книги из ГПНТБ / Левковиц, Д. Структуры информационных массивов оперативных систем

д ля п-шерлеиты и стандартной лепты стоимость возра­ стает приблизительно до 0,25 цента за символ. Отсюда видно,, что и лента и гиперлента непрактичны д л я опе­ ративного хранения и уступают по стоимости и времени

устройств являются модульными в том смысле, что их

П р а в д а , долговременное хранение на этих устройствах до­ роже, чем на ленте. Диски с фиксированной головкой и оперативную памятью следует использовать лишь в тех случаях, когда требуется высокое быстродействие, так как они обходятся значительно дороже, чем другие уст­ ройства, и не обеспечивают долговременного модульного хранения. Пунктирная линия характеризует стоимость долговременного хранения информации на таких нако­ пителях информации, как катушка ленты, накопитель на магнитных полосках или пакет дисков. Н а графике мож­ но увидеть, что хранение информации на носителях типа ленты на порядок дешевле, чем хранение на пакете ди­

большие архивные массивы информации, магнитные лен­ ты все еще являются более предпочтительными.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

СТРУКТУРА ИНФОРМАЦИИ

ИО Р Г А Н И З А Ц И Я ФАЙЛА

1

3-1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОРГАНИЗАЦИИ ФАЙЛА

Д а н н а я глава посвящена определению основных поня­ тий, необходимых д л я дальнейшего изложения . В ней рассматриваются основные концепции схемных и про­

41

ж н ы удовлетворять структура файла и система его об­

времени. Схемно, как показано в гл. 2, это влечет за со­

этом время ответа в реальном масштабе времени опре­ деляется размером подфайла и стратегией поиска спе­ циальных комбинаций таких подфайлов . В то ж е время гибкость системы во многом зависит от числа, подфайлов . Программный алгоритм, определяющий разбиение фай­ ла, называется алгоритмом построения структуры списка (list structuring).

В последующих главах книги рассматриваются и оце­ ниваются многочисленные примеры списковых структур. В дальнейшем описывается метод разбиения на подфай-

42

лы, промежуточный между последовательным и списко­ вым.

Структура ф а й л а д о л ж н а допускать поиск внутри файла по составному логическому ключу. Это утвержде ­ ние содержит три понятия, которые следует определить , точнее: ключ, составной ключ и логический ключ. Функ­

мент записи в форме цепочки символов или битов а. Тог­

(называемого полем ключей), говорят, что запись нахо­

более чем одним ключом; логика поиска при этом опре­ деляется логическими условиями на комбинацию этих

поиск, определяемый одним индивидуальным разбиением файла; запрос по составному ключу предполагает поиск

организацией Справочника ключей эффективность поиска можно повысить, но стоимость разработки системы при

43

случае, как будет д а л е е показано, генерирование и поиск разбиений относительно просты. Системы с единствен­ ным ключом разделяют на два класса: системы с одно­ значным и неоднозначным разбиениями записей в файле .

представлен записью, содержащей номер счета, имя вкладчика, приход, расход, даты и баланс . Единственным ключом такой записи является номер счета, поскольку запрос к системе может исходить только от кассира или банковского контролера, работающих с книгой счетов. В общем случае разбиение записи производится по со­

обходимость в системе с логикой запроса по составному ключу. В настоящей книге в основном рассматриваются вопросы работы систем со многими ключами . З а д а ч и , возникающие для систем с единственным ключом, пред­ ставляют вырожденный или частный случай общих за­ дач, решаемых ниже. Система, обеспечивающая поиск согласно логике составного ключа, характеризуется спо­ собностью генерировать разбиения по мультисписку. Это понятие имеет более сложную структуру, чем простое разбиение. В случае одного ключа разбиение зависит

бота этих программ вносит в разработку системы кри­ тический элемент — время ответа.

Другое функциональное требование к организации файла в информационно-поисковых системах заклгочает-

44

ся в необходимости неключевой классификации записей. В гл. 1 описан двухуровневый поисковый процесс. На первом уровне через декодирующий справочник опреде­

сей списка может быть выполнена процессором. Класси­ фикации такого типа выполняются над определенными цепочками символов (или числами) подполя, называемы ­ ми «классификаторами», причем класс допустимых опе­ раций несколько шире, чем операции с ключами . Напри ­ мер, соответствие записи по ключу требует совпадения элемента записи (подполя) с ключом, в то время как классификатор может подвергаться нескольким арифме ­ тическим и логическим тестам, таким как равенство, больше, меньше, в пределах, включение в множество,

мы классификаторы н ключи могут быть неразличимы, поскольку как те, так и другие являются д л я него де­ скрипторами записи. С другой стороны, различение этих понятий ведет к повышению эффективности работы си­ стемы. Поэтому разумно спроектированная система дол­ жна за время восстановления массива выполнять автома­ тическое (т. е. программное) преобразование классифи­ каторов в ключи и обратно.

