Αποθήκευση εδομένων. ομή ενός Σ Β. Εισαγωγή Το «εσωτερικό» ενός ΜΕΡΟΣ Β : Η (εσωτερική) αρχιτεκτονική ενός Σ Β είναι σε επίπεδα

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Αποθήκευση εδομένων. ομή ενός Σ Β. Εισαγωγή Το «εσωτερικό» ενός ΜΕΡΟΣ Β : Η (εσωτερική) αρχιτεκτονική ενός Σ Β είναι σε επίπεδα"

Αλάστωρ Στεφανόπουλος
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Αποθήκευση εδομένων Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 1 ΜΕΡΟΣ Β : Εισαγωγή Το «εσωτερικό» ενός Σ Β ομή ενός Σ Β Η (εσωτερική) αρχιτεκτονική ενός Σ Β είναι σε επίπεδα Τυπικά, κάθε σχέση σε ένα αρχείο στο δίσκο Σήμερα θα δούμε: Αποθήκευση ομή αρχείων Στη συνέχεια Τα παραπάνω επίπεδα Βελτιστοποίηση και Εκτέλεση ερωτήσεων Σχεσιακοί Τελεστές Αρχεία και Μέθοδοι Προσπέλασης Διαχείριση Καταχωρητών (Buffer) Διαχείριση Δίσκου ΒΔ Βάσεις Δεδομένων : Αποθήκευση Δεδομένων 1

Αποθήκευση ομή αρχείων Στη συνέχεια Τα παραπάνω επίπεδα Βελτιστοποίηση και Εκτέλεση ερωτήσεων Σχεσιακοί Τελεστές Αρχεία

2 Αποθηκευτικές Μονάδες Η βάση δεδομένων θα πρέπει να αποθηκευτεί σε κάποιο αποθηκευτικό μέσο Ιεραρχία αποθήκευσης πρωτεύουσα αποθήκευση (primary storage) κύρια μνήμη (main memory) - κρυφή μνήμη (cache) άμεση προσπέλαση από την κύρια ΚΜΕ (CPU) γρήγορη προσπέλαση περιορισμένη χωρητικότητα αποθήκευσης Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 3 Αποθηκευτικές Μονάδες ευτερεύουσα αποθήκευση (μαγνητικοί δίσκοι, ταινίες, δισκέτες, κλπ) για την επεξεργασία των δεδομένων απαιτείται η μεταφορά των δεδομένων στην πρωτεύουσα αποθήκευση πιο αργή προσπέλαση μεγάλη χωρητικότητα μικρότερο κόστος (για την ίδια ποσότητα χώρου η κύρια μνήμη 100 φορές ακριβότερη από τη δευτερεύουσα) Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 4 Βάσεις Δεδομένων : Αποθήκευση Δεδομένων 2

αποθήκευση (μαγνητικοί δίσκοι, ταινίες, δισκέτες, κλπ) για την επεξεργασία των δεδομένων απαιτείται η μεταφορά των δεδομένων στην πρωτεύουσα αποθήκευση πιο αργή προσπέλαση μεγάλη χωρητικότητα

3 Αποθηκευτικές Μονάδες Οι περισσότερες βάσεις δεδομένων αποθηκεύονται σε δευτερεύουσες αποθηκευτικές μονάδες κυρίως σε δίσκους πολύ μεγάλες ( ΤΒ) μεγάλο κόστος ($1/GB 100$/GB) μόνιμη αποθήκευση (nonvolatile storage) Μαγνητικές ταινίες για τήρηση εφεδρικών αντιγράφων αρχειοθέτηση (archiving) (δεδομένα που θέλουμε να κρατήσουμε για πολύ καιρό αλλά η προσπέλαση τους είναι σπάνια) Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 5 Αποθηκευτικές Μονάδες Ιεραρχία Αποθήκευσης Μικρότερες, Γρηγορότερες Κύρια μνήμη (RAM) για τα δεδομένα σε χρήση ίσκοι για τη βδ (δευτερεύουσα αποθήκευση) Ταινίες για παλιές εκδοχές δεδομένων (tertiary storage). Μεγαλύτερες, Πιο αργές Source: Operating Systems Concepts 5th Edition Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά Βάσεις Δεδομένων : Αποθήκευση Δεδομένων 3

Δεδομένων 2009-2010 Ευαγγελία Πιτουρά 5 Αποθηκευτικές Μονάδες Ιεραρχία Αποθήκευσης Μικρότερες, Γρηγορότερες Κύρια μνήμη (RAM) για τα δεδομένα σε χρήση ίσκοι για τη βδ (δευτερεύουσα αποθήκευση)

