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Kapitel 10

Kapitel 10. Physische Datenorganisation. Lernziele. . Speicherhierarchie Hintergrundspeicher / RAID Organisation von B-Bäumen, B+ Bäumen.. Hashing Organisation von mehrdimensionalen Datenstrukturen. Lesen von Daten von der Festplatte. .

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  1. Kapitel 10 Physische Datenorganisation

  2. Lernziele  • Speicherhierarchie • Hintergrundspeicher / RAID • Organisation von B-Bäumen, B+ Bäumen.. • Hashing • Organisation von mehrdimensionalen Datenstrukturen Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  3. Lesen von Daten von der Festplatte  • 1. Seek Time: Arm positionieren auf entsprechende Spur • 5ms • 2. Latenzzeit: ½ Plattenumdrehung (im Durchschnitt) • Rotation der Platte bis Kopf über zu lesender/schreibender Stelle steht • 10000 Umdrehungen / Minute •  Ca 3ms • 3. Lesezeit: Lesen des Blocks • 4. Transfer von der Platte zum Hauptspeicher • 100 Mb /s  15 MB/s Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  4. Random versus Chained IO  • 1000 Blöcke à 4KB sind zu lesen • Random I/O: „jedesmal zum Pluto fliegen“ • Jedesmal Arm positionieren • Jedesmal Latenzzeit •  1000 * (5 ms + 3 ms) + Transferzeit von 4 MB •  > 8000 ms + 300ms  8s • Chained IO: „Rakete zum Pluto soll möglichst voll beladen sein“ • Einmal positionieren, dann „von der Platte kratzen“ •  5 ms + 3ms + Transferzeit von 4 MB •  8ms + 300 ms  1/3 s • Also ist Chained IO ein biszwei Größenordnungen schneller als Random IO • in Datenbank-Algorithmen unbedingt beachten ! Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  5. Zugriff: Physikalische Speicherung der Daten Datenbank-Seite (32-64 Kb) Cache Header Meyer 123 ... Schneider 145 ... Müller 129 ... -- Forwarding-RID Slot-Array Extent Table Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  6. Einfacher Index: Binäre Suchbaum Schlüssel (mit den ihnen zugeordneten Daten) bilden die Knoten eines binären Baums mit der Invariante: für jeden Knoten t mit Schlüssel t.key und alle Knoten l im linken Teilbaum von t, t.left, und alle Knoten r im rechten Teilbaum von t gilt: l.key  t.key  r.key Suchen eines Schlüssels k: Traversieren des Pfades von der Wurzel bis zu k bzw. einem Blatt Einfügen eines Schlüssels k: Suchen von k und Anfügen eines neuen Blatts Löschen eines Schlüssel k: Ersetzen von k durch das „rechteste“ Blatt links von k Worst-Case-Suchzeit für n Schlüssel: O(n) bei geeigneten Rebalancierungsalgorithmen (AVL-Bäume, Rot-Schwarz-Bäume, usw.): O(log n) Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  7. Beispiel für einen binären Suchbaum London, Paris, Madrid, Kopenhagen, Lissabon, Zürich, Frankfurt, Wien, Amsterdam, Florenz London Kopenhagen Paris Frankfurt Lissabon Madrid Zürich Amsterdam Wien Florenz Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  8. Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  9. S.. Suchschlüssel D.. Weitere Daten V.. Verweise (SeitenNr) Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  10. Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  11. Einfügen eines neuen Objekts (Datensatz) in einen B-Baum Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  12. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 7 10 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  13. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 3 7 10 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  14. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 ? 3 7 10 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  15. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 ? 3 7 10 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  16. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 10 ? 3 3 7 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  17. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 10 ? 3 7 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  18. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 1 10 ? 3 7 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  19. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 1 10 ? 3 7 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  20. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 10 ? 1 3 7 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  21. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 10 ? 1 1 3 7 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  22. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 2 10 ? 1 3 7 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  23. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 2 10 ? 2 1 3 7 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  24. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 2 10 ? 2 1 2 3 7 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  25. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 4 10 ? 1 2 3 7 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  26. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 4 10 ? 4 1 2 3 7 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  27. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 4 10 ? 4 1 2 3 7 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  28. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 4 10 ? 4 1 2 3 7 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  29. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 4 3 10 ? 4 1 2 3 7 13 19 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  30. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 3 10 ? 1 2 13 19 4 7 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  31. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 11 3 10 ? 1 2 13 19 4 7 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  32. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 3 10 ? 1 2 11 13 19 4 7 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  33. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 21 3 10 ? 1 2 11 13 19 4 7 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  34. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 21 3 10 ? 1 2 11 13 19 4 7 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  35. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 12 3 10 ? 1 2 11 13 19 21 4 7 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  36. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 12 3 10 ? 1 2 11 13 19 21 12 4 7 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  37. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 12 3 10 ? 1 2 11 13 19 21 12 4 7 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  38. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 12 3 10 ? 1 2 11 13 19 21 12 4 7 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  39. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 12 3 10 13 ? 1 2 11 13 19 21 12 4 7 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  40. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 12 3 10 13 ? 1 2 11 19 21 4 7 11 12 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  41. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 12 3 10 13 ? 1 2 19 21 4 7 11 12 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  42. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 14 3 10 13 ? 1 2 19 21 4 7 11 12 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  43. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 14 3 10 13 ? 1 2 14 19 21 4 7 11 12 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  44. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 15 3 10 13 ? 1 2 14 19 21 4 7 11 12 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  45. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 20 3 10 13 ? 1 2 14 15 19 21 4 7 11 12 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  46. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 20 3 10 13 ? 20 1 2 14 15 19 21 4 7 11 12 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  47. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 20 3 10 13 ? 20 1 2 14 15 19 21 4 7 11 12 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  48. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 20 3 10 13 19 ? 20 1 2 14 15 19 21 4 7 11 12 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  49. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 20 3 10 13 19 ? 20 21 1 2 14 15 4 7 11 12 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

  50. Sukzessiver Aufbau eines B-Baums vom Grad k=2 5 3 10 13 19 ? 20 21 1 2 14 15 4 7 11 12 Datenbanken, SS 12 Kapitel 9: Datenorganisation

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