PODSTAWY BAZ DANYCH. 7. Metody Implementacji Baz Danych. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 1

Transkrypt

1 PODSTAWY BAZ DANYCH 7. Metody Implementacji Baz Danych 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 1

2 Przechowywanie danych w bazie 1. Dane przechowywane są w pamięci zewnętrznej podzielonej logicznie na segmenty składające się z jednostek o stałej długości nazywanej stronami. Dla każdej tabeli tworzony jest jeden segment. 2. Każdy plik F(R) krotek typu R pamiętany jest w jednym segmencie. 3. Spójny obszar pamięci zewnętrznej, w której może być przechowywana jedna strona nazywamy blokiem. Jest to najmniejsza jednostka pamiętania danych. W jednym bloku może być pamiętanych wiele krotek. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 2

3 Przechowywanie danych w bazie W pamięci operacyjnej wydzielony jest obszar zwany buforem zdolnym do pomieszczenia stron. Przesyłanie danych pomiędzy pamięcią operacyjną i zewnętrzną przedstawia następujący schemat: 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 3

4 Odwzorowanie krotek na stronie Na każdą krotkę należącą do pliku F(R):={ r 1, r 2,..., r N } krotek typu R może być zarezerwowana na stronie stała lub zmienna wielkość pamięci. Niektóre z możliwych metod zapisywania krotek przytoczone są w kolejnym przykładzie. Przykład. Wystąpienie krotki typu PRACOWNIK( identyfikator, nazwisko, zawód, płaca, wiek ) można zapisać na stronie w następujący sposób: a) każda wartość atrybutu zapisywana jest w polu o stałej długości (podanej w ilości znaków) Długość pola w znakach Kowalski muzyk / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 4

5 Odwzorowanie krotek na stronie b) wartości wszystkich atrybutów zapisywane są w kolejnych polach o najmniejszym rozmiarze potrzebnym do ich zapamiętania i odseparowane wyróżnionym znakiem np. % 123 % Kowalski % muzyk % % 23 % c) wartości wszystkich atrybutów zapisywane są w kolejnych polach o najmniejszym rozmiarze potrzebnym do ich zapamiętania i utworzenie dla każdej krotki części przedrostkowej składającej się ze wskaźników podających adresy końców poszczególnych pól 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 5

6 Dynamiczny model pamiętania danych Dynamiczny model pamiętania bazy danych pozwala każdej stronie w różnych momentach przyporządkować różne bloki w pamięci zewnętrznej co pozwala na zmianę rozmiarów segmentów. Model ten ilustruje jak można rozwiązać problem przywrócenia bazy np. po awarii. W metodzie tej dla każdego segmentu S k tworzony jest wektor V k zwany tablicą stron i wektor binarny MAP zawierający tyle pozycji ile bloków istnieje w pamięci zewnętrznej. Model ten można dla dwóch segmentów S 1 i S 2 przedstawić przy pomocy następującego schematu: 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 6

7 Dynamiczny model pamiętania danych gdzie wektory V 1 i V 2 wskazują numery bloków, w których zapamiętane są kolejne strony odpowiednio segmentów S 1 i S 2, a 1 w wektorze MAP oznacza zajętość odpowiedniego bloku. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 7

8 Dynamiczny model pamiętania danych Dynamiczny model pamiętania bazy danych pozwala na tzw. przysłanianie pamięci, które polega na zablokowaniu części pamięci na czas konieczny na wykonanie pewnych operacji na zapisanych tam danych. Metoda ta pozwala odtworzyć bazę danych, bez konieczności robienia kopii zapasowej bazy w przypadku wystąpienia w niej błędów podczas wykonywania operacji na jej danych. Omówimy model przysłaniania pamięci na przykładzie dwóch segmentów S 1 i S 2. Realizacja jego wymaga utworzenia dodatkowych wektorów V 11, V 21, CMAP, które są odpowiednio kopiami wektorów V 1, V 2, MAP, oraz wektora STATUS, służącego do oznaczenia, że segment S 1 lub S 2 są zamknięte, tzn. nie jest tworzona jego nowa wersja. Załóżmy, że segment S 1 składa się z k stron. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 8

