Plano de Execução
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Sumário 1 SQL Embutida 2 Processamento de Consultas 3 Introdução a Transações 4 Recuperação de Falhas 5 Controle de Concorrência 6 Banco de Dados Distribuído Processamento de Consultas • Extração de informações do BD • Consulta SQL – adequada para uso humano – não adequada para processamento pelo SGBD • não descreve uma seqüência de passos (procedimento) a ser seguida • não descreve uma estratégia eficiente para a implementação de cada passo no que diz respeito ao acesso a nível físico (arquivos do BD) • O SGBD deve se preocupar com este processamento! – módulo Processador de Consultas Módulo Processador de Consultas • Objetivo – otimização do processamento de uma consulta • tradução, transformação e geração de uma estratégia (plano) de execução • estratégia de acesso – leva em conta algoritmos predefinidos para implementação de passos do processamento e estimativas sobre os dados • Vale a pena todo este esforço? Sim! – Tx = tempo para definir e executar uma estratégia otimizada de processamento – Ty = tempo para executar uma estratégia nãootimizada de processamento – Quase sempre: Tx Ty Etapas de Processamento Consulta em linguagem de alto nível Tradução (consulta SQL, p. ex.) Representação interna Transformação (árvore algébrica da consulta) Representação transformada (árvore otimizada algebricamente) Gerador de Código Código de Execução Definição do Plano de Execução Plano de Execução (árvore com indicação de estratégias de acesso) Processador Run-time Resultado da Consulta Etapas de Processamento Consulta em linguagem de alto nível Tradução (consulta SQL, p. ex.) Transformação Representação interna (árvore algébrica da consulta) Definição do Representação transformada • análise léxica (árvore otimizada algebricamente) Plano de Execução - cláusulas SQL e nomes válidos • análise sintática - validação da gramática Plano de Execução •Gerador análise semântica de Código (árvore com indicação de - nomes usados de acordo com a estrutura estratégias de acesso) do esquema • conversão para uma árvore algébrica Resultado da Código de da consulta Processador Run-time Consulta Execução Árvore (Algébrica) da Consulta • Estrutura que representa o mapeamento da consulta para a álgebra relacional – uma expressão da álgebra relacional “estendida” • pode indicar alguma computação (função agregação, atributo calculado, ...) – nodos folha: relações (do BD ou resultados intermediários) – nodos internos: operações da álgebra • Processamento da árvore – nodos internos são executados quando seus operandos estão disponíveis – são substituídos pela relação resultante – a execução termina quando o nodo raiz é executado Exemplo de Árvore da Consulta select m.CRM, m.nome, a.número, a.andar from Médicos m, Ambulatórios a where m.especialidade = ‘ortopedia’ and a.andar = 2 and m.número = a.número m.CRM, m.nome, a.número, a.andar m.especialidade = ‘ortopedia’ a.andar = 2 m.número = a.número X Médicos Ambulatórios Etapas de Processamento Consulta em linguagem de alto nível Tradução (consulta SQL, p. ex.) Representação interna Transformação (árvore algébrica da consulta) Representação transformada (árvore otimizada algebricamente) Gerador de Código Código de Execução Definição do • definição de uma árvore de Plano de Execução consulta equivalente - chega ao mesmo resultado - processa de forma mais Plano de Execução eficiente (árvorechamada com indicação • também de de estratégias de acesso) Otimização Algébrica Processador Run-time Resultado da Consulta Exemplo de Árvore Equivalente m.CRM, m.nome, a.número, a.andar m.CRM, m.nome, m.número = a.número a.número, a.andar m.especialidade = ‘ortopedia’ a.andar = 2 m.número = a.número X X m.especialidade a.andar = 2 = ‘ortopedia’ Médicos Ambulatórios Médicos Ambulatórios Etapas de Processamento Consulta linguagemde definição de análise deem alternativas Tradução de altodenível estratégias acesso (consulta SQL, ex.) - escolha dep.algoritmos para implementação de operações - existência de índices Representação interna Transformação (árvore algébrica da consulta) - estimativas sobre os dados (tamanho de tabelas, seletividade, ...) Representação transformada (árvore otimizada algebricamente) Gerador de Código Código de Execução Definição do Plano de Execução Plano de Execução (árvore com indicação de estratégias de acesso) Processador Run-time Resultado da Consulta Exemplo de Plano de Execução m.CRM, m.nome, a.número, a.andar (processamento pipeline) m.número = a.número X (pesquisa linear) (loop-aninhado) m.especialidade = ‘ortopedia’ Médicos a.andar = 2 (pesquisa indexada) Ambulatórios Etapas de Processamento Consulta em linguagem de alto nível Tradução (consulta SQL, p. ex.) Representação interna Transformação (árvore algébrica da consulta) Representação transformada (árvore otimizada algebricamente) Gerador de Código Código de Execução Definição do Plano de Execução Plano de Execução (árvore com indicação de estratégias de acesso) Processador Run-time Resultado da Consulta Etapas de Processamento Consulta em linguagem de alto nível Tradução (consulta SQL, p. ex.) Representação interna Transformação (árvore algébrica da consulta) Representação transformada (árvore otimizada algebricamente) Definição do Plano de Execução FOCO: OTIMIZADOR DE CONSULTA Plano de Execução Gerador de Código (árvore com indicação de estratégias de acesso) Código de Execução Processador Run-time Resultado da Consulta Otimização Algébrica • Objetivo do passo de Transformação – entrada: árvore da consulta inicial – saída: árvore da consulta otimizada (pode manter a mesma árvore) • Base – regras de equivalência algébrica • devem ser conhecidas pelo otimizador para que possam ser geradas transformações válidas – algoritmo de otimização algébrica • indica a ordem de aplicação das regras e de outros processamentos de otimização Regras de Equivalência 1. Cascata de Seleções c1 c2 ... cn (R) c1 (c2 (... (cn (R)))) 2. Comutatividade de Seleções c1 (c2 (R)) c2 (c1 (R)) 3. Cascata de Projeções listaAtributos1 (R) listaAtributos1 (listaAtributos2 (...(listaAtributosN (R)))) - válido em que situação? Regras de Equivalência 4. Comutatividade de Seleções e Projeções a1, a2 , ..., an (c (R)) c (a1, a2 , ..., an (R)) - válido em que situação? 5. Comutatividade de Operações Produtórias (“X”) R “X” S S “X” R - por “X” entenda-se: X ou X ou - a ordem dos atributos e tuplas do resultado não é relevante Regras de Equivalência 6. Comutatividade de Seleções e Operações Produtórias (a) c (R “X” S) (c (R)) “X” S (b) c (R “X” S) (c1 (R)) “X” (c2 (S)) ou - válidas em que situações? 7. Comutatividade de Projeções e Operações Produtórias listaAtributos1 (R “X” S) (listaAtributos2 (R)) “X” S ou (b) listaAtributos1 (R “X” S) (listaAtributos2 (R)) “X” (listaAtributos3 (S))ou (c) listaAtributos1 (R “X” S) listaAtributos1 ((listaAtributos2 (R)) “X” (listaAtributos3 (S))) (a) - válidas em que situações? Regras de Equivalência 8. Comutatividade de Operações de Conjunto RS SR e RS SR - por quê a “” não é comutativa? 9. Associatividade de Operações Produtórias e de Conjunto (“X”) (R “X” S) “X” T R “X” (S “X” T) - por “X” entenda-se: X ou X ou -por quê a “” não é associativa? ou ou Regras de Equivalência 10. Comutatividade de Seleção e Operações de Conjunto (“”) c (R “” S) (c (R)) “” (c (S)) - por “” entenda-se: ou ou 11. Comutatividade de Projeção e União listaAtributos (R S) (listaAtributos (R)) (listaAtributos (S)) - por quê a “” e a “” não são comutativas? Regras de Equivalência 12. Fusão de Seleções e Operações Produtórias (a) c (R X S) R X = (b) c (R X S) R (c) R X = c S R c S S c - válidas em quais situações? c S ou ou Algoritmo de Otimização Algébrica • Algoritmo de alto (altíssimo!) nível • Composto de 6 grandes passos • Passo 1 – aplicar a regra 1 • desmembrar operações de seleção • maior flexibilidade para mover seleções • Passo 2 – aplicar as regras 2, 4, 6 e 10 • objetivo – mover seleções para níveis inferiores da árvore o máximo possível Algoritmo de Otimização Algébrica • Passo 3 – aplicar as regras 5 e 9 • mudar de posição sub-árvores envolvidas em operações produtórias • objetivos – combinar prioritariamente sub-árvores com menor número de dados » investigar sub-árvores com seleções mais restritivas – evitar produtos cartesianos » combinações sem atributos de junção • como saber quais as seleções mais restritivas? – análise do grau de seletividade de um predicado » estatística geralmente mantida no DD Grau de Seletividade (GS) • Definido pela seguinte razão – GS = tp(R) / |R|, onde tp(R) é o número de tuplas que satisfazem o predicado em uma relação R e |R| é o número de tuplas em R (GS [0,1]) • GS pequeno ( 0) seleção mais restritiva • Um atributo chave ac possui baixo GS em predicados de igualdade – GS(ac) = 1 / |R| • Geralmente mantém-se uma estimativa de distribuição uniforme de valores de atributos – GS(ai) = (|R| / V(ai)) / |R| = 1 / V(ai), onde V(ai) é o número de valores distintos de ai Algoritmo de Otimização Algébrica • Passo 4 – aplicar a regra 12 • otimizar operações produtórias • Passo 5 – aplicar as regras 3, 4, 7 e 11 • desmembrar e mover projeções para níveis inferiores da árvore, tanto quanto possível, definindo novas projeções conforme se faça necessário • Passo 6 – identificar sub-árvores que representem grupos de operações que possam ser executadas por um único algoritmo • defina-os uma única vez (uma única sub-árvore) na “árvore” Passo 6 - Exemplo r1, s1, s2, t1, t2 r1, s1, s2, t1, t2 X X r1 = x s1 > y s1 > y R S S t2 < z r1 = x s1 > y t2 < z T R S T Exercício – Operadores Lógicos • Considerando que p1, p2 e p3 são predicados de seleção, explique por quê as leis abaixo são úteis no algoritmo de otimização algébrica • Leis de De Morgan (a) (p1 p2) ( p1) ( p2) (b) (p1 p2) ( p1) ( p2) • Leis da Distributividade (a) p1 (p2 p3) (p1 p2) (p1 p3) (b) p1 (p2 p3) (p1 p2) (p1 p3)
