JP2007048318A - リレーショナルデータベースの処理方法およびリレーショナルデータベース処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】1つの分割キーでは多次元データベースが使用されるような状況において多面的な観点でのデータ検索を行なうには全データを検索対象としなければならなかった。また、これに改良を加えたものにおいてはハードウェアのシステム構成に依存したものになっていた。
【解決手段】それぞれの分割キー毎に分割条件を指定して、これらの分割範囲を組み合わせた多次元となる複数の格納領域を同時に指定することで、分割表の定義を行う。同一層のディクショナリ表に格納される分割定義情報から、どの分割キーの値が検索条件に指定されても検索対象となる格納領域を必要最小限に絞り込むことができる。
【選択図】図1
【解決手段】それぞれの分割キー毎に分割条件を指定して、これらの分割範囲を組み合わせた多次元となる複数の格納領域を同時に指定することで、分割表の定義を行う。同一層のディクショナリ表に格納される分割定義情報から、どの分割キーの値が検索条件に指定されても検索対象となる格納領域を必要最小限に絞り込むことができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、データベースの処理方法に係り、特に、ある規則に従いデータベースを複数の記憶部に格納する方法を指定したデータベースの格納方法に関する。
リレーショナルデータベース管理システムの表のデータ格納方法として、表の分割格納がある。この表分割格納の手法としては、キーレンジ分割、ハッシュ分割等が知られている。これらの技術を応用したものは特許文献1及び特許文献2に記載されている。また、これらの手法を複数段組み合わせた分割方法は特許文献3に記載されている。
これらの表を分割する理由は単に大量なデータを1つの外部記憶装置に格納することができないからではない。検索時に特定の外部記憶装置または論理的なデータベース格納領域のみを参照及び更新することによる処理速度と同時実行性の向上を目的としており、さらにバックアップや再編成を局所化できることによる運用面でのメリットをも目的としている。
キーレンジ分割やハッシュ分割では、表の1列の値を使用する場合と、表の複数の列を使用する場合がある。表の複数の列を使用する場合は複数の列の値を連結して、あくまで一つのキーとして論理的なデータベース格納領域を決定するものである。また、前述の特許文献3記載のようなこれらの手法を多段に組み合わせた分割方法では、コンピュータ群における各コンピュータへの一段目のデータベースの分割、各コンピュータにおける各プロセッサへの二段目のデータベースの分割、さらに各プロセッサにおける各外部記憶装置への三段目のデータベースの分割というように、ハードウェア構成の多段な構成要素を利用するものである。ここでのそれぞれのフェーズにおける分割ではあくまでも一つのキーが使用されるというものである。
他の従来例としては、特許文献4がある。これは、1つのキーのレンジでデータベースを分割するものである。しかも、表を定義するときにキーの値から自ずとデータの格納位置が決まるようにするものではない。データを格納するときにどこに格納したかを逐一記憶するためにレコードの格納レンジ番号と該レコードに含まれるキー値とを対応付けてキー情報格納域に格納するものである。
更に他の従来例としては特許文献5がある。ここではキーレンジ分割に用いられるキーは主キーの1つのキーだけである。そして、分割された部分テーブルをローカルデータベース処理手段に分散して保持させる。このような環境において2次キーでの検索を可能としたものである。
従来の分割格納技術では、1つの表を1つのプロセッサ内で複数の格納領域に分割する場合、その分割条件に使用するキーはただ1つである。したがって、ただ1つである分割キー以外の条件では格納領域を絞り込むことはできず、すべてのデータ格納領域を処理対象とせざるを得ない。また、多段の組合せで複数キーを使用する場合はハードウェアのシステム構成に依存することになる。