9 Dynamiczny model pamiętania danych Stan bazy danych przed wykonywaniem operacji na zapisanych danych można przedstawić przy pomocy następującego schematu: 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 9

10 Dynamiczny model pamiętania danych Przy otwieraniu segmentu S 1 do operacji zmieniającej jego stan należy: 1. Przekopiować wektory V 1, MAP odpowiednio do V 11, CMAP i podstawić STATUS(1) := 1; 2. Np. modyfikowana jest strona 1 zapisana w bloku 2; 3. Dla tej zmodyfikowanej strony szukamy w wektorze CMAP wolnego bloku do zapisania nowego stanu strony (może to być blok 3) i podstawiamy CMAP(3) := 1 oraz V 1 (1) := -3, (znak - oznacza stronę już zmienioną ); 4. Podobne kroki można przeprowadzić np. dla strony 2 (tworzenie nowej strony); 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 10

11 Dynamiczny model pamiętania danych Po tych operacjach stan bazy danych można przedstawić przy pomocy następującego schematu: 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 11

12 Dynamiczny model pamiętania danych 5. Możliwe są teraz dwa przypadki: (a) Jeżeli zakończono tworzenie nowej wersji i nie stwierdzono błędu to aktualne przyporządkowanie stron do bloków dane jest w wektorze V 1 ; gdy V 1 (i)<0 i V 11 (i) = n 0 to podstawiamy CMAP(n) := 0 i V 1 (i) := V 1 (i) dla i = 1, 2,..., k; (zwalniany jest tylko modyfikowany blok); aktualną mapę pamięci otrzymamy podstawiając MAP(i) := CMAP(i) dla i=1, 2,..., N; zamykamy segment S 1 podstawiając STATUS(1) := 0; (b) Jeżeli w trakcie tworzenia nowej wersji stwierdzono błąd to wracamy do pierwotnego wektora V 1 podstawiając V 1 (i) := V 11 (i) dla i=1,2,...,k; aktualna mapa pamięci dana jest w wektorze MAP; zamykamy segment S 1 podstawiając STATUS(1) := 0; W obydwu przypadkach segment zawiera stan poprawny. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 12

13 Organizacja krotek w blokach Organizacja krotek w blokach: niepodzielna dzielona 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 13

14 Budowa bloku Najmniejszą jednostką do przechowywania danych jest blok. Nagłówek bloku Wolna przestrzeń Przestrzeń danych (przechowuje wartości atrybutów) Dane Wolny obszar bloku jest zarezerwowany na uaktualnianie rekordów znajdujących się w bloku. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 14

15 Zarządzanie blokiem w ORACLE W Oracle można zarządzać sposobem zapełniania bloków danymi przy pomocy parametrów PCTFREE i PCTUSED. Blok np B Nagłówek bloku Wolna przestrzeń PCTFREE Np. 20 Dane PCTUSED Np. 40 CREATE TABLE nazwa_tabeli (atrybuty ) [ PCTFREE liczba ] [ PCTUSED liczba ] [ ] 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 15

16 Budowa bloku Parametry składowania (storage parametr): 1. PCTFREE liczba - określa rozmiar wolnej przestrzeni bloku w stosunku do rozmiaru całego bloku (wyrażona w % ) Np. PCTFREE PCTUSED liczba - określa rozmiar przestrzeni bloku poniżej, którego będzie dozwolone wstawianie nowej krotki (wyrażona w % ) Np. PCTUSED 50 Omówione parametry określa się przy definicji relacji. Jeżeli w definicji relacji nie podaje się wartości tych parametrów to przyjmowane są wartości domyślne. Jeżeli krotka nie mieści się w jednym bloku może być składowana w wielu blokach. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 16

17 Budowa bloku Blok np B Nagłówek PCTFREE np. 20 PCTUSED np / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 17

18 Budowa bloku 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 18

19 Budowa bloku 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 19

20 Operacje na krotkach w bazie danych Na pliku F(R):={ r 1, r 2,..., r N } krotek typu R mogą być wykonywane następujące czynności: wprowadzanie rekordu, usuwanie rekordu, modyfikacja rekordu, poszukiwanie rekordu o określonej wartości atrybutu. Dostęp do miejsca zapamiętania w pamięci wystąpienia krotki można uzyskać np. przy pomocy identyfikatora (w Oracle jest to ROWID), którym może być np. kolejny numer przypisany według pewnych zasad rozważanemu rekordowi przez SZBD (mało użyteczne). Będzie on wykorzystywany w innych strukturach (indeksy). 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 20

