Automating physical database design has remained a long-term interest in database research due to substantial performance gains afforded by optimised structures. Despite significant progress, a majority of today's commercial solutions are highly manual, requiring offline invocation by database administrators (DBAs) who are expected to identify and supply representative training workloads. Even the latest advancements like query stores provide only limited support for dynamic environments. This status quo is untenable: identifying representative static workloads is no longer realistic; and physical design tools remain susceptible to the query optimiser's cost misestimates. Furthermore, modern application environments such as hybrid transactional and analytical processing (HTAP) systems render analytical modelling next to impossible. We propose a self-driving approach to online index selection that eschews the DBA and query optimiser, and instead learns the benefits of viable structures through strategic exploration and direct performance observation. We view the problem as one of sequential decision making under uncertainty, specifically within the bandit learning setting. Multi-armed bandits balance exploration and exploitation to provably guarantee average performance that converges to policies that are optimal with perfect hindsight. Our comprehensive empirical evaluation against a state-of-the-art commercial tuning tool demonstrates up to 75% speed-up on shifting and ad-hoc workloads and up to 28% speed-up on static workloads in analytical processing environments. In HTAP environments, our solution provides up to 59% speed-up on shifting and 51% speed-up on static workloads. Furthermore, our bandit framework outperforms deep reinforcement learning (RL) in terms of convergence speed and performance volatility (providing up to 58% speed-up).


翻译:物理数据库自动化设计仍然是数据库研究的长期兴趣,因为优化结构带来了大量绩效成果。尽管取得了显著进步,但当今大多数商业解决方案都是高度手工操作的,要求数据库管理员(DBA)在离线上调用,他们预计将识别和提供具有代表性的培训工作量。即使是像查询仓库这样的最新进展,也只能为动态环境提供有限的支持。这种现状是站不住脚的:确定具有代表性的静态工作量不再现实;物理设计工具仍然易受到调试机的静态成本误估。此外,现代应用环境,如混合交易和分析性处理(HTAP)系统,使得分析性波动模型几乎无法进行。我们建议对在线指数选择采取自我驱动的方法,以避开DBA和查询软件软件管理员,通过战略探索和直接业绩观察来了解可行结构的好处。我们把这一问题视为在不确定性下、特别是在土豆学习环境中作出顺序决策的问题。多式土匪在探索和利用上平衡了成本的增缩率,从而可以肯定地保证平均业绩与最优化的政策一致,即精确的超速性速度处理速度。我们全面的经验性评估了25 %的进度环境,在升级后,在不断调整了我们的工业环境上进行了。

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