そこで本発明は、前記課題を解決するデータベース管理システムを実現することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明はリレーショナルデータベースの1つの表を構成する列の中からN個(N>1)のキーを用いて、それぞれの分割条件を指定することにより、N次元となるような各キーによる分割単位をすべて組み合わせてなるデータ格納領域を持つような分割表を定義する。この場合ハッシュ分割をくみ合わせても良い。この際、分割定義情報が同一層(同一のDBMS内)のディクショナリに格納される。この分割定義情報に従い、データを多次元の複数の論理的なデータベース格納領域に格納し、問い合わせ要求ではどの分割キーの値からでも論理的なデータベース格納領域を必要最小限に特定することによって、高速なデータベースアクセスを実現するデータベース管理システムを提供する。
以上のように、本発明によれば、コンピュータ(システム)毎による分割、各コンピュータ(システム)内におけるプロセッサ毎の分割、各プロセッサ内の記憶装置毎の分割というように階層的な構造があるなしにかかわらず、多大な蓄積データを複数(N個)の分割キーを指定して、N次元の格納領域に分割格納することができる。また、どの分割キーの値が指定されても、最適に必要最小限の格納領域に限定して検索処理を実行するため、同時実効性、スループットが向上できる。さらに、バックアップやデータ再編成の実行単位をも、よりフレキシブルに設定できるため、運用性の向上にも役立つ。
本発明はデータベースを動的なあるいは多次元の観点から検索出来るようにしようとするものであり、以下、本発明の一実施例を図1から図9を参照しながら説明する。
本発明を実装するデータベース管理システムの構成を図1に示す。データベース管理システムは、1個のプロセッサ、又は高速ネットワークやプロセッサ間結合装置101により接続された複数のプロセッサ102から構成され、それぞれのプロセッサにおける複数の外部記憶装置103も構成要素となる。論理的なデータベース格納領域104は、各外部記憶装置上に割り当てられ、複数の外部装置にまたがって割り当てられる場合もある。表や格納領域の定義情報を格納するディクショナリ105は外部記憶装置上の格納領域に存在し、専用のプロセッサで管理される場合と、複数のプロセッサで共有して管理される場合とがある。
ディクショナリ表110は分割キーの定義情報を管理する表であり、表名列111、分割キーID(表定義時の指定順序に相当し1つの表でユニークな値)列112、分割キー構成列名列113、構成列のデータ型列114、分割範囲数列115から構成される。また、この表の列111と112から構成されるBトリーインデクスがディクショナリ表と同じ格納領域内に存在し、表名による分割キー定義情報の検索処理を高速化するために使用される。ディクショナリ表110は、図3におけるD301に相当する。
ディクショナリ表120は分割キーの範囲情報を管理する表であり、表名列121、分割キーID列122、それぞれの分割範囲の上限となる境界値列123、同じ分割キー内で境界値の昇順に従い1から割り当てた(同じ分割キー内でユニークとなる)分割範囲番号列124から構成される。また、この表の列121、122、および124から構成されるBトリーインデクスがディクショナリ表と同じ格納領域内に存在し、表名と分割キーIDによる分割範囲情報の検索処理を高速化するために使用される。ディクショナリ表120は、図3におけるD302に相当する。
ディクショナリ表130は表と格納領域の対応関係を管理する表であり、表名列131、格納領域毎に表定義文で指定された順番通りに1から昇順に割り当てた格納領域順序番号(1つの表でユニークとなる番号)列132、格納領域名列133から構成される。また、この表の列131と132から構成されるBトリーインデクスがディクショナリ表と同じ格納領域内に存在し、表名、または表名と格納領域順序番号による格納領域名の検索処理を高速化するために使用される。ディクショナリ表130は、図3におけるD303に相当する。
ディクショナリ表140はシステム内の全ての格納領域の定義情報を管理する表であり、格納領域名列141、格納領域が存在する外部記憶装置のファイル名列143、外部記憶装置が管理されるプロセッサ名列142から構成される。また、この表の列141から構成されるBトリーインデクスがディクショナリ表と同じ格納領域内に存在し、格納領域名による格納領域定義情報の検索処理を高速化するために使用される。ディクショナリ表140は、図4におけるD401に相当する。