21 Rodzaje organizacji plików krotek Rodzaje organizacji plików krotek: Pliki nieuporządkowane. Pliki uporządkowane. Pliki haszowe. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 21

22 Rodzaje organizacji plików krotek Pliki nieuporządkowane Pliki nieuporządkowane. Jest to lista dwukierunkowa. Dopisywanie nowej krotki następuje na końcu tego łańcucha bloków. Wady: Przy wyszukiwaniu krotki może być konieczne przeszukanie liniowe wszystkich bloków. Zalety: Efektywne wstawianie krotek. Efektywne przy odczycie wszystkich krotek. Efektywne przy małych plikach krotek. Stosowane z innymi strukturami (np. indeksy). 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 22

23 Rodzaje organizacji plików krotek Pliki uporządkowane Pliki uporządkowane. Atrybuty porządkujące Burek Adam Burek Karol Krawczyk Karol Nowak Maria Blok-1 Nowak Zenon Piotrowski Marian Piotrowski Zbigniew Zając Maria Blok-n. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 23

24 Rodzaje organizacji plików krotek Pliki uporządkowane Zalety: Efektywny odczyt krotek według atrybutów porządkujących. Znalezienie następnej krotki według atrybutów porządkujących. Wyszukiwanie według atrybutów porządkujących metodą połowienia binarnego. Wady: Nieefektywny gdy odczyt krotek jest według atrybutów nie porządkujących. Kosztowne wstawianie i usuwanie krotek, które jest spowodowane koniecznością zachowania uporządkowania. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 24

25 Rodzaje organizacji plików krotek Pliki haszowe Pliki haszowe polegają na rozmieszczeniu krotek w różnych szufladach według pewnych zasad wyznaczonych przez funkcje haszowe stosowane do wybranego atrybutu. Przykład. Funkcja haszowa to np. h(x) = x mod liczba. 13 Szuflada Funkcja haszowa h(x) = x mod 4 13 mod 5 = 3 0 4, 8 1 5, 11, , 18, 3 7, 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 25

26 Indeksy W celu przyspieszenia wyszukiwania w plikach krotek (uporządkowanych lub nieuporządkowanych) tworzone są obiekty zwane indeksami będące dodatkową strukturą fizyczną tzn. plikiem zdefiniowanym dla atrybutu według, którego będzie realizowane wyszukiwanie. Podział indeksów: indeks podstawowy, zgrupowany, wtórny indeks rzadki, gęsty Indeks wielopoziomowy statyczny (ISAM) Indeks wielopoziomowy dynamiczny (B*-drzewo) 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 26

27 Pojęcie indeksu pliku krotek Definicja. Indeksem pliku F(R) nazywamy zbiór I:={ (x,a) ( r F(R) ) (x = key(r) a = kbd(r) ) }, gdzie key(r) jest wartością np. klucza głównego w wystąpieniu krotki r, a kbd(r) kluczem bazy danych (adresem) wystąpienia krotki r (w Oracle jest to ROWID). Każdą parę (x,a) I nazywamy elementem indeksu. Indeks może być zorganizowany w różny sposób. Dla jednej relacji może istnieć wiele indeksów. Dla uproszczenia rozważań zajmiemy się organizacją pliku indeksowego o strukturze B-drzewa, a później rozszerzymy to na organizację indeksu w postaci B*-drzewa. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 27

28 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa Definicja. Niech h 0 i m 1. Drzewo T nazywamy B-drzewem klasy t(h,m), co zapisujemy T t(h,m), gdy T = lub spełnione są następujące warunki: 1. Wszystkie drogi prowadzące z korzenia do liści są jednakowej długości równej h; 2. Każdy wierzchołek, z wyjątkiem korzenia i liści, jest początkiem co najmniej m+1 krawędzi; 3. Korzeń jest liściem lub jest początkiem co najmniej dwóch krawędzi; 4. Każdy wierzchołek jest początkiem co najwyżej 2m+1 krawędzi. Wartość h nazywamy wysokością drzewa. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 28

