Основы современных баз данных (стр. 44 )

17.19.2. Некоторые другие свойства SQL-3

Одной из проблем реализации языка SQL всегда являлась проблема распознавания "изменяемости" соединений. Как известно, если представление включает соединение общего вида, то теоретически невозможно определить, можно ли однозначно интерпретировать операции обновления такого представления. Однако существует несколько важных классов соединений, которые заведомо являются изменяемыми. В SQL-3 предполагается выделить эти классы с помощью специальных синтаксических конструкций.

Наконец-то появляется возможность определения триггеров как комбинации спецификаций события и действия. Действие определяется как SQL-процедура, в которой могут использоваться как операторы SQL, так и ряд управляющих конструкций. На самом деле, этот механизм очень близок к тому, который реализован в Oracle V.7.

Что касается управления транзакциями, то происходит возврат к старой идее System R о возможности установки внутри транзакции точек сохранения (savepoints). В операторе ROLLBACK можно указать идентификатор ранее установленной точки сохранения, и тогда будет произведен откат транзакции не к ее началу, а к этой точке сохранения.

Как видно, можно ожидать наличия в SQL-3 многих интересных и полезных возможностей. Однако даже промежуточные проекты стандарта включают почти в два раза больше страниц, чем стандарт SQL/92. Поэтому трудно ожидать быстрой реализации этого стандарта после его принятия (а многие вообще сомневаются, что этот стандарт будет когда-либо реализован).

Компиляторы языка SQL

Лекция 18. Компиляторы SQL. Проблемы оптимизации

Говоря про оптимизацию запросов в реляционных СУБД, обычно имеют в виду такой способ обработки запросов, когда по начальному представлению запроса путем его преобразований вырабатывается процедурный план его выполнения, 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 условный характер: план оптимален в соответствии с критериями, заложенными в оптимизатор.

18.1. Общая схема обработки запроса

Можно представить, что обработка поступившего в систему запроса состоит из фаз, изображенных ниже.

На первой фазе запрос, заданный 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. Форма внутреннего представления должна быть достаточно удобной для последующих оптимизационных преобразований.

На второй фазе запрос во внутреннем представлении подвергается логической оптимизации. Могут применяться различные преобразования, "улучшающие" начальное представление запроса. Среди преобразований могут быть эквивалентные, после проведения которых получается внутреннее представление, семантически эквивалентное начальному (например, приведение запроса к некоторой канонической форме), Преобразования могут быть и семантическими: 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. 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. Для каждого плана оценивается предполагаемая стоимость выполнения запроса. При оценках используется статистическая информация о состоянии базы данных, доступная оптимизатору. Из полученных альтернативных планов выбирается наиболее дешевый, и 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, как в случае System R, система ориентирована на компиляцию запросов в машинные коды, или быть машинно-независимым, но более удобным для интерпретации, если, как в случае INGRES, система ориентирована на интерпретацию запросов. В нашем случае это непринципиально, поскольку четвертая фаза обработки запроса уже не связана с оптимизацией.

Наконец, на пятом этапе обработки запроса происходит его реальное выполнение. Это либо выполнение соответствующей подпрограммы, либо вызов интерпретатора с передачей ему для интерпретации выполняемого плана.

18.2. Синтаксическая оптимизация запросов

При классическом подходе к организации оптимизаторов запросов на этапе логической оптимизации производятся эквивалентные преобразования внутреннего представления запроса, которые "улучшают" начальное внутреннее представление в соответствии с фиксированными стратегиями оптимизатора. Характер "улучшений" связан со спецификой общей организации оптимизатора, в частности, с особенностями процедуры поиска возможных процедурных планов запросов, выполняемой на третьей фазе обработки запроса.

Поэтому трудно привести полную характеристику и классификацию методов логической оптимизации. Мы ограничимся несколькими примерами, а также рассмотрим один частный, но важный класс логических преобразований, касающихся сложных запросов, выраженных на языке SQL.

18.2.1. Простые логические преобразования запросов

Очевидный класс логических преобразований запроса составляют преобразования предикатов, входящих в условие выборки, к каноническому представлению. Имеются в виду предикаты, содержащие операции сравнения простых значений. Такой предикат имеет вид "арифметическое выражение op арифметическое выражение", где "op" - операция сравнения, а арифметические выражения левой и правой частей в общем случае содержат имена полей отношений и константы (в языке SQL среди констант могут встречаться и имена переменных объемлющей программы, значения которых становятся известными только при реальном выполнении запроса).

Канонические представления могут быть различными для предикатов разных типов. Если предикат включает только одно имя поля, то его каноническое представление может, например, иметь вид "имя поля op константное арифметическое выражение" (эта форма предиката - простой предикат селекции - очень полезна при выполнении следующего этапа оптимизации). Если начальное представление предиката имеет вид (a+5)(A op 36 (малыми буквами обозначены имена объемлющих переменных, а большими - имена полей отношений), то каноническим представлением такого предиката может быть A op 36/(a+5).

Если предикат включает в точности два имени поля разных отношений (или двух разных вхождений одного отношения), то его каноническое представление может иметь вид "имя поля op арифметическое выражение", где арифметическое выражение в правой части включает только константы и второе имя поля (это тоже форма, полезная для выполнения следующего шага оптимизации, - предикат соединения; особенно важен случай эквисоединения, когда op - это равенство). Если в начальном представлении предикат имеет вид 5(A-a(B op b, то его каноническое представление - A op (b+a(B)/5.

Наконец, для рассматриваемых предикатов более общего вида имеет смысл приведение предиката к каноническому представлению вида "арифметическое выражение op константное арифметическое выражение", где выражения правой и левой частей также приведены к каноническому представлению; например, в выражениях полностью раскрыты скобки и произведено лексикографическое упорядочение. В дальнейшем можно произвести поиск общих арифметических выражений в разных предикатах запроса. Это оправдано, поскольку при выполнении запроса вычисление арифметических выражений будет производиться при выборке каждого очередного кортежа, т. е. потенциально большое число раз.

При приведении предикатов к каноническому представлению можно вычислять константные выражения и избавляться от логических отрицаний.

Следующий класс логических преобразований связан с приведением к каноническому виду логического выражения, задающего условие выборки запроса. Как правило, используются либо дизъюнктивная, либо конъюнктивная нормальные формы. Выбор канонической формы зависит от общей организации оптимизатора.

При приведении логического условия к каноническому представлению можно производить поиск общих предикатов (они могут существовать изначально, могут появиться после приведения предикатов к каноническому виду или в процессе нормализации логического условия) и упрощать логическое выражение за счет, например, выявления конъюнкции взаимно противоречащих предикатов. Фрагмент логического выражения 1/4(A>5)AND(A<5)1/4 можно заменить на 1/4FALSE1/4 Возможны и более "умные" упрощения. Например, фрагмент логического выражения 1/4(A>B)AND(B=5)1/4 можно заменить на 1/4(A>5) 1/4 Такие упрощения могут оказаться существенными для дальнейшей обработки запроса: в запросе с логическим условием первого вида предполагалось соединение отношений; после преобразования запрос уже не требует соединения.

18.2.2 Преобразования запросов с изменением порядка реляционных операций

В традиционных оптимизаторах распространены логические преобразования, связанные с изменением порядка выполнения реляционных операций. Примером соответствующего правила преобразования в терминах реляционной алгебры может быть следующее (A и B - имена отношений):

(A JOIN B) WHERE restriction-on-A AND restriction-on-B