Физическая организация баз данных

1. Физический доступ к базе данных

1.1. Объемы современных баз данных и устройства для их размещения

 Система физического доступа к базе данных представлена на рис. 1.

 

Пользователь взаимодействует с системой базы данных, запуская инструкции. Стратегический селектор преобразует пользовательскую команду в наиболее эффективную форму для выполнения. Преобразованное требование активизирует буферный диспетчер, контролирующий перемещение данных между оперативной памятью и диском. Диспетчер файлов поддерживает буферный диспетчер, управляя размещением данных на диске и структурами данных. Кроме пользовательских данных диск содержит словарь данных.

Стратегический селектор – программное обеспечение, преобразующее требование пользователя в эффективную для исполнения форму.

Управление буферами (диспетчер дисков) – программное обеспечение, контролирующее перемещение данных между оперативной памятью и диском.

Диспетчер файлов – программное обеспечение, управляющее размещением данных на диске и структурами данных.

Словарь данных – часть СУБД, определяющая структуру пользовательских данных и возможности их использования.

Оперативная память – запоминающее устройство, расположенное в узле процессора; используется для запоминания данных, доступных для оперирования.

Быстродействие системы управления базами данных в значительной степени определяется использованными физическими структурами данных и тем, насколько система эффективно оперирует этими структурами. При удачном физическом устройстве базы данных данные можно извлекать, обновлять, манипулировать за достаточно короткое время.

Чтобы достичь этого следует выполнить важные задачи настройки и администрирования базы данных. К их числу относят:

  выбор способа размещения файлов на диске;

  определение требуемого объема дисковой памяти;

  распределение информации на диске.

Выбор способа размещения файлов на диске. Большинство СУБД позволяют администратору системы выбрать один из способов размещения файлов базы данных на дисках: на «чистых» дисках или в файловой системе.

Достоинством хранения информации на «чистых» дисках является то, что внешняя память используется более эффективно и, как правило, увеличивается производительность обмена с дисками. Экономия внешней памяти от 10 до 20% достигается на основе устранения необходимости организации самой файловой системы. К достоинствам работы с дисками через файловую систему относят:

1. использование файловой системы обладает большей гибкостью, так как дает администратору стандартные средства обслуживания файлов: утилиты резервного копирования, архивации, восстановления, а также возможность пользования другими программами работы с файлами (редакторами, антивирусными программами, утилитами контроля качества носителя и т. д.);

2. в некоторых случаях выполнение операций ввода/вывода через файловую систему обеспечивает оптимизацию, которую СУБД не может реализовать. В частности, в системе UNIX происходит кластеризация данных в более крупные физические единицы, чем в большинстве СУБД, что часто приводит к повышению производительности.

Определение требуемого объема дисковой памяти. При определении требуемого объема дисковой памяти следует учитывать, что для обработки данных СУБД использует большой объем служебной информации, размещаемой на дисках. К служебной информации относится: описание схемы базы данных, табличные индексы, временные таблицы, заранее выделенное пространство для хеш-таблиц и индексов, пространство для сортировки, файлы журнала, архивы и др.

Если точная информация об объеме служебной информации для БД отсутствует, то исходят из предположения, что для ее размещения требуется объем дисковой памяти, превосходящий объем размещаемых данных.

Распределение информации на Дисках. Рациональным и экономичным способом распределения информации на дисках является обеспечение основных задач обработки данных одним или несколькими дисками. Примером такого распределения является использование четырех дисков: одного - для операционной системы и области подкачки (swap), другого - для данных, третьего - для журнала транзакций и четвертого - для индексов.

Технически возможно разместить несколько функциональных дисковых областей на одних и тех же (физических или логических) дисках. Так практически всегда делается на СУБД, работающих на ПЭВМ. Однако совместное хранение разнородной информации на одних и тех же дисках приводит к перегрузке подсистемы ввода/вывода и, соответственно, к потере производительности. Перегрузка возникает из-за существенных временных затрат на позиционирование головок на диске.

В каждой  СУБД по-разному организованы хранение и доступ к данным, однако, существуют некоторые файловые структуры, которые имеют общепринятые способы организации и применяются практически во всех СУБД.

В процессе работы с БД, важными являются вопросы хранения и методы доступа к данным. Основные проблемы, связанные с физическим хранением данных, вызваны медленностью доступа и поиска, а также низкой скоростью передачи. Основной целью повышения производительности системы является минимизация числа дисковых операций ввода-вывода данных.