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1 Organização Física 1 xx Base de Dados Table Space Header Página... Página Podem existir vários tipos Data pages, Allocation Map pages (AMP), Index pages,... Header registo registo Data Page... offset table

2 xx Data Page Header registo Header Column offsets C1 registo... offset table... Mas, não tem de ser exactamente assim (ex. Sql Server) 3 xx Table Space Header AMP P0 P1... PK AMP Bit-map: 0 ocupada livre 4 2

3 xx Estrutura base (heap): Tabela 1 AMP P0 P1... PK AMP... P0 P xx Índices ISAM Alberto Camilo Xavier Overflow area Aldina Alexandre Calos Alberto Alzira Benilde Camilo Cavaco Alberto Alda Alzira Becas Benilde Bento Brito Camilo Carriço Características: esparso e clustered 6 3

4 xx Bucket coincide com uma página (ou múltiplas páginas contíguas) Bucket 0 Bucket 1 Bucket 9 Chave(101)... Hash (Chave) = Chave mod 10 (Produz o endereço de um bucket) E quando não há espaço num bucket? Overflow Rehash Usar um outro bucket 7 xx Hash dinâmico (exemplo para extendible hash) M+P bits Q0 = 0 Q1 = 0 Q2 = 0 Q3 = 0 bucket 0 bucket 1 bucket 2 Dados P = 0 Directoria Máximo de buckets igual a 2 M+P Inicialmente P = 0 Qi indica quantas vezes um bucket já foi expandido P é o supremo dos valores Qi 8 4

5 xx M+P bits Q0 = 0 Q1 = Q2 = Q3 = Q4 = Q5 = Q6 = Q7 = 0 Directoria Expansão do bucket 2 bucket 0 bucket 1 bucket 2 P = 1 Dados Quando se insere um registo e ele não cabe no respectivo bucket, este é expandido, criando um novo bucket com a mesma profundidade, sendo os registos do primeiro bucket repartidos pelos dois buckets de acordo com o bit M+Qi+1 da P = 1 chave. Nesta altura duas situações podem acontecer: Se P > Q, então, a directoria é simplesmente actualizada (2 P-Q apontadores para o novo bucket ). (adiante). Se P = Q, então a directoria também é expandida. Neste caso, todos os outros buckets cujo Q i é menor ou igual a P vão ver os apontadores duplicados (várias entradas de directoria a apontar o mesmo bucket ). O valor Q para o bucket duplicado e seu par é incrementado de uma unidade. Repete-se a inserção do registo já com a nova dimensão. 9 xx M+P bits Q0 = 0 bucket 0 bucket 1 bucket 2 Q1 = 0 Q2 = 1 Dados Q3 = 1 Q4 = 0 P = 1 Q5 = 0 Q6 = 1 Para novo bucket Q7 = 1 Directoria Expansão do bucket

6 Árvore B Árvore de ordem N = Índice Dados Critério de balanceamento: Todas as páginas, excepto a raiz, devem estar ocupadas a pelo 50%. A raiz pode ter apenas um elemento\ 11 Árvore B Na procura de um registo, começa-se pela raiz e procura-se o elemento desejado. Caso exista, terminamos com sucesso. Se não existe, então prosseguimos com a página apontada pelo apontador à esquerda ou à direita, em função do resultado da comparação. Se se atinge uma folha e não se encontra o elemento, então, terminamos com insucesso. O percurso infixo na árvore permite percorrer ficheiro por ordem da chave (ou melhor, das colunas do índice) Na inserção localiza-se a posição numa folha onde o novo elemento deve ser inserido. Se essa página ainda contiver espaço, insere-se o elemento. Se não existir espaço, temos de fazer explodir a página 12 6

7 Árvore B permanecem promovido Passam para a nova página Árvore B Na remoção numa árvore B temos de distinguir o caso da supressão numa folha da supressão nas restantes páginas. No caso de remoção numa folha, podemacontecer os seguintescasos: A folha continua ocupada, pelo menos a 50%, logo nada mais há a fazer do que eliminar o elemento. A folha fica com N-1 elementos e uma folha adjacente tem espaço para os alojar, logo fundimos as duas folhas. A folhaficacom N-1 elementos e nenhuma das folhas adjacentes contem espaço para os alojar, pelo que iremos buscar um elemento a uma das folhas adjacentes para substituir o removido (uma solução melhor, será redistribuir os elementos pelas duas páginas). 14 7

8 Árvore B Elemento suprimido Árvore B Elemento suprimido

9 Árvore B Elemento suprimido Árvore B 9 22 Elemento suprimido Supressão em nó não folha: Substituir o elemento por um adjacente e eliminar este da página onde estava Elemento adjacente

