KOR 5

Konstrukcja systemów obiektowych i
rozproszonych
Wykładowca: Kazimierz Subieta
Polsko-Japońska Wyższa Szkoła
Technik Komputerowych, Warszawa
subieta@pjwstk.edu.pl
Wykład 5:
Optymalizacja zapytań –
metoda niezależnych
podzapytań
Instytut Podstaw Informatyki PAN,
Warszawa
subieta@ipipan.waw.pl
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 1
listopad 2004
Przesuwanie selekcji przed złączenie
 Operacja złączenia jest czasochłonna i bezpośrednio zależy od wielkości
złączanych relacji.
 Zamiast wykonywać najpierw złączenie a później selekcję, wykonuje się
wcześniej selekcję na jednej ze złączanych relacji, a później złączenie.
• Metoda przesuwania selekcji przed złączenie redukuje wielkość relacji, przez co
złączenie jest wykonywane znacznie szybciej.
 Metoda należy do klasy metod opartych na przepisywaniu, gdyż oparta jest na
przepisaniu zapytania do innej postaci według reguły, która zapewnia ten sam
wynik zapytania przy skróceniu czasu ewaluacji.
 Metodę tę wiąże się z algebrą relacji, gdyż zdaniem niektórych autorów, tylko
algebra relacji pozwala na formalne jej potraktowanie.
• W konsekwencji, metoda ta jest wiązana z obiektowymi algebrami i jest jedną
z przyczyn rozkwitu tego nurtu w obiektowych językach zapytań.
 Pokażemy, że związek tej metody z algebrą relacji jest powierzchowny, gdyż
metoda ta może być również wyjaśniona na innym gruncie formalnym.
• W istocie, własności algebry relacji są tylko ilustracją metody, która w przypadku
podejścia stosowego ma nieporównywalnie bardziej ogólne sformułowanie.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 2
listopad 2004
Obserwacje motywujące metodę
 W podejściu stosowym niektóre podzapytania są obliczane wielokrotnie,
gdyż uczestniczą w pętlach implikowanych przez operatory
niealgebraiczne.
 Takie podzapytania mogą być obliczone wcześniej, tylko raz, zaś ich
wynik może być podstawiany w każdym obrocie pętli iteracyjnej.
 To spostrzeżenie jest podstawą metody niezależnych podzapytań, której
idea polega na zmodyfikowaniu tekstowej postaci danego zapytania w taki
sposób, aby wszystkie jego podzapytania były ewaluowane najwcześniej
jak to możliwe.
• Alternatywnie można obliczyć niezależne podzapytanie tylko w pierwszym
obrocie pętli, a następnie odczytać wynik za każdym następnym razem.
• Ta technika ma jednak wadę: utrudnia ewentualne dalsze przepisywanie
zapytania w celu jego dalszej optymalizacji.
 1-szy problem polega na tym, jak ustalić, że dane podzapytanie jest
niezależne od danej pętli.
 2-gi problem polega na tym jak zmodyfikować zapytanie (drzewo
syntaktyczne) aby niezależne podzapytanie było liczone tylko raz.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 3
listopad 2004
Relatywizm stosu ENVS
 Zgodnie z semantyką podejścia stosowego, każdy operator niealgebraiczny
otwiera na ENVS własną sekcję (w M1-M3 –kilka sekcji)
• Każda występująca w zapytaniu nazwa jest wiązana w pewnej sekcji tego stosu.
 Ponieważ zapytanie może być wywołane w dowolnym środowisku, nie jest
możliwe określenie w sposób bezwzględny, w których dokładnie sekcjach zostaną
związane poszczególne nazwy przy każdym ewaluowaniu tego zapytania.
• W ogólnym przypadku nie jest znany stan stosu ENVS, przy którym rozpocznie się
ewaluacja danego zapytania
 Ponieważ jednak w czasie każdej ewaluacji danego zapytania wszystkie
modyfikacje stosu ENVS są takie same, można więc wyznaczyć relatywnie,
w których sekcjach nazwy zostaną związane przy każdym obliczeniu tego
zapytania, jeżeli za punkt odniesienia zostanie przyjęta pierwsza sekcja położona
na stosie podczas ewaluacji tego zapytania.
