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分布式数据库查询优化技术
摘 要在分布式数据库中，由于高可靠性和高速度性是其重要特点，所以对查询执行的要求也就更高。而
查询执行中查询优化是执行的关键环节，查询优化在很大程度上决定查询的效率或快慢。本文讨论的重点
是对分布式查询执行的全局处理策略进行优化，尽可能避免通信代价的开销，并着眼于查询执行的实际代
价，从分布式系统中选出一个最优的执行节点。从查询执行的效果出发，通过统计的方式，不断从最近的
查询执行代价学习纠正最近查询执行的统计代价，为查询的全局处理提供参考，以达到优化执行、提高执
行效率和速度的目的。
1
分布式数据库概述
1.1
分布式数据库的定义
所谓分布式数据库系统就是由分布于多个计
算机结点上的若干个数据库组成
,
每个子数据库系
统都是一个独立的数据库系统，它们都拥有各自
的数据库、中央处理机、终端，以及各自的局部
数据库管理系统，分布式数据库在使用上可视为
一个完整的数据库
,
而实际上它是分布在地理分散
的各个结点上。当然
,
分布在各个结点上的子数据
库在逻辑上是相关的。简单的说，分布式数据库
系统是一系列集中式数据库系统的联合。它们在
逻辑上属于同一系统，但在物理结构上是分布式
的
[1]
。
1.2
分布式数据库系统的组成
如图
1-1
所示，分布式数据库系统由以下述
成分组成
:
(1)
多台计算机设备，并由计算机网络连接。
(2)
计算机网络设备，网络通讯的一组软件。
(3)
分 布 式 数 据 库 管 理 系 统 ， 它 包 括
GDBMS
、
LDBMS
、
CM,
除了具有全局用户接口
由
GDBMS
连接外，还可以具有自治场地用户接
口，由场地
DBMS
链接，并持有独立的场地目录。
(4)
分布式数据库管理者（
DDB
），包括全局
数据库
(GDB)
和局部数据库
(LDB)
以及自制场地的
自治场地数据库。
(5)
分布式数据库管理者
(DDBA)
，它可分为
二级，一级为全局数据库管理者
(GDBA),
另一级
问局部或自治场地数据库管理者，统称为局部数
据库管理者
(LDBA)
。
(6)
分布式数据库系统软件文档，这是一组与
软件相匹配的软件文档及系统各种使用说明和文
件。
图
1-1
分布式数据库系统的结构
1.3
分布式数据库系统的功能
通常的集中式数据库管理系统应具备以下几
个基本的功能
[2]:
(1)
数据库定义功能
;
(2)
数据存取功能
;
(3)
数据库运行管理
;
(4)
数据库的建立和维护功能。
分布式数据库除了须具备以上集中式数据库
的功能外，一般还须具有以下几个方面的功能
:
(1)
分布在网络中的各节点的数据库，其物理
位置对用户透明
;
Communicatio
n
Network
S4
S1
S2
S3
在用户眼里见到的只是整个系统中有哪些数
据库，无论是本地还是远程数据库，用户操纵某
一数据库就像操纵本地数据库一样。
(2)
处于网络中的各数据库共享的数据应保证
一致性
:
当用户操纵
(
查询、更新、删除等
)
某一数据库
时，整个网络中的各节点如果有该数据库的副本
或备份数据库，应进行相应的更新操作，以保持
数据一致性。
(3)
系统的可靠性应比集中式数据库系统的可
靠性更高
:
如果因为某种原因，使系统中某一节点数据
库崩溃，系统会自动选择另一具有该数据库的节
点继续提供原来的服务。
(4)
支持多用户的并行访问，或者操作的并行
性
;
(5)
数据的安全性和完整性比集中式数据库要
求更高
;
由于分布式数据库系统中各节点数据库处于
网络环境中，数据受到破坏和窃取以及丢失的可
能性大大增加。
2
数据库查询优化技术
2.1
查询优化技术
数据库系统研究的主要目标是尽可能的对用
户隐藏数据结构的细节，使数据库系统的应用更
能面向各个领域。同样，分布式数据库研究的主
要目标之一是隐藏分布式环境的细节，使系统用
起来更加简单、有效
[3]
。
关系数据模型可以为集中式数据库提供一个
数据无关的接口关系数据库语言是关系演算，使
用该语言进行数据查询时，只需对要查询的数据
进行简单的描述，而无须说明如何获取这些数据 ，
SQL
语言就是其中之一。但是，使用这种语言，
也要对搜索、存取操作以及数据传输过程进行说
明，因此，相应的查询优化技术的研究和发展也
在不断进行。
所谓查询优化，就是要保证查询总开销和总
时间为最小。查询优化器的主要任务是控制和加
快查询的执行和数据的传输过程。
查询优化器
(
如图
2-1)
首先以查询的某
种表
示作为输入，这种表示是查询处理器的语法分析
子模块的输出，查询优化器为查询选择一种适当
的数据存取策略。然而，查询优化一直是个复杂
的问题，理想的全面的查询优化几乎是不可能的 ，
许多专家和学者在这一领域曾做出过不少的研究
和探讨，但总的说来，不尽人意，往往只能达到
局部目标的查询优化效果，甚至有些理论并不适
用。
图
2-1
查询优化处理
查询优化的基本类型通常包括两类
:
针对查询执
行代价的优化和针对查询响应时间的优化。针对
查询执行代价进行优化的目标是，使查询执行所
使用的系统资源
(
总和
)
尽量地少，从而降低系统开
销，整个系统的开销可以从单个系统资源的开销
表达式中推出。针对查询响应时间优化的目标是
尽量减少查询的响应时间，而不计较系统资源的
耗费。
2.2
分布式数据库优化设计分析
在分布式数据库系统中，一方面，许多相对
独立的处理器可能参与数据库操作。分布式数据
库可能提供若干机会
[3]
：
查找空间生成
等价的 QEP
转 化 规
则
输入查询
代 价 模
型
查找策略
查询重写
优化的逻辑查询计划
(best QEP)
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