Xử lý truy vấn trong cơ sở dữ liệu phân tán

GVHD: PGS.TS Đồng Thị Bích Thuỷ
Nhóm 2:
Hoàng Tuấn
Trần Đức Dũng
Nguyễn Thanh Tuấn
Phạm Thị Hồng Thanh
Xử lý truy vấn trong cơ sở dữ liệu
phân tán
Nhóm 2
Nội dung trình bày

Biến đổi câu truy vấn toàn cục thành câu truy vấn trên các mảnh

Χ σ λ τηυψ τơ ở ế

Χ〈χ νγυψν τ χ βι ν ιắ ế đổ

Χ〈χ β χ βι ν ιướ ế đổ

Tối ưu hoá xử lý truy vấn trong CSDL phân tán

Τ νγ θυαν

Τηυ τ το〈ν Σ∆∆−1ậ

Τηυ τ το〈ν ΑΗΨ
2Nhóm 2
Mô hình dữ liệu phân tán sử dụng trong
slide này (tham khảo sách 1 trang 46)

Cấu trúc dữ liệu


Vị từ phân mảnh
3Nhóm 2
Biến đổi câu truy vấn – CS lý thuyết

Mọi câu truy vấn đều có thể biểu diễn bằng đại số quan hệ. Ưu điểm của cách biểu diễn câu
truy vấn bằng đại số quan hệ là thể hiện rõ thứ tự thực hiện các phép toán.

Một biểu thức đại số quan hệ là một chuỗi các phép toán và có thể được biểu diễn bằng một
cây toán tử (operator tree)

Ví dụ: Hãy cho biết các nhà cung cấp có đơn hàng cung cấp ở phía Bắc, được biểu diễn
bằng biểu thức đại số quan hệ sau

Biểu thức trên được biểu diễn bằng cây toán tử sau:
4Nhóm 2
Biến đổi câu truy vấn – CS lý thuyết

Cây toán tử cho ta thấy rõ thứ tự thực hiện các toán tử và kết quả trong từng bước. Ở đây ta
thấy thứ tự thực hiện là: kết, chọn, chiếu
Nhưng, chúng ta thấy
ra, thứ tự thực hiện tốt
nhất nên là: chọn, kết,
chiếu. Ứng với cách
thực hiện này, cây
toán tử sẽ được biến
đổi như sau :
Các phép chuyển đổi
trên cây toán tử sẽ
tạo ra một phép biến

đổi tương đương trên
biểu thức quan hệ
5Nhóm 2
Biến đổi câu truy vấn – CS lý thuyết

Khái niệm tương đương:

Ηαι θυαν η Ρ1 ϖ◊ Ρ2 χ γ ι λ◊ τ νγ νγ ệ đượ ọ ươ đươ
ν υ χ〈χ β χ α χηνγ βι υ δι ν ế ộ ủ ể ễ χνγ 〈νη ξ τ ạ ừ
χ〈χ τν τηυ χ τνη ϖ◊ο χ〈χ γι〈 τρ , νγαψ χ ộ ị ả
κηι τη τ χ α χ〈χ τηυ χ τνη λ◊ κη〈χ ứ ự ủ ộ
νηαυ.

Ηαι βι υ τη χ ι σ θυαν η Ε1 ϖ◊ Ε2 λ◊ τ νγ ể ứ đạ ố ệ ươ
   νγ, κ ηι υ Ε1  Ε2 ηο χ Ε1 ặ ≡ Ε2 ν υ χηνγ
βι υ δι ν χνγ µ τ 〈νη ξ , νγη α λ◊ κηι τηαψ χ〈χ ĩ
θυαν η γι νγ νηαυ χηο χ〈χ τν γι νγ νηαυ τρονγ 2
βι υ τη χ, τα τηυ χ κ τ θυ νη νηαυ.ể ứ đượ ế ả ư
6Nhóm 2
Các tính chất của 1 phép toán đại số
quan hệ
7Nhóm 2
Các tính chất của 1 phép toán đại số
quan hệ

Tính phân phối (distributivity) của phép toán 1 ngôi với phép toán 2 ngôi
U(R B S)
↔
U(R) B U(S)


Tính đặt thừa số chung (fratorization) của phép toán 1 ngôi
U(R) B U(S)
↔
U(R B S)
8Nhóm 2
Biến đổi tương đương trong đại số quan hệ - Tính giao hoán
Phép biến đổi tương đương Ghi chú
Phép chọn
Phép chiếu
A1≡ A2
Kết có điều kiện R S = S R
Phép hội
Phép tích Đề - các
Phép giao
Phép chiếu và phép chọn
Atrr(F1) ⊆ A1
))(())((
1221
EE
FFFF
σσσσ
=
))(())((
1221
EE
AAAA
ππππ
=
RSSR ∩=∩
RSSR ×=×

