Доступ к базе данных
В этой лекции рассматриваются технологии физического хранения данных хранящимся на диске и осуществления доступа к ним. (Далее под термином диск будут подразумеваться все устройства хранения данных прямого доступа, т.е. прежде всего традиционные жесткие диски с подвижными магнитными головками, внешние запоминающие устройства большой емкости, оптические диски и др.)
Внимание специалистов к структурам хранения и методам доступа вызвано очень медленной внешней памятью. Основным способом повышения производительности является минимизация числа дисковых операций ввода-вывода данных.
Как упоминалось ранее, любое упорядочение (расположение) данных на диске называется структурой хранения. Можно организовать самые разные структуры хранения, обладающие различной производительностью и оптимальные для различных способов использования. Однако не существует идеальной структуры хранения, которая была бы оптимальна для любых задач. Исходя из этого, можно заключить, что совершенная СУБД должна содержать несколько разных структур хранения для различных частей системы. Кроме того, следует также предусмотреть возможность изменения структуры хранения по мере изменения требований к производительности системы.
Работа СУБД построена следующим образом и включает три основных этапа (рис. 13 .59).
р
ис.
13.59
Схема взаимодействия СУБД, диспетчера
файлов и диспетчера дисков.
Сначала в СУБД определяется искомая запись, а затем для ее извлечения запрашивается диспетчер файлов.
Диспетчер файлов определяет страницу, на которой находится искомая запись, а затем для извлечения этой страницы запрашивает диспетчер дисков.
3. Наконец, диспетчер дисков определяет физическое положение искомой страницы на диске и посылает соответствующий запрос на ввод-вывод данных.
Диспетчер дисков. Диспетчер дисков является компонентом используемой операционной системы, с помощью которого выполняются все дисковые операции ввода-вывода (в некоторых операционных системах он называется компонентом базовой системы ввода-вывода).
Для выполнения этих операций необходимо знать значения физических адресов на диске. Например, если диспетчер файлов запрашивает некоторую страницу диспетчеру дисков необходимо знать, где конкретно находится страница на физическом диске. Однако "пользователю" диспетчера дисков, т.е. диспетчеру файлов, не обязательно знать физические адреса. Вместо этого диспетчеру файлов достаточно рассматривать диск как набор страниц фиксированного размера (т.е. набор "ячеек" памяти одинакового размера) с уникальным идентификационным номером набора страниц. Каждая страница, в свою очередь, обладает уникальным внутри данного набора идентификационным номером страницы, причем наборы не имеют общих страниц. Соответствие физических адресов на диске и номеров страниц достигается с помощью диспетчера дисков. Главным (и не единственным) преимуществом такой организации является изоляция программного кода, зависящего от конкретного устройства диска, внутри одного из компонентов системы, а именно внутри диспетчера дисков. В таком случае все компоненты высокого уровня, в частности диспетчера файлов, могут быть аппаратно независимыми.
Диспетчер файлов. При работе с диском как набором хранимых файлов, диспетчер файлов использует все имеющиеся средства диспетчера дисков согласно определенному в СУБД способу. При этом каждый набор страниц может содержать один или несколько хранимых файлов.
Каждый хранимый файл имеет имя (file name) или идентификационный номер (file ID), уникальные в данном наборе страниц. А каждая хранимая запись, в свою очередь, обладает идентификационным номером записи (record number или record ID), уникальным, по крайней мере, в пределах данного хранимого файла.