• W tym celu wszystkie sekcje, które są już na stosie w momencie rozpoczęcia
ewaluacji zapytania, należy potraktować jako jedną sekcję o numerze 1.
• Dzięki temu każdemu operatorowi niealgebraicznemu można przypisać liczbę
oznaczającą numer otwieranej przez niego sekcji (dla M1-M3 jest to przedział liczb),
zaś każdej nazwie można przypisać wysokość stosu w chwili, gdy jest ona wiązana,
oraz numer sekcji, w której ta nazwa jest wiązana.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 4
listopad 2004
Istota metody niezależnych podzapytań
 Metoda niezależnych podzapytań polega na badaniu, w której sekcji stosu
środowisk są wiązane poszczególne nazwy wchodzące w skład
podzapytań tego zapytania.
 Jeżeli wszystkie nazwy danego podzapytania są wiązane w sekcji innej niż
ta, która na stos kładzie aktualnie ewaluowany operator niealgebraiczny,
to może ono być obliczone zanim operator otworzy tę sekcję, czyli
wcześniej, niż to wynika z tekstowego umieszczenia tego podzapytania
w zapytaniu (dla M1-M3 należy to zdanie rozszerzyć na wiele sekcji
wkładanych przez operator niealgebraiczny).
 Zatem analiza numerów sekcji, w których są wiązane poszczególne nazwy
w zapytaniu, staje się podstawą optymalizacji polegającej na unikaniu
wielokrotnego liczenia tego samego podzapytania.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 5
listopad 2004
Prosty przykład
 Rozważmy zapytanie dające w wyniku tych pracowników, którzy
zarabiają tyle samo co Nowak (zakładamy tutaj, że w bazie danych jest
tylko jeden pracownik o takim nazwisku):
Prac where Zar = ((Prac where Nazwisko = ”Nowak”).Zar)
 Zauważmy, że podzapytanie zwracające zarobek Nowaka :
(Prac where Nazwisko = ”Nowak”).Zar
jest ewaluowane tyle razy, ile w bazie danych jest obiektów Prac
(potencjalnie bardzo wiele), podczas gdy wystarczyłoby policzyć je tylko
raz, gdyż za każdym razem jego ewaluacja da dokładnie taki sam wynik.
 Gdy wynik ten jest już znany, to za każdym razem, gdy podzapytanie ma
być ewaluowane, wystarczy odczytać obliczoną już wartość.
 O podzapytaniu tego rodzaju będziemy mówić, że jest niezależne od
najbliższego operatora niealgebraicznego, którym tutaj jest pierwszy
operator where.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 6
listopad 2004
Rozstawianie numerów sekcji stosu
 Zbadajmy wysokości stosu i poziomy wiązania dla nazw oraz numery
sekcji, które otwierają operatory niealgebraiczne występujące w tym
zapytaniu (przypominamy, że wszystkie sekcje dolne są traktowane jako
jedna sekcja).
Prac where Zar = ((Prac where Nazwisko = ”Nowak”) . Zar)
(1,1) 2 (2,2)
(2,1) 3
(3,3)
3 (3,3)
 Żadna z nazw występujących w podzapytaniu obliczającym zarobek
Nowaka nie jest wiązana w sekcji, którą otwiera na stosie operator where:
• nazwy tego podzapytania są wiązane w sekcjach 1 i 3,
• operator otwiera sekcję 2.
 To jest powodem niezależności podzapytania od tego operatora.
• Można je więc obliczyć, zanim operator where otworzy swoją sekcję, czyli
przed rozpoczęciem ewaluacji początkowego podzapytania Prac.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 7
listopad 2004
Jak przepisać to zapytanie?
 Należy wyciągnąć niezależne podzapytanie przed pętlę iteracyjną
implikowaną przez pierwszy operator where.
 W tym celu trzeba wprowadzić unikalną nazwę pomocniczą, nazwać nią
wynik ewaluacji tego podzapytania i wstawić ją w jego miejsce.
