7.6 Индексно-последовательные файлы

Индексно-последовательные файлы допускают как последовательный, так и прямой доступы к блокам. При этом могут быть использованы такие же возможности, которые характерны для последовательных файлов и файлов прямого доступа. Это значит, что в индексно-последовательном файле можно последовательно читать или записывать блоки, по желанию обращаться к любому отдельному блоку с целью его чтения или модификации, а также вставлять новый блок в любое место файла, определяемое значением ключа блока. Индексно-последовательный файл создается только на ЗУПД. Каждый блок такого блока непременно должен иметь уникальный ключ, который используется для идентификации блока, а также для логического упорядочения блоков в файле. Если блок содержит несколько логических записей, то ключом всего блока является ключ последней логической записи в блоке, который имеет максимальное значение, поскольку логические записи в блоке упорядочены по ключу.

Все пространство внешней памяти на ЗУПД, выделенное для индексно-последовательного файла, состоит из трех функционально различных областей: основной области, области переполнения и индексной области, или области индексов.

Основная часть предназначена для запоминания блоков при первоначальном создании или реорганизации файла. Эта область может состоять из многих цилиндров и занимать несколько экстентов. В область переполнения помещаются новые вставляемые, или добавляемые блоки, для которых не оказалось места в основной области. Область переполнения может занимать сплошной участок, непосредственно примыкающий к основной области, или же состоять из нескольких участков, расположенных в разных местах области файла. И, наконец, индексная область содержит иерархическую систему справочников, или индексов, которые используются для доступа к индексно-последовательному файлу.

При первоначальной загрузке индексно-последовательный файл организуется как последовательный файл, блоки которого логически и физически упорядочены по ключу в основной области. Предполагается, что блоки загружаются в файл строго в порядке возрастания ключей. Область переполнения при первоначальной загрузке файла не используется и остается пустой.

После создания и первоначальной загрузки индексно- последовательного файла над ним могут выполняться операции последовательной обработки, добавления новых блоков, исключения блоков и прямого доступа к заданным блокам. Кроме того, нередко возникает необходимость реорганизации файла, если до конца заполняется какая-либо область переполнения цилиндра или независимая область переполнения или же становится слишком длинной какая-нибудь цепочка переполнения, что может существенно увеличить время доступа к файлу.

Принцип последовательной обработки файла обеспечивается логическим упорядочением блоков файла по ключу и не требует особого пояснения. Прямой доступ к любому заданному блоку (с целью его чтения или модификации) осуществляется с помощью системы индексов, адресующей блоки с точностью до дорожки или цепочки переполнения. Окончательная локализация заданного блока происходит в результате поиска блока на дорожке основной области или же в цепочке переполнения.

Остановимся более подробно на операциях добавления и исключения блоков. Блоки могут добавляться в конец файла, а также и в любое другое место файла. Рассмотрим последний случай. К моменту вставки нового блока файл уже загружен, причем каждая дорожка основной области занята блоками полностью (за исключением, может быть, пустых блоков, возникших в результате предыдущих операций исключения). Кроме того, к моменту вставки нового блока в области переполнения могут находиться цепочки переполнения.

Итак, пусть на некоторой дорожке основной области находятся блоки с ключами и пусть для этой же дорожки есть цепочка переполнения, в которой логически упорядоченно сцеплены блоки с ключами. При этом выполняется условие упорядоченности.

Допустим, что подлежит вставке в файл новый блок с ключом , причем. В силу уникальности ключейне совпадает ни с каким из ключей. В этой ситуации блок с ключомвытесняется из основной области в первый свободный блок области переполнения, снабжается дополнительным полем указателя и с помощью этого поля включается в цепочку переполнения, занимая в ней первое место. Следовательно, цепочка переполнения удлиняется на один блок, а блоки в ней следуют логически в порядке ключей. Для подлежащего вставке нового блока с ключомосуществляется необходимый сдвиг блоков на дорожке основной области так, чтобы новый блок занял место в соответствии со своим ключом. В частности, если, то сдвиг блоков на дорожке основной области не требуется, так как новый блок занимает место вытесненного блока с ключом. Описанная процедура сопровождается необходимыми изменениями нормального элемента и элемента переполнения в индексе дорожек и поясняется на рис. 7.5. В нормальном элементе индекса дорожек изменился (уменьшился) ключ, а в элементе переполнения – указатель начала цепочки переполнения.

Вернемся к исходному состоянию файла, показанному на рис.7.5,а, и допустим, что . В этом случае ни дорожка основной области, ни ее нормальный элемент не затрагиваются, а новый блок помещается в первый же свободный блок области переполнения (напомним, что адрес первого свободного блока хранится в первом элементе индекса дорожек) и включается в должное место в цепочке переполнения. В зависимости от значения ключаможет потребоваться изменение поля указателя в элементе переполнения индекса дорожек. Если, то новый блок не может попасть ни на рассматриваемую дорожку основной области, ни на ее цепочку переполнения.

Поясним теперь операцию удаления блока. Блок, подлежащий удалению, независимо от того, находится ли он в основной области или в области переполнения, помечается особым знаком. Если помеченный блок находится в основной области, то он может быть впоследствии занят при вставке нового блока с соответствующим значением ключа. Помеченные блоки не вытесняются в область переполнения и не учитываются при последовательной обработке файла. Однако при прямом доступе можно прочитать помеченный блок, как и любой другой блок. В этом случае программист должен проверить, является ли блок помеченным, т.е. логически пустым.