Plan d exécution de requêtes. scan d une table. Scan séquentiel - sequential scan. Pour obtenir le plan de l exécution d une requête :

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1 Pour obtenir le plan de l exécution d une requête : EXPLAIN [ANALYZE] requ^ete Plan d exécution de requêtes Wies law Zielonka 23 novembre 2013 EXPLAIN seul : juste estimation de temps, la requête ne sera pas exécutée. Si EXPLAIN ANALYZE alors la requête sera exécutée et on obtient le temps réel d exécution. Mais l exécution est peut-être indésirable pour INSERT DELETE UPDATE. Pour annuler les effets d une telle requête faire : BEGIN; EXPLAIN ANALYZE... ; ROLLBACK; scan d une table Scan séquentiel - sequential scan L opération de base c est le scan (parcours) d une table. Dans les exemples j utilise la table suivante : c r e a t e t a b l e t e s t ( a i n t, b i n t, c i n t ) ; c r e a t e i n d e x i n d a on t e s t u s i n g b t r e e ( a ) ; c r e a t e i n d e x i ndb on t e s t u s i n g hash ( b ) ; i n s e r t i n t o t e s t v a l u e s ( 1, 1, 1 ), ( 2, 2, 2 ), ( 3, 3, 3 ), ( 4, 4, 4 ), ( 5, 5, 5 ) ; e x p l a i n a n a l y z e s e l e c t from t e s t where a <> 4 ; Seq Scan on t e s t ( c o s t = rows =1930 width ( a c t u a l time = rows=4 l o o p F i l t e r : ( a <> 4) Total runtime : ms (3 rows )

2 Sequential scan Indexe n est pas utilisé. On parcourt tous les enregistrements de la table bloc par bloc. Exemple. La table T possède l attribut X. On exécute la requête select * from T where X = 4; La table possède 100 enregistrements rangé dans 5 blocs (dans 5 pages mémoire), chaque bloc contient 20 enregistrements. Il y a 4 enregistrements qui satisfont la condition X = 4, 2 dans le bloc 2 et 2 dans le bloc 4. Sequential scan lira tous les blocs un par un pour retrouver les 4 enregistrements dans l ordre dans lequel les blocs sont rangés sur le disque. Donc on lit séquentiellement tous les blocs qui contiennent T. Index Scan Dans l exemple suivant Postgres a choisi d utiliser Bitmap Index Scan. La directive suivante invalide l utilisation de Bitmap Index Scan. Bitmap Index Scan e x p l a i n a n a l y z e s e l e c t from t e s t where a = 4 OR b=3 AND c =3; Bitmap Heap Scan on t e s t ( c o s t = rows=10 wid Recheck Cond : ( ( a = 4) OR ( b = 3 ) ) F i l t e r : ( ( a = 4) OR ( ( b = 3) AND ( c = 3 ) ) ) > BitmapOr ( c o s t = rows=19 width > Bitmap I n d e x Scan on i n d a ( c o s t = rows=10 width I n d e x Cond : ( a = 4) > Bitmap I n d e x Scan on i ndb ( c o s t = rows=10 width I n d e x Cond : ( b = 3) Total runtime : ms (9 rows ) Bitmap Index Scan versus Index scan set enable_bitmapscan=off; Et dans ce cas Posgres utilise Index Scan : e x p l a i n a n a l y z e s e l e c t from t e s t where a > 2 ; Quelle différence entre Bitmap Index Scan et Index Scan? Les deux types de parcours utilise l index mais les deux types de scan cherchent les données sur le disque dur aux moment différent. I n d e x Scan u s i n g i n d a on t e s t ( c o s t = rows=647 width =12) ( a c t u a l time = rows=3 l o o p s =1) I n d e x Cond : ( a > 2) Total runtime : ms (3 rows )

