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An Introduction to Database System 中国人民大学信息学院计算机系 第四章 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 小结 关系系统 能够在一定程度上支持关系模型的数据库管理系统是关系系统。 由于关系模型中并非每一部分都是同等重要的 并不苛求一个实际的关系系统必须完全支持关系模型。 关系系统与关系模型 关系数据结构 域及域上定义的关系 关系操作 并、交、差、广义笛卡尔积、选择、投影、连接、除等 关系完整性 实体完整性、参照完整性、用户自己定义的完整性 关系系统的定义 一个数据库管理系统可定义为关系系统，当且仅 当它至少支持： 1. 关系数据库（即关系数据结构） 系统中只有表这种结构 2. 支持选择、投影和（自然）连接运算 对这些运算不要求用户定义任何物理存取路径 对关系系统的最低要求 关系系统的定义 不支持关系数据结构的系统显然不能称为关系系统 仅支持关系数据结构，但没有选择、投影和连接运算功能的系统仍不能算作关系系统。 原因：不能提高用户的生产率 支持选择、投影和连接运算，但要求定义物理存取路径，这种系统也不能算作真正的关系系统 原因：就降低或丧失了数据的物理独立性 选择、投影、连接运算是最有用的运算 4.1.2 关系系统的分类 分类依据：支持关系模型的程度 分类 ⒈ 表式系统：支持关系数据结构(即表) ⒉ (最小)关系系统 支持：关系数据结构 选择、投影、连接关系操作 ⒊ 关系完备的系统 支持：关系数据结构 所有的关系代数操作 ⒋ 全关系系统 支持：关系模型的所有特征 特别是:数据结构中域的概念 关系系统的分类 （续） 第四章 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 小结 4.2 关系系统的查询优化 4.2.1 查询优化概述 4.2.2 查询优化的必要性 4.2.3 查询优化的一般准则 4.2.4 关系代数等价变换规则 4.2.5 关系代数表达式的优化算法 4.2.6 优化的一般步骤 4.2.1 查询优化概述 查询优化的必要性 查询优化极大地影响RDBMS的性能。 ? 查询优化的可能性 关系数据语言的级别很高，使DBMS可以从关系表达式中分析查询语义。 由DBMS进行查询优化的好处 用户不必考虑如何最好地表达查询以获得较好的效率 系统可以比用户程序的优化做得更好 (1) 优化器可以从数据字典中获取许多统计信息，而用户程序则难以获得这些信息 由DBMS进行查询优化的好处 (2)如果数据库的物理统计信息改变了，系统可以自动对查询重新优化以选择相适应的执行计划。 在非关系系统中必须重写程序，而重写程序在实际应用中往往是不太可能的。 (3)优化器可以考虑数百种不同的执行计划，而程序员一般只能考虑有限的几种可能性。 (4)优化器中包括了很多复杂的优化技术 查询优化目标 查询优化的总目标 选择有效策略，求得给定关系表达式的值 实际系统的查询优化步骤 1. 将查询转换成某种内部表示，通常是语法树 2. 根据一定的等价变换规则把语法树转换成标准 （优化）形式 实际系统的查询优化步骤 3. 选择低层的操作算法 对于语法树中的每一个操作 计算各种执行算法的执行代价 选择代价小的执行算法 4. 生成查询计划(查询执行方案) 查询计划是由一系列内部操作组成的。 代价模型 集中式数据库 单用户系统 总代价 = I/O代价 + CPU代价 多用户系统 总代价 = I/O代价 + CPU代价 + 内存代价 分布式数据库 总代价 = I/O代价 + CPU代价[+ 内存代价] + 通信代价 4.2.2 查询优化的必要性 例：求选修了课程Ｃ2的学生姓名 ? SELECT Student.Sname FROM Student, SC WHERE Student.Sno=SC.Sno AND SC.Cno=2; 查询优化的必要性（续） 假设1：外存： Student:1000条,SC:10000条, 选修2号课程:50条 假设2：一个内存块装元组:10个Student, 或100个SC, 内存中一次可以存放: 5块Student元组, 1块SC元组和若干块连接结果元组 假设3：读写速度：20块/秒 假设4：连接方法：基于数据块的嵌套循环法