Procesamiento y Optimización de Consultas

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1 30/09/2016 s Procesamiento y Optimización de Consultas Grupo de Ingeniería del Software y Bases de Datos Departamento de Lenguajes y Sistemas Informáticos Universidad de Sevilla septiembre 2016 s Objetivos de este tema Conocer las fases del procesado de s en bases de datos relacionales. Conocer los principales factores que afectan a la eficiencia de una en bases de datos relacionales. Ser capaz de escribir s eficientes a bases de datos relacionales aplicando simplificación de expresiones, equivalencias de álgebra relacional y heurísticas. septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 1 IISSI 1

2 30/09/2016 Fases habituales del procesado de s s Consulta SQL Esquema Base Datos Análisis y Traducción Estadísticas Base Datos Consulta AR Optimización Datos Plan de ejecución Ejecución Resultado septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 2 s Ejemplo de procesado de Supongamos una base de datos relacional sobre vinos, productores y cosechas donde las estadísticas son las siguientes: Vinos: 500 tuplas Cosechas: tuplas : PK Vinos vid PK Productores pid vnombre vendimia graduación PK Cosechas cid pnombre región FK1 FK2 vid pid año cantidad septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 3 IISSI 2

3 30/09/2016 Ejemplo de procesado de Queremos ejecutar la siguiente en SQL: s select V.vnombre from V Vinos, C Cosechas where V.vid = C.vid and C.cantidad > 100; El primer paso es traducir la a álgebra relacional. Opción 1: join, selección, proyección tuplas septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 4 Ejemplo de procesado de Queremos ejecutar la siguiente en SQL: s select V.vnombre from V Vinos, C Cosechas where V.vid = C.vid and C.cantidad > 100; El primer paso es traducir la a álgebra relacional. Opción 2: selección, join, proyección septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 5 IISSI 3

4 30/09/2016 s Ejemplo de procesado de Queremos ejecutar la siguiente en SQL: select V.vnombre from V Vinos, C Cosechas where V.vid = C.vid and C.cantidad > 100; El primer paso es traducirla a álgebra relacional. Opción 3: producto cartesiano, selección, proyección vnombrecosec has. vid Vinos. vid cantidad 100 Cosec has Vinos tuplas septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 6 s Ejemplo de procesado de Cuál de las tres s en álgebra relacional es más eficiente? Cuál seleccionaría? Por qué? vnombre cantidad 100 Cosec hasq Vinos tuplas vnombre cantidad 100 Cosec has q Vinos vnombrecosec has. vid Vinos. vid cantidad 100 Cosec hasvinos tuplas septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 7 IISSI 4

5 30/09/2016 Coste de una s El coste, en tiempo de ejecución, de una a una base de datos depende de: Tiempo de acceso al sistema de E/S (90%) Tiempo de procesamiento de CPU (10%) El tiempo de acceso al sistema de E/S depende de: Volumen de datos: número y tamaño de las tuplas, tanto de las relaciones involucradas como de los resultados intermedios Organización física: índices, tablespaces, Tamaño de los buffers en memoria para almacenar los resultados intermedios septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 8 Para reducir el coste de una Reducir los accesos al sistema de E/S s Reducir los resultados intermedios: menos accesos y más probabilidad de que quepan en los buffers en memoria.* Seleccionar por atributos indexados: accesos mucho más eficientes y búsquedas mucho más rápidas. Reducir el procesamiento de CPU Simplificar expresiones de selección: ahorran tiempo de procesamiento y, a veces, accesos al sistema de E/S. * Si los resultados intermedios no caben en los buffers en memoria, deben almacenarse en disco. septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 9 IISSI 5

6 30/09/2016 s Ejemplo de simplificación select región from Productores where nombre = Osborne o or not ( región = Jerez ) j and ( región = Jerez or región = La Mancha ) m and not ( región = La Mancha ); Simplificando la condición del where o j j m m o j j j m ) m falso o j m m o j m m m) o falso falso septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 10 s Ejemplo de simplificación select región from Productores where nombre = Osborne or not ( región = Jerez ) and ( región = Jerez or región = La Mancha ) and not ( región = La Mancha ); select región from Productores where nombre = Osborne ; septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 11 IISSI 6

7 30/09/2016 Algunas equivalencias lógicas Conjunciones y disyunciones básicas s a a falso a a cierto a falso falso a falso a a cierto a a cierto cierto Distribución a b c a b a c a b c a b a c septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 12 Algunas equivalencias lógicas s Leyes de De Morgan a b a b a b a b Implicación a b a b Cuantificadores x P x x P x x P x x P x) septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 13 IISSI 7

8 30/09/2016 Equivalencias en álgebra relacional* Cascada de selecciones s σ c1 c 2 R σ c1 σ c2 R ) Cascada de proyecciones ( a 1 a 2 a n ) Π a1 Π a2 Π an R Π a1 R Asociatividad de joins R S T R S T ) septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 14 Equivalencias en álgebra relacional* Distribución de la selección sobre el join s σ cr c S R S σ cr R σ cs S Donde c R sólo incluye atributos de R y c S sólo de S. Distribución de la proyección sobre el join Π AR A S R S Π AR A S Π AR A R Π AS A S Donde A R sólo incluye atributos de R, A S sólo de S y A los atributos sobre los que se realiza el join. septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 15 IISSI 8

9 30/09/2016 Equivalencias en álgebra relacional* Distribución de la proyección sobre la selección s Π A σ c R Π A σ c Π A Ac R ) Donde A c son los atributos de R que se usan en la condición de la selección. Distribución de la selección sobre, y σ c R S σ c R σ c S ) igual para y Distribución de la proyección sobre la unión Π A R S Π A R Π A S septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 16 Heurísticas de de s s 1. Realizar las selecciones tan pronto como sea posible Reduce el número de tuplas de los resultados intermedios. 2. Realizar las selecciones sobre atributos indexados antes que sobre los no indexados Reduce las operaciones de E/S al usar los índices y se ejecutan mucho más rápido. Aplicar la cascada de selecciones si es necesario. 3. Realizar las proyecciones tan pronto como sea posible Reduce el número de atributos de los resultados intermedios. septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 17 IISSI 9

10 30/09/2016 Heurísticas de de s s 4. Realizar las operaciones de selección y join más restrictivas primero* Reduce el número de tuplas de los resultados intermedios. Aplicar asociatividad si es necesario. 5. Eliminar proyecciones redundantes Reduce el número de atributos de los resultados intermedios. Aplicar la cascada de proyecciones. 6. Usar DISTINCT sólo cuando sea imprescindible Evita tener que comparar resultados intermedios para detectar duplicados y eliminarlos del resultado. * En las que intervengan un menor número de tuplas. septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 18 Bibliografía s R. Elmasri, S. Navathe, Fundamentos de Sistemas de Bases de Datos (5ª edición). Ed. Addison-Wesley, Capítulo 15. R. Ramakrishnan, J. Gehrke, Database Management Systems (3ª edición). Ed. McGraw-Hill, Capítulos 12 y 15. A. Silberschatz et al., Fundamentos de Bases de Datos (5ª edición). Ed. McGraw-Hill, Capítulos 13 y 14. septiembre 2016 Introducción a la Ingeniería del Software y a los Sistemas de Información 19 IISSI 10