DB2 Parallel Edition 查詢優化深度解析：並行架構與成本模型

系統架構概覽

DB2 Parallel Edition (DB2 PE) 運行於 AIX 並行機器（如 SP2），基於 Shared-Nothing (SN) 架構與 Function Shipping 執行模型，提供線性擴展性與強大處理能力。其成本優化器綜合考量 CPU、I/O 與訊息傳遞開銷，保證 ACID 特性。

核心並行工具包括：Load、Import、Reorganize Data、Create Index，以及解決負載不均的 Redistribute 工具。Function Shipping 即在資料儲存節點就地執行運算與過濾，減少網路傳輸量。系統設有服務協調器，負責接收 SQL、分派查詢任務並回傳結果。

資料分區與 Collocated Join

DB2 PE 支援 Hash 分區，擴展 DDL 語法：

CREATE NODEGROUP GROUP_1 ON NODES(1 TO 32,40,45,48);
CREATE TABLE PARTS(Partkey INT, Partno INT) IN GROUP_1 PARTITIONING KEY(Partkey) USING HASHING;
CREATE TABLE PARTSUPP(Partkey INT, Suppkey INT) IN GROUP_1 PARTITIONING KEY(Partkey) USING HASHING;

相同分區鍵值的元組會被分派到同一節點，這類資料表稱為 collocated。在此類資料表上進行等值聯結稱為 collocated joins，無需跨節點傳輸資料，效能極佳。

查詢優化三大支柱

1. 成本優化：考量操作固有並行度與訊息通訊成本。
2. 充分利用資料分布資訊：利用基底表與中間結果表的分布與分區資訊。
3. 透明並行性：幾乎無需重寫查詢即可享受並行效能。

擴展運算子與執行方法

• 協調器：控制多個子任務協同執行。
• 進程間通訊：send/receive 操作，支援廣播、單播、有序合併與 FIFO 模式。

聯結執行方法包含：

• Collocated：就地聯結，零資料移動。
• Directed：將外部資料表元組發送至內部資料表分區所在節點。
• Broadcast：將一個關聯廣播至另一關聯所在節點群。
• Repartitioned：重新分布雙方關聯後再聯結。

查詢計劃生成策略

優化器採簡化規則縮減搜尋空間：

1. 自底向上生成計劃時，累計各節點資源佔用，取最大值作為回應時間，忽略協調器開銷與多進程干擾複雜度。
2. 決定聯結執行節點時，僅考慮內表分區節點、外表分區節點等有限子集，將搜尋空間維持在串行空間的線性比例。

基於成本的兩階段優化在並行環境不再適用，資料分區與放置策略對計劃選擇影響深遠。