【文章內(nèi)容簡介】 要性和必要性。所以，對數(shù)據(jù)庫查詢技術(shù)的優(yōu)化研究就變得尤為重要。這對工作效率有極大的影響，這也是本人選擇此題目的理由。 選題背景 第 3 頁 共 16 頁 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向 從 20 世紀(jì) 60 年代末期開始到如今，數(shù)據(jù)庫技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了 40 多年，已經(jīng)經(jīng)歷了三代演變，目前已經(jīng)發(fā)展成為一個龐大的數(shù)據(jù)庫家族，而且關(guān)系數(shù)據(jù)庫取得了巨大的成功，關(guān)系數(shù)據(jù)庫以其查詢語言的非過程化，數(shù)據(jù)模型和用戶視圖的簡明性，以及較高的數(shù)據(jù)獨立性等特點，已經(jīng)被廣泛使用，在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中占有重要的地位。 我國的數(shù)據(jù)庫 (主要是中文數(shù)據(jù)庫 )建設(shè)起步于 70年代中后期 ,經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國的數(shù)據(jù)庫技術(shù)進步很大，在商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（ DBMS）中也出現(xiàn)了像 OpenBase、SECBase 等自主版權(quán)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫查詢 技術(shù)也隨著數(shù)據(jù)庫的發(fā)展而進步著。 但是，由于使用高級查詢語言和存在費時低效的多關(guān)系連接操作使得數(shù)據(jù)庫的響應(yīng)速度較慢，讓眾多用戶無法忍受。查詢響應(yīng)速度已經(jīng)成為數(shù)據(jù)庫的重要指標(biāo)和主要發(fā)展瓶頸，特別是對于大型數(shù)據(jù)庫而言，這一點尤為突出。 為了實現(xiàn)快速查詢，除了在數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計、關(guān)系規(guī)范化等方面進行改進外，一個關(guān)鍵措施就是提供最優(yōu)的查詢路徑?jīng)Q策能力，提高查詢響應(yīng)速度。本文就是通過此方面的探討和研究，力爭使 SECBase 數(shù)據(jù)庫的查詢優(yōu)化技術(shù)得到進一步提高。 查詢優(yōu)化 概述 查詢優(yōu)化的基本概念 所謂查詢優(yōu)化，就是在查詢執(zhí)行引擎生成一個執(zhí)行策略的過中，盡量使查詢的總開銷和總時間達(dá)到最小。 實際系統(tǒng)對查詢優(yōu)化的具體實現(xiàn)不同，但一般來說，可以歸納為四個步驟： （ 1）將查詢轉(zhuǎn)換成某種內(nèi)部表示，通常是語法樹。 （ 2）根據(jù)一定的等價變換規(guī)則把語法樹換成優(yōu)化 (標(biāo)準(zhǔn) )形 式 。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的查詢技術(shù)探討 第 4 頁 共 16 頁 (3) 選擇底層的操作算法。對于語法樹中的每一個操作需要根據(jù)存取路徑、數(shù)據(jù)的存儲分布、存儲數(shù)據(jù)的聚簇等信息來選擇具體的執(zhí)行算法。 （ 4） 生成查詢計劃。查詢計劃是由一系列內(nèi)部操作組成的，這些內(nèi)部操作按照一定的次序構(gòu)成查詢的一個執(zhí)行方案，通常這樣的執(zhí)行方案有很多個，需要對每個執(zhí)行計劃計算代價，從中選擇代價最小的一個。 其過程如下圖 1所示 : 圖 1 查詢優(yōu)化處理過程 關(guān)系查詢語言 數(shù)據(jù)庫的查詢主要是通過查詢語言來完成的，關(guān)系查詢語言通常分為過程性的和描述性的。關(guān)系數(shù)據(jù)模型可以為數(shù)據(jù)庫提供一個數(shù)據(jù)無關(guān)的接口，關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言是關(guān)系演算，進行數(shù)據(jù)查詢時，只需對要查詢的數(shù)據(jù)進行簡單的描述，而無須說明如何獲取這查詢優(yōu)化概述 第 5 頁 共 16 頁 些數(shù)據(jù)。 關(guān)系代數(shù)是關(guān)系模型中最為著名的過程性查詢語言，是關(guān)系操縱語言的一種傳統(tǒng)表達(dá)方式，它是用對關(guān)系的運算來表達(dá)查詢的，關(guān)系代數(shù)的運算按運算符的不同可分為傳統(tǒng)的集合運算和專門的關(guān)系運算。 傳統(tǒng)的集合運算是二目運算，包括并、差、交、廣義笛卡爾積四種運算。專門的關(guān)系運算包括選擇、投影、連 接、除等。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫中用得最廣泛的描述性語言就是 SQL查詢語句，其本質(zhì)就相當(dāng)于數(shù)據(jù)操縱語言 DML。