• W tym celu stosujemy operator group as.
 Zapytanie po optymalizacji przyjmie następującą postać:
(((Prac where Nazwisko=”Nowak”).Zar)group as z).(Prac where Zar = z)
(1,1) 2
(2,2)
2(2,2)
2 (2,1) 3 (3,3) (3,2)
 Po modyfikacji każde podzapytanie, z wyjątkiem podzapytania z, jest
zależne od swojego najbliższego operatora niealgebraicznego, więc dla
nich metody niezależnych podzapytań nie można już zastosować.
• Podzapytanie z składa się z jednej nazwy, nie podlega więc dalszej
optymalizacji.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 8
listopad 2004
Inny przykład
 Podaj działy wraz z liczbą tych pracowników w nich zatrudnionych,
którzy zarabiają więcej od kierowników tych działów:
Prac [0..*]
NrP
Nazwisko
Stan
Zar
PracujeW
Kieruje[0..1]
Zatrudnia[1..*]
Szef
Dział [0..*]
NrD
Nazwa
Lokacja[1..*]
Adres [0..1]
Miasto
Ulica
NrDomu
Dział join count(Zatrudnia . Prac where Zar > (Szef . Prac . Zar))
(1,1) 2
(2,2)
3 (3,3) 3 (3,3) (3,2) 4 (4,4) 4 (4,4)
• Podzapytanie Szef.Prac.Zar jest niezależne od operatora where: wszystkie
nazwy są wiązane w sekcjach 2 i 4, podczas gdy operator where otwiera
sekcję numer 3.
• Podzapytanie to jest również niezależne od operatora kropki po Zatrudnia.
• Jest zależne od operatora join, który otwiera sekcję numer 2
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 9
listopad 2004
Inny przykład, c.d.
 W tym przypadku można wyciągnąć niezależne podzapytanie przed
where, kropkę i count, przepisując całość zapytania do postaci:
Dział join (((Szef.Prac.Zar ) group as z) . count(Zatrudnia.Prac where Zar > z))
 Po modyfikacji każde podzapytanie, za wyjątkiem podzapytania z, jest
zależne od swojego najbliższego operatora niealgebraicznego, więc dla
nich metody niezależnych podzapytań nie można już zastosować.
 Zwrócimy uwagę, że podane przekształcenie zilustrowane jest
niewyrażalne w algebrze relacji, gdyż w tej algebrze niewyrażalny jest
operator count.
 Jest to pierwszy sygnał świadczący o tym, że nasza metoda jest
nieporównywalnie bardziej ogólna niż metody znane z systemów
relacyjnych.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 10
listopad 2004
Czy zawsze można wyciągnąć podzapytanie przed pętlę?
 Oczywiście nie zawsze. Przykład:
 Zapytanie zwraca pracowników (nazwanych nazwą pomocniczą p)
mających najwyższe pensje w swoich działach (model relacyjny):
Prac
NrP
Nazwisko
Stan
Zar
NrD
Dział
NrD
Nazwa
Szef
(Prac as p) where p . Zar = max((Prac where NrD = p . NrD) . Zar)
(1,1)
2 (2,2)3 (3,3)
(2,1) 3 (3,3) (3,2) 4 (4,4) 3 (3,3)
 Podzapytanie max((Prac where NrD = p.NrD).Zar) nie jest niezależne od
zewnętrznego operatora where, gdyż występująca w nim nazwa p jest
wiązana w drugiej sekcji stosu, którą na stos kładzie ten operator.
 Nie można więc zastosować tutaj żadnego z opisanych wyżej wariantów
metody niezależnych podzapytań.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 11
listopad 2004
Architektura optymalizatora
Klient
zapytanie
Parser
zapytań
Drzewo syntaktyczne zapytania
Optymalizator
przepisujący
Interpreter zapytań
Statyczny stos
S_ENVS
ENVS
Statyczny stos
S_QRES
QRES
Meta-baza
Skład danych
 Szare prostokąty - elementy wykonawcze. Białe figury - struktury danych, które one
tworzą lub wykorzystują.