Помимо арифметических сравнений, в системах обра­ ботки данных может потребоваться сравнение функцио­ нально преобразованных значений данных. Р е а л и з а ц и я этого требования расширяет возможности системы, но увеличивает ее сложность, что не всегда может быть оправдано . В качестве примера рассмотрим задачу по­ иска в файле информации о всех судах, имеющих водо­

ж е ключей) находится цепочка «водоизмещение судна». Таким образом, пользователь может сравнивать арифме­ тические значения, не только заранее введенные, но и полученные в результате вычислений. Вопросы реализа*

45

ции этого требования в системах, работающих в реаль­ ном масштабе времени, рассмотрены в гл. 4.

Решение об отборе той или иной записи по результату арифметического сравнения ее классификатора зави­ сит только от данных рассматриваемой записи и ие зави­ сит от значений или процедур, выполняемых над другими записями файла в целом или списком его записей, счи­ танных с З У П Д . Такие системные процедуры называют ­ ся внутризаписной обработкой (intrarecord processing). Результат сравнения функционально преобразованных значений обычно зависит от результатов предшествую­

поскольку формирование отчета требует, во-первых, вы­ деления интересующего подфайла (иногда всего ф а й л а ) и, во-вторых, переработки подфайла в отчетный доку­ мент. Процесс этот обычно межзаписный, включающий сортировки, суммирование по записям, вычисление сред­ него, подсчет единиц и другую обработку. Отчетный до­ кумент принадлежит к числу основных средств управле ­ ния. Следовательно, возможность формирования отчет­ ности является обязательным требованием, предъявляе ­

том. При этом следует использовать весь описанный вы­ ше механизм выборки, легко формируемый в терминах межзаписной обработки.

ш т а б е времени сложность программ, связанных с эксплу­

К р о м е того, при р е ж и м е обновления в реальном масшта ­ бе времени некоторые способы организации ф а й л а пред­ почтительнее других. В результате возникают ограниче­ ния на оптимизацию процесса поиска. Д л я оперативных систем существует много приложений, в которых требо­ вание реального масштаба времени поиску,

46

щение новых записей в оперативной памяти или на внеш­ нем носителе не зависит от организации файла, посколь­

чаях оправдывающих ввод в систему этого требования . Системы с динамическим распределением памяти, ис­ пользующие обновленную информацию непосредственно после ее присоединения, требуют создания процедур об­

свободой в выборе способа организации файла . В том случае, если это требование существенно, способы орга­ низации ф а й л а д о л ж н ы удовлетворительно решать как задачи обновления файла, так и з а д а ч у поиска.

В момент формирования файл находится в оптималь­ ном состоянии как по отношению к поиску, так и по отношению к обновлению (при заданном способе орга­ низации) . Однако при разрешении обновления в реаль­ ном масштабе времени сделанные компромиссы несколь­

полностью, формируют - в - конце записи остаточную часть

обращений с произвольным доступом. Д р у г о й подход со­ стоит в резервировании п а м я т и • для -- разм«щения . лолной

ния системе участков свободной памяти появляется не­ обходимость в процедуре обслуживания файла . Приве -

47

деные выше схемы размещения файла опираются на ал­ горитмы обслуживания пространства ф а й л а и характе ­ ризуют процесс, который можно назвать упорядочивани­ ем пространства записи (space brooming) и который имеет много приложений в зависимости от принятого ме­

прерывания . П р и уходе из программы по прерыванию файл д о л ж е н остаться в состоянии, готовом к пользо­ ванию.

3-2. СТРУКТУРА ИНФОРМАЦИИ

ИОРГАНИЗАЦИЯ ФАЙЛА

Дл я четкого понимания дальнейшего изложения в а ж н о определить термины: структура информации, организа­

ция ф а й л а (как синоним структуры ф а й л а ) и структура данных .. Структура информации определяется как неотъ­ емлемое свойство информации о некоторой совокупности данных, конструктивно заданное или существующее в естественном представлении данных этой совокупности. В любом случае проектировщик автоматизированной системы не контролирует ее структуру, поскольку она является неотъемлемым и фундаментальным свойством информации как таковой. Лучшее, что он может сделать

файла определяется как выбор формата для записи дан­ ных, управляющих списков, закрепление и распределение типов файлов в устройствах внешней памяти.. Д р у г и м и словами, структура информации з а д а е т с я извне системо-

! ликом принадлежит системному программисту. В своем решении он д о л ж е н удовлетворить специфическим требо­ ваниям поиска и обслуживания файла, включающим та­ кие параметры, к а к время ответа,- длина списка, логика запроса, тип З У П Д и т. д. Действительный формат запи­ си, иногда называемый структурой данных, в рамках настоящей книги почти ие представляет интереса, по-

48