Βάσεις Δεδομένων ΙΙ Ενότητα 5

Transcript

1 Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Βάσεις Δεδομένων ΙΙ Ενότητα 5: Δομές Ευρετηρίων - ISAM Το περιεχόμενο του μαθήματος διατίθεται με άδεια Creative Commons εκτός και αν αναφέρεται διαφορετικά Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

2 ΒΑΣΕΙΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΙI Δομές Ευρετηρίων και Κατακερματισμός Αρχείων I

3 Βασική ιδέα Οι μεθοδοι ευρετηριοποίησης επιταχύνουν την διαδικασία ανάκτησης των επιθυμητών δεδομένων Π.χ., κατάλογος συγγραφέων των βιβλίων μιας βιβλιοθήκης Κλειδί αναζήτησης(search Key) γνώρισμα ή σύνολο γνωρισμάτων που χρησιμοποιείται για την εύρεση εγγραφών στο αρχείο Ένα αρχείο ευρετηρίου(index file) αποτελείται από εγγραφές (καταχωρήσεις ευρετηρίου - index entries) της φόρμας Κλειδί αναζήτησης Δείκτης Τα αρχεία ευρετηρίου είναι συνήθως μικρότερα σε μέγεθος από τα αρχεία δεδομένων Δύο βασικά είδη ευρετηρίων : Ταξινομημένα ευρετήρια (Ordered indices): οι εγγραφές του κλειδιού αναζήτησης αποθηκεύονται ταξινομημένα Ευρετήρια Κατακερματισμού (Hash indices): οι εγγραφές των κλειδιών αναζήτησης διανέμονται ομοιόμορφα σε «κάδους» (buckets) με χρήση κάποιας συνάρτησης κατακερματισμού.

4 Ευρετηριοποίηση Πως ψάχνουμε αποδοτικά εφόσον οι εγγραφές είναι αποθηκευμένες σε ένα αρχείο; (Π.χ., SSN=123?) Φοιτητής SSN Όνομα Διεύθυνση 123 Σταύρου Αιόλου 234 Αντωνίου Θράκης 125 Φαντίδη Χίου

5 Ευρετηριοποίηση Πως ψάχνουμε αποδοτικά εφόσον οι εγγραφές είναι αποθηκευμένες σε ένα αρχείο; brute force: ανέκτησε όλες τις εγγραφές, επέστρεψε μόνο αυτές που πληρούν το κριτήριο αναζήτησης Καλύτερα: χρησιμοποίησε δείκτες για τον απευθείας εντοπισμό των εγγραφών

6 Ευρετητιοποίηση Βασική ιδέα: Φοιτητής SSN Όνομα Διεύθυνση 123 Σταύρου Αιόλου 234 Αντωνίου Θράκης 125 Φαντίδη Χίου

7 Μέτρηση της αποτελεσματικότητας Χρόνος ανάκτησης; Εισαγωγής / Διαγραφής; Επιβάρυνση χώρου; Αναδιοργάνωση; Ερωτήματα διαστήματος (range queries);

8 Βασική Ιδέα Τα κλειδιά αναζήτησης αποθηκεύονται στο αρχείο ευρετηρίου και δείχνουν στα πραγματικά δεδομένα Πρωτεύοντα vs. Δευτερεύοντα ευρετήρια (indices) Συσταδοποίηση(Clustering) (αραιά sparse) vs ευρετήρια χωρίς συσταδοποίηση nonclustering (πυκνά - dense) ευρετήρια

9 Ευρετηριοποίηση Ευρετήριο Πρωτεύοντος κλειδιού : Κλειδί αναζήτησης το πρωτεύον κλειδί Δεν περιέχει διπλότυπες εγγραφές Φοιτητής SSN Όνομα Διεύθυνση 123 Σταύρου Αιόλου 234 Αντωνίου Θράκης 678 Πέτρου Αιόλου 456 Νικολάου Θράκης 345 Σταύρου Θράκης

10 Ευρετηριοποίηση Θράκης Αιόλου Ευρετήριο διευθύνσεων Ευρετήριο Δευτερεύοντος κλειδιού : Περιέχει διπλότυπες εγγραφές Φοιτητής SSN Όνομα Διεύθυνση 123 Σταύρου Αιόλου 234 Αντωνίου Θράκης 678 Πέτρου Αιόλου 456 Νικολάου Θράκης 345 Σταύρου Θράκης