 Wejściem jest zapytanie w postaci źródłowej, wyjściem zapytanie skompilowane w postaci
drzewa syntaktycznego.
 Optymalizator przepisujący dokonuje zmian drzewa syntaktycznego.
 Działa na trzech strukturach: statycznym stosie środowiskowym S_ENVS (odpowiednik
ENVS), statycznym stosie rezultatów S_QRES (odpowiednik QRES) oraz metabazie.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 12
listopad 2004
Statyczna symulacja procesu ewaluacji
 Optymalizator przepisujący podczas optymalizacji symuluje ewaluację
zapytania na bazie tej informacji, która jest znana podczas jego parsingu
(bez korzystania z informacji zapisanych w bazie danych).
 W związku z tym statyczne stosy zawierają sygnatury obiektów z bazy
danych i operują na tych sygnaturach w sposób analogiczny do tego,
w jaki później interpreter będzie działał na konkretnych obiektach z bazy
danych.
 Operacje na statycznych stosach i sygnaturach są odpowiednikami
rzeczywistych operacji na rzeczywistych stosach i składzie danych
z pewną dokładnością,
• w szczególności nie są istotne pętle implikowane przez operatory
niealgebraiczne, a wyłącznie sygnatura wyniku działania operatora
niealgebraicznego.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 13
listopad 2004
Metabaza
 Głównym składnikiem metabazy jest graf schematu bazy danych.
 Metabaza może także zawierać inne dane, np. statystyki dostępu, itd.
 Graf schematu jest wewnętrznym katalogiem danych powstałym jako
skutek kompilacji schematu danych.
 Węzły grafu zawierają definicje bytów znajdujących się w bazie danych
(obiektów, atrybutów, pointerów, klas, asocjacji itd.) oraz interfejsy metod
przechowywanych w bazie danych.
 Nazwane krawędzie grafu modelują powiązania pomiędzy definicjami.
Generalnie, może być wiele rodzajów tych powiązań.
 Dla celów metody niezależnych podzapytań wyróżnimy spośród nich trzy:
• is_owner_of (ciągła linia), pomiędzy bytem nadrzędnym (np. definicją
obiektu) a bytem w stosunku do niego podrzędnym (np. definicją atrybutu,
pointera lub metody);
• points_to (przerywana linia), pomiędzy definicją pointera a definicją obiektu,
do którego taki pointer prowadzi;
• inherits_from (podwójna linia), pomiędzy definicją klasy obiektu a definicją
jego nadklasy.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 14
listopad 2004
Graf schematu bazy danych (metabaza)
Osoba 0..*
Zatrudnia 1..*
Nazwisko 1
string
RokUr 1
int
PracujeW 1
Wiek 1
void  int
Szef 1
NrD 1
int
NrP 1
int
Kieruje 0..1
Stan 1..*
string
Nazwa 1
string
Lokacja 1..*
string
Zar 0..1
int
ZmieńZar
0
nowyZar:int  void
Dział 0..*
Prac 0..*
ZarNetto 1
void  int
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 15
BudżetRoczny
void  int
1
listopad 2004
Informacje w węzłach grafu schematu
 Pozostałe informacje o schemacie przechowywane są w węzłach. Każdy
węzeł zawiera pięć informacji:
• Wewnętrzny identyfikator węzła grafu, który będzie służył jako jednoznaczna
referencja do tego węzła we wszystkich innych miejscach mechanizmu optymalizacji
(w szczególności na stosach S_ENVS i S_QRES);
• Informację, czy dany byt jest obiektem z identyfikatorem startowym (korzeniowym),
od nazwy którego może rozpocząć się zapytanie;
• Zewnętrzną nazwę danego bytu (używaną w zapytaniach);
• Ograniczenie liczności definiowanego bytu w bazie danych;
• Typ wartości danego bytu. Typem może być typ elementarny (int, string itd.),
specyfikacja wejścia i wyjścia (sygnatura) procedury lub metody, referencje do
definicji obiektów podrzędnych w grafie schematu lub referencja do definicji obiektu,
do którego prowadzi definicja pointera.
