оптимизацию запросов, т.е. такой способ их выполнения, когда по начальному представлению запроса путем его синтаксических и семантических преобразований вырабатывается процедурный план выполнения запроса, наиболее оптимальный при существующих в базе данных управляющих структурах. Соответствующие преобразования начального представления запроса выполняются специальным компонентом СУБД - оптимизатором, и оптимальность производимого им плана запроса носит достаточно условный характер: план оптимален в соответствии с критериями, заложенными в оптимизатор; при этом, конечно, возможны отклонения от реальной оптимальности.
В связи с оптимизацией запросов существует достаточное количество проблем: проблемы преобразований запроса к более эффективному непроцедурному представлению (логическая оптимизация), проблемы выбора набора альтернативных процедурных планов выполнения запроса, проблемы оценок стоимости выполнения запроса по выбранному плану и т.д.
Можно рассматривать оптимизацию и в более широком смысле. Оптимизатор запросов выбирает наиболее оптимальный способ выполнения запроса на основе известных в оптимизаторе стратегий выполнения элементарных составляющих запроса и способов композиции более сложных стратегий на основе элементарных. Тем самым, пространство поиска оптимального плана выполнения запроса ограничено заранее фиксированными элементарными стратегиями. Поэтому существенным направлением исследований, непосредственно примыкающим к вопросам оптимизации, является поиск новых, более эффективных элементарных стратегий. В контексте реляционных СУБД это более всего относится к разработке эффективных алгоритмов выполнения реляционной операции соединения- наиболее накладной реляционной операции. При этом исследуются и возможности выбора более адекватных для эффективного выполнения этой операции управляющих структур базы данных, и возможности повышения эффективности за счет распараллеливания выполнения операции на специализированной аппаратуре.
Путь обработки запроса в реляционной субд
Обработка запроса, поступившего в систему представленным на некотором языке запросов, состоит из этапов или фаз, представленных на рисунке.
На первой фазе запрос, представленный на языке запросов, подвергается лексическому и синтаксическому анализу. При этом вырабатывается его внутреннее представление, отражающее структуру запроса и содержащее информацию, которая характеризует объекты базы данных, упомянутые в запросе (отношения, поля и константы). Информация о хранимых в базе данных объектах выбирается из каталогов базы данных. Внутреннее представление запроса используется и преобразуется на следующих стадиях обработки запроса. Внутреннее представление должно быть достаточно удобным для последующих оптимизационных преобразований.
На второй фазе запрос в своем внутреннем представлении подвергается логической оптимизации. При этом могут применяться различные преобразования, "улучшающие" начальное представление запроса. Среди этих преобразований могут быть эквивалентные преобразования, после проведения которых получается внутренне представление, семантически эквивалентное начальному (например, приведение запроса к некоторой канонической форме), Преобразования могут быть и семантическими , когда получаемое представление не является семантически эквивалентным начальному, но гарантируется, что результат выполнения преобразованного запроса совпадает с результатом запроса в начальной форме при соблюдении ограничений целостности, существующих в базе данных. В любом случае после выполнения второй фазы обработки запроса его внутреннее представление остается непроцедурным, хотя и является в некотором смысле более эффективным, чем начальное.
Третий этап обработки запроса состоит в выборе на основе информации, которой располагает оптимизатор, набора альтернативных процедурных планов выполнения данного запроса в соответствии с его внутреннем представлением, полученным на второй фазе. Кроме того, для каждого плана оценивается предполагаемая стоимость выполнения запроса по этому плану. При оценках используется статистическая информация о состоянии базы данных, доступная оптимизатору. Из полученных альтернативных планов выбирается наиболее дешевый, и именно его внутреннее представление теперь соответствует обрабатываемому запросу.
На четвертом этапе по внутреннему представлению наиболее оптимального плана выполнения запроса формируется выполняемое представление плана. Выполняемое представление плана может быть программой в машинных кодах, если система ориентирована на компиляцию запросов в машинные коды, или быть машинно-независимым, но более удобным для интерпретации, если система ориентирована на интерпретацию запросов. В нашем случае это непринципиально, поскольку четвертая фаза обработки запроса уже не связана с оптимизацией.
Наконец, на последнем, пятом этапе обработки запроса происходит его реальное выполнение в соответствии с выполняемым планом запроса. Это либо выполнение соответствующей подпрограммы, либо вызов интерпретатора с передачей ему для интерпретации выполняемого плана.