人大金仓数据库KingbaseES-查询优化器概述

最新推荐文章于 2025-06-20 19:06:57 发布

沉舟侧畔千帆过_

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文章标签：数据库服务器金仓数据库 kingbase 人大金仓 DBA

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关键字：

SQL调优、SQL语言特点、SQL处理过程、优化器、统计信息、人大金仓、KingbaseES

SQL 语言特点

SQL 语言的特点为：

(1) 综合统一

SQL 语言集数据定义语言 DDL、数据操纵语言 DML、数据控制语言 DCL 的功能于一体。

(2) 高度非过程化

用户只需提出“做什么”，而不必指明“怎么做”。存取路径的选择以及 SQL 语句的操作过程由系统自动完成。大大减轻了用户负担，而且有利于提高数据独立性。

由于 SQL 语言高度非过程化的特点，面对一个 SQL 语句应该要如何处理完全由数据库管理系统决定选择，当处理过程不够高效时就会出现一些性能问题，此时则需要人工的干预，进行性能调优，从而达到我们的性能目标。

SQL处理过程

在 KingbaseES 中，SQL 语句的处理通常都要经历词法语法分析阶段（parser）、语义检查阶段（analyzer）、查询重写阶段（rewritter）、查询优化阶段（planner）和查询执行阶段（executor）5个阶段，如图所示。

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(1) 词法语法分析阶段：检查 SQL 语句是否符合词法语法规则，然后转化为解析树。

(2) 语义检查阶段：检查解析树是否符合语义规则，然后转化为查询树。

(3) 查询重写阶段：如果查询树中涉及视图或者规则，重写为查询树。

(4) 查询优化阶段：经过逻辑优化和物理优化，生成最优的执行计划。

(5) 查询执行阶段：按照执行计划进行执行。

查询优化器简介

(1) 优化器概念

优化器是数据库里的一个核心子系统，它的目的是按照一定的规则来得到它认为的目标SQL在当前情形下的最高效的执行路径，也就是说优化器的目的是为了得到目标SQL 的执行计划。

(2) 优化器作用

对于一条给定的SQL语句，通常会有一个或多个执行计划可供选择，每个执行计划都可以返回正确的结果，给出预期运行最快的执行计划。

(3) 优化技术

① 基于规则的逻辑优化（RBO）

查询优化器在逻辑优化阶段的主要任务是：根据关系代数的等价变换规则找出更高效的变换形式。常见逻辑优化包括：视图重写、Inline cte、表达式预处理、子查询优化、等价谓词重写、条件化简、外连接消除以及谓词下推。

构造查询的基本动作通常由关系代数的操作符来表达，常见关系代数的操作符包括：

选择：与 SQL 查询的 WHERE 子句对应
投影：与 SQL 查询的 SELECT 子句对应
卡氏积：与 SQL 查询的 FROM 子句的关系列表对应
连接：与 SQL 查询中的 JOIN、NATURAL JOIN 和 OUTER JOIN 对应
并、交和差：与 SQL 的操作符 UNION、INTERSECT、EXCEPT 对应
消除重复：与 SQL SELECT 子句中的关键字 DISTINCT 对应，SQL 的操作符 UNION、INTERSECT、EXCEPT 默认消除重复
分组：与 SQL 查询中的 GROUP BY 对应
排序：与 SQL 查询中的 ORDER BY 具有相同的效果

② 基于代价估算的物理优化（CBO）

物理优化会选择那些消耗系统I/O和CPU资源最少的执行路径作为最优选择，在解析目标时，首先会对SQL进行查询转换，然后计算完成查询转换之后得到的等价改写SQL的各种可能的执行路径的成本，再从这些执行路径里选择成本值最小的一条来作为原目标SQL的执行计划，最后KingbaseES就会根据此执行计划去实际执行该SQL，并将执行结果返回给用户。

物理优化原理：枚举所有的执行路径，估算其代价，选出代价最小的路径作为执行计划。

路径多样的原因：各种关系代数操作符在KingbaseES中存在着一种或者多种算法来应对不同情况，包括：

选择：seqscan、indexscan、index only scan等
排序：sort、indexscan
连接：hashjoin、merge join、nestloopjoin（连接顺序也可以变化）
聚集：hashaggregate、groupaggregate

物理优化的一个重要手段是代价估算，即估算某个路径（可以是单表的路径，也可以是两个关系连接得到的路径，还可以是多个表根据不同的连接方式得到的连接路径）的代价。这些路径中每个节点主要的操作可归纳为数据的读写及运算，这些操作所产生的开销主要为 CPU 开销及 I/O 开销。所以查询优化代价估算基于 CPU 开销和 IO 开销，即：总代价 =I/O 代价 + CPU 代价。

影响COST计算的几个常见问题如下：

Cardinality：集的势，指定集合所包含的记录数，或者说指定结果集的行数，表示对目标SQL的某个具体执行步骤的执行结果包含的记录数的估算。某步骤的Cardinality越大，对应的成本值越大，总成本也就越大。
Selectivity：可选择率，范围为0-1，值越小，表设计的选择性越好，在为1时的选择性是最差的。

【说明】

▫ Selectivity = 施加指定谓词条件后返回结果集的记录数/为施加任何谓词条件的原始结果集的记录数

▫ Cardinality和Selectivity的值会直接影响CBO对于相关执行步骤的估算，进而影响CBO对于目标SQL执行计划的选择。