5.3. Структура хранимых данных

Единицей хранения данных в БД является хранимая запись. Она может представлять как полную запись концептуального уровня, так и некоторую её часть. Если запись разбивается на части, то её фрагменты представляются экземплярами хранимых записей каких-либо типов. Все части записи связываются указателями (ссылками) или размещаются по специальному закону так, чтобы механизмы междууровневого отображения могли опознать все компоненты и осуществить сборку полной записи концептуальной БД по запросу механизмов концептуального уровня.

Хранимые записи одного типа состоят из фиксированной совокупности полей и могут иметь формат фиксированной или переменной длины.

Записи переменной длины возникают, если допускается использование повторяющихся групп полей (агрегатов) с переменным числом повторов или полей переменной длины. Работа с хранимыми записями переменной длины существенно усложняет управление пространством памяти, но может быть продиктована желанием уменьшить объём требуемой памяти или характером модели данных концептуального уровня. В последнем случае для повышения производительности системы записи могут разбиваться на фрагменты фиксированной длины, возможно, различных типов.

Хранимая запись состоит из двух частей:

1.     служебная часть. Используется для идентификации записи, задания её типа, хранения признака логического удаления, для кодирования значений элементов записи, для установления структурных ассоциаций между записями. Никакие пользовательские программы не имеют доступа к служебной части хранимой записи.

2.     информационная часть. Содержит значения элементов данных.

Элементы хранимой записи могут иметь фиксированную или переменную длину. При этом обычно элементы фиксированной длины хранятся в начале записи и размещаются в памяти с заранее определённых позиций, а за ними размещаются элементы переменной длины. Хранение элементов переменной длины осуществляется одним из двух способов: размещение через разделитель или хранение размера элемента данных. Наличие полей переменной длины позволяет не хранить незначащие символы и тем существенно снижает затраты памяти на хранение данных; но при этом увеличивается время на извлечение элементов записи.

Каждой записи БД система присваивает внутренний идентификатор, называемый (по стандарту CODASYL) ключом базы данных (КБД). Значение КБД формируется системой при размещении записи и содержит информацию, позволяющую однозначно определить место размещения записи (её адрес). В качестве КБД может выступать, например, последовательный номер записи в файле или совокупность адреса страницы и смещения от начала страницы.

Конкретные составляющие КБД зависят от операционной системы и от СУБД, точнее, от вида используемой адресации и от структуризации памяти, принятой в данной СУБД.

5.4. Виды адресации хранимых записей

Рассмотрим два вида адресации: прямую и косвенную.

Прямая адресация предусматривает указание непосредственного местоположения записи в пространстве памяти. Простейший вариант адресации используется в том случае, если в памяти хранится один вид записи фиксированной длины. Тогда в качестве адреса записи может использоваться её порядковый номер. (Прямая адресация используется, например, в системах ADABAS и dBaseIII PLUS).

Прямая адресация не позволяет перемещать записи в памяти без изменения ключа базы данных. Такие изменения привели бы к необходимости коррекции различных указателей на записи в среде хранения, что было бы чрезвычайно трудоемкой процедурой. В связи с отсутствием возможности перемещения при этом возникает явление фрагментации, т.е. появление разрозненных незаполненных участков памяти.

Указанные недостатки можно преодолеть, используя косвенную адресацию. Существует множество способов косвенной адресации. Один из них состоит в том, что часть адресного пространства страницы выделяется под индекс страницы (рис. 5.2). Число статей (слотов) в нем одинаково для всех страниц. Ключом БД по-прежнему служит номер этой записи в области. С помощью простых арифметических действий можно получить по номеру записи номер нужной страницы и номер требуемого слота в индексе этой страницы. Найденный слот укажет местоположение записи на этой странице, где N, n – это соответственно номер страницы памяти и номер слота на этой странице, в котором хранится адрес записи (смещение от начала страницы).

Рис.5.2. Косвенная адресация с использованием индексов

При перемещении записи она остаётся на той же странице, и слот по-прежнему указывает на неё (меняется его содержимое, но не сам слот). Если запись не вмещается на страницу, она помещается на специально отведённые в данной области страницы переполнения, и соответствующий слот продолжает указывать место её размещения.

Этот подход позволяет перемещать записи на странице, исключать фрагментацию, возвращать освободившееся пространство для повторного использования. При этом приложения БД остаются нечувствительными к таким операциям. Таким образом, косвенная адресация входит в группу методов, обеспечивающих физическую независимость данных.

Также с адресацией связана другая функция среды хранения – поддержка связей между хранимыми записями.