29 Organizacja dostępu do pliku krotek za pomocą B-drzewa Przykład. Przykład B-drzewa klasy t(3,2), h=3, m=2 korzeń wierzchołki wierzchołki liście 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 29

30 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa Organizując indeks pliku F(R) w postaci B-drzewa należy każdemu wierzchołkowi przyporządkować jedną stronę danych w następujący sposób: p 0 x 1 a 1 p 1 x 2 a 2 p 2... x l a l p l gdzie 1. 1 l 2m w przypadku korzenia i m l 2m dla wierzchołków pośrednich i liści; wartość l jest liczbą elementów indeksu na stronie, 2. x i wartością klucza głównego wystąpienia rekordu, a i kluczem bazy danych odpowiadającym wystąpieniu rekordu o wartości klucza głównego x i, 1 i l, 3. p i wskaźnikiem na wierzchołek będącym końcem krawędzi wychodzącej z tego wierzchołka, 0 i l, 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 30

31 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa przy czym dla każdego wierzchołka muszą być spełnione następujące warunki: 1. x 1 x 2... x l, 2. Niech P(p i ) oznacza wierzchołek wskazywany przez wskaźnik p i, 0 i l, a X(p i ) niech będzie zbiorem wartości klucza głównego zawartym w poddrzewie, którego korzeniem jest P(p i ). Wtedy: a) ( x X(p 0 ) ) (x x 1 ), b) ( x X(p i ) ) (x i x x i+1 ), dla 1 i < l, c) ( x X(p l ) ) (x l x ). 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 31

32 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa Przykład. Przykład organizacji indeksu w postaci B-drzewa klasy t(2,2) można przedstawić graficznie w następujący sposób: Dla uproszczenia w wierzchołkach drzewa umieszczono tylko wartości klucza głównego pomijając związane z nim adresy (wartości klucza bazy danych). 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 32

33 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa Algorytm wyszukiwania w pliku indeksowym zorganizowanym w postaci B-drzewa jest oczywisty. Mamy indeks I zorganizowany w postaci B-drzewa i wartość klucza głównego x. Indeks I jest zapamiętany na stronach. Należy wyznaczyć wartość klucza bazy danych a, takiego że (x,a) I lub stwierdzić, że x nie występuje w indeksie I. W przypadku, gdy wyszukiwanie zakończyło się niepowodzeniem (w indeksie I brak poszukiwanego elementu ) możliwe jest dołączenie elementu x do indeksu I. Ma być dołączona para (x,a). Dołączanie to może być bezkolizyjne lub może spowodować przepełnienie strony (tzn. na stronie s zapamiętanych jest już 2m elementów indeksu). W pierwszym przypadku element (x,a) dołączany jest w ten sposób by zachować rosnące uporządkowanie wartości klucza głównego na stronie, natomiast w drugim przypadku zastosować należy metodę kompensacji lub podziału. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 33

34 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa Algorytm kompensacji. Metodę tę stosujemy wtedy gdy jedna ze stron sąsiadujących ze stroną s zawiera j elementów indeksu, j<2m. Oznaczmy tą stronę przez s 1. Elementy ze stron s i s 1 z uwzględnieniem dołączanego elementu (x,a) i elementu (x ',a ' ), dla którego wskaźniki po obu stronach wskazują strony s i s 1 porządkujemy w ciąg 2m + j +2 elementów. Element "środkowy" (x i,a i ), gdzie i:=entier((2m+j+2)/2) wstawiamy w miejsce elementu (x ',a ' ). Strony s i s 1 wypełniamy następująco: 1. Jeżeli s 1 leży na lewo od strony s, to elementy (x k,a k ), k = 1, 2,..., i-1 wstawiamy na stronę s 1, a elementy (x k,a k ), k = i+1, i+2,..., 2m+j+2 na stronę s. 2. Jeżeli s 1 leży na prawo od strony s, to elementy (x k,a k ), k = 1, 2,..., i-1 wstawiamy na stronę s, a elementy (x k,a k ), k = i+1, i+2,..., 2m+j+2 na stronę s / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 34