10 Árvore B Clustered index Índice denso Dados ordenados pelo índice Por vezes é usada uma modificação conhecida por b+ tree (Ex: Sql Server): Índice esparso Dados ordenados pelo índice Árvore B Non-clustered index Índice denso Dados não ordenados pelo índice Nas folhas podemos ter apontadores para um clustered index 20 10

11 Árvore B 10(.0) 22 2(.0) 2(.1) 8 10(.1) Nas árvores B os índices não podem ter valores duplicados. Porém, pode resolver-se este problema acrescentando um sufixo (uma coluna) que seja diferente para cada conjunto de valores duplicados (Número sequencial, por exemplo). A ordem dos índices é determinada primeiro pela componente sem sufixo e, apenas dentro de conjuntos com igualdade nesta, o sufixo determinará a ordem. Alguns SGBDs fazem isto automaticamente (Ex. SQL Server uniqueifier) 21 Árvore B Índices com colunas suplementares Podemos criar índices que mantenham valores de colunas que não pertençam ao índice, apenas para que se possa responder a algumas interrogações usando apenas o índice. Exemplo: Se num índice da tabela T definido sobre a coluna C1 incluirmos a coluna C2, podemos usar apenas o índice para responder à seguinte interrogação: SELECT C2 FROM T WHERE C1 =

12 Índices Bit-Map Em situações onde o número de valores diferentes de uma coluna seja pequeno, os índices bit map podem ser adequados, pois permitem responder muito rapidamente a interrogações com base em bit maps que associam as linhas da tabela a cada um dos valores possíveis para a coluna. Um bit a 1 significa que a linha respectiva possui esse valor na coluna, enquanto o mesmo bit a 0 significa que a linha não tem esse valor naquela coluna. Exemplo: Bit Maps Número Nome Categoria Nome 1111 Assistente Assistente Nome 2222 Prof. Adj Nome 3333 Prof. Coord. Prof. Adj Nome 4444 Prof. Adj. Prof. Coord Sql Server Podem existir mais PFS, GAM e SGAM Um Filegroup pode ter vários ficheiros, idealmente, localizados em discos separados. Quando há vários, o SqlServer vai atribuindo extents na proporção da dimensão dos ficheiros existentes no filegroup. O aumento da dimensão também é realizado de uma forma similar (round-robin) 24 12

13 Sql Server (96 bytes) Numa página de dados: Page Id Next page Previous page Oject Id (a quem a página pertence) Log Sequence Number do último registo do log que afectou a página de forma persistente Number of rows Index level Index Id Free space location (offset na página) Dimensão mínima das linhas (colunas fixas) Quantidade de espaço livre (2 bytes por linha) 25 Sql Server Header (4 bytes) Colunas de dimensão fixa Null Block (null bitmap) Variable Block Colunas de dimensão variável Para índices non-clustered é criado com a 1.ª coluna do índice nullable. Para índices clustered e páginas do Heap é sempre criado. (dimensão igual 2 + (Num Colunas + 7) div 8 bytes) Posição da linha na tabela, colunas contidas na linha Todos os registos com colunas de dimensão variável têm um variable block que contém 2 bytes para indicar o número destas colunas e mais 2 bytes por cada uma delas para indicar o seu offset na linha 26 13

14 Sql Server Current use of extent GAM bit setting SGAM bit setting Free, not being used 1 0 Uniform extent, or full mixed extent Mixed extent with free pages Sql Server Um IAM indica se um extent está ou não totalmente atribuído a um objecto 28 14

15 Sql Server 29 Sql Server Heap 30 15

16 Sql Server Clustered index (B+tree) Fill factor configuração que indica qual a percentagem de ocupação que se pretende em cada folha do índice 31 Sql Server No-clustered index (B+tree) Fill factor configuração que indica qual a percentagem de ocupação que se pretende em cada folha do índice 32 16