RSSR ∪=∪
))(())((
1111
EE
AFFA
πσσπ
=
))(())((
1111
EE
FAAF
σππσ
=
9Nhóm 2
Tính giao hoán của phép chọn và phép tích, phép kết
Phép biến đổi tương đương Ghi chú
Nếu Attr(F) ⊆ (Attr(R) –
Attr(S))

Nếu Attr(F1) ⊆ (Attr(R) –
Attr(S)), Atrr(F2) ⊆
(Attr(R)∩Attr(S)),
F = F1∧F2
σ
F
(R S) = (
σ
F
(R)) S
Nếu Attr(F) ⊆ (Attr(R) –

Atrr(S))
σ
F
(R S) =
σ
F1
(
σ
F2
(R)
S )
Nếu Attr(F1) ⊆ (Attr(R) –
Attr(S)), Atrr(F2) ⊆
(Attr(R)∩Attr(S)),
F = F1∧F2
SRSR
FF
×=× ))(()(
σσ
))((()(
12
SRSR
FFF
×=×
σσσ
10Nhóm 2
Biến đổi tương đương trong đại số quan hệ - Tính giao
hoán (tt)
R
σ

F
π
A
R
π
A
σ
F
Attr(F)
⊆

A
R
σ
F
π
A
Atrr(
θ
)
⊆
Atrr(E1) –
Atrr(E2)
11Nhóm 2
Biến đổi tương đương trong đại số quan hệ

Tính kết hợp

Tính luỹ đẳng
Phép biến đổi tương đương Ghi chú và điều kiện

( R S) T = R
(S T)
)()( TSRTSR ××=××
)()( TSRTSR ∪∪=∪∪
)()( TSRTSR ∩∩=∩∩
F
1
F
2
F
1
F
2
))()((
2
TAttrSAttrF ∩⊆
Phép biến đổi tương đương Ghi chú và điều kiện
X ⊆ Y
))(()( RR
YXX
πππ
=
))(()(
21
RR
FFF
σσσ
=
21 FFF ∧=
12Nhóm 2

Cây biểu diễn tính kết hợp và luỹ đẳng
R
S
T
S
R
T
Attr(F2)
⊆
(Attr(S)
∩

Attr(T))
∪
∪
∪
∪
∩
∩
∩
∩
×
×
×
×
R
σ
F1∧F
2
R

σ
F1
σ
F2
R
π
X
X
⊆

Y
R
π
X
π
Y
13Nhóm 2
Biến đổi tương đương trong đại số quan hệ
- Tính phân phối của phép chọn
Phép biến đổi tương đương Ghi chú và điều kiện
F= FR∧FS
σ
F
(R S) → σ
FR
(R)
σ
FS
(S)
F= FR∧FS

σ
F
(R S) → σ
F
(R)
σ
FS
(S)
Attr(F) ⊆ Attr(R)
)()()( SRSR
FFF
σσσ
∪→∪
)()()( SRSR
FFF
σσσ
−→−
)()()( SRSR
FsFRF
σσσ
×→×
F3
F3
14Nhóm 2
Biến đổi tương đương trong đại số quan hệ
- Tính phân phối của phép chiếu
Phép biến đổi tương đương Ghi chú và điều kiện
AR = A – Attr(S), AS = A-
Attr(R)
π

A
(R S) → π
AR
(R) π
AS
(S)
AR = A – Attr(S), AS = A-
Attr(R)
Attr(F3) ⊆ A (dẫn xuất
từ điều kiện tích Đề các)
π
A
(R S) → π
AR
(R) π
AS
(S)
AR = A – Attr(S),
AS = Attr(S) ∩ Attr (F3)
Attr(F3) ⊆ A
)()()( SRSR
AAA
πππ
∪→∪
)()()( SRSR
ASARA
πππ
×→×
F3
F3

15Nhóm 2
Biến đổi tương đương trong đại số quan hệ
- Tính nhân tử hóa của phép chọn
Phép biến đổi tương đương Ghi chú và điều kiện
FR = FS = F
F = FR, FR→FS
F= FR∧FS
σ
FR
(R) σ
FS
(S) → σ
F
(R S) F= FR∧FS
σ
FR
(R) σ
FS
(S) → σ
F
(R S)
F= FR, FS = true
)()()( SRSR
FFSFR
∪→∪
σσσ
)()()( SRSR
FFSFR
−→−
σσσ

)()()( SRSR
FFSFR
×→×
σσσ
F3
F3
16Nhóm 2
Biến đổi tương đương trong đại số quan hệ
- Tính nhân tử hóa của phép chiếu
Phép biến đổi tương đương Ghi chú và điều kiện
AR = A= AS
π
AR
(R) π
AS
(S) → π
A
(R S)
π
AR
(R) π
AS
(S) → π
A
(R S)
A = AR
)()()( SRSR
AASAR
∪→∪
πππ