本発明の特徴を表すSQLの表定義文の一例と、その分割イメージを図2に示す。例に示す売り上げ実績表では、数ある構成列のうち、3つの列(日付、支店コード、商品種別)をそれぞれ独立した分割キーとしており、各キーとも2つの分割の境界値が指定されているから、3つのキーレンジ(範囲)に分割されているため、結局この例では27(3×3×3)個の格納領域に分割されることになる。しかし、本発明では分割キーの数、および1つの分割キーによる分割数には特に上限は設けないため、実際には膨大な数の格納領域に分割することが可能である。各格納領域は、どのプロセサのどの外部記憶装置上にあってもかまわない。それぞれの分割範囲の組み合わせにおけるデータ容量やアクセス頻度に応じ、自由に配置することができる。もちろん、1つのプロセサに閉じていてもよい。
図2の表を定義した場合の表の分割定義情報を管理するディクショナリ表の内容を図3に示す。ディクショナリ表110に相当するD301は、分割キーの定義情報を管理する表であり、分割キー毎にそのID(表定義時の指定順序)、構成列(分割キー構成列名)とそのデータ型(括弧内はキャラクタデータのバイト数を示す)、境界値による分割数などを格納する。ディクショナリ表120に相当するD302は、分割キーの範囲情報を管理する表であり、それぞれの分割キーにおける分割範囲毎にその上限となる境界値および1から昇順に割り当てた分割範囲番号を格納する。ディクショナリ表130に相当するD303は、表を分割して構成されるものであって挿入データを格納する格納領域の情報を管理する表であり、格納領域毎に表定義文で指定された順番通りに1から昇順に割り当てた格納領域順序番号を格納する。上記の例では3つの分割キーがそれぞれ3つの領域に分割されているので格納領域は1から27までに分割される。
格納領域の定義情報を管理するディクショナリ表の内容の例を図4に示す。ディクショナリ表140に相当するD401は、データベースシステムにおいて定義された全格納領域の定義情報を管理する表であり、格納領域毎に管理ノード(プロセッサ)および外部記憶装置の情報が格納される。
本発明を実装するデータベース管理システムの機能構成図を図5に示す。データベース管理システムは本実施例ではプログラムによって実現されており、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録可能である。データベース管理システムは、SQLを受け付けるコマンド解析部501、SQLの実行手順を生成するアクセスパス生成部502、実行手順に従いデータ処理を行うSQL実行制御部503、ディクショナリを管理するディクショナリ管理部504、入力データの値や検索条件からアクセス対象となる格納領域を特定する格納領域特定部505、データの入出力を司るデータベース入出力部506、他プロセッサとの通信を制御する通信制御部507から構成される。機能コンポーネント501から506はすべてのプロセッサに装備される場合と、プロセッサの役割に応じて装備される機能コンポーネントがプロセッサ毎に異なる場合とがあり、通信制御部507は複数のプロセッサ構成の場合に限りすべてのプロセッサに備わっている。
リレーショナルデータベースの表「売り上げ実績」の表定義の方法について、図2を例に用いて説明する。データベース利用者は分割キーを複数指定し、各分割キー毎に境界値を指定する。この例では第1分割キーを日付、第2分割キーを支店コード、第3分割キーを商品種別としており、それぞれ2つずつの境界値を指定している(それぞれ3つの分割範囲となる)。また、同時に格納領域を指定する。第1分割キーの1番目の範囲かつ第2分割キーの1番目の範囲かつ第3分割キーの1番目の範囲を満たすデータを格納する格納領域(A111)、第1分割キーの1番目の範囲かつ第2分割キーの1番目の範囲かつ第3分割キーの2番目の範囲を満たすデータを格納する格納領域(A112)、第1分割キーの1番目の範囲かつ第2分割キーの1番目の範囲かつ第3分割キーの3番目の範囲を満たすデータを格納する格納領域(A113)、第1分割キーの1番目の範囲かつ第2分割キーの2番目の範囲かつ第3分割キーの1番目の範囲を満たすデータを格納する格納領域(A121)、……という順番(規則)ですべての組み合わせを満足する格納領域を指定する。