3 Bitmap Index Scan versus Index Scan Supposons qu il existe un indexe B-arbre sur l attribut X, on exécute une requête avec la condition X = 2 et les feuilles de ce B-arbre pointent sur les 4 enregistrements avec X = 2 comme ci-dessous : index B-arbre Donc les enregistrements recherchés se trouvent dans les bloc 4, 2, 4 et 2 en suivant l ordre de pointeurs sur les feuilles de B-arbre. enregistrements avec X=2 Index scan Bitmap Index scan On trouve les enregistrements grâce à l index. Des qu on trouve dans une feuille de B-arbre un pointeur vers un enregistrement avec X = 2 on cherche immédiatement ce enregistrements sur le disque (on lisant tout le bloc qui le contient). Dans l exemple, on lit les blocs 4, 2, 4, 2 dans cet ordre. Notez que s il y a un seul tampon dans la mémoire principale pour les données alors il faudra 4 lectures de blocs pour lire les 4 enregistrements. On utilisant l index on cherche les pointeurs vers les enregistrements concernés (mais juste les pointeurs pas les données pour l instant). On trie les pointeurs trouvés par l ordre physique de blocs. C est la phase Bitmap Index Scan. Et finalement, on lit chaque bloc concerné et on parcourt tous les enregistrements recherchés présents dans ce bloc (l étape Bitmap Heap Scan). Dans notre exemple : on lit le bloc 4 et deux enregistrements qu il contient, ensuite bloc 2 et deux enregistrements dans ce bloc. Avec un seul tampon dans la mémoire cela donne deux lectures de blocs.

4 Efficacité de différents scan Si la conditions de recherche est peu sélective (le nombre d enregistrements qui satisfont la condition est une fraction significative de la table) alors le scan séquentiel le plus efficace. Si très peu d enregistrements satisfont la condition de recherche alors le Bitmap Index Scan le plus efficace. Si le nombre d enregistrement recherché n est ni trop grand ni trop petit alors Index Scan est le plus efficace. Et d autres opérations? (cont) Et d autres opérations? EXPLAIN ANALYZE s e l e c t R. b, S. b from t e s t as R, t e s t as S where R. a=s. c ; Merge J o i n ( c o s t = rows ( a c t u a l time = rows=5 l o o p s =1) Merge Cond : ( r. a = s. c ) > I n d e x Scan u s i n g i n d a on t e s t r ( c o s t = rows =1940 width =8) ( a c t u a l time = rows=5 l o o p s =1) > S o r t ( c o s t = rows ( a c t u a l time = rows=5 l o o p s =1) S o r t Key : s. c S o r t Method : q u i c k s o r t Memory : 17kB > Seq Scan on t e s t s ( c o s t = rows ( a c t u a l time = rows=5 l o o p s =1) Classification d algorithmes Dans l exemple sur le transparent précédent plusieurs opérations formant un arbre d exécution : scan séquentiel, le résultat (table) trié dans la mémoire avec le tri rapide, index scan utilisant l index inda, et finalement la jointure : merge join. On distingue trois classes d algorithmes : basés sur le tri basés sur le hachage basés sur les indexes.

5 Temps d exécution Le temps d exécution d une requête dépend essentiellement de nombre des opérations read et write sur les disque dur. Ce nombre dépend de l algorithme utilisé mais aussi de la manière de stocker une relation. On suppose ici que les relations sont stockées de façon groupée (clustered), c est-à-dire un bloc de mémoire contient uniquement les enregistrements qui proviennent d une table, chaque table utilise le minimum de blocs de mémoire nécessaires, les enregistrements d une table remplissent complètement chaque bloc sauf peut-être le dernier. Dans la plupart de cas on lit et écrit les relations par blocs de mémoire. Le système maintient un ensemble de M tampon dans la mémoire principale, chaque tampon de taille d un bloc. Je note B(R) le nombre de blocs utilisés pour stocker la relation R. Classification des algorithmes par le nombre d opération de lecture/écriture Les algorithmes peuvent être divisés en classes en fonctions de nombre de lecture sur le disque dur : les algorithmes d une passage chaque bloc est lu une seule fois, les algorithmes avec deux passage chaque bloc est lu une fois, traité, écrit sur le disque et plus tard lu pour la deuxième fois pour être traité. les algorithmes avec plusieurs passage le lecture/écriture de chaque bloc s effectue plusieurs fois. Algorithmes avec un passage Union ensembliste R UNION S Supposons que B(R) B(S) et que B(R) M 1. (1) Lire R dans M 1 tampons, construire une structure de recherche sur les enregistrements de R qui sont dans la mémoire (table de hachage ou arbre équilibré) en utilisant tout enregistrement comme clé de recherche. (2) Envoyer sur la sortie tous les blocs de R. (3) Lire un bloc de S dans le tampon M. Pour chaque enregistrement t de S chercher t dans R et si t non trouvé alors envoyer t vers la sortie, sinon écarter t. (4) Répéter (3) tant qu il y a de blocs de S.

