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Indices: Estruturas Auxiliares para Otimizar Acesso aos Dados

Indices: Estruturas Auxiliares para Otimizar Acesso aos Dados. AULA 7 Profa. Sandra de Amo GBC053 – BCC. Organização dos Dados nos Arquivos. Arquivos Heap (Sequencial) Arquivos Ordenados por uma Chave (de ordenação) Chave = conjunto de atributos

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Presentation Transcript

  1. Indices: Estruturas Auxiliares para Otimizar Acesso aos Dados AULA 7 Profa. Sandra de Amo GBC053 – BCC

  2. Organização dos Dados nos Arquivos Arquivos Heap (Sequencial) Arquivos Ordenados por uma Chave (de ordenação) Chave = conjunto de atributos Arquivos Agrupados por uma Chave (de agrupamento) Chave = conjunto de atributos Função de agrupamento (= função hash) Métodos de Acesso: utilizam estruturas auxiliares para acelerar a busca Estruturas auxiliares = arquivos de indice BCC-2013-1

  3. O que é um índice ? Select * From Emp E Where E.Nome = ‘João da Cruz’ • Arquivo Heap: custo de um scan • Arquivo Ordenado por Nome: busca binária • Arquivo Hash (por nome):scan no subarquivo Sk • onde k = Hash(João da Cruz) Em qualquer das organizações de arquivos, há a possibilidade de se ler muitas páginas de dados até encontrar o registro procurado. João da Cruz, .... Arquivo de Dados

  4. slot 4 Pagina 5 O que é um índice ? Select * From Emp E Where E.Nome = ‘João da Cruz’ E se conhecessemos o rid = (Npag,Nsot) do registro procurado ? Carlos, (2,2) João..., (5,4) Arquivo de Indice Um indice é um ARQUIVO AUXILIAR ASSOCIADO AO ARQUIVO ORIGINAL

  5. Dados, indices, índices, índices, ... Consulta: Me dê o livro Database Systems – Ramakrishnan/Gehrke Arquivo de Indice DADOS BCC-2013-1

  6. Arquivos de Indice rid A B C D E F G A D E F rid a b1 c1 d e f g1 (12,1) a d e f (12,1) a b2 c2 d e f g2 (18,5) a d e f (18,5) a d e f (22,4) a b3 c3 d e f g4 (22,4) chave Arquivo de Indice Endereços obtidos no diretório de arquivos e no diretório de slots das páginas Arquivo de Dados BCC-2013-1 9/16/2014 6

  7. Dinâmica geral dos Arquivos de Indice Busca no arquivo de indice: Páginas deste arquivo são organizadas de modo a permitir a localização rápida das entradas com uma dada chave. Uma vez encontradas rapidamente estas entradas no arquivo de índice, já temos os endereços dos registros de dados associados (seu rid = (N,X)). O local exato no disco onde se encontra a página de número N é encontrado através do diretório de arquivos do disco: fornece o endereço da header page do arquivo. O local exato na página N onde se encontra o slot X do registro procurado é obtido através do diretório de slots da página N BCC-2013-1 9/16/2014 7

  8. Como encontrar um registro num Arquivo A conhecendo o rid do registro? Rid = (12, 3) Vai no diretório de arquivos no disco e procura o registro correspondente ao arquivo A, para obter o ponteiro para o primeiro bloco do arquivo. Calcula o endereço do 12º bloco e posiciona a cabeça de leitura neste endereço. Transfere o 12º bloco para o buffer pool Processador de consultas consulta o diretório de slot da página 12 e procura o endereço do registro contido no slot 3, bem como o tamanho (L) do registro contido neste slot. Vai para este endereço de memória e lê L bytes. BCC-2013-1

  9. Arquivos de Indice Otimiza a procura de registros em arquivos, pois o arquivo de indice contém o rid dos registros. Através do rid encontra-se facilmente os registros de dados completos nos arquivos. No arquivo de índice, cada registro é da forma (valores_chave,rid) Chave = conjunto de atributos Se chave contém chave candidata do arquivo, então chave determina unicamente o rid Caso contrário, uma mesma chave pode acessar diversos rids. Exemplo : se chave= {Salário} 9/16/2014 9

  10. Como as informações são obtidas rapidamente no arquivo de indice ? Métodos de Acesso Técnicas de organização das páginas dos arquivos de índices B+Trees Tabelas Hash

  11. Catálogo do Sistema Metadados Descrição dos dados e índices Informações sobre visões Catálogo = conjunto de relações (arquivos) contendo todas as informações sobre os arquivos sendo utilizados pelo sistema. BCC-2013-1 9/16/2014 11

  12. Catálogo do Sistema Arquivos « Relações », « Atributos », « Restrições », ... Nome da relação, nome do arquivo , estrutura do arquivo Nomes e tipos dos atributos Nome do índice Restrições de Integridade (chave primária, estrangeira) Guardam inclusive registros correspondentes às relações « Relações », « Indices », « Atributos »,« Visões », ... Arquivo « Indices » Nome e estrutura de cada índice Chave de cada índice Arquivo « Visões » Nome e código 9/16/2014 12

  13. Resumo: Arquivo de Indice O que é ? estrutura auxiliar projetada para agilizar operações de busca, inserção e deleção Em que consiste ? Uma coleção de registros Uma chave de busca k Cada entrada contém informação suficiente para localizar registros de dados contendo a chave de busca k.