 Dalej referencje do węzłów grafu będziemy je oznaczać inazwaWęzła, gdzie
nazwaWęzła jest nazwą umieszczoną w pierwszym polu na tym rysunku.
 Drugie pole zawiera liczność definiowanego bytu w składzie danych.
 Trzecie (dolne) pole zawiera typ, zestaw referencji do podobiektów, a dla
procedur lub metod zawiera parę t1  t2, gdzie t1 jest ciągiem nazw
i typów parametrów wejściowych, zaś t2 jest typem wyjściowym.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 16
listopad 2004
Stosy statyczne
 Zadaniem stosów statycznych jest dokładne zasymulowanie działania
ewaluacji zapytań podczas czasu ich kompilacji.
 Wprowadzamy dwa takie stosy statyczne: S_ENVS i S_QRES (dla
symulacji ENVS i QRES odpowiednio).
• Stosy statyczne zawierają sygnatury.
• Sygnatury są opisami odpowiednich bytów przechowywanych na stosach
podczas ewaluacji zapytań.
 Zwrócimy uwagę że podana dalej definicja sygnatury jest rekurencyjna.
 Stos S_ENVS zawiera statyczne bindery, tj. pary o postaci
n(sygnatura)
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 17
listopad 2004
Definicja sygnatury
 Każdy typ elementarny należy do zbioru Sygnatura.
 Każda referencja do węzła grafu schematu należy do zbioru Sygnatura.
 Każdy literał należy do zbioru Sygnatura. Opcja ta jest potrzebna dla
typów wyliczeniowych (enumeration) (określanych niżej jako variant).
 Jeżeli x  Sygnatura, zaś n  N, wówczas para n(x)  Sygnatura. Taki
rezultat (nazwaną sygnaturę) będziemy nazywać statyczny binder.
 Jeżeli x1, x2, ...  Sygnatura, wówczas struct{ x1, x2, ...}  Sygnatura.
 Jeżeli x1, x2, ...  Sygnatura, wówczas variant{ x1, x2, ...}  Sygnatura.
Opcja ta jest potrzebna w przypadku, gdy opisywany byt czasu wykonania
może mieć wiele sygnatur, zaś podczas kompilacji nie jesteśmy w stanie
ustalić, która z nich będzie właściwa. Przykładem takiej sytuacji są
kolekcje z heterogenicznymi elementami.
 Jeżeli x  Sygnatura, wówczas bag{x}  Sygnatura.
 Jeżeli x  Sygnatura, wówczas sequence{x}  Sygnatura.
 Zbiór Sygnatura nie ma innych elementów.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 18
listopad 2004
Przykładowe sygnatury
Rezultaty zapytań
 struct{i1, i56}
 sequence{ i1, i6, i11}
 bag{struct{i1, i56}, struct{i6, i72},
struct{i11, i72}}
 bag{struct{n(„Kowalski”),
Zarobek(2500), d(i56)}}
 bag{struct{ Dział(i56),
Prac(bag{struct{n(„Nowak”), s(i9)},
struct{ n(„Stec” ), s(i14) }})}
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 19
Odpowiadające im sygnatury
 struct{iPrac, iDział}
 sequence{ iPrac }
 bag{ struct{ iPrac, iDział } }
 bag{struct{n(string),
Zarobek(int), d(iDział)}}
 bag{struct{Dział(iDział),
Prac(bag{struct{n(string),s(iZar)}})
}}
listopad 2004
Statyczna funkcja nested
 Analogicznie do funkcji nested, zdefiniujemy static_nested, której
zadaniem będzie przygotowanie sekcji na stosie S_ENVS w postaci
zbioru statycznych binderów. Funkcja static_nested działa na dowolnej
sygnaturze, ale jej wynik jest niepusty dla następujących przypadków:
• Dla sygnatury będącej referencją iNazwa do węzła grafu schematu opisującego
obiekt Nazwa rezultat static_nested zawiera wszystkie statyczne bindery
bytów podrzędnych. Np.
static_nested(iPrac) = { NrP(iNrp), Stan(iStan), Zar(iZar), PracujeW(iPracujeW),
Kieruje(iKieruje),ZmieńZar(iZmieńZar), ZarNetto(iZarNetto) }
• Dla sygnatury będącej referencją iNazwa do węzła grafu schematu opisującego
pointer Nazwa rezultat static_nested zawiera statyczny binder opisu obiektu,
do którego prowadzi ten pointer.
