Fiziˇcka organizacija podataka i indeksiranje podataka/Predavanja/05 - BP - 12.tjedan.pdfI Neprikladna za pohranu podataka baze podataka jer I Baze podataka sadrˇze velike koli ˇcine

Fizicka organizacija podatakaStrukture podataka

Indeksi

Fizicka organizacija podataka iindeksiranje

12. tjedan

T. Caric, T. Erdelic

Zavod za inteligentne transportne sustaveFakultet prometnih znanosti

Sveuciliste u Zagrebu

Baze podataka

T. Caric, T. Erdelic ITS::Baze podataka (12. tjedan)1/33


Indeksi

Memorija racunalaLogicka organizacijaCilj fizicke organizacije podataka

Pregled 1. poglavlja

Fizicka organizacija podatakaMemorija racunalaLogicka organizacijaCilj fizicke organizacije podataka

Strukture podataka

Indeksi



Indeksi


Uvod

I Fizicka organizacija podataka u DBMS odnosi se nakoristene strukture podataka i metode pristupa podacima

I Metode pristupa podacima su postupci koji se primjenjujupri obavljanju raznih operacija nad podacima



Indeksi


Uvod

I Jedna od zadaca DBMS je obavljanje operacija nad velikomkolicinom podataka na ucinkovit nacin

I DBMS skriva od korisnika nacin kako DBMS zaista fizickireprezentira podatke posto za vecinu korisnika taj dio nijebitan

I Fizicka organizacija podataka je bitna iako ne utjece narezultate operacija nad podacima

SELECT * FROM Tablica

I Primjer iznad uvijek vrati isti rezultat, ali nije isto dobijemo lirezultat za 0.001s ili za 10s



Indeksi


Memorija racunala

I Memorija racunala se dijeli naI PrimarnuI Sekundarnu

I Primarna memorija pohranjuje male kolicine podataka iinformacija koje ce odmah koristiti CPU

I Registri, random access memory (RAM)I Cache memorija i read-only memory (ROM)

I Sekundarna memorija – pohranjuje vece kolicine podataka iinformacija za dulji period vremena

I Magnetski diskovi - Tvrdi Diskovi (Hard Disk, skraceno HD)I Magnetske trake, opticki diskovi



Indeksi


Primarna memorija

I Neprikladna za pohranu podataka baze podataka jerI Baze podataka sadrze velike kolicine podataka, a ova vrsta

memorije ima male kapaciteteI Ima nepostojanu memoriju

I Sadrzaj memorije se gubi nakon gubitka napajanje, pripogresci sustava ili kod svakog gasenja racunala

I Prednost joj jeI Brzi pristup podacima (10-100ns)

I DBMS to iskoristava tako da u nju sprema kopiju podataka sadiska koji se najcesce koriste



Indeksi


Sekundarna memorija

I Karakteristika baza podataka za cuvanjem velike kolicinepodataka iziskuje njihovo spremanje u sekundarnu memoriju(obicno magnetski disk)

I Njezine prednosti su cijena i trajno cuvanje podataka, anedostatak brzina

I Podaci se spremaju u logickim blokovima (tipicno 512B, 1kB,2kB, 4kB) koji se jos nazivaju podatkovne stranice

I Dominiraju U/I (ulazno/izlazne) operacijeI Vrijeme potrebno za obavljanje U/I operacija izmedu

sekundarne i primarne memorije je velikoI Operacije nad podacima u samoj primarnoj memoriji su

vremenski kratke



Indeksi


Sekundarna memorija

I Disk je rotirajuci magnetski medij, sastavljen od nekolikoploca, mehanicke ruke i magnetske glave

I Disk je sastavljen od niza traka, sektora i cilindaraI Za pristup odredenom podatku na disku, potrebno je da

1. Mehanicka ruka zauzme polozaj na odredenom cilindru2. Priceka da trazeni sektor bude smjesten ispod magnetske glave3. Ucitaju podaci



Indeksi


Logicka organizacija

I Prostor diska za smjestaj baze podataka podijeljen je nastranice (velicine stranica su 2KB (2048B) i 4KB (4096B))

I Podaci iz tablice smjestaju su na stranice tvrdog diska uslotove, njihov broj na pojedinoj stranici zavisi od velicinepodatka u jednom retku tablice