)()()( SRSR
AASAR
×→×
πππ
F3
F3
ASARA ∪=
ASARA ∪=
17Nhóm 2
Mô hình hoá tính phân phối và tính nhân tử
hoá
R S
F1
∪
∩
×
σ
FR∧FS
R S
F1
∪
∩
×
σ
FR
σ
FS
F1
∪
∩

×
π
A
F1
∪
∩
×
π
AR
π
AS
AR = A – Attr(S), AS = A-
Attr(R)
F = FR
∧

FS
R S
R S
A = AR = AS
18Nhóm 2
Biến đổi tương đương trong đại số quan hệ
(tt)

Từ các phép biến đổi trên, ta dẫn xuất ra một phép biến đổi rất hữu ích khi sử dụng trong
môi trường phân tán
(R1 R2) (S1 S2) ↔ ( (R1 S1), (R1 S2) ,
(R2 S1) , (R2 S2) )
∪
F

∪
∪
F
F
F
F
19Nhóm 2
Nguyên tắc biến đổi tương đương

Trong cơ sở dữ liệu cục bộ, việc biến đổi tương đương được thực hiện theo 2 nguyên tắc
sau, nhằm làm giảm kích thước các toán hạng trong phép toán 2 ngôi trước khi thực hiện:

Νγυψν τ χ 1ắ : Σ δ νγ τνη λ ψ νγ βι ν ử ụ ũ đẳ để ế
ι χ〈χ πηπ χη ν, πηπ χηι υ χηο τηχη η π ϖ ι đổ ọ ế ợ ớ
θυαν η το〈ν η νγệ ở ạ

Νγυψν τ χ 2: ψ χ〈χ πηπ χη ν ϖ◊ πηπ χηι υ Đẩ ọ ế
ν◊ψ ξυ νγ χ◊νγ συ χ◊νγ τ τ, µ β ο χηο πηπ ố ố đả ả
το〈ν 1 νγι χη λιν θυαν ν 1 θυαν η .ỉ đế ệ
20Nhóm 2
Nguyên tắc biến đổi tương đương (tt)
π
EMP, NAME
σ
MGRNUM=37
3
EMP
DEPT
σ
SAL<=35000

Xét ví dụ ở trên
π
EMP, NAME
σ
MGRNUM=37
3
DEPT
π
EMP, NAME
EMP
π
EMP, NAME
σ
SAL<=35000
21Nhóm 2
Đồ thị toán tử và biểu thức con chung

Biểu thức con chung (common subexpression) là biểu thức xuất hiện nhiều lần trong câu
truy vấn

Việc tìm ra các biểu thức con chung giúp chúng ta có thể áp dụng các luật sau để rút gọn
câu truy vấn, đơn giản cây toán tử:

Ρ Ρ ↔ Ρ

Ρ ∪ Ρ ↔ Ρ

Ρ Ρ = – ∅
22Nhóm 2
Biểu thức con chung (tt)


Các luật rút gọn dựa trên biểu thức con chung

Ρ (σ
Φ
Ρ) ↔ (σ
Φ
Ρ)

Ρ ∪ (σ
Φ
Ρ) ↔ (σ
Φ
Ρ)

Ρ − (σ
Φ
Ρ) ↔ (σ
Νοτ

Φ
Ρ)

(σ
Φ1
Ρ) (σ
Φ2
Ρ) ↔ (σ
Φ1∧Φ2
Ρ)


(σ
Φ1
Ρ) ∪ (σ
Φ2
Ρ) ↔ (σ
Φ1∨Φ2
Ρ)

(σ
Φ1
Ρ) − (σ
Φ2
Ρ) ↔ (σ
Φ1∧ Νοτ Φ2
Ρ)
23Nhóm 2
Tìm biểu thức con chung - Biến đổi cây toán
tử thành đồ thị toán tử

Xét ví dụ: Hãy cho biết các tên của các nhân viên làm việc trong phòng ban có mã người
quản lý là 373 nhưng tiền lương của họ không lớn hơn $35.000

Câu truy vấn viết bằng đại số quan hệ như sau:
24Nhóm 2
Biến đổi cây toán tử thành đồ thị toán tử
π
EMP, NAME
−
DEPTNUM

=DEPTNUM
σ
MGRNUM=37
3
EMP
DEPTNUM
=DEPTNUM
σ
MGRNUM=37
3
σ
SAL>35000
DEPT
EMP DEPT
σ
F
(R S) = (
σ
F
(R)) S
F3
F3
π
EMP, NAME
−
DEPTNUM
=DEPTNUM
σ
MGRNUM=37
3

EMP
DEPT
SAL >35000
σ
SAL<=35000
Dùng biểu thức con chung tút gọn
phép trừ
25Nhóm 2