• Dla sygnatury będącej statycznym binderem static_nested zwraca zbiór
zawierający ten sam binder.
• Dla statycznych struktur:
static_nested(struct{s1, ... , sk}) = static_nested(s1)  ...  static_nested(sk)
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 20
listopad 2004
Drzewo syntaktyczne
 Drzewo syntaktyczne jest strukturą danych powstałą w wyniku rozbioru
gramatycznego (parsingu) zapytania.
 Zawiera węzły odpowiadające wszystkim semantycznie istotnym
elementom zapytania, powiązanym w taki sposób, aby całkowicie oddać
budowę zapytania, z pominięciem syntaktycznego lukru.
 Drzewo syntaktyczne może być bezpośrednio wejściem do interpretera
zapytań.
 Wszelkie optymalizacje przez przepisywanie polegają na zmianie drzewa
syntaktycznego. Musi ono mieć strukturę ułatwiającą jego
przekształcanie.
 Przepisywanie polega na przesuwaniu całych poddrzew w inne miejsce,
zmianie poddrzew, usuwaniu poddrzew lub uzupełnianiu drzewa o nowe
elementy.
 Na następnym slajdzie zaznaczyliśmy przy niektórych węzłach pole, które
będzie służyć do przechowywania informacji o wysokości stosu oraz
numerach sekcji wiązania nazw.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 21
listopad 2004
Drzewo syntaktyczne przykładowego zapytania
Prac where Zar =
((Prac where Nazwisko = ”Nowak”).Zar)
Start
Operator niealg where 2,2
 Na drzewie tym
zaznaczyliśmy
operatory
Lewe podzapytanie
Prawe podzapytanie
Nazwa Prac 1,1
Operator =
Lewe podzapytanie
Prawe podzapytanie
Operator deref
Operator deref
Nazwa Zar 2,2
Operator koercji bag  1
Operator niealg . 3,3
dereferencji i koercji
Lewe podzapytanie
Prawe podzapytanie
Operator niealg where 3.3
Nazwa Zar 3.3
Lewe podzapytanie
Prawe podzapytanie
Nazwa Prac 2,1
Operator =
Lewe podzapytanie
Literał ”Nowak”
Operator deref
Nazwa Nazwisko
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 22
Prawe podzapytanie
3.3
listopad 2004
Drzewo syntaktyczne po przepisaniu
(((Prac where Nazwisko = ”Nowak”) . Zar) group as z) .
(Prac where Zar = z)
Start
Operator niealg . info
Lewe podzapytanie
Operator group as z
Operator niealg where info
Lewe podzapytanie
Prawe podzapytanie
Nazwa Prac info
Operator =
Operator deref
Lewe podzapytanie
Operator koercji bag  1
Operator deref
Operator niealg . info
Nazwa Zar info
Lewe podzapytanie
Prawe podzapytanie
Operator niealg where info
Nazwa Zar info
Lewe podzapytanie
Prawe podzapytanie
Nazwa Prac info
Operator =
Lewe podzapytanie
Nazwa Nazwisko
Prawe podzapytanie
Nazwa z info
Prawe podzapytanie
Literał ”Nowak”
Operator deref
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 23
Prawe podzapytanie
info
listopad 2004
Algorytm statycznej analizy zapytania
 Podstawą analizy jest graf schematu, traktowany w podobny sposób jak
skład danych.
 Wynikiem statycznej ewaluacji zapytania (podzapytania) jest jego
sygnatura.