I PrimjerI Memorijska stranica je 2KbI Za smjestaj jednog reda tablice treba 128 byte-aI Onda jedna stranica za smjestaj podataka iz navedene tablice

sadrzi 16 slotova



Indeksi


Logicka organizacija

I Stranica predstavlja osnovnu jedinicu za ucitavanje podatakasa diska

I Najveci dio vremena za ucitavanje podataka cinipozicioniranje magnetske glave

I Ucitavaju se citave stranice kako bi se sto vise smanjilapotreba za ponovnim pozicioniranjem glave



Indeksi


Cilj fizicke organizacije podataka

I Cilj je minimiziranje U/I operacija pri pohranjivanju i obradipodataka

I Omogucavanje razlicitih metoda pristupa fizickoj pozicijizapisa na temelju kljuca pretrage

I Kljuc pretrage je obicno primarni kljuc, ali ne nuznoI Kljuc pretrage moze biti bilo koji atribut tablice

I Primjena razlicitih metoda pristupa ovisi o strukturamapodataka koje baza koristi



Indeksi


Cilj fizicke organizacije podataka



IndeksiNeporedana datotekaB-stabla


Fizicka organizacija podataka

Strukture podatakaNeporedana datotekaB-stabla

Indeksi




Uvod

I Primjenom razlicitih struktura podataka omogucuje razlicitemetode pristupa tim podacima

I Postoje nekoliko metoda fizicke organizacije od kojih se prvedvije najcesce koriste

I Neporedana (heap) datotekaI B-stablo (B-tree)I Poredana datoteka (sorted file)I Rasprsena datoteka (hash file)I Indeksno slijedna organizacija (indeks-sequential file)




Neporedana datoteka

I Zapisi se upisuju u bilo koje slobodno mjesto u datoteciI Dohvacanje podataka radi se preko kljuca pretrage (obicno

PK) linearnim pretrazivanjemI Ovakvu strukturu DBMS koristi kada se podaci ubacuju

slijedno i ne mijenjaju seI Za dohvacanje podataka u prosjeku je potrebno n/2 U/I

operacija (n-broj fizicki blokova)




B-stabla

I B stabla su podatkovna struktura koja imaju sljedeca svojstvaI Podaci u strukturi su uvijek sortiraniI U logaritamskom vremenu dostupno je izvesti

I pretragu podatkaI umetanje podatkaI brisanje podatkaI sekvencijalno pristupiti podacima (jedan po jedan)

I B stablo je zapravo graf koji u sebi ne sadrzi cikluse




B-stabla

I Razina cvora (level) – duljina od korijena do cvoraI Dubina stabla (depth) – najveca duljina od korijena do cvoraI Red stabla (order) – najveci broj djece koji cvor moze imati




B-stabla

I U B-stablu B oznacava balansirano stabloI Stablo je balansirano ukoliko je duljina puta od korijena do

svih cvorova jednaka



Indeksi

Klasterirani indeksiNeklasterirani indeksiPrednosti & nedostaci indeksiranja


Fizicka organizacija podataka

Strukture podataka

IndeksiKlasterirani indeksiNeklasterirani indeksiPrednosti & nedostaci indeksiranja



Indeksi


Katalog knjiznice



Indeksi


Katalog knjiznice

I Za svaku knjigu postoji odgovarajuca kartica sa osnovnimpodacima o knjizi i podatkom gdje je smjestena

I Pri tome moze postojati nekoliko odvojenih katalogaI U jednom su knjige sortirane prema naslovu, u drugom prema

imenu autora itd.I Kad korisnik zatrazi knjigu, npr. od zeljenog autora, potrebno

je pogledati u katalog gdje su knjige sortirane po autoru, te senade pripadajuca kartica i pogleda u kojem dijelu knjiznice jeta knjiga



Indeksi


Osnovno o indeksima

I Indeksi sluze brzem pronalasku vrijednosti u velikimkolicinama podataka

I Obicno su implementirani pomocu B-stablaI Lisni cvorovi su u ovom slucaju podatkovne stranice, a ne lisni

cvorovi su indeksne stranice koje vode do podatkovne straniceuz pomoc pokazivaca

I Pokazivac je samo zapis u memoriji koji sadrzi vrijednostmemorijske adrese na koju pokazuje

I DBMS odlucuje koje indekse ce koristiti, a za to je zaduzenoptimizator upita

I Indeks je najefikasniji na stupcu s razlicitim vrijednostimaI Svaki indeks trosi odredeni prostor na disku