  14. Vantagens • Tamanho: normalmente é bem menor do que o arquivo de dados • Organização optimizada: pode ser sequencial, ordenado ou hashed • Método de Acesso rápido: pode ser estruturado usando uma b-tree ou hash (estático, dinâmico)

  15. O que armazenar em um índice ? Registro de Dados = Registro do indice = Chave Rid + Chave do índice !!

  16. Indice: comosãoosregistros ? • Alternativa 1 • Entrada = registro inteiro de dados • Neste caso, a única vantagem do índice é a forma como é organizado: ordenado, hash, com método de acesso ou não • Alternativa 2 • Entrada = (k,rid), k = chave • Chave = conjunto de atributos • Alternativa 3 • Entrada = (k, lista de rids) • Vantagem: ocupa menos espaço. Uma chave acessa diversos registros no arquivo de dados • Desvantagem: registro de tamanho variável

  17. Como organizar as entradas do índice ? BCC-2013-1 • Entrada = registro • Entradas podem ser ordenadas • Entradas podem ser organizadas por Hash

  18. Exemplo de Indice ordenado Paulo, 44, 2000 2000 2000 Pedro, 35, 2000 2000 Carlos, 44, 2000 2500 José, 40, 2500 3000 João, 35, 3000 3500 Ilmério, 40, 3500 3500 Rodrigo, 40, 3500 Maria, 30, 4000 4000 4000 Sara, 35, 4000 5000 Sabrina, 31, 5000 Entradas : organizadas de forma ordenada Registros de dados BCC-2013-1

  19. Exemplo de Indice organizado por Hash Paulo, 44, 2000 2000 Pedro, 35, 2000 2000 H(sal) = 01 Carlos, 44, 2000 2000 José, 40, 2500 2500 H(sal) = 11 João, 35, 3000 H 5000 Ilmério, 40, 3500 3000 Rodrigo, 40, 3500 3500 Maria, 30, 4000 3500 H(sal) = 00 Sara, 35, 4000 4000 Sabrina, 31, 5000 4000 Registros de dados Entradas BCC-2013-1

  20. Tipos de indices Relação entre a maneira como são organizados os dados no índice e no arquivo de dados Agrupado – não agrupado Densos – esparsos Primários – secundários Simples - compostos BCC-2013-1

  21. Indices Agrupados (ordenados) Agrupados : a ordem dos registros é compatível com a ordem das entradas no arquivo de índice. Se entrada é do tipo (chave, rid) então os registros de dados são ordenados por chave. Somente um índice agrupado do tipo (chave,rid) BCC-2013-1

  22. Indices Agrupados (hash) Agrupados : a função hash utilizada na distribuição dos registros de dados é a mesma função utilizada para distribuir as entradas no arquivo de índice. Se a entrada é do tipo (chave, rid) e arquivo de índice é organizado por hash, utilizando a função hash h(chave), eentão os registros de dados são organizados por hash através dos atributos de chave.

  23. Exemplo de Indice Agrupado (ordenado) = rid Paulo, 44, 2000 2000 2000 Pedro, 35, 2000 2000 Carlos, 44, 2000 2500 José, 40, 2500 3000 João, 35, 3000 3500 Ilmério, 40, 3500 3500 Rodrigo, 40, 3500 Maria, 30, 4000 4000 4000 Sara, 35, 4000 5000 Sabrina, 31, 5000 Entradas (ordenadas por Sal) Registros de dados (ordenador por Sal)

  24. Exemplo de Indice Agrupado (ordenado) = rid 1000 Maria, 30, 4000 1000 Sabrina, 31, 5000 1000 Pedro, 35, 1000 1500 João, 35, 3000 Sara, 35, 4000 3000 3500 Ilmério, 40, 3500 3500 Rodrigo, 40, 3500 4000 José, 40, 1500 4000 Paulo, 44, 1000 5000 Carlos, 44, 1000 Entradas (ordenadas por Sal) Registros de dados (ordenados por Idade)

  25. Exemplo de Indice agrupado = rid Paulo, 44, 1000 1000 Pedro, 35, 1000 1000 H(sal) = 01 Bucket 1 Carlos, 44, 1000 1000 Bucket 1 José, 40, 1500 1500 H(sal) = 11 H Sabrina, 31, 5000 5000 Rodrigo, 40, 3500 3000 H(sal) = 00 Bucket 2 Ilmério, 40, 3500 3500 Bucket 2 João, 35, 3000 3500 Sara, 35, 4000 4000 Bucket 3 Maria, 30, 4000 Bucket 3 4000 Entradas (organizadas pela função hash h(x) = (x/1000) mod 4, x: valor do atributo Salário Registros de dados (organizados pela função hash h(x) = (x/1000) mod 4, x: valor do atributo Salário