17 Sql Server USE master; GO -- Create the database with the default data filegroup and a log file. -- Specify the growth increment and the max size for the primary data file. CREATE DATABASE MyDB ON PRIMARY ( NAME='MyDB_Primary', FILENAME= 'c:\program Files\Microsoft SQL Server\MSSQL10_50.MSSQLSERVER\MSSQL\data\MyDB_Prm.mdf', SIZE=4MB, MAXSIZE=10MB, FILEGROWTH=1MB), FILEGROUP MyDB_FG1 ( NAME = 'MyDB_FG1_Dat1', FILENAME = 'c:\program Files\Microsoft SQL Server\MSSQL10_50.MSSQLSERVER\MSSQL\data\MyDB_FG1_1.ndf', SIZE = 1MB, MAXSIZE=10MB, FILEGROWTH=1MB), ( NAME = 'MyDB_FG1_Dat2', FILENAME = 'c:\program Files\Microsoft SQL Server\MSSQL10_50.MSSQLSERVER\MSSQL\data\MyDB_FG1_2.ndf', SIZE = 1MB, MAXSIZE=10MB, FILEGROWTH=1MB) LOG ON ( NAME='MyDB_log', FILENAME = 'c:\program Files\Microsoft SQL Server\MSSQL10_50.MSSQLSERVER\MSSQL\data\MyDB.ldf', SIZE=1MB, MAXSIZE=10MB, FILEGROWTH=1MB); GO ALTER DATABASE MyDB MODIFY FILEGROUP MyDB_FG1 DEFAULT; GO -- Create a table in the user-defined filegroup. desnecessário USE MyDB; CREATE TABLE MyTable ( cola int PRIMARY KEY, colb char(8) ) ON MyDB_FG1; GO 33 Sql Server Estimativa de espaço ocupado para tabelas sem colunas variáveis 96 bytes Páginas de 8KB (2 13 = 8192bytes) Espaço disponível para as linhas (ED): = 8096 bytes Dimensão da linhas (DL): 4 + espaço total ocupado pelas várias colunas (ETF) (Num Colunas + 7) div 8 (Null Block) Linhas por página (LPP) = ED div DL Número de páginas (NP) = ROUNDUP(Número de linhas/lpp) Capacidade mínima de disco (só para os dados): 8192*NP Header (4 bytes) Colunas de dimensão fixa Null Block (null bitmap) Variable Block Colunas de dimensão variável 34 17

18 Sql Server Exemplo: Create table T (x int, y nchar(10), z decimal(6,2) ) Espaço total ocupado pelas várias colunas (ETF): 4 + 2* = 29 bytes (ver dimensões dos tipos Sql Server) Dimensão da linhas (DL): (3 + 7) div 8 = 38 bytes Linhas por página (LPP) = 8096 div 38 = 213 CUIDADO: Pode acontecer que nem todas os slots da página sejam usados!!!! (5%) Suponhamos que temos de linhas. Número de páginas (NP) = ROUNDUP( /213) = 4695 Capacidade mínima de disco (só para os dados): 8192*4695 = bytes 35 Sql Server Estimativa de espaço ocupado para tabelas sem colunas variáveis e sem colunas nullable 96 bytes Páginas de 8KB (2 13 = 8192bytes) Espaço disponível para as linhas (ED): = 8096 bytes Dimensão da linhas (DL): 4 + espaço total ocupado pelas várias colunas (ETF) + 2 Linhas por página (LPP) = ED div DL Número de páginas (NP) = ROUNDUP(Número de linhas/lpp) Capacidade mínima de disco (só para os dados): 8192*NP Header (4 bytes) Colunas de dimensão fixa Null Block (null bitmap) Variable Block Colunas de dimensão variável 36 18

19 Sql Server Log Transaccional: Recuperação de transacções individuais (operação normal) Recuperação de todas as transacções incompletas quando o Sql Server arranca Roll forward de bases de dados, ficheiro filegroup ou página até um ponto de falha Suporte para a replicação transaccional Suporte ao funcionamento de servidores de stand-by (log shipping e mirroring) 37 Sql Server Log Transaccional: Write Ahead Transactio Log (WAL) Nenhuma alteração dos dados é concretizada em disco (a partir das caches) antes do registo de log associado ser escrito em disco Se a página fosse escrita antes do registo de log e entre as duas escritas o sistema falhasse, não seria possível anular a escrita (o log em disco não continha a informação da alteração) Todos os registos de log de uma transacção são escritos em disco pela ordem de criação em memória Todas as transacções apenas atingem o estado commited depois do respectivo registo de commit no log ter sido passado para disco (obviamente todos os registod de log dessa transacção terão passado para disco). Ou seja, uma transacção commited tem os seus registod do log todos estáveis em disco, mas não necessariamente os registos de dados 38 19

20 Sql Server Log Transaccional: Regista as alterações efectuadas guardando a operação que deu origem à alteração (ex. CREATE INDEX) guardando os valores antes e depois da operação Regista alocação e libertação de páginas Roll forward de transacções commited (quer reaplicando a operação, quer reescrevendo o valor depois) Roll back de transacções não terminadas (quer aplicando a inversa da operação (Ex. DROP INDEX), quer escrevendo o valor antes) 39 Sql Server Log Transaccional: Checkpoint garante a escrita de registos de log e de páginas de dados (ambos em cache) no disco (por este ordem). Evitam operações de roll forward desnecessárias. Automáticos (opção recovery interval, etc.) Manuais (instrução CHECKPOINT) Envolve: 1. Escrita de todos os registos do log em cache para o disco 2. Escrita em disco de todas as páginas de dados escritas em cache 3. Escrita de um registo de início de checkpoint que guarda informação sobre o checkpoint numa cadeia de registos de log, entre as quais o MinLSN e a lista de transacções activas na altura do checkpointd Menor dos valores LSN do início do checkpoint, LSN do início da transacção activa mais antiga ou LSN da transacção de replicação mais antiga ainda não passada para a BD de distribuição. O log não pode ser truncado depois deste ponto para se poder fazer rollback em caso de rearranque 40 20

