El DBA, el SMBD y Manejo de memoria (Parte I)
Escuela de Computación UCV Facultad de Ciencias
Administracion de Base de datos
Prof Mercy Ospina Torres
El DBA
Concurrencia
Diccionario Datos
Integridad
Seguridad
Proc. Consultas
El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Agenda
• Administrador de Base de datos• Funciones asociadas a los temas de la
materia• El SMBD
• Definición• Componentes funcionales
10 de abril de 2023 Sitio Web Escuela de Computación 2
Introducción
Problema
Marco Conceptual
Marco Metodológico
Marco Aplicativo
Demostración
Conclusiones
Recomendaciones
Aportes
El DBA
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Integridad
Seguridad
Proc. Consultas
El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Que es el DBA
• Es el responsable de la administración de:– Base de Datos
– El Sistema manejador de Base de Datos
• No es responsable del diseño de la BD, pero los diseñadores deben trabajar con ellos
10 de abril de 2023 Sitio Web Escuela de Computación 3
El DBA
El DBA
Concurrencia
Diccionario Datos
Integridad
Seguridad
Proc. Consultas
El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Funciones del Administrador de Base de datos
Administrar la estructura de la BD
Establecer el diccionario de datos
Administrar el SMBDAsegurar la
confiabilidad de los datos