  26. Exemplo de Indice não agrupado = rid Paulo, 44, 1000 1000 Pedro, 35, 1000 1000 H(sal) = 01 Carlos, 44, 1000 1000 José, 40, 1500 1500 H(sal) = 11 João, 35, 3000 H 5000 Ilmério, 40, 3500 3000 Rodrigo, 40, 3500 3500 Maria, 30, 4000 3500 H(sal) = 00 Sara, 35, 4000 4000 Sabrina, 31, 5000 4000 Entradas (organizadas pela função hash h(x) = (x/1000) mod 4, x: valor do atributo Salário Registros de dados (ordenados por Salário)

  27. Vantagens e desvantagens Desvantagem (no caso de ordenado): grande overhead para mover registros a fim de preservar a ordem depois de inserções e deleções. Desvantagem (no caso de hash): se o hash é estático, se há muitas inserções no banco de dados, tanto a estrutura hash do indice quanto a dos dados deverá ser refeita periodicamente. Se o hash é dinâmico, há overhead para manter a estrutura hash tanto no arquivo de indice quanto no de dados. Vantagem – no caso de agrupado ordenado Seleções do tipo ‘= a’ ou ‘< a’ ... são altamente otimizadas caso os registros sejam ordenados pela chave do indice, e este seja ordenado pela chave. Rids das entradas apontam para registros contíguos, menos páginas são manipuladas. Vantagem – no caso de agrupado hash Seleções do tipo ‘= a‘ são altamente otimizadas Rids das entradas satisfazendo a condição da busca apontam para registros que estão no mesmo bucket, logo menos páginas são manipuladas.

  28. Indices Densos Densos : se para cada valor v da chave de busca existe uma entrada (v,rid). Não-denso = esparso

  29. Exemplo de Indices denso e não denso André, 44, 2000 30 Carlos, 44, 2000 31 André Ilmério, 40, 3500 35 José João, 35, 3000 35 Rodrigo José, 40, 2500 35 Maria, 30, 4000 40 Pedro, 35, 2000 40 = rid Rodrigo, 40, 3500 40 Sabrina, 31, 5000 44 Sara, 35, 4000 44 Indice Esparso e Agrupado Indice Denso (em Idade) e não-agrupado Registros de dados (ordenados por Nome)

  30. Exemplo de Indice denso onde a chave não é chave da relação Sabrina, 31, 5000 Sara, 35, 4000 Pagina 1 (1,1) 31 Ilmério, 40, 3500 40 (2,1) João, 40, 3000 44 José, 40, 2500 (3,1) Pagina 2 Maria, 40, 4000 Pedro, 40, 2000 Carlos, 44, 2000 Pagina 3 André, 44, 2000 Select * From EMP E Where E.Sal = 40 Rodrigo, 45, 3500 Registros de dados (ordenados por Idade) Pagina 2 é carregada, Página 1 é carregada Página 3 não é carregada, pois Através do indice sabe-se que o 1o registro de Pag. 3 tem Idade = 44

  31. Exemplo de Indice denso onde a chave não é chave da relação Sabrina, 31, 5000 Sara, 35, 4000 Pagina 1 (1,1) 31 Ilmério, 40, 3500 40 (2,1) João, 40, 3000 44 José, 40, 2500 (5,1) Pagina 2 Maria, 40, 4000 Pedro, 40, 2000 * * * Pagina 3 Pagina 4 Select * From EMP E Where E.Sal = 40 Carlos, 44, 2000 André, 44, 2000 Pagina 5 Rodrigo, 45, 3500 Pagina 2, 3, 4 são carregadas, Página 1 é carregada Páginas 5 não é carregada, pois Através do indice sabe-se que o 1o registro de Pag. 5 tem Idade = 44

  32. Vantagens e desvantagens Esparso tem que ser agrupado Vantagens de esparso : arquivo de indice ocupa menor espaço. Desvantagem de esparso : técnicas de otimização de busca são apropriadas para índices densos.

  33. Indices Primários e Secundários Primários : Chave do índice inclue a chave primária da relação. Não há entradas duplicadas (com mesmo valor da chave) Secundários : Não contém chave primária. Pode conter chave candidata Pode conter duplicatas ou não

  34. Indices com chaves compostas Indice em (Idade,Sal) Indice em Idade 31,80 31 33,75 33 42,10 bob 42 10 42 42,20 cal 31 80 42 42 joe 20 sue 33 75 Indice em Sal 10,42 10 20,42 20 75,33 75 80,31 80 Indice em (Sal,Idade)

  35. Consultas Consultas com igualdade Chave composta (Idade, Sal) Idade = 10, Sal = 80 Arquivos Hashed só são convenientes para consultas com igualdade Consultas Range Chave composta (Idade, Sal) Idade = 10 Idade < 10, Sal > 80 Arquivos Ordenados são convenientes para consultas com igualdade

  36. Indices em SQL CREATE INDEX IndAgeGrau ON Estudantes With Structure = BTREE, Key = (Idade, Média)

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