21 Sql Server Log Transaccional: Active log, ou logical log (zona do log que não pode ser truncada)... LSN LSN LSN LSN LSN LSN LSN LSN Begin update Begin update update commit TR1 TR1 TR2 TR2 checkpoint TR1 TR1 checkpoint Cada registo tem o LSN do registo anterior da mesma transacção Se o SGBD tiver uma falha antes deste ponto, tem de se fazer roll forward de TR1 e MinLSN = 101 (admitindo que não roll back de TR2 havia outras transacções) MinLSN = 103 Nota: os chekpoints têm mais registos do que os mostrados Se o SGBD tiver uma falha antes depois deste ponto, apenas se tem de se fazer roll back de TR2 41 Sql Server Log Transaccional (recuperação): 1. Para cada registo r do Log transaccional pertencente a uma transacção commited e com LSN >= MinLSN Se o LSN da página de dados respectiva for igual ou superior ao LSN de r não fazer nada a página foi persistida por este registo ou por registo ulterior. Senão (isto é se o LSN da página da dados respectiva for inferior ao LSN de r), refazer a operação, garantindo a sua persistência. 2. Para cada registo r do LOG pertencente a uma transacção não commited e com LSN >= MinLSN Se o LSN da página pg de dados respectiva for LSN igual ou superior ao LSN de r, desfazer o efeito da operação (persistida num checkpoint), deixando persistente o valor anterior. Senão (isto é, se o LSN da página da dados respectiva for inferior ao LSN de r), não fazer nada o efeito da operação não foi persistido Mais sobre este assunto, maia tarde 42 21

22 Sql Server Log Transaccional: Log físico um conjunto de ficheiros (organizados em logs virtuias que são a unidade de truncagem do log ) Log Lógico um buffer em anel constituído sobre os logs virtuias dos vários ficheiros e que contém o log activo O número der Vlogs depende do crescimento do ficheiro: <= 64KB 4 Vlogs, > 64KB <= 1GB, 8 VLOGS, > 1GB 16 VLOgs Quando o log logico chega ao último log virtual de um ficheiro passa para o primeiro log virtual do próximo ficheiro e, não havendo mais nenhum ficheiro, volta ao primeiro log virtual do primeiro ficheiro. Se não existirem logs virtuais disponíveis, o log físico irá crescer 43 Sql Server Log Transaccional: Quando o log logico chega ao último log virtual de um ficheiro passa para o primeiro log virtual do próximo ficheiro e, não havendo mais nenhum ficheiro, volta ao primeiro log virtual do primeiro ficheiro. Se não existirem logs virtuais disponíveis, o log físico irá crescer 44 22

23 Sql Server Os VLF do Log Transaccional podem ser truncados quando se verificarem todas as seguintes condições: 1. Todos os seu registos pertencerem a transacções committed 2. As páginas de dados respectivas tiverem todas sido persistidas (checkpoint) 3. Não contenham registos necessários para a realização de backups (full, differential ou log) 4. Não contiverem registos necessários a outros mecanismoa baseados na leitura dos logs (mirroring e replicação ) Nota: no primeiro grupo (a azul) estão os VLF que vão desde aquele onde se situa o MinLSN até ao último do log activo ; no segundo grupo podem estar VLF anteriores àquele onde se situa o MinLSN 45 Sql Server Factores que afectam a dimensão do log: Dimensão dos dados afectados Duração ç das transacções Número de transacções concorrentes Número de operações por unidade de tempo e por transacção Frequência de realização de checkpoints, no modo de recuperação simple recovery Frequência F ê i de realização de backups e checkpoints nos modos de recuperação full recovery e bulk-logged recovery. Por isso, não é fácil estimar a dimensão do log. Logo, é vital colocá-lo no modo autogrowth

24 Bibliografia Database Administration the Complete Guide to Practices and Procedures (cap. 17) Sql Server 2008 Adeministration in Action (cap. 2 e 3) Sql Server 2008 documentation - Planning and Architecture (Database Engine) (http://msdn.microsoft.com/en-us/library/cc280361(v=sql.100).aspx) Database System Concepts, 5th ed., Abraham Silbershatz, Henry F. Korth, S. SudarShan, McGraw-Hill,

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