 Celem tej ewaluacji jest przypisanie numerów będących rozmiarem stosu
do wszystkich operatorów niealgebraicznych oraz przypisanie par
numerów <wysokość stosu, nr sekcji wiązania> do tych nazw
występujących w zapytaniu, które będą przedmiotem wiązania na stosie
ENVS.
 Analiza tych numerów jest podstawą ustalenia, że dane podzapytanie jest
niezależne od najbliższego operatora niealgebraicznego i w konsekwencji,
wyciągnięcie takiego podzapytania „przed nawias”, czyli przed ten
operator niealgebraiczny.
 Szczegółowy algorytm statycznej analizy zapytania znajduje się w
książce, w pracy magisterskiej T.Łazarczyka oraz w opisie implementacji
platformy Odra.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 24
listopad 2004
Procedura statycznej ewaluacji
procedure static_eval( query ) {
........
case query is n {
//n jest nazwą
... zwiąż nazwę n na stosie S_ENVS ....
... zapełnij numery w węźle drzewa syntaktycznego...
... wynik statycznego wiązania włóż na S_QRES ...
}
............
case query is q1 q2 {
// jest oper. niealgebraicznym
q1result, finalresult: TypSygnatura;
static_eval(q1);
//rezultat q1 jest na czubku S_QRES
q1result := top(S_QRES);
push(S_ENVS, static_nested(q1result));
//otwarcie nowego zakresu
...ewentualnie: włożenie sekcji nadklas ....
...zapełnienie numerów sekcji w węźle drzewa syntaktycznego...
static_eval(q2);
//rezultat q2 jest na czubku S_QRES
final_result := combine(q1result, top(S_QRES));
pop(S_ENVS);
//obniżenie S_ENVS
...ewentualnie: usunięcie sekcji nadklas ....
pop(S_QRES);
// usunięcie rezultatu q2
pop(S_QRES);
// usunięcie rezultatu q1
push(S_QRES, final_result);
//włożenie końcowego wyniku
}
}
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 25
listopad 2004
Procedura wyznaczania niezależnych podzapytań
 W rezultacie opisanego wyżej procesu dodatkowe pola informacyjne
w węzłach drzewa syntaktycznego zostaną zapełnione następującą
informacją:
• Dla węzłów reprezentujących operatory niealgebraiczne – przedział <a,b>
numerów sekcji otwieranych przez dany operator,
• Dla węzłów reprezentujących wiązane nazwy – para <c,d>, gdzie c jest
wysokością stosu w momencie wiązania nazwy, zaś d - numerem sekcji stosu,
w której ta nazwa będzie związana.
 Całość procesu optymalizacji według tej metody można zrealizować za
pomocą trzech procedur:
• void OptymalizujDrzewo(Węzeł Drzewo)
• Węzeł JestNiezależne(Węzeł OperNiealg)
• void PrzenieśPoddrzewo(Węzeł OperNiealg, Węzeł Poddrzewo)
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 26
listopad 2004
Procedura OptymalizujDrzewo
 Procedura OptymalizujDrzewo rekurencyjnie obiega drzewo syntaktyczne
od góry w dół, poszukując operatora niealgebraicznego.
 Po wykryciu takiego węzła uruchamiana jest procedura JestNiezależne,
której parametrem jest węzeł tego operatora niealgebraicznego, zaś
wynikiem – węzeł największego poddrzewa będącego w obszarze
działania tego operatora, lecz od niego niezależnego.
 Jeżeli takie poddrzewo jest znalezione, wówczas uruchamiana jest
procedura PrzenieśPoddrzewo, która fizycznie przenosi to poddrzewo
przed operator niealgebraiczny, zgodnie z regułą:
q1  q2(q3)  (q3 group as nowaNazwa) . (q1  q2(nowaNazwa))
gdzie  jest operatorem niealgebraicznym, q2(q3) jest zapytaniem,
którego składową jest podzapytanie q3, przy czym q3 znajduje się
bezpośrednio pod działaniem operatora  ; nowaNazwa jest nową,
unikalną nazwą nadaną w sposób automatyczny.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 27
listopad 2004
Procedura JestNiezależne
 Procedura wyznaczania niezależnego zapytania JestNiezależne korzysta
z przedziału numerów <a,b> charakteryzującego dany operator
niealgebraiczny i wyznacza zbiór wszystkich numerów d przypisanych do
wiązanych nazw dla danego poddrzewa, poczynając od największego
poddrzewa z prawej strony operatora niealgebraicznego i następnie
schodząc rekurencyjnie w dół drzewa.