6 Algorithmes avec un passage Différence ensembliste Supposons toujours que B(R) B(S) et que B(R) M 1. Il faut distinguer entre R EXCEPT S et S EXCEPT R. (1) Dans les deux cas lire R dans M 1 tampons, construire une structure de recherche sur les enregistrements de R qui sont dans la mémoire (table de hachage ou arbre équilibré) en utilisant tout enregistrement comme clé de recherche. (2) Pour R S : lire chaque bloc de S dans le tampon M, pour chaque enregistrement t de S, si t dans R alors supprimer t dans la copie de R qui est dans la mémoire, après avoir examiner tous les enregistrements de S copier les enregistrements de R qui restent dans la mémoire sur la sortie. (3) pour S R : lire chaque bloc de S dans le tampon M, et pour chaque enregistrement t de S qui ne se trouve pas dans R copier t sur la sortie. Algorithmes avec un passage Intersection ensembliste R INTERSECT S Exercice. Jointure naturelle avec un passage Nested-loop join Deux relations R(X, Y ) et S(Y, Z ). Jointure naturelle R S (d autre type de jointures implémentées de manière similaire). L algorithme peut être utilisé si pour une relation, par exemple R, B(R) < M. (1) lire R dans M 1 tampons, construire une structure de recherche sur les enregistrements de R qui sont dans la mémoire (table de hachage ou arbre équilibré) en utilisant les attributs Y comme clé de recherche. (2) lire chaque bloc de S dans le tampon M et pour chaque t dans S trouver tous les enregistrements de R avec la même clé que la clé de t en utilisant la structure de recherche. Pour chaque t trouvé faire la jointure avec t et envoyer vers la sortie. Le nombre des opérations i/o de l ordre B(R) + B(S). Possible à effectuer sur les tables de taille quelconque. R(X, Y ) S(Y, Z ) On suppose que B(S) B(R) mais B(S) peut être plus grand que M (les tables n entrent pas totalement dans la mémoire principale).

7 Nested-loop join algorithme Nested-loop join complexité POUR chaque tranche de M-1 blocs de S FAIRE lire cette tranche dans la mémoire principale construire une structure de recherche sur les enregistrement de S présents dans la mémoire avec la clé de recherche Y POUR chaque bloc b de R FAIRE lire b dans la mémoire principale POUR chaque enregistrement t de b FAIRE trouver les enregistrements s de S dans la mémoire qui font la jointure avec t La boucle externe itère B(S)/(M 1) fois. Et pour chaque itération externe on lit M 1 blocs de S et B(R) blocs de R. Donc au total B(S) B(S)B(R) (M 1 + B(R)) = B(S) + M 1 M 1 sortir la jointure de t avec chaque s trouvé FIN POUR FIN POUR Algorithmes à deux passage basés sur le tri Les algorithmes basés sur le tri possèdent le même ingrédient le tri de sous listes : Dans la plupart de cas deux passages sont suffisants même pour de très grandes tables. Et si on comprend les algos à deux passages on peut soi-même concevoir des algos à plusieurs passages. Pour cette raison on considère uniquement les algos à deux passages. (1) Lire M blocs de la table R dans la mémoire principale, (2) faire le tri des enregistrements qui sont dans la mémoire en utilisant un algorithme de tri interne (par exemple quicksort), (3) écrire les M blocs sur le disque. Donc à la fin de cet algorithme chaque tranche de M blocs est triée, on l appelle sous liste.