表定義の流れについて図6に示す。表定義文をコマンド解析部501が解析する(601)。解析された分割定義情報はディクショナリ管理部504に渡され、図1に示すディクショナリ表に格納される。分割キー毎の定義情報としては、その指定順序に従い1から昇順に分割キーIDを割り当て、表名、分割キーID、分割キー構成列名(複数列で1つのキーを構成することも可)、データ型、分割数を1組(行)のデータとしてディクショナリ表110に登録する(602)。図2の例ではD301に3行のデータを登録する。各分割キーにおける各分割範囲の定義情報としては、各分割範囲毎に対応する境界(最大)値の昇順に従い1から分割範囲番号を割当て、表名、分割キーID、境界値(最後の範囲は分割キーの最大値となる)、分割範囲番号を1組(行)のデータとしてディクショナリ表120に登録する(603)。図2の例では3つの分割キーそれぞれが3つの分割範囲に分けられるため、D302に9行のデータを登録する。表定義に関する格納領域定義情報としては、各格納領域に対して表定義で指定された順番に従い1から格納領域順序番号を割り当て、表名、格納領域順序番号、格納領域名を1組(行)のデータとしてディクショナリ表130に登録する(604)。行数は指定された格納領域の数に相当し、図2の例ではD303に27行のデータを登録する。
売り上げ実績表にデータを挿入する場合の流れを図7に示す。データベース利用者が端末からデータの挿入を指示するSQLを発行すると、コマンド解析部501により解析処理が行われ、 SQLの最適な実行手順を生成するアクセスパス生成部502に制御が渡る(701)。アクセスパス生成部502は挿入するデータの分割キーの値とともに格納領域特定部505に制御を渡す(702)。格納領域特定部505はディクショナリ管理部504を介してディクショナリに格納されている対象表の分割定義情報(110、120)を求め(703)、求めた分割定義情報と挿入データの分割キーの値から格納領域を特定する(704、詳細は後述)。アクセスパス生成部502は、格納領域特定部で特定された格納領域の情報を元にアクセスパスを生成し、SQL実行制御部503に制御を渡す(705)。SQL実行制御部503はアクセスパスに従い、同一プロセッサのデータベース入出力部506、または通信制御部507を介して他プロセッサのデータベース入出力部506に制御を渡す(706)。データベース入出力部506は該当する格納領域にデータを挿入する(707)。
格納領域特定処理の流れを図8に示す。ここでは挿入データが持つ分割キー毎の分割範囲番号を求め、さらに、上記の例でいえば格納領域が格納領域順序番号1から27のどれに該当するかを求めるものである。ここで、データの挿入時には挿入データに関して各分割キーについて必ず値が与えられているものである。
はじめに分割キーIDを格納する変数nに初期値1を代入する(801)(すなわち、最初の分割キーについて処理をする、上記の例でいえば「日付」について処理をすることになる)。次に分割キー毎に用意されるビット変数(各ビットのオフセット+1が格納領域順序番号に相当するため、1エントリが表の格納表数×1ビット以上の長さの分割キー数分の配列)の要素S(n)を0クリアする(802)(即ち、上記の例でいえば、分割キー「日付」に対応する27個のビット列が用意され、初期値として「0」にされる)。次に検索時の特定処理の場合は、ある分割キーにおいては条件値が指定されない場合があるため、この時はS(n)の全てのビットをONとして(全格納領域を検索対象候補として)811に分岐する(803)(検索時と共通のフローとしたためで、挿入時は必ず分割キーについての値は特定されるので関係ない)。挿入時または分割キーIDがnである分割キーに対する検索条件が指定されている場合は、分割キーIDがnより大きい分割キーの分割数(ディクショナリ表110から取得済み)をすべて掛け合わせ、その値(該当する分割キーが存在しない場合は1)を変数Cに代入する(804)(上記の例でn=1即ち、「日付」についての処理をしている場合は分割キーID2の「支店コード」の分割数3と分割キーID3の「商品種別」の分割数3を掛けた9をCに代入)。次に分割キーIDがnである分割キーの分割数を変数Dに代入する(805)(「日付」の場合はD=3である)。
次に分割キーIDがnである分割キーの値(挿入値または検索条件)とディクショナリ表120から得たその分割キーの昇順に並んだ境界値とを比較して(分割範囲数が多くても高速処理できるよう2分探索でサーチをかけ)、該当する分割範囲番号を求め、変数Fに代入する(806)。次に該当する先頭の格納領域順序番号を求めるべく、(F−1)×C+1を変数Gに代入する(807)(もし、分割キーの値が分割範囲番号2であればG=10である)。次にビット変数S(n)におけるG番目から連続するC個のビットをONにする(808)(上記の例でいえばS(1)の10番目から連続する9個のビットをONにする)。