4 Αποθηκευτικές Μονάδες Η αναλογία του Jim Gray s για latency (χρόνο απόκρισης) αποθήκευσης Andromeda 10 9 Tape /Optical Robot 2,000 Years 10 6 Disk Pluto 2 Years 100 Memory Sacramento 1.5 hr On Board Cache On Chip Cache Registers This Lecture Hall This Room My Head 10 min 1 min Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 7 Μαγνητικοί ίσκοι Μαγνητικοί ίσκοι Μαγνητισμός μιας περιοχής του δίσκου κατά ορισμένο τρόπο ώστε 1 ή 0 Χωρητικότητα (capacity) σε Kbyte -Mbyte-Gbyte Μαγνητικό υλικό σε σχήμα κυκλικού δίσκου Απλής και διπλής όψης Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 8 Βάσεις Δεδομένων : Αποθήκευση Δεδομένων 4

5 hr 10 2 1 On Board Cache On Chip Cache Registers This Lecture Hall This Room My Head 10 min 1 min Βάσεις Δεδομένων 2009-2010 Ευαγγελία Πιτουρά 7 Μαγνητικοί

5 Μαγνητικοί ίσκοι Σε πακέτα δίσκων Οι πληροφορίες σε ομόκεντρους κύκλους διαφορετικής διαμέτρου: άτρακτοι track (συνήθως κάθε άτρακτος την ίδια ποσότητα πληροφορίας) Ομόκεντροι κύκλοι σε διαφορετικές επιφάνειες: κύλινδρος (cylinder) Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 9 Μαγνητικοί ίσκοι Τομέας (sector) Block (μονάδα μεταφοράς) Κάθε άτρακτος χωρίζεται σε τόξα που ονομάζονται τομείς (sectors) και είναι χαρακτηριστικό του κάθε δίσκου και δε μπορεί να τροποιηθεί Το μέγεθος ενός block τίθεται κατά την αρχικοποίηση του δίσκου και είναι κάποιο πολλαπλάσιο του τομέα Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 10 Βάσεις Δεδομένων : Αποθήκευση Δεδομένων 5

μεταφοράς) Κάθε άτρακτος χωρίζεται σε τόξα που ονομάζονται τομείς (sectors) και είναι χαρακτηριστικό του κάθε δίσκου και δε μπορεί να τροποιηθεί Το μέγεθος ενός block

6 Μαγνητικοί ίσκοι κτένι Κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής Άξονας περιστροφής βραχίονας Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 11 Μαγνητικοί ίσκοι χρόνος εντοπισμού (seek time) Τοποθέτηση κεφαλής στη σωστή άτρακτο χρόνος περιστροφής (rotational delay ή latency) Ώσπου η αρχή του σωστού block να βρεθεί κάτω από την κεφαλή χρόνος μεταφοράς block (block transfer time) χρόνος μεταφοράς δεδομένων από το δίσκο στη μνήμη Χρόνος προσπέλασης = χρόνος εντοπισμού + χρόνος περιστροφής + χρόνος μεταφοράς Μεταφορά αρκετών γειτονικών block Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 12 Βάσεις Δεδομένων : Αποθήκευση Δεδομένων 6

3 10 χρόνος περιστροφής (rotational delay ή latency) Ώσπου η αρχή του σωστού block να βρεθεί κάτω από την κεφαλή χρόνος μεταφοράς block (block transfer time)

7 Μαγνητικοί ίσκοι Παράδειγμα IBM Deskstar 14GPX Seegate Barracuda Χωρητικότητα: 14.4 GB (μέσος) Χρόνος Εντοπισμού: 9.1 msec (2.2 για γειτονικά μέγιστο) (μέσος) Χρόνος Περιστροφής: 4.17 msec GB 11ms 4.16ms 5 διπλής όψης κυκλικούς δίσκους -7,200 περιστροφές το λεπτό 7,200 Χρόνος Μεταφοράς 13MB ανά sec 300MB ανά sec (σειριακός) Χρόνος προσπέλασης από το δίσκο ~ 10 msec (micro 10-6 ) ενώ για θέσης μνήμης 60 nanosecond (nano 10-9 ) Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 13 Μαγνητικοί ίσκοι Συνήθως μόνο μία κεφαλή τη φορά Disk controller λειτουργίες εγγραφής/ανάγνωσης υπολογισμός αθροίσματος ελέγχου (checksum) ίαυλος Συστήματος SCSI Disk Controller Για διαμοιραζόμενους δίσκους: χρόνος στην ουρά του controller Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 14 Βάσεις Δεδομένων : Αποθήκευση Δεδομένων 7

