Структуры внешней памяти. Организация индексов

Особенности организации внешней памяти для реляционных СУБД:

· двухуровневая система управления данными;

1) языковый уровень управления данных(запрос на данные идет на уровне  SQL);

2) дисковый (запрос осуществляется на уровне дисков)

· нужно хранить метаинформацию;

· регулярность структур данных – поскольку основной объект таблица;

· эффективность поиска обеспечивается созданными индексами.

· Для надежности и восстановления используется журнализация.

Для решения выше перечисленного во внешней памяти БД хранятся следующие элементы:

1) Строки таблиц

2) Различные управляющие таблицы для метаинформации

3) Таблицы индексов

4) системный журнал

5) служебная информация о распределении памяти

Индексы – это специальные файлы. Которые нужно создавать для поиска.СУБД автоматически создает индекс поиска по ключу.

Хранение таблиц: можно хранить по строкам, по столбцам. Внешняя память разбита на страницы. Информация на 1 странице может иметь одну и несколько страниц. Строки связаны в списки.

Для хранения по строкам

Характеристики построенной организации памяти:

1) каждая строка обладает уникальным ключом;

2) каждый кортеж располагается на одной странице

3) на одной странице как правило кортежи только одного отношения;

4) неопределенность значений

5) необходимость транзакции

Индексы, их основное назначение состоит в обеспечении эффективного прямого доступа к кортежу отношения по ключу.

Индекс всегда определяется для 1 таблицы. Индекс бывает простым и составным. В отличии от ключа, индексы различных строк могут совпадать.

Для хранения по столбцам – для каждого кортежа отношения хранится кортеж со ссылками на соответствующие столбцы.

Для индексов используются сбалансированные, ветвистые В-деревья.

Организация вычислений в автоматизированных системах.

Системы Клиент-сервер.

Система разбивается на 2 части, которые могут выполняться в разных узлах сети – клиентскую и серверную. Представляет собой дерево, где листы клиенты, а корень – сервер. Прикладная программа или конечный пользователь взаимодействуют с клиентской частью системы, которая в простейшем случае обеспечивает просто подсетевой интерфейс. Клиентская часть системы при потребности обращается по сети к серверной части. Интерфейс серверной части определен и фиксирован, поэтому возможно создание новых клиентский частей существующей системы.

Файл-сервер и клиент-сервер системы.

Архитектура файл-сервер предполагает наличие трех основных компонент: файлового сервера, файлового клиента и набора локальной сети для общения между ними.

Файловый сервер - это комплекс аппаратных и программных средств, обеспечивающий совместный доступ к файловым ресурсам (а также к принтерам) через локальную сеть многим пользователям одновременно.

Файловый клиент - это набор программного обеспечения, обеспечивающий доступ к файловым ресурсам сервера (или серверов) с персонального компьютера. Клиент устанавливается на каждом рабочем месте, с которого должен осуществляться доступ к серверу. Локальная сеть, соединяющая между собой клиент и сервер. Работоспособность файл-серверного приложения напрямую зависит от надежности и производительности локальной сети.

Весь обмен на уровне файлов. Всю обработку данных проводит клиент. Благодаря архитектуре файл-сервер повышается безопасность системы, можно предоставить разный уровень доступа к данным.

Однако эта архитектура обладает огромным количеством ограничений, связанных с количеством одновременно работающих приложений, с их увеличением возрастает нагрузка на сеть. А также проблемы с сохранностью данных при внесении изменений с разных мест.

Поэтому происходит переход к архитектуре клиент-сервер. Тут уже не сервер файлов, а сервер баз данных или сервер приложений. То есть на сервер ложится не только хранение данных, но и поддержание их целостности, а в случае сервера приложений и выполнений некоторых операций. Общение между клиентом и сервером происходит не на уровне фалов, а на уровне запросов. Сетевое оборудование такое же. Тут появляется возможность создания глобальной сети, скорость передачи ниже, но высокоуровневые запросы гораздо менее габаритные и компьютеры могут находится на большом расстоянии.

 Открытые системы

Распространение архитектуры клиент-сервер стало возможно благодаря развитию открытых систем. Две проблемы: перенос системы с одного аппаратного обеспечения на другое, вторая – возможность добавления новых компонентов для расширения возможностей системы.

 Подходом открытых систем является упрощение комплексирования информационно-вычислительных систем за счет международной и национальной стандартизации аппаратных и программных интерфейсов. Ключевая фраза открытых в сторону пользователей – независимость от конкретного поставщика.UNIX-стандартизированная ОС.

Открытые системы выгодны как потребителям так и производителям. Так производители не обязаны решать проблему с нуля, а могут комплексировать  уже существующие приложения, с другой стороны они все обязаны обеспечить стандартную среду, но вынуждены добиваться ее к можно лучшей реализации. Преимущество для пользователей, они могут устанавливать новые компоненты системы, не теряя при этом ее работоспособности.

Распределённые БД. Причины возникновения и задачи.

Централизация процессов обработки данных позволила решить такие основные проблемы как противоречивость д., их целостность, защищенность, санкционированный доступ. Однако по мере роста БД, использование их в территориально разнесенных организациях приводит к тому, что центральная СУБД плохо справляется с количеством транзакций. Это приводит к снижению надежности и производительности системы. Появляются распределенные БД.

При децентрализации достигается:

Параллельность обработки вследствие децентрализации;

Большая живучесть системы;

Меньшие начальные затраты - сеть развивается постепенно;

Более высокая производительность.

Выгодно хранить д. и обрабатывать на местах возникновения.

Распределенная БД – это набор файлов (таблиц для реляционной БД), хранящийся в разных узлах информационной сети и логически с точки зрения пользователя и прикладного программиста, составляющих единую схему данных.

Задачи:

1) простота использования системы

2) возможности автономного функционирования при нарушениях связанности сети или при административных потребностях

3) высокая степень эффективности

Распределение данных в сети

Основная задача при проектировании распр.бд – распределение данных по сети. Способы решения этой задачи:

1) в каждом узле сети хранится и используется собственная БД, однако хранимые в ней д. доступны для других узлов сети – это полностью распределенное распределение;

2) все д. распределенной БД полностью дублируются в каждом узле сети;

3) схема с центр. Узлом – в каждом узле есть данные необходимые для работы, а центр узел может изменять данные.

Проблемы распределенных БД

Должна быть:

1) Логическая прозрачность данных – формирование запроса не зависит от того, где находятся данные;

2) Прозрачность размещения- полная и однозначная схема размещения данных по сети;

3) Прозрачность преобразования данных – преобразования из одного формат в другой

4) Прозрачность словарей, содержит описание данных этого узла, информация о пользователях и их правах

5) Механизм управления запросами – запросы могут поступать на данные, находящиеся в разных узлах сети

6) Проблема защиты

7) Проблема управления словарями