使用 SQL語言進行數(shù)據(jù)庫查詢，用戶可以方便快捷的獲取數(shù)據(jù)，但是使用這種語言，同樣也需要對搜索、存取操作以及數(shù)據(jù)傳輸過程進行必要的說明，因此相應(yīng)的查詢優(yōu)化技術(shù)的研究也在不斷進行中。 SQL 語言的一般格式如下： SELECT columnlist FROM tablelist WHERE conditionlist 其中， columnlist 是要返回的查詢 結(jié)果的屬性列表， tablelist 是查詢所涉及到的所有關(guān)系， conditionlist 是條件表達(dá)式，條件表達(dá)式中的謂詞可以將查詢作為其操縱數(shù)。 查詢優(yōu)化目標(biāo) 查詢優(yōu)化的目標(biāo)是：用最少的代價，最短的時間取得最理想的結(jié)果?；谟米钌俚拇鷥r的目標(biāo)是，使查詢執(zhí)行所使用的系統(tǒng)資源總和盡量地少，從而降低系統(tǒng)開銷，整個系統(tǒng)的開銷可以從單個系統(tǒng)資源的開銷表達(dá)式中推出；基于最短的查詢時間優(yōu)化的目標(biāo)是盡量走最短最有效的路徑，從而減少查詢的響應(yīng)時間 。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的查詢技術(shù)探討 第 6 頁 共 16 頁 查詢處理流程 查詢處理過程如下圖 2 所示： 圖 2 查詢處理步驟 基本步驟包括： 1. 語法分析與翻譯； 2. 優(yōu)化； 3. 執(zhí)行。 查詢處理開始之前系統(tǒng)必須將查詢語句翻譯成系統(tǒng)內(nèi)部的表示形式。翻譯過程類似與編譯器語法分析器的工作。在翻譯過程中要對用戶的查詢進行語法檢查，并構(gòu)造該查詢語句的語法分析樹表示，進而翻譯 成關(guān)系代數(shù)表達(dá)式。優(yōu)化器利用數(shù)據(jù)字典中的統(tǒng)計信息對關(guān)系代數(shù)表達(dá)式進行代價評估，從而產(chǎn)生出最優(yōu)的執(zhí)行計劃。執(zhí)行引數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化技術(shù) 第 7 頁 共 16 頁 擎再為每一個關(guān)系操作或操 作組實現(xiàn)一系列物理操作。 4 數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化技術(shù) 分布式查詢優(yōu)化 4． 分布式查詢優(yōu)化要考慮的問題 分布式數(shù)據(jù)庫存在于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，由于數(shù)據(jù)的分布性，一次查詢所操縱的對象可能分布于不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中，由此帶來的開銷和執(zhí)行速度就會不一樣，優(yōu)化所要考慮的因素就更為復(fù)雜。分布式數(shù)據(jù)庫環(huán)境中的查詢優(yōu)化要考慮以下兩個關(guān)鍵的問題： (1)數(shù)據(jù)和信息均要通過通信線路進行傳輸，存在延遲的問題將減慢整個查詢執(zhí)行過程。 (2)網(wǎng)絡(luò)中多處理器的存在提供了并行處理和傳輸?shù)臋C會，應(yīng)充分利用可以加快查詢相應(yīng)的速度。 在分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，還影響到物理查詢計劃設(shè)計的復(fù)雜性和可選方案。在選擇物理查詢計劃時必須考慮的問題包括 : (1)如果某個所需的關(guān)系 R有多個副本，那么應(yīng)該從哪個副本中獲得 R的值。 (2)當(dāng)在兩個關(guān)系 R 和 S 上實施某個操作時，若有多個可選方案時，我們應(yīng)該選擇哪個。 為了簡化查詢的執(zhí)行，有五條應(yīng)用于等價變換的一般準(zhǔn)則： (1)使用選擇和投影的冪等來為每個操作數(shù)關(guān)系產(chǎn)生相應(yīng)的選擇和投影。 (2)把算符樹中的選擇和投影運算盡可能向下推移。 (3)把選擇運算向下推到算符樹的樹葉處，然后對它們使用限定關(guān)系代數(shù)；如果結(jié)果的限定語是永假式，則用空關(guān)系來代替此次選擇的結(jié)果。 (4)利用限定關(guān)系代數(shù)來求結(jié)合的操作數(shù)的限定語之值；如果結(jié)合結(jié)果的限定語是永假式，則用空關(guān)系來代替此子樹，包括此結(jié)合及它的操作數(shù)在內(nèi)。 (5)為了分布出現(xiàn)在全局查詢中的結(jié)合，必須把并集向上推，超過我們要分布的結(jié)合的范圍。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的查詢技術(shù)探討 第 8 頁 共 16 頁 分布式查詢優(yōu)化過程 分布式查詢優(yōu)化已經(jīng)開展了很多年，從各種應(yīng)用角度，所有的工作都可以歸分為兩種基 本的方法： (1) 通過減少分布式查詢中數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)量來降低傳輸?shù)馁M用。 (2) 用并行技術(shù)來降低反應(yīng)時間。 下圖 3 體現(xiàn)了分布式查詢處理的各個階段，這個查詢從用戶輸入 SQL 語句開始，然后由解析器翻譯，并進行優(yōu)化，使之成