8 Élimination de doublons avec un tri Trier les enregistrements de R en sous listes. Mettre dans chaque tampon un bloc de chaque sous liste (au début le premier) et maintenir un pointeur par liste. Mettre sur la sortie le plus petit élément pointé en ignorant les enregistrements qui lui sont identiques. La complexité : B(R) pour lire chaque bloc pour le tri, B(R) pour sauvegarder, B(R) pour lire encore une fois chaque bloc. Au total 3B(R). Jointure basée sur le tri - merge join Jointure basée sur le tri 1. Trier R avec le tri par fusion externe, faire pareil pour S. 2. fusionner R et S en utilisant deux tampons : un pour le bloc courant de R et l autre pour le bloc courant de S. Soit R.y et S.y le valeurs courantes de y dans les deux tampons. si R.y < S.y avancer le pointeur courant dans R, si S.y < R.y avancer le pointeur courant dans S, si R.y = S.y = a faire la jointure de tous les enregistrements avec la valeur a de Y et avancer les pointeurs courants dans R et S jusqu à la première valeur supérieure à a. Si nécessaire lire les blocs suivants de R et S. Il existe une variante plus efficace de jointure basée sur un tri. Dans cette version on trie uniquement chaque sous liste de R et de S (pas de tri global). Supposons que le nombre de sous listes (dans R et dans S) est inférieure à M. Dans ce cas on avance dans toutes ces listes en même temps en mettant dans les tampons les blocs courants de chaque liste. Cette version a complexité 3(B(R) + B(S)).

9 Algorithmes basés sur le hachage Grouper les enregistrements avec la même clé de hachage L idée de base : si les tables trop grandes pour entrer dans la mémoire principale alors faire hachage en utilisant la clé de hachage appropriée. Les enregistrements qui doivent être examinés ensemble pour effectuer une opération auront la même valeur de hachage. Fonction de hachage : h : cle valeur de hachage Donc l opération peut être effectuée en examinant chaque fois les groupes d enregistrements avec la même valeur de hachage. L algorithme de base c est l algorithme qui permet de regrouper les enregistrements selon leurs valeurs de hachage. On suppose que SGBD possède M tampons et les valeurs de hachage possible sont {1, 2,..., M 1}. Les premiers M 1 tampons sont utilisés pour classer les enregistrements selon leurs valeurs de hachage, le tampon M contient le bloc courant. Grouper les enregistrements avec la même clé de hachage Initialiser les tampons 1,...,M-1 vides POUR chaque bloc b de la table R FAIRE lire b dans le tampon M POUR chaque enregistrement t dans b FAIRE SI le tampon h(t) n est pas plein ALORS ajouter t dans le tampon h(t) SINON BEGIN sauvegarder le tampon h(t) sur le disque vider le tampon h(t) copier t dans le tampon h(t) END END POUR END POUR POUR chaque tampon i, 1<=i<M FAIRE SI le tampon i non vide ALORS le sauvegarder sur le disque END POUR Algorithme Hash-Join R(X, Y ) S(Y, Z ) La clé de hachage calculée sur Y. Donc les enregistrements avec la même valeur de hachage ont la même valeur de Y. Après l étape de hachage de R et S pour chaque valeur de hachage il suffit de faire la jointure comme dans l algorithme nested-loop join.

10 Exemple algorithmes basés sur les indexes Soit b(r) = 1000, b(s) = 500 et SGBD dispose de M = 101 tampons. Donc on choisit la fonction de hachage avec 100 valeurs : 1,..., 100. Après avoir haché R et S on obtient en moyenne 10 blocs de R et 5 blocs de S avec la même valeur de hachage. En particulier 5 < 100 donc pour chaque valeur de hachage i, le 5 bloc de S avec la valeur de hachage i entrent dans les tampons. Le 6ème tampon sera utilisé pour scanner les blocs de R avec la même valeur de hachage i. Il y aura read et 1500 write pour effectuer le hachage sur R et S. Et ensuite encore une fois 1500 read pour la jointure (on compte pas la sauvegarde de résultat). Indexes permettent d améliorer la vitesse de la sélection Si les critères de sélections sont restrictifs alors le tables obtenues sont petites et les jointures prennent moins de temps. Par contre juste pour faire une jointure les indexes ne sont pas très utiles. Comment aider le planificateur à bien choisir le plan d exécution? 1. Exécuter de temps en temps ANALYZE table(col1,...). ANALYZE trouve les données statistiques sur une table, ces données sont utilisées par le planificateur de requêtes. 2. Préférer les jointures plutôt que des sous requêtes. 3. Éviter surtout la sous requête IN (SELECT...).