Лекция 6 Методы хранения данных и доступа к ним

Производительность программной системы во многом зависит от методов доступа к данным. Порой недели труда над оптимизацией алгоритма, дающей выигрыш по времени вдвое, пропадают из-за неудачного метода работы с данными, увеличивающего время на два порядка. В реальной жизни программист зачастую вынужден использовать конкретную СУБД, избранную для реализации проекта, поэтому возможности маневрировать методами доступа у него небольшие. Но если есть возможность выбора СУБД, знание используемых в ней алгоритмов работы с данными может быть полезным. Кроме того, владение методами хранения данных и доступа к ним позволяет для повышения эффективности время от времени прибегать к их собственной реализации.

Проблема эффективного доступа к данным достаточно сложна, для ее изучения требуется отдельный курс. Цель данной лекции – лишь ознакомление с проблемой на примере некоторых часто встречающихся методов. В нее включены последовательный, прямой, индексно-последовательный, индексно-произвольный методы, метод инвертированных списков, метод перемешанных таблиц (хеширования). Не рассматриваются методы, основанные на деревьях. Кроме того, не рассматриваются проблемы, связанные с физическим размещением данных в оперативной и внешней памяти.

Для оценки методов доступа и хранения используются понятия эффективности доступа и эффективности хранения.

Определение. Эффективность доступа – отношение числа логических обращений к числу физических при выборке элемента данных.

Определение. Эффективность хранения – отношение числа информационных байтов к числу физических при хранении.

Например, если на одно логическое обращение требуется два физических, то эффективность доступа 0,5. Если на 10 байт информации требуется одна двухбайтовая ссылка, эффективность хранения 10/12.

Последовательный метод

В этом методе предполагается физическое расположение записей в логической последовательности. Для выборки записи необходимо просмотреть все предшествующие ей. Очевидно, что эффективность доступа линейно зависит от длины файла. Как правило, время доступа в этом случае недопустимо велико. С другой стороны, для этого метода характерна очень высокая эффективность хранения. Кроме того, алгоритм доступа к данным крайне прост. Следовательно, метод не может применяться там, где необходим быстрый доступ к данным большого объема. Но его можно использовать в тех случаях, когда по характеру задачи следует выбирать записи последовательно (например, полное копирование данных), а также при очень небольших объемах данных в силу простоты алгоритма доступа.

Прямой метод

Для прямого метода необходимо взаимно однозначное соответствие между ключом и адресом записи. В этом случае некоторая адресная функция (возможно, тривиальная) формирует адрес, по которому выбирается запись. Это наиболее эффективный метод по времени доступа, эффективность доступа всегда равна единице. Эффективность хранения зависит от плотности размещения ключей. Если это справочная (неизменяемая) таблица, ключи могут располагаться достаточно плотно. В общем случае этот метод довольно расточителен по памяти.

Прямой метод применяется в случаях, когда время – наиболее ценный ресурс, например, при организации таблиц операционной системы, а также в тех случаях, когда характер задачи предполагает плотное хранение данных с доступом по номеру, например, в задачах вычислительной математики.