次に、Gの値を次に該当する格納領域順序番号に更新すべく、C×Dを加える(809)。Gの値が格納領域順序番号の最大値を超えていなければ808に分岐して処理を繰り返す(810)。Gの値が格納領域順序番号の最大値を超えていれば(上記の例でいえば27を越せばもうその分割キーについての処理は終了したから)、次の分割キーによる特定処理を行うためにnに1を加算する(811)。nが分割キーの数を超えていなければ802に分岐して処理を繰り返す(812)(即ち、分割キーID2の「支店コード」および分割キーID3の「商品種別」について上記と同様の処理を行う)。nが分割キーの数を超えれば、ビット変数の配列要素S(1)〜S(n−1)(上記の例でいえばそれぞれ27個のビット列)までのすべての論理積を求める(上記の例でいえば分割キー毎のそれぞれの27個のビットのうち共通にビットがONになっている位置が求まる、そこがその挿入データの格納領域順序番号である)。ONとなるビット(挿入時は必ず1つ)位置に対応する格納領域順序番号と表名によりディクショナリ表130を検索することで、特定された格納領域名が求まる。これら格納領域名によりディクショナリ表140を検索することで、特定された格納領域のプロセッサと外部記憶装置への情報が求まる(813)。データ挿入時には、すべての分割キーの値からただ1つの格納領域が求まる。
売り上げ実績表からデータを検索する場合の流れを図9に示す。データベース利用者が端末からデータの検索を指示するSQLを発行すると、コマンド解析部501により解析処理が行われ、 SQLの最適な実行手順を生成するアクセスパス生成部502に制御が渡る(901)。アクセスパス生成部502は検索条件で指定された分割キーの値(またはその範囲)とともに格納領域特定部505に制御を渡す(902)。格納領域特定部505はディクショナリ管理部504を介してディクショナリに格納されている対象表の分割定義情報(110、120)を求め(903)、求めた分割定義情報と検索条件の分割キーの値から格納領域を特定する(904、詳細は前述)(このとき、ある分割キーについて分割範囲が与えられなかった場合は複数の格納領域について検索が行なわれることになる)。アクセスパス生成部502は、格納領域特定部で特定された格納領域の情報を元にアクセスパスを生成し、SQL実行制御部503に制御を渡す(905)。SQL実行制御部503はアクセスパスに従い、同一プロセッサのデータベース入出力部506、または通信制御部507を介して他プロセッサのデータベース入出力部に制御を渡す(906)。データベース入出力部は該当する格納領域にアクセスしてデータを検索する(907)。データ検索時は、すべての分割キーに対して検索条件が指定されている場合に限りただ1つの格納領域が求まる。ただし、いずれかの分割キーに対して検索条件が指定されていれば、アクセス不要な格納領域を検索対象から排除し、格納領域を絞り込むことができる。
101…ネットワーク又はプロセッサ間結合装置、102…プロセッサ、103…外部記憶装置、104…データベース格納領域、105…ディクショナリを格納するデータベース格納領域、110…分割キー定義情報管理表、111…表名列、112…分割キーID列、113…分割キー構成列名列、114…データ型列、115…分割範囲数列、120…分割キー範囲情報管理表、121…表名列、122…分割キーID列、123…境界値列、124…分割範囲番号列、130…分割表格納領域管理表、131…表名列、132…格納領域順序番号列、133…格納領域名列、140…格納領域定義情報管理表、141…格納領域名列、142…プロセッサ名列、143…外部記憶装置名列。
Claims (12)
- リレーショナルデータベースを構成する表をキーレンジ分割またはハッシュ分割を組み合わせることにより複数次元に分割し、該複数次元のうち少なくとも2以上についてキーレンジを割り付ける前記表の列を決定し、該列は複数のキーレンジが予め設けられ、前記少なくとも2以上の列に割り付けられたそれぞれのキーレンジに対応して一つのデータ格納領域を割り付け、その分割定義情報をディクショナリに格納することを特徴とするリレーショナルデータベースの処理方法。
