Архитектура файловой организации баз данных

Файловая структура и система управления файлами являют­ся элементами ОС, поэтому по отношению к БД, которые ори­ентированы на работу с элементами данных и высокую интен­сивность обмена, эффективность операций ввода-вывода не бу­дет оптимальной: стандартный язык СУБД намного богаче, чем набор операций файловой системы.

Это послужило причиной того, что обычно СУБД берут на себя непосредственное управление внешней па­мятью, минимально используя файловую систему ОС.

Файл-ориентированная организация данных. Этот подход от­ражает точку зрения «идейно чистого» программирования, выра­жающуюся в стремлении к построению модульных процедур» ориентированных на обработку регулярных однородных данных: «сколько типов структур записей — столько и файлов».

Таким образом, БД физически состоит из нескольких фалов: основного, индексного, файла метаданных, файлов указателей и т. д. (рис. 5.10, 5.14, а). В этом случае ОС активно участвует в навигации, беря на себя функции выборки, новления, вставки, удаления записей из физических файлов.

Страничная организация данных. Другой подход отражает стремление разработчиков сосредоточить в СУБД управле­ние данными на всех уровнях — от логической обработ­ки до управления пространством носителя. Создание сложных специализированных процедур, эффективно работающих со сложными нерегулярными структурами данных в сочетании с ресурсами вычислительной мощности и оперативной памяти по­зволяет реализовать однофайловую физическую структуру СУБД. Перечислим типовые понятия страничной организации хра­нения данных (рис. 5.14, б).

Экстент — непрерывная область дисковой памяти, вклю­чающая несколько страниц фиксированной длины. Новый экс­тент создается после заполнения предыдущего и связывается с ним ссылкой, которая располагается на последней странице экс­тента либо в специальной карте размещения. Учет свободных страниц ведется внутри экстента.

Каждый экстент используется для хранения одного из нескольких типов страниц: страницы данных, страницы индексов, страницы BLOB (неструктурированных данных, например, большие текстовые или двоичные данные). Данные, размещенные на одной странице, являются однородными: страница, например, может хранить только данные или только индексы.

Основной логической единицей операций обмена (ввода-вывода) является страница данных, хранящая данные в виде строк или других специализированных структур.

Все страницы данных имеют одинаковую структуру чающую:

• заголовок страницы, содержащий номер страницы, номера предыдущей и следующей страниц, сведения о свободном пространстве на странице;

• дескрипторы строк, задающие смещение строки на странице и длину строки, что позволяет при переупорядочении строк на страницах не производить физического перемещения строк, так как все манипуляции производятся с дескрипторами;

• содержание — строки данных (последовательность кодов) каждая из которых имеет уникальный идентификатор в рамках всей БД, который состоит из номера страницы и номера строки на странице.

Для организации быстрого доступа создаются страницы индексов, которые организованы обычно в виде В-деревьев.