Лекции / Л-8 - Организация среды хранения

Организация обмена между оперативной и внешней памятью

Первоначально единицей обмена данными между ОП и ВП служила физическая запись, которая читалась (записывалась) за одно обращение к ВП. Физическая запись может соответствовать одному экземпляру логической.

Для уменьшения числа обращений к ВП при работе с БД увеличивают длину физической записи (объединяют в одну физическую запись несколько экземпляров логических записей).

В этом случае физическую запись называют блоком, а число k экземпляров логических записей, составляющих физическую запись, – коэффициентом блокировки.

Схема занесения записей во внешнюю память

Страница

В современных СУБД единицей обмена между ОП и ВП является страница (физическая запись, размер которой фиксирован и не зависит от длины логической записи).

Обмен между ОП и ВП осуществляется аналогично.

Экземпляры логических записей формируются в буфере,

размером со страницу.

Если размер страницы не кратен длине логической записи, то страница может быть заполнена не полностью, и физическая запись на внешнем носителе будет заполнена не полностью.

Подходы к организации данных

вСУБД

Для организации данных в СУБД используются два подхода:

файл-ориентированная организация;

страничная организация.

Первые системы хранения и доступа – файловые структуры и системы управления файлами (часть ОС). СУБД создавала над ними надстройку.

Файл – линейная последовательность записей. В файле можно определить текущую запись, предшествующую ей и следующую за ней.

Файл-ориентированная организация данных

Подход отражает точку зрения «чистого» программирования – стремление к построению процедур, ориентированных на обработку регулярных однородных данных.

БД физически состоит из нескольких файлов (основного, индексного, метаданных, файлов указателей и др.)

ОС активно участвует в навигации, беря на себя функции выборки, обновления, вставки, удаления записей из физических файлов.

Файловые структуры, используемые в базах данных

Для каждого файла в системе сохраняются:

имя и тип файла, размер записи;

количество занятых физических блоков;

базовый начальный адрес и способ доступа.

Файлы прямого и последовательного доступа

Различают:

устройства с произвольной адресацией (магнитные и оптические диски) – время позиционирования головки чтения-записи мало по сравнению со временем считывания записи;

устройства с последовательной адресацией (магнит-

ные ленты) – для получения доступа к элементу требуется перемотать все предшествующие элементы.

Файлы с постоянной длиной записи на устройствах прямо-

го доступа, являются файлами прямого доступа.

На устройствах последовательного доступа могут быть организованы файлы последовательного доступа с

переменной длиной записи.

Страничная организация данных (1)

Файловая структура и система управления файлами являются элементами ОС.

Применительно к БД эффективность операций вводавывода не оптимальна – стандартный язык СУБД богаче, чем набор операций файловой системы.

С ростом объемов хранимых данных механизмы управления файловыми структурами стали неэффективными.

Поэтому СУБД взяли на себя непосредственное управление ВП. Пространство ВП предоставляется для управления полностью СУБД, а ОС не получает доступа к этому пространству.

Страничная организация данных

СУБД использует иные принци-

пы и стратегии управления ВП.

Подход отражает стремление разработчиков сосредоточить в СУБД управление данными на всех уровнях – от логической обработки до управления пространством носителя.

Создание специализированных процедур, эффективно работающих со сложными нерегулярными структурами данных в сочетании с ресурсами вычислительной мощности и оперативной памяти позволяет реализовать

однофайловую физическую структуру СУБД.

Поиск и предоставление данных пользователю

Осуществляется с помощью нескольких программ доступа к данным и включает три этапа:

определяется искомая запись, для извлечения которой запрашивается диспетчер файлов;

диспетчер файлов определяет страницу, на которой находится искомая запись, и для извлечения этой страницы запрашивает диспетчер дисков.

диспетчер дисков определяет физическое положение искомой страницы на диске и посылает запрос на вводвывод данных.