Indeksi


Vrste stranica

I Spomenutih stranica ima vise vrsta, a najvaznije zaproucavanje indeksa su

I PodatkovneI Stranica koja na sebi cuva konkretne vrijednosti iz tablica. Na

primjer ako se sprema neki podatak koji je tipa nvarchar(max)i koji ima 10 znakova, spremiti ce se u podatkovnu stranicu izauzet ce prostor od 20B, a ako imamo podatak istog tipa kojiima 4500 znakova morati ce se spremiti u LOB (Large objectpage) stranicu

I IndeksneI Stranica koja na sebi cuva informacije o indeksima tj.

pokazivace na konkretne podatke



Indeksi


Vrste indeksa

I Indeksi se dijele naI Klasterirane indekse (clustered indexes)I Neklasterirane (non-clustered index)

I Ako tablica na sebi ima postavljen klasterirani indekssmatramo je klasteriranom tablicom, a ako nema postavljenklasterirani indeks smatramo je hrpom (neporedana (heap)datoteka)

I Dohvacanje jednog podatka jednako je brzo i kod klasteriranihtablica kao i kod onih u neporedanoj datoteci, ali kada trebadohvatiti vise vrijednosti (raspon i sl.) klasterirane tabliceimaju puno bolje performanse, te je zato potrebno imatipostavljen primarni kljuc na svakoj tablici

I Postavljanjem primarnog kljuca podaci se organiziraju uklasterirane indekse



Indeksi


Klasterirani indeksi

I Klasterirani indeks pohranjuje stvarne podatke u lisnecvorove B-stabla

I Moguce je imati samo jedan klasterirani indeks po tablici i toje najcesce primarni kljuc

I Vecina DBMS-ova ga sama automatski kreira cim se dodaprimarni kljuc u tablicu

I Specificno za klasterirani indeks je da su podaci u memorijiporedani prema njemu (ulazno ili silazno)

I PRIMJER:I ako je primarni kljuc genericki Id (IDENTITY), podaci ce biti

poslagani prema njemuI 1, 2, 3, 4, 5, ...



Indeksi


Klasterirani indeksi - primjer spremanja



Indeksi


Klasterirani indeksi - primjer spremanja



Indeksi


Klasterirani indeksi

I Ne lisni cvorovi su indeksi stranicaI Lisni cvorovi su podatkovne straniceI Kod klasteriranih indeksa svaki lisni cvor sadrzi vrijednost

kljuca (obicno primarni kljuc) i sve ostale podatke



Indeksi


Neklasterirani indeksi

I Neklasterirani indeks sadrzi samo vrijednosti kljuca (jedan ilivise stupaca) indeksiranog stupca

I Osim vrijednosti kljuceva sadrzi i pokazivac na ostatakvrijednosti tog retka

I Svaka tablica moze imati proizvoljan broj neklasteriranihindeksa

I Sto ne znaci da za svaki stupac treba postaviti indeks jerindeksi takoder trose memoriju



Indeksi


Neklasterirani indeksi

I Preporuka kako ih postavitiI Analizirati upite na tablicu pronaci stupce koji se najcesce

koristi u WHERE dijelu naredbe te na njih postaviti indekseI Na strane kljuceve u tablici je takoder potrebno postaviti

neklasterirane indekseI Ne smije ih biti vise od 5 ukupno po tablici jer tada je vec to

lose po performanse buduci da indeksi zauzimaju memoriju izahtijevaju preslagivanje podataka



Indeksi


Neklasterirani - primjer spremanja



Indeksi


Prednosti & nedostaci indeksiranja

I Prednosti indeksiranjaI Ako upiti ispituju samo postojanje odredenog podatkaI Dovoljno je pretrazivanje indeksa, bez pretrazivanja osnovne

tablice

I Nedostaci indeksiranjaI Smanjuje se brzina azuriranja i dodavanja novih podatakaI Uz promjene u samoj tablici, potrebno je promijeniti i tablicu

indeksa



Indeksi


Pitanja


Documents

Fiziˇcka organizacija podataka i indeksiranje podataka/Predavanja/05 - BP - 12.tjedan.pdfI Neprikladna za pohranu podataka baze podataka jer I Baze podataka sadrˇze velike koli ˇcine