35 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa Przykład. Dany jest fragment B-drzewa: S S Chcemy dołączyć element indeksu o wartości klucza głównego 27. Po uporządkowaniu ciągu wartości klucza głównego otrzymamy ciąg 20, 22, 26, 27, 34, 40, 45, / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 35

36 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa Po zastosowaniu metody kompensacji otrzymamy następujący fragment B-drzewa: S S / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 36

37 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa Algorytm podziału. Niech strona s zawiera 2m elementów i strony sąsiednie (obie) są zapełnione. Należy dołączyć element (x,a) do strony s. W tym celu elementy ze strony s z uwzględnieniem dołączanego elementu (x,a) porządkujemy rosnąco otrzymując ciąg 2m + 1 elementów. Elementy o numerach 1, 2,..., m umieszczamy na stronie s, a elementy o numerach m + 2, m + 3,... 2m +1 na nowo utworzonej stronie s / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 37

38 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa Element (x m+1, a m+1 ) dołączamy do strony będącej wierzchołkiem krawędzi, której końcem jest wierzchołek odpowiadający stronie s w ten sposób, aby wskaźnik będący po lewej stronie elementu (x m+1,a m+1 ) wskazywał stronę s, a wskaźnik będący po prawej stronie od tego elementu stronę s 1. Może się zdarzyć, że strona ta jest zapełniona (zawiera już 2m elementów). Wówczas należy dokonać jej podziału lub kompensację. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 38

39 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa Może zaistnieć przypadek, że z podziałem dojdziemy aż do korzenia. Przy podziale korzenia istnieje potrzeba utworzenia dwóch nowych stron (wierzchołków) - jeden s 1 zgodnie z opisanym już algorytmem oraz strony, która będzie nowym korzeniem B- drzewa. Operacja ta spowoduje powiększenie wysokości B-drzewa. Przykład. Na kolejnych slajdach pokazany jest przykład wstawiania i usuwania elementów pliku indeksowego zorganizowanego w postaci B-drzewa. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 39

40 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa. Wstawianie A , 40, 50, 60, 70 ciąg rosnący 30 Chcemy wstawić 35. W lewym liściu brak miejsca. Możemy wykonać kompensację używając ciągu 30, 35, 40, 42, 45, 50, 60, / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 40

41 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa. Wstawianie A , 30, 35, 40, 42 ciąg rosnący Przypuśćmy, że doszliśmy do następującego stanu: 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 41

42 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa. Wstawianie Chcemy dopisać element o wartości klucza / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 42

43 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa. Wstawianie Wartości klucza 95 powinna być dopisana do prawego liścia. Brak miejsca na sąsiednich wierzchołkach. Musimy dokonać podziału prawego wierzchołka używając ciągu 90, 92, 94, 95, 98 i element środkowy 94 powinien być dopisany do korzenia, w którym brak miejsca. Sąsiednich wierzchołków brak. Musimy dokonać podziału korzenia używając ciągu 35, 45, 81, 89, / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 43

44 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa. Wstawianie 81 Nowy korzeń / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 44

45 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B-drzewa. Usuwanie A Chcemy usunąć 60. Liść nie będzie spełniał warunków B-drzewa. Należy dokonać kompensacji Chcemy usunąć 50. Liść nie będzie spełniał warunków B-drzewa i nie można dokonać kompensacji. Należy dokonać złączenia / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 45

46 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B * - drzewa Pojęcie B*-drzewa. Przykład. gdzie liczba jest wartością np. klucza i r nm może być np. kluczem bazy danych lub krotką. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 46

47 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B * - drzewa - Wstawianie X a a a a a a a a a a a a a a a a / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 47

48 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B * - drzewa - Wstawianie X a a a a a a a 95 Chcemy wstawić a a a a a a a a / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 48

49 Organizacja dostępu do pliku rekordów za pomocą B * - drzewa - Wstawianie X a a a a 65 Chcemy wstawić a a a a a a a a a a a a a / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 49

