【数据库系统概论】关系系统

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1、西华师范大学计算机学院第四章关系系统及其查询优化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）在用户眼里,数据库是由表,并

2、且只有表构成的。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：选择、投影、连接运算是最有用的运算，有了这三种运算功能就能解决绝大部分的实际问题，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：降低或丧失了数据的物理独立性因此,关系系统必须能自动选择路径,必须能查询优化,这是关系系统的关键技术。4.1.2关

3、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)，它不是关系系统。(a)(最小)关系系统；(b)关系完备的系统；(c)全关系系统一个关系数据模型（圆）由三部分组成：结构S、完整性I和数据操纵M。每一部分中阴影的大小,表示支持该内容的程度。4.1.2关系系统的分类⒉(最小)关系系统：支持关系数据结构及选择、投影、连接关系操作，如FoxBASE和FoxPro。⒊关系完备的系统：支持关系数据结构及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，特别支持数据结构中域的概念,支持实体完整性和参照完整性。目前,很多关系

4、系统已接近了此目标。关系系统的分类（续）数据结构数据操作完整性表式系统表(最小)关系系统表选择、投影、连接关系完备的系统表全关系系统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为了达到所需的性能要求，数据库系统必须使用查询优化技术。查询优化的可能性关系表达式具有高度语义层次，使D

5、BMS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自动优化系统中用户不必考虑如何最好地表达查询以获得较好的效率优化器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，例如：每个基表中元组的数目、每个域中值的个数等。因此优化器可以对给定查询的执行策略作出更为精确的计算，从而更有可能选择最高效的执行方案。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，优化器可以自动对查询重新优化（即重新处理一遍原来的查询请求）以选择相适应的执行计划。而在非关系系统中必须重写程序，

6、这在实际应用中往往是不太可能的。(3)优化器可以考虑一个给定查询的成百上千种不同的执行计划，而程序员一般只能考虑有限的几种可能性。(4)优化器可以认为是包含着最优秀程序员的技巧和服务的程序。也即,优化器可以根据变化了的当前信息,自动选择一个对当时情况较有利的执行计划。但用户程序是不可能有此性能的,用户程序的执行计划是不会随系统当时的实际情况而变化的。查询优化目标查询优化的目标选择有效策略,等价变换给定的关系表达式,使结果表达式求解（程序）的代价较小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

7、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，根据存取路径、数据的存储分布情况等，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以选择代价小的执行算法4.生成查询计划(查询执行方案)由以上三条最后生成了一系列的内部操作。根据这些内部操作要求的执行次序,确定一个执行方案。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查询优化的必要性关系代数和关系演算具有等价性，同一个问题用同一种方法有

8、不同的解决途径，这些方法结果相同，但执行效率有较大差别。下面先看一个实例，说明查询优化的一般问题。例：求选修了课程Ｃ2的学生姓名SELE