11 Indexing Ευρετήριο Δευτερεύοντος κλειδιού : τυπικά με postings lists Θράκης Αιόλου Postings lists Φοιτητής SSN Όνομα Διεύθυνση 123 Σταύρου Αιόλου 234 Αντωνίου Θράκης 678 Πέτρου Αιόλου 456 Νικολάου Θράκης 345 Σταύρου Θράκης

12 Βασική Ιδέα(συνέχεια) Αραιό ευρετήριο: δεν συμπεριλαμβάνονται στο ευρετήριο όλες οι τιμές του πεδίου ευρετηριοποίησης Πυκνό ευρετήριο: το αντίθετο

13 Ευρετηριοποίηση Αραιά ευρετήρια >=456 αραιό ευρετήριο στο γνώρισμα SSN >=123 Φοιτητής SSN Όνομα Διεύθυνση 123 Σταύρου Αιόλου 234 Αντωνίου Θράκης 678 Πέτρου Αιόλου 456 Νικολάου Θράκης 345 Σταύρου Θράκης

14 Sparse Index Files Αραιό ευρετήριο: περιέχει εγγραφές ευρετηρίου μόνο για μερικές τιμές κλειδιών Κατάλληλο μόνο όταν οι εγγραφές είναι σειριακά ταξινομημένες με βάση το κλειδί αναζήτησης Για τον εντοπισμό μιας εγγραφής : με το κλειδί αναζήτησης να έχει τιμή Κ τότε: Βρες την εγγραφή του ευρετηρίου με την μεγαλύτερη τιμή κλειδιού αναζήτησης η οποία είναι μικρότερη από την τιμή K Αναζήτησε το αρχείο ξεκινώντας από την εγγραφή στην οποία δείχνει η εγγραφή του ευρετηρίου που μας επιστράφηκε στο προηγούμενο βήμα Λιγότερος χώρος και μικρότερη επιβάρυνση χώρου για εισαγωγές και διαγραφές Στην γενική περίπτωση σχετικά πιο αργή διαδικασία, για τον εντοπισμό εγγραφών, από τα πυκνά ευρετήρια Κάλό tradeoff: αραιά ευρετήρια με μια εγγραφή ευρετηρίου για κάθε block σε ένα αρχείο αντιστοιχεί σε λιγότερα τιμές κλειδιών σε ένα block

15 Ευρετηριοποίηση Πυκνό ευρετήριο Πυκνό ευρετήριο Φοιτητής Ssn Όνομα Διεύθυνση 345 Πετρου Αιόλου 234 Αντωνίου Θράκης 567 Σταύρου Θράκης 456 Νικολάου Θράκης 123 Σταύρου Αιόλου

16 Σύνοψη Όλοι συνδυασμοί είναι δυνατοί... Πυκνό Αραιό Πρωτεύον Σύνηθες Δευτερεύων Σύνηθες Σπάνιο Αραιό ευρετήριο : το πολύ ένα Πυκνά ευρετήρια : όσα επιθυμούμε Συνήθως: Έναπρωτεύονευρετήριοστοπρωτεύονκλειδί(ίσως αραιό) Μερικά δευτερεύοντα ευρετήρια, σταυπόλοιπαγνωρίσματα(πυκνά ευρετήρια)

17 Ευρετηριοποίηση Περιληπτικά Πρωτεύοντα / δευτερεύοντα ευρετήριο Σειριακή μέθοδος προσπέλασης (ISAM) B - trees, B+ - trees Κατακερματισμός Στατικός κατακερματισμός Δυναμικός κατακερματισμός

18 ISAM Τι θα συμβεί εάν το ευρετήριο είναι υπερβολικά μεγάλο για ψάξουμε σ αυτό σειριακά; Θα χρησιμοποιήσουμε ένα πολυεπίπεδο ευρετήριο...