- 第1の問合せ要求の入力に応じて前記ディクショナリを参照し、該入力した問合せ要求に含まれる前記列における第1の列に対応するキー値で特定される前記データ格納領域を検索範囲として特定し検索を行い、
第2の問合せ要求の入力に応じて前記ディクショナリを参照し、該入力した問合せ要求に含まれる前記列における第2の列に対応するキー値で特定される前記データ格納領域を検索範囲として特定し検索を行うことを特徴とする請求項1記載のリレーショナルデータベースの処理方法。 - データベースへの挿入要求の入力に応じて、該挿入要求に含まれる該挿入要求をデータベースへの挿入データを該挿入要求に含まれる複数個の前記キーレンジが割り付けられた列に対応するキー値で特定される前記データ格納領域に挿入することを特徴とする請求項1記載のリレーショナルデータベースの処理方法。
- データベースへの更新要求の入力に応じて、該更新要求に含まれるデータベースへの更新データを該更新要求に含まれる複数個の前記キーレンジが割り付けられた列に対応するキー値で特定される前記データ格納領域に格納されたデータについて更新することを特徴とする請求項1記載のリレーショナルデータベースの処理方法。
- 検索要求の入力に応じて、該検索要求に含まれるデータベースへの検索条件で、該検索要求に含まれる複数個の前記キーレンジが割り付けられた列に対応するキー値で特定される前記データ格納領域について検索することを特徴とする請求項1記載のリレーショナルデータベースの処理方法。
- リレーショナルデータベースを構成する表をキーレンジ分割またはハッシュ分割を組み合わせることにより複数次元に分割し、該複数次元のうち少なくとも2以上についてキーレンジを割り付ける前記表の列を決定し、該列は複数のキーレンジが予め設けられ、前記少なくとも2以上の列に割り付けられたそれぞれのキーレンジに対応して一つのデータ格納領域を割り付ける手段と、その分割定義情報をディクショナリに格納する手段とを備えたことを特徴とするリレーショナルデータベースの処理装置。
- 第1の問合せ要求の入力に応じて前記ディクショナリを参照し、該入力した問合せ要求に含まれる前記列における第1の列に対応するキー値で特定される前記データ格納領域を検索範囲として特定し検索を行い、
第2の問合せ要求の入力に応じて前記ディクショナリを参照し、該入力した問合せ要求に含まれる前記列における第2の列に対応するキー値で特定される前記データ格納領域を検索範囲として特定し検索を行う手段を備えたことを特徴とする請求項6記載のリレーショナルデータベースの処理装置。 - データベースへの挿入要求の入力に応じて、該挿入要求に含まれる該挿入要求をデータベースへの挿入データを該挿入要求に含まれる複数個の前記キーレンジが割り付けられた列に対応するキー値で特定される前記データ格納領域に挿入する手段を備えたことを特徴とする請求項6記載のリレーショナルデータベースの処理装置。
- データベースへの更新要求の入力に応じて、該更新要求に含まれるデータベースへの更新データを該更新要求に含まれる複数個の前記キーレンジが割り付けられた列に対応するキー値で特定される前記データ格納領域に格納されたデータについて更新する手段を備えたことを特徴とする請求項6記載のリレーショナルデータベースの処理装置。
- 検索要求の入力に応じて、該検索要求に含まれるデータベースへの検索条件で、該検索要求に含まれる複数個の前記キーレンジが割り付けられた列に対応するキー値で特定される前記データ格納領域について検索する手段を備えたことを特徴とする請求項6記載のリレーショナルデータベースの処理装置。
- リレーショナルデータベースにおける複数の列のうちキーレンジを割り付ける前記列を複数決定し、該列は複数のキーレンジが予め割り付けられ、前記列に割り付けられたそれぞれのキーレンジに対応して一つのデータ格納領域を割り付け、その割り付けの定義情報をディクショナリに格納することを特徴とするリレーショナルデータベースの処理方法。
- 列に割り付けられたそれぞれのキーレンジに対応して一つのデータ格納領域を割り付け、その割り付けの定義情報をディクショナリに格納することを特徴とするリレーショナルデータベースの処理方法。
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