16ms 5 διπλής όψης κυκλικούς δίσκους -7,200 περιστροφές το λεπτό 7,200 Χρόνος Μεταφοράς 13MB ανά sec 300MB ανά sec (σειριακός) Χρόνος προσπέλασης από το δίσκο ~ 10 msec (micro 10-6 ) ενώ για θέσης

8 Συμπεράσματα Αποθηκευτικές Μονάδες 1. Τα δεδομένα πρέπει να βρίσκονται στη μνήμη 2. Η μονάδα μεταφοράς από το δίσκο στη μνήμη είναι ένα block. Το διάβασμα ή γράψιμο ενός block ονομάζεται λειτουργία Εισόδου/Εξόδου (Input/Output I/O) 3. Ο χρόνος προσπέλασης (εγγραφής ή ανάγνωσης) ενός block διαφέρει και εξαρτάται από τη θέση του block χρόνος προσπέλασης = χρόνος εντοπισμού + χρόνου περιστροφής + χρόνος μεταφοράς Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 15 Μαγνητικές Ταινίες Μαγνητικές Ταινίες ίσκοι τυχαίας προσπέλασης (random access) Ταινίες σειριακής προσπέλασης (serial access) για να διαβάσουμε το n-οστό block πρέπει να ξεκινήσουμε από την αρχήκαιναδιαβάσουμεκαιταn-1 blocks Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 16 Βάσεις Δεδομένων : Αποθήκευση Δεδομένων 8

Ο χρόνος προσπέλασης (εγγραφής ή ανάγνωσης) ενός block διαφέρει και εξαρτάται από τη θέση του block χρόνος προσπέλασης = χρόνος εντοπισμού + χρόνου περιστροφής + χρόνος μεταφοράς Βάσεις Δεδομένων

9 Μεταφορά block σε ενδιάμεση μνήμη Μεταφορά block σε ενδιάμεση μνήμη Ενώ γίνεται η μεταφορά των δεδομένων από την δευτερεύουσα στην κύρια μνήμη - παράλληλα και ανεξάρτητα η ΚΜΕ μπορεί να επεξεργάζεται δεδομένα Ένας ανεξάρτητος επεξεργαστής Εισόδου/Εξόδου ή πολλαπλοί επεξεργαστές Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 17 Μεταφορά block σε ενδιάμεση μνήμη (καταχωρητές) Αιτήματα για σελίδες από τα υψηλότερα επίπεδα BUFFER POOL disk page free frame MAIN MEMORY DISK DB Επιλογή με βάση μιας πολιτικής αντικατάστασης (replacement policy) Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά Βάσεις Δεδομένων : Αποθήκευση Δεδομένων 9

Πιτουρά 17 Μεταφορά block σε ενδιάμεση μνήμη (καταχωρητές) Αιτήματα για σελίδες από τα υψηλότερα επίπεδα BUFFER POOL disk page free frame MAIN MEMORY DISK DB

10 Μεταφορά block σε ενδιάμεση μνήμη RAID: πλεονάζουσες συστοιχίες ανεξάρτητων δίσκων (καταμερισμός δεδομένων και πλεονασμός) Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 19 Ιεραρχία Μνήμης Πρωτεύουσα Αποθήκευση KME Cache Κύρια Μνήμη ευτερεύουσα Αποθήκευση (Μαγνητικός) ίσκος Αίτηση για δεδομένα Ταινία εδομένα που ικανοποιούν την αίτηση Βάσεις Δεδομένων Ευαγγελία Πιτουρά 20 Βάσεις Δεδομένων : Αποθήκευση Δεδομένων 10

Cache Κύρια Μνήμη ευτερεύουσα Αποθήκευση (Μαγνητικός) ίσκος Αίτηση για δεδομένα Ταινία εδομένα που

Σχετικά έγγραφα

Αποθήκευση εδομένων. Μαγνητικές ταινίες για. Εισαγωγή. Μέχρι σήμερα, είδαμε το σχεδιασμό και υλοποίηση μιας βάσης δεδομένων χρησιμοποιώντας ένα Σ Β

Αποθήκευση εδομένων. Μαγνητικές ταινίες για. Εισαγωγή. Μέχρι σήμερα, είδαμε το σχεδιασμό και υλοποίηση μιας βάσης δεδομένων χρησιμοποιώντας ένα Σ Β Εισαγωγή Μέχρι σήμερα, είδαμε το σχεδιασμό και υλοποίηση μιας βάσης δεδομένων χρησιμοποιώντας ένα Σ Β Αποθήκευση εδομένων Μοντελοποίηση προβλήματος Προγραμματισμός Θα δούμε το εσωτερικό Σχεδιασμός σε επίπεδα