19 ISAM 123 3, >=123 >=456 block Φοιτητής Ssn Όνομα Διεύθυνση 123 Σταύρου Αιόλου 234 Αντωνίου Θράκης 345 Πέτρου Αιόλου 456 Νικολάου Θράκης 567 Σταύρου Θράκης

20 ISAM - Παρατηρήσεις Εάν το ευρετήριο είναι πολύ μεγάλο το αποθηκεύουμε στον δίσκο Διατηρούμε ευρετήριο για το ευρετήριο στην μνήμη Συνήθως δύο επίπεδα δεικτών Το πρώτο επίπεδο θα περιέχει τις πρώτες εγγραφές κάθε block του δίσκου (γιατί;)

21 ISAM Πολυεπίπεδο ευρετήριο

22 ISAM - Παρατηρήσεις Τι γίνεται με τις εισαγωγές / διαγραφές; 123 3, >=123 >= ; Ανδρέου; Κορίνθου. STUDENT Ssn Name Address 123 Σταύρου Αιόλου 234 Αντωνίου Θράκης 345 Πέτρου Αιόλου 456 Νικολάου Θράκης 567 Σταύρου Θράκης

23 ISAM - Παρατηρήσεις Τι γίνεται με τις εισαγωγές / διαγραφές; 123 3, ΦΟΙΤΗΤΗΣ Ssn Όνομα Διεύθυνση 123 Σταύρου Αιόλου 234 Αντωνίου Θράκης 345 Πέτρου Αιόλου 456 Νικολάου Θράκης 567 Σταύρου Θράκης υπερχείλιση 124; Ανδρέου; Κορίνθου. Προβλήματα?

24 ISAM - Παρατηρήσεις Τι γίνεται με τις εισαγωγές / διαγραφές; 123 3, ΦΟΙΤΗΤΗΣ Ssn Όνομα Διεύθυνση 123 Σταύρου Αιόλου 234 Αντωνίου Θράκης 345 Πέτρου Αιόλου 456 Νικολάου Θράκης 567 Σταύρου Θράκης Οι αλυσίδες υπερχείλισης μπορεί να επεκταθούν υπερβολικά Τι μπορούμε να κάνουμε; υπερχείλιση 124; Ανδρέου; Κορίνθου.

25 ISAM - Παρατηρήσεις Τι γίνεται με τις εισαγωγές / διαγραφές; 123 3, ΦΟΙΤΗΤΗΣ Ssn Όνομα Διεύθυνση 123 Σταύρου Αιόλου 234 Αντωνίου Θράκης 345 Πέτρου Αιόλου 456 Νικολάου Θράκης 567 Σταύρου Θράκης overflows 124; Ανδρέου; Κορίνθου. Οι αλυσίδες υπερχείλισης μπορεί να επεκταθούν υπερβολικά - Έτσι: σταμάτα την διαδικασία & αναδιοργάνωσε τις εγγραφές άρχισε όταν η χρησιμοποίηση είναι στο ~80%

26 Μέχρι τώρα δείκτες (όπως ISAM) πάσχουν λόγω της συχνής αναγκαιότητας για ανανεώσεις δεδομένων Μία σειριακή σάρωση δεδομένων σε ένα πρωτεύον ευρετήριο είναι αποδοτική, αλλά μία σειριακή σάρωση σε ένα δευτερεύον ευρετήριο είναι ακριβή Κάθε προσπάθεια ανάκτησης εγγραφής μπορεί να απαιτήσει την ανάκτηση ενός block από τον δίσκο Εναλλακτικές δομές ευρετηρίου : B - trees

27 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό. Οι όροι χρήσης των έργων τρίτων επεξηγούνται στη διαφάνεια «Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων». Τα έργα για τα οποία έχει ζητηθεί άδεια αναφέρονται στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

28 Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων διαθέσιμο με άδεια CC-BY διαθέσιμο με άδεια CC-BY-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-ND διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-ND διαθέσιμο με άδεια CC0 Public Domain διαθέσιμο ως κοινό κτήμα χωρίς σήμανση Δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, παρά μόνο εάν ζητηθεί εκ νέου άδεια από το δημιουργό. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου και η δημιουργία παραγώγων αυτού με απλή αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού, και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η δημιουργία παραγώγων του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου και η δημιουργία παραγώγων του. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Συνήθως δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου.

29 Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

30 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.