第4章关系系统及其查询优化

代价分析1：Q1
对于Q1，假设读取表的策略为：一个块能装10个Student元组或100个 SC元组，在内存中存放5块Student元组和1块SC元组，每秒读写20块。
1、计算笛卡尔积：
读
读SC表20遍，
读 需读取取所总有块数数据为1库00记+ 录20*到10内0 =存21所00需块，时总间计：花S表费tu102d01e块0n0t /20=10每5秒遍100块
4.1.2 关系系统的分类
Ｍ Ｓ
表式关系：
仅支持关系数据结构，不支持集合操作， 如倒排表列
ＳＭ
最小关系系统：
Ｉ
仅支持关系数据结构和三种关系操作，如
FoxBASE, FoxPro
关系完备的系统
支持关系数据结构和所有的关系代数操作， 如DB2, Oracle, Sybase, Informix等
因此，忽略内存代价，执行Q1的总时间约为105+2*5*104秒
代价分析2：Q2
1、计算自然连接 需要读取的总块数和花费的时间为仍为 2100块和105秒 自然连接后生成的元组数为104个，设每块能装10个元组，
则计算完自然连接后将这些块从内存写到中间文件时间均 为104/10/20=50秒。 2、选择操作 需要将连接后的结果从中间文件读入内存，需要的时间同 样为50秒。 3、投影操作：时间可以忽略 因此，忽略内存代价，执行Q1的总时间约为105+2*50 = 205秒
SQL：
SELECT Sname
FROM Student, SC WHERE Student.Sno = SC.Sno AND SC.Cno = ‘2’;
关系代数：
Q1 ( Sname Student.Sno SC.Sno SC.Cno '2' (Student SC))或 Q2 ( Sname SC.Cno '2' (Student SC))或 Q3 Sname (Student SC.Cno '2' (SC))
4.1.1 关系系统的定义
一个系统可以定义为关系系统，当且仅当它：
1、支持关系数据库（关系数据结构）
2、支持选择、投影和（自然）连接运算，且 对这些运算不必要求定义任何物理存储路径
而由系统自动选择， 保证物理独立性
能方便用户的、 最有用的运算， 有利于提高性能
这是关系系统的最小要求，许多实际系统都不同程度地超过了这些要求
能 6. 视图更新准则：理论上可更新的视图应允许由系统更新 7. 支持以关系为对象的高级插入、删除和更新操作 8. 数据物理独立性 9. 数据逻辑独立性 10. 数据完整性的独立性，完整性条件的定义独立于应用程序 11. 分布独立性，数据的重新分布独立于应用程序
4.2 关系系统的查询优化
4.2.1关系系统及其查询优化
查询优化的一般步骤
将查询转换成某种内部表示，如语法树
语法树有多种形式，如关系代数语法树。
将语法树转换成标准（Leabharlann Baidu化）形式：
优化器将应用等价转换规则反复地(通过内部的循环算法)对查询表 达式进行尝试性转换，将原始的语法树转换成“优化”的形式。
选择低层的存取路径：
根据数据字典中的存取路径、数据的存储分布以及聚簇情况等信息来 选择具体的执行算法，进一步改善查询效率。
第4章关系系统及其查询优化
4.1 关系系统
关系系统与关系模型是密切相关而又不同的两个概念 关系系统笼统地定义为支持关系模型的DBMS 由于关系模型的三个组成部分并不是同等重要，实际
产品中的侧重有所不同 思考：什么样的系统可以定义为关系系统？
支持关系模型的数据库管理系统是关系系统？ 一个实际的关系系统必须完全支持关系模型？ 只有完全支持关系模型的系统才能称为关系系统？
说明
查询处理是RDBMS的核心，而查询优化技术是查询处理的 关键技术
用户只需提出“做什么”，不必说明“怎么做”
查询优化的目标
SQL、关系 代数等表达式
选择有效的策略，求得给定表达式的值
查询优化的优点
使得用户在表达查询时不必考虑查询效率问题
RDBMS将通过优优化化器器可(O以p做ti什m么iz？er)自动进行查询优化
可见，同样的查询通过不同的执行过程，其效率相差很大， 因此有必要进行查询优化。
生成由一系列内部操作组成的查询执行方案，选 择代价最小目前的商品。化RDBMS大都采用基于代价的优化算法
多用户环境下总代价＝I/O代价＋CPU代价＋内存代价
4.2.2 一个实例
例子：求选修了2号课程的学生姓名
假设：学生-课程数据库中有1000个学生记录，10000个选课记录，其中选修2号课程 的选课记录为50个
全关系系统：
完全地支持关系模型的所有特征
是一个目标，有一套参考准则(12条)
ＳＭ Ｉ
Ｉ
Ｍ Ｓ
Ｉ
用阴影表示支持程度
全关系系统的12条基本准则
0. 基础准则：必须能完全通过其关系能力管理数据库 1. 信息准则：所有信息都能用表中的值显式地表示，包括元数
据 2. 保证访问准则：保证数据库中的每个数据项都能被访问到 3. 空值的系统化处理：支持空值概念，并能处理空值 4. 联机数据字典：授权用户能够查询数据库的描述信息 5. 统一的数据子语言，且具有定义、操纵、授权、事务处理功
代价分析3：Q3
1、选择运算 先对SC表作选择运算，只需读一遍SC表，存取100块花
费时间为100/20＝5秒。因为满足条件的元祖仅50个，不 必使用中间文件。 2、自然连接 读取Student表，把读入的Student元组和内存中的SC元组 作连接。也只需读一遍Student表共100块花费时间为5秒 3、投影运算：时间可以忽略 因此，忽略内存代价，执行Q1的总时间约为5+5 = 10秒
从内存写到中间文件读取笛卡儿积所需时间：
计算笛卡尔积后生成元组数为103*104=107个。设每块能装10个元组， 则将积结果块从内存写到中间文件为107/10/20=5*104秒
2、选择操作
需要将笛卡尔积结果块从中间文件读入内存，需要的时间 同样为107/10/20=5*104秒。
3、投影：假设选择操作后得到的结果仅50个元组，最后在 此基础上作投影操作，时间可以忽略。