Опубликован: 25.11.2008 | Доступ: свободный | Студентов: 4415 / 641 | Оценка: 4.46 / 4.18 | Длительность: 26:08:00
Лекция 9:

Физические модели баз данных

Аннотация: Лекция посвящена физическим моделям БД. В лекции описываются основные файловые конструкции, применяемые в системах БД
Ключевые слова: СУБД, централизованное управление, доступ, механизмы, пространство, физические модели данных, ПО, условная последовательность, файл, запись, устройство внешней памяти, Стример, произвольное, место, последовательным доступом, память, адрес, файловая система, система управления файлами, информация, длина, поиск, выборка, значение, функция, знание, индекс, целое число, длительность операции, бинарный поиск, кластеризованные индексы, операционная среда, коммерческая тайна, концептуальная модель данных, online, Unix, блочное устройство, таблица, БД, операция конкатенации, отношение, BLOB, binary, Object, объект, слово, длина строки, Размещение, идентификатор, базы данных, адресация, линк, byte, text, разделяемая память, кэширование данных, журнал транзакций, параллельная обработка данных, архитектура, структуры хранения, главное устройство, виртуальная страница, allocation unit, deallocation, внешние ограничения, кластерный индекс, некластерный индекс, allocation map, карта размещения, PFS, первичный файл, slot, кластерный ключ, сбалансированное дерево

Физические модели баз данных определяют способы размещения данных в среде хранения и способы доступа к этим данным, которые поддерживаются на физическом уровне. Исторически первыми системами хранения и доступа были файловые структуры и системы управления файлами (СУФ), которые фактически являлись частью операционных систем. СУБД создавала над этими файловыми моделями свою надстройку, которая позволяла организовать всю совокупность файлов таким образом, чтобы она работала как единое целое и получала централизованное управление от СУБД. Однако непосредственный доступ осуществлялся на уровне файловых команд, которые СУБД использовала при манипулировании всеми файлами, составляющими хранимые данные одной или нескольких баз данных.

Однако механизмы буферизации и управления файловыми структурами не приспособлены для решения задач собственно СУБД, эти механизмы разрабатывались просто для традиционной обработки файлов, и с ростом объемов хранимых данных они стали неэффективными для использования СУБД. Тогда постепенно произошел переход от базовых файловых структур к непосредственному управлению размещением данных на внешних носителях самой СУБД. И пространство внешней памяти уже выходило из-под владения СУФ и управлялось непосредственно СУБД. При этом механизмы, применяемые в файловых системах, перешли во многом и в новые системы организации данных во внешней памяти, называемые чаще страничными системами хранения информации. Поэтому наш раздел, посвященный физическим моделям данных, мы начнем с обзора файлов и файловых структур, используемых для организации физических моделей, применяемых в базах данных, а в конце ознакомимся с механизмами организации данных во внешней памяти, использующими страничный принцип организации.

Файловые структуры, используемые для хранения информации в базах данных

В каждой СУБД по-разному организованы хранение и доступ к данным, однако существуют некоторые файловые структуры, которые имеют общепринятые способы организации и широко применяются практически во всех СУБД.

В системах баз данных файлы и файловые структуры, которые используются для хранения информации во внешней памяти, можно классифицировать следующим образом (см. рис. 9.1).

Классификация файлов, используемых в системах баз данных

Рис. 9.1. Классификация файлов, используемых в системах баз данных

С точки зрения пользователя, файлом называется поименованная линейная последовательность записей, расположенных на внешних носителях. На рис. 9.2 представлена такая условная последовательность записей.

Так как файл — это линейная последовательность записей, то всегда в файле можно определить текущую запись, предшествующую ей и следующую за ней. Всегда существует понятие первой и последней записи файла. Не будем вдаваться в особенности физической организации внешней памяти, выделим в ней те черты, которые существенны для рассмотрения нашей темы.

В соответствии с методами управления доступом различают устройства внешней памяти с произвольной адресацией (магнитные и оптические диски) и устройства с последовательной адресацией (магнитофоны, стримеры).

На устройствах с произвольной адресацией теоретически возможна установка головок чтения-записи в произвольное место мгновенно. Практически существует время позиционирования головки, которое весьма мало по сравнению со временем считывания-записи.

В устройствах с последовательным доступом для получения доступа к некоторому элементу требуется "перемотать (пройти)" все предшествующие ему элементы информации. На устройствах с последовательным доступом вся память рассматривается как линейная последовательность информационных элементов (см. рис. 9.3).

Файл как линейная последовательность записей

Рис. 9.2. Файл как линейная последовательность записей
Модель хранения информации на устройстве последовательного доступа

Рис. 9.3. Модель хранения информации на устройстве последовательного доступа

Файлы с постоянной длиной записи, расположенные на устройствах прямого доступа (УПД), являются файлами прямого доступа.

В этих файлах физический адрес расположения нужной записи может быть вычислен по номеру записи (NZ).

Каждая файловая система СУФ — система управления файлами поддерживает некоторую иерархическую файловую структуру, включающую чаще всего неограниченное количество уровней иерархии в представлении внешней памяти (см. рис. 9.4).

Для каждого файла в системе хранится следующая информация:

  • имя файла;
  • тип файла (например, расширение или другие характеристики);
  • размер записи;
  • количество занятых физических блоков;
  • базовый начальный адрес;
  • ссылка на сегмент расширения;
  • способ доступа (код защиты).
Иерархическая организация файловой структуры хранения

Рис. 9.4. Иерархическая организация файловой структуры хранения
Михаил Дубовик
Михаил Дубовик

В лекции как пример отношения в третьей нормальной форме приводится такая схема: (Номер зач. кн.\ ФИО \ Специальность \ Группа). Первичный ключ - Номер зач. кн. Но ведь существует следующая транзитивная зависимость: 

Номер зач. кн. -> Группа -> Специальность.

Получается, что отношение все же еще во второй нормальной форме. Или в моих рассуждениях ошибка?

Михаил Скок
Михаил Скок
Андрей Яндолин
Андрей Яндолин
Россия, Новосибирск, НГТУ, 2013
Дарья Куничкина
Дарья Куничкина
Россия