 Jeżeli w wyznaczonym przez nią zbiorze numerów nie ma liczby
znajdującej się w przedziale <a,b>, to dane podzapytanie jest niezależne
od operatora niealgebraicznego.
 W takim przypadku procedura zwraca węzeł takiego poddrzewa.
 Nie podlegają analizie poddrzewa składające się z jednego literału lub
z jednej nazwy (bo nie można ich zoptymalizować), z wyjątkiem, gdy
nazwa oznacza wywołanie funkcji lub perspektywy.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 28
listopad 2004
Procedura PrzenieśPoddrzewo
 Procedura fizycznie przenosi podrzewo niezależnego podzapytania
poprzez zmianę powiązań pointerowych w drzewie syntaktycznym.
• Dokłada przy tym operator group as oraz unikalną nazwę.
• W stare miejsce poddrzewa wstawia tę nazwę.
 Po zadziałaniu procedury PrzenieśPoddrzewo drzewo syntaktyczne
zmienia się, zatem kontynuowanie działania rekurencyjnych procedur na
takim drzewie może prowadzić do niespójności.
 W takim przypadku najlepiej powrócić do głównego programu
optymalizatora.
 Następnie należy kolejny raz wywołać procedury static_eval
i OptymalizujDrzewo.
 Procedury te będą wywoływane aż do momentu, gdy po wywołaniu
OptymalizujDrzewo nie nastąpi wywołanie procedury PrzenieśPoddrzewo.
 Wielokrotne wykonanie procedur static_eval i OptymalizujDrzewo
zapewni to, że dane podzapytanie zostanie przesunięte przed wszystkie
operatory niealgebraiczne, od których jest niezależne.
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 29
listopad 2004
Wykorzystanie rozdzielności operatorów
 Dotychczasowe metody optymalizacyjne nie czyniły żadnych
dodatkowych założeń odnośnie do własności operatorów
niealgebraicznych, zatem obowiązują dla nich wszystkich.
 To oznacza, że nie tylko możemy wyłączać pewne niezależne
podzapytanie przed operator złączania, lecz równie dobrze przed
kwantyfikatory, operator order by, tranzytywne domknięcia itd.
 Niektóre z wprowadzonych operatorów mają bardzo korzystną własność
rozdzielności, która pozwala dodatkowo usprawnić metody
optymalizacyjne.
 Operator  będziemy określać jako rozdzielny (distributive), jeżeli dla
dowolnego stanu składu danych, stanu ENVS oraz zapytań q1, q2, q3
zapytanie
(q1  q2)  q3
jest semantycznie równoważne zapytaniu
(q1 q3)  (q2 q3)
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 30
listopad 2004
Operatory rozdzielne
 Można łatwo stwierdzić, że operatory where, kropka i join są rozdzielne.
Wynika to stąd, że wszystkie są oparte na sumie cząstkowych rezultatów
zwracanych przez q2.
 Rozdzielność może być podstawą kilku dalszych reguł przekształcania
zapytań, które mogą być podstawą pewnej metody optymalizacyjnej.
Przykładem jest reguła mówiąca, że dla dowolnych zapytań q1, q2, q3
zachodzi równoważność semantyczna:
(q1 join q2) where q3  q1 join (q2 where q3)
 Poprzez zmianę kolejności wykonywania operatorów reguła ta może
prowadzić do optymalizacji, która polegałaby na analizie kosztu
wykonania przedstawionych zapytań i wyborze zapytania z mniejszym
kosztem.
 Rozdzielność operatorów prowadzi do dalszych możliwości metod
optymalizacyjnych (są opisane w książce).
© K.Subieta. Konstrukcja systemów obiektowych i rozproszonych 5, Folia 31
listopad 2004