Optimieren der Leistung von Data Warehouse-Abfragen durch das Filtern mithilfe einer Bitmap

Das Filtern mithilfe einer Bitmap und das optimierte Filtern mithilfe einer Bitmap wird im Abfrageplan mit dem Showplanoperator "Bitmap" implementiert. Das Filtern mithilfe einer Bitmap wird nur in parallelen Abfrageplänen mit Hash- oder Zusammenführungsverknüpfungen verwendet. Das optimierte Filtern mithilfe einer Bitmap ist nur in parallelen Abfrageplänen mit Hashverknüpfungen zulässig. In beiden Fällen wird der Bitmapfilter auf der Seite der Erstellungseingabe (der Dimensionstabelle) einer Hashverknüpfung erstellt; allerdings erfolgt der tatsächliche Filtervorgang innerhalb des Parallelism-Operators, der sich auf der Seite der Untersuchungseingabe (der Faktentabelle) der Hashverknüpfung befindet. Wenn die Verknüpfung auf einer Spalte mit ganzen Zahlen basiert, kann der Filter direkt auf den ursprünglichen Tabellen- oder Indexscanvorgang statt auf den Parallelism-Operator angewendet werden. Diese Technik wird als In-Row-Optimierung bezeichnet.

Wenn das Filtern mithilfe einer Bitmap nach der Optimierung in den Abfrageplan einbezogen wird, wird die Dauer für die Kompilierung der Abfrage verringert; allerdings ist die Anzahl von Abfrageplänen, die vom Optimierer in Betracht gezogen werden können, beschränkt, und die Kardinalitäts- oder Kostenschätzungen werden nicht berücksichtigt.

Das optimierte Filtern mithilfe einer Bitmap bietet die folgenden Vorteile:

• Das Filtern in mehreren Dimensionstabellen wird unterstützt.

• Mehrere Filter können auf einen einzelnen Operator angewendet werden.

• Optimierte Bitmapfilter können auf eine größere Zahl von Operatortypen angewendet werden. Dazu zählen Verteilungsoperatoren wie Distribute Streams und Repartition Streams, Tabellen- oder Indexscanoperatoren sowie Filteroperatoren.

• Filter sind auf SELECT-Anweisungen und die in den Anweisungen INSERT, UPDATE, DELETE und MERGE verwendeten schreibgeschützten Operatoren anwendbar.

• Filter können bei der Erstellung indizierter Sichten in den zum Auffüllen des Indexes verwendeten Operatoren angewendet werden.

• Der Abfrageoptimierer verwendet Kardinalitäts- oder Kostenschätzungen, um zu ermitteln, ob das optimierte Filtern mithilfe einer Bitmap angebracht ist.

• Der Abfrageoptimierer kann eine größere Anzahl von Plänen berücksichtigen.

Ein Bitmapfilter ist nur nützlich, wenn er selektiv ist. Der Abfrageoptimierer bestimmt, wann ein optimierter Bitmapfilter eine ausreichende Selektivität aufweist, damit er verwendet werden kann, und auf welche Operatoren der Filter angewendet wird. Der Optimierer platziert die optimierten Bitmapfilter in allen Verzweigungen einer Sternverknüpfung und ermittelt anhand von Kostenregeln, ob der Plan mit den geringsten geschätzten Ausführungskosten verbunden ist. Wenn der optimierte Bitmapfilter unselektiv ist, fällt die Kostenschätzung in der Regel zu hoch aus, und der Plan wird verworfen. Bei der Platzierung optimierter Bitmapfilter im Plan sucht der Optimierer nach Varianten von Hashverknüpfungen, z. B. einer rechtsorientierten Struktur von Hashverknüpfungen. Verknüpfungen mit Dimensionstabellen werden implementiert, um die wahrscheinlich selektivste Verknüpfung als erste auszuführen.

Der Operator, in dem der optimierte Bitmapfilter angewendet wird, enthält ein Bitmapprädikat im folgenden Format: PROBE([Opt_Bitmap1001], {[column_name]} [, 'IN ROW']). Das Bitmapprädikat gibt Aufschluss über Folgendes:

• Den Bitmapnamen, der dem im Bitmap-Operator eingeführten Namen entspricht. Das Präfix Opt_ gibt an, dass ein optimierter Bitmapfilter verwendet wird.

• Die untersuchte Spalte. Dies ist der Punkt, ab dem die gefilterten Daten durch die Struktur fließen.

• Ob bei der Bitmapuntersuchung die In-Row-Optimierung verwendet wird. Wenn dies der Fall ist, wird die Btmapüberprüfung mit dem IN ROW-Parameter aufgerufen. Andernfalls fehlt dieser Parameter.

Das folgende Beispiel zeigt eine Abfrage für ein einfaches Sternschema. Die beiden Dimensionstabellen DimProduct und DimCustomer werden mithilfe einer Primärschlüssel-zu-Fremdschlüssel-Verknüpfung über eine einzelne ganzzahlige Spalte mit der Faktentabelle FactInternetSales verknüpft.

USE AdventureWorksDW;
GO
SELECT * 
FROM dbo.FactInternetSales AS F
INNER JOIN dbo.DimProduct AS D1 ON F.ProductKey = D1.ProductKey
INNER JOIN dbo.DimCustomer AS D2 ON F.CustomerKey = D2.CustomerKey
WHERE D1.StandardCost <= 30 AND D2.YearlyIncome <= 50000;

Die folgende Abbildung zeigt den Ausführungsplan für diese Abfrage, wie er möglicherweise in SQL Server 2005 angezeigt wird. An den mit 1A markierten Punkten wurden die Dimensionstabellen gescannt, und die Informationen, die erforderlich sind, um die nicht qualifizierenden Zeilen aus der Faktentabelle (1B) herauszufiltern, sind bekannt. Allerdings zeigen die Eigenschaften des Table Scan-Operators, dass kein Prädikat verwendet wird, um die Anzahl der von der Faktentabelle zurückgegebenen Zeilen einzuschränken.

Die folgende Abbildung hingegen zeigt den Ausführungsplan für dieselbe Abfrage, wie er möglicherweise in SQL Server 2008 angezeigt wird. In den Unterstrukturen beider Dimensionstabellen werden optimierte Bitmap-Operatoren verwendet. Die Eigenschaften des Table Scan-Operators zeigen, dass die Filter (Btmapüberprüfungen) aus diesen Unterstrukturen direkt auf die Faktentabellenstruktur angewendet werden, um vor dem ersten Verknüpfungsvorgang die Anzahl der von der Faktentabelle zurückgegebenen Zeilen einzuschränken.