50 Indeks bitmapowy Indeks bitmapowy jest zbiorem map bitowych dla każdego indeksowanego atrybutu relacji. Przykład Imie... Adam Zenon Adam Jan Karol Piotr Zbigniew Jan 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 50

51 Indeks bitmapowy Zbiór map bitowych dla atrybutu Imię Adam Zenon Jan Karol Piotr Zbigniew / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 51

52 Indeks bitmapowy Zbiór map bitowych dla atrybutu Imie można zorganizować przy pomocy B * -drzewa 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 52

53 Indeksy z odwróconym kluczem W pliku indeksowym o strukturze B*-drzewa wartości klucza pamiętane są w postaci otrzymanej z pierwotnej wartości klucza przez odwrócenie kolejności bitów. Tak zbudowany plik indeksowy nazywamy plikiem indeksowym z odwróconym kluczem (reverse key index). Przykład. Przykład indeksu o strukturze B-drzewa i indeksu z odwróconym kluczem w którym widać, że wartości bliskie zostały rozproszone do różnych stron. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 53

54 Indeksy z odwróconym kluczem Rozproszenie bliskich wartości klucza ma duże znaczenie przy współbieżnych transakcjach operujących na rekordach o bliskich wartościach klucza. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 54

55 Indeksy na wielu atrybutach Do tej pory rozważaliśmy przypadek indeksów dla pojedynczych atrybutów. Indeksy można tworzyć na kombinacji atrybutów np. rok, miesiąc. Wtedy porządek należy rozumieć następująco: para (2005,03) poprzedza parę (2007,01); para (2007,01) poprzedza parę (2007,03). Działanie tak zbudowanych indeksów jest analogiczne do omawianych wcześniej indeksów na pojedynczych atrybutach. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 55

56 Indeksy - Uwagi Uwaga. Na zbiorze atrybutów wchodzących w skład klucza głównego (Primary Key) indeks tworzony jest automatycznie. Uwaga. Na zbiorze atrybutów na których ustawiony jest warunek UNIQUE indeks tworzony jest automatycznie. Uwaga. Na zbiorze atrybutów wchodzących w skład klucza obcego (Foreign Key) nie jest tworzony automatycznie indeks, ale zaleca się utworzenie takiego indeksu gdyż przyspiesza to operacje złączeniowe. Uwaga. Zaleca się tworzenie indeksów na atrybutach względem których występuje często wyszukiwanie. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 56

57 PODSTAWY BAZ DANYCH 8. Architektura Systemu Zarządzania Bazą Danych na przykładzie SZBD Oracle 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 57

58 Struktura bazy danych Oracle Baza danych składa się z plików danych, które logicznie podzielone są na pewne obszary zwane przestrzeniami tabel ( tablespace ). Każda przestrzeń tabel składa się z co najmniej jednego pliku danych. Przestrzeń dyskowa zajmowana przez każdy plik danych jest logicznie podzielona na mniejsze jednostki bloki, rozszerzenia, segmenty. W SZBD Oracle obiekty: tabele, indeksy i inne przechowywane są w segmentach. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 58

59 Przestrzenie tabel ( tablespace ) W typowej instalacji Oracle obowiązkowo występują przestrzenie tabel: System przeznaczona na tabele systemowe, Sysaux przeznaczona na tabele systemowe, Undo przeznaczona na dane służące do wycofywania transakcji (nie można w niej pamiętać danych), Users przeznaczona na dane użytkowników, Temp przeznaczona na wyniki częściowe zapytań. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 59

60 Segment i rozszerzenie Rozszerzenie jest to ciągły obszar bloków, który musi znajdować się w jednym pliku dyskowym. plik1 B0 B1 B2 B3 B4 B8 B12 B16 Rozszerzenie 0 Rozszerzenie 1 B0 B3 B6 B9 plik2 Rozszerzenie 2 Segment 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 60

61 Segment Dla segmentu (tabeli lub indeksu) występują następujące parametry: 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 61

62 Adresowanie rekordu w bazie AAAmbdAAJAAAAAkAAA AAAmbdAAJAAAAAkAAB AAAmbdAAJAAAAAkAAC AAAmbdAAJAAAAAkAAD AAAmbdAAJAAAAAkAAE 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 62

63 Architektura systemu Oracle R A M 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 63

64 Struktura pamięci SGA (System Global Area ) Database buffers Bufor danych Redo buffers Bufor dziennika powtórzeń Shared pool - Obszar współdzielony Shared SQL Area Współdzielony obszar poleceń SQL Dictionary cache Bufor słownika danych Inne Bufor danych przechowuje dane odczytane z dysku. Bufor dziennika powtórzeń buforuje informacje o zatwierdzonych zmianach w bazie danych. Obszar współdzielony zawiera między innymi współdzielony obszar poleceń SQL (analizę składniową i plany wykonania poleceń SQL). 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 64

65 PODSTAWY BAZ DANYCH 9. Podstawowe obiekty bazy danych Oracle 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 65

66 Przestrzenie tabel i pliki danych CREATE TABLESPACE nazwa_przestrzeni DATAFILE plik SIZE rozmiar [ K M ] [ ONLINE OFFLINE ] [ PERMANENT TEMPORARY ] DEFAULT STORAGE ( ); [ INITIAL rozmiar [ K M ] ] [ NEXT rozmiar [ K M ] ] [ MINEXTENTS liczba ] [ MAXEXTENTS liczba UNLIMITED ] [ PCTINCREASE liczba ] Przy pomocy DEFAULT STORAGE określamy parametry każdego segmentu tworzonego w definiowanej przestrzeni tabel. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 66

67 Tworzenie tabel CREATE TABLE nazwa_tabeli [ PCTFREE liczba ] [ PCTUSED liczba ] [ INITRANS liczba ] [ MAXTRANS liczba ] ( atrybut typ ) [ TABLESPACE nazwa_przestrzeni ] [ STORAGE ( ) ]; [ INITIAL liczba [ K M ]] [ NEXT liczba [ K M ] ] [ PCTINCREASE liczba ] [ MINEXTENS liczba ] [ MAXEXTENS liczba ] /*domyślna UNLIMITED*/ 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 67

68 Tworzenie tabel CREATE TABLE nazwa_tabeli ( atrybut typ [,...] ) [ PCTFREE liczba ] [ PCTUSED liczba ] [ INITRANS liczba ] [ MAXTRANS liczba ] [ TABLESPACE nazwa_przestrzeni ] [ STORAGE storage ] [ CLUSTER nazwa_klastra (atrybut [, atrybut]...) ] [ AS query ]; Usuwanie tabeli DROP TABLE nazwa_tabeli [ CASCADE CONSTRAINTS ]; 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 68

69 Tabele - indeksy Można utworzyć tabelę zorganizowaną w postaci indeksu (B*-drzewa). CREATE TABLE nazwa_tabeli... ORGANIZATION INDEX; 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 69

70 Ograniczenia integralnościowe PRIMARY KEY UNIQUE NOT NULL CHECK FOREIGN KEY Przykład. CREATE TABLE osoby ( id NUMBER PRIMARY KEY, ); nazwisko VARCHAR2(15) NOT NULL, plec CHAR(1) CHECK (plec= K OR plec= M ) 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 70

71 Modyfikowanie parametrów składowania tabel Modyfikowanie parametrów tabel: ALTER TABLE nazwa_tabeli [ PCTFREE liczba ] [ PCTUSED liczba ] [ INITRANS liczba ] [ MAXTRANS liczba ] [ STORAGE ( [ NEXT liczba [ K M ]] [ PCTINCREASE liczba ] [ MINEXTENS liczba ] ]; [ MAXEXTENS liczba ] ) ]; 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 71

72 Tworzenie indeksu CREATE [ BITMAP ] INDEX nazwa_indeksu ON { nazwa_tabeli ( atrybut [,atrybut [...] ] ) CLUSTER nazwa_klastra } [ PCTFREE liczba ] [ PCTUSED liczba ] [ INITRANS liczba ] [ MAXTRANS liczba ] [ TABLESPACE nazwa_przestrzeni ] [ STORAGE ( [ INITIAL liczba [ K M ]] [ NEXT liczba [ K M ] ] [ PCTINCREASE liczba ] [ MINEXTENS liczba ] [ MAXEXTENS liczba ] ) ] [ REVERSE ]; 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 72

73 Modyfikowanie indeksu ALTER INDEX nazwa_indeksu [ PCTFREE liczba ] [ PCTUSED liczba ] [ INITRANS liczba ] [ MAXTRANS liczba ] [ STORAGE ( [ NEXT liczba [ K M ] ] [ PCTINCREASE liczba ] [ MINEXTENS liczba ] [ MAXEXTENS liczba ] ) ] ) [ REBUILD ]; DROP INDEX nazwa_indeksu; 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 73

74 Widoki (Perspektywy) Widok (perspektywa - view) jest to logiczna tabela bazująca na jednej lub wielu tabelach. Utworzyć widok może właściciel tabel, użytkownik posiadający do nich co najmniej uprawnienia SELECT lub administrator. CREATE VIEW nazwa [(alias [, alias]...)] AS query [ WITH CHECK OPTION ] ; 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 74

75 Widoki (Perspektywy) Parametry: query - identyfikuje atrybuty i wiersze tabel, na których bazuje widok. Zapytanie może być dowolnym poprawnym rozkazem SELECT nie zawierającym klauzuli ORDER BY. WITH CHECK OPTION - informuje, że wstawienia i zmiany wykonywane poprzez widok, są niedozwolone jeśli spowodują wygenerowanie wierszy, które będą niedostępne dla widoku. Uwaga. Możliwości wstawiania wiersza poprzez widoki podlega różnym ograniczeniom. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 75

76 Widoki (Perspektywy) Przykład. CREATE VIEW v_mezczyzni AS SELECT * FROM osoby WHERE plec= M WITH CHECK OPTION ; INSERT INTO v_mezczyzni VALUES ( 50, 'Murek','Jan', NULL, TO_DATE('03/05/1980','dd/mm/yyyy'), 'M'); INSERT INTO v_mezczyzni VALUES ( 60, 'Murek', 'Anna', NULL, TO_DATE('03/05/1980','dd/mm/yyyy'), 'K'); BŁĄD w linii 1: ORA-01402: naruszenie klauzuli WHERE dla perspektywy z WITH CHECK OPTION 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 76

77 Klastry Klastry są obiektami do przechowywania tabel. Projektowana tabela Rok Miesiac Wpłaty Klaster o atrybutach Rok i Miesiac Rok Miesiac Klaster o atrybutach Rok i Miesiac ze zdefiniowaną na nim tabelą Rok Miesiac / Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 77

78 Klastry Indeksowy CREATE CLUSTER nazwa_klastra ( atrybut typ [,atrybut typ [,...] ] [ PCTFREE liczba ] [ PCTUSED liczba ] [ INITRANS liczba ] [ MAXTRANS liczba ] [ TABLESPACE nazwa_przestrzeni] [ STORAGE ( [ INITIAL liczba [ K M ]] ]; [ NEXT liczba [ K M ] ] [ PCTINCREASE liczba ] [ MINEXTENS liczba ] [ MAXEXTENS liczba ] ) CREATE CLUSTER nazwa_klastra ( atrybut typ [,atrybut typ [,...] ] [ PCTFREE liczba ] [ PCTUSED liczba ] [ INITRANS liczba ] [ MAXTRANS liczba ] [ TABLESPACE nazwa_przestrzeni ] [ STORAGE ] Haszowy ( [ INITIAL liczba [ K M ]] [ NEXT liczba [ K M ] ] [ PCTINCREASE liczba ] [ MINEXTENS liczba ] [ MAXEXTENS liczba ] ) HASHKEY liczba; 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 78

79 Klastry Tworzenie indeksu na klastrze (obowiązkowe): CREATE INDEX nazwa_indeksu ON CLUSTER nazwa_klastra; Usuwanie klastra: DROP CLUSTER nazwa_klastra [ INCLUDE TABLE [ CASCADE CONSTRAINTS ] ]; Uwaga. Na jednym klastrze można tworzyć wiele tabel. ( W Oracle 10g maksymalnie 32 tabele). Uwaga. Wydajnie jest tworzenie klastrów na atrybutach złączeniowych i umieszczać w nim te tabele. 2009/ Notatki do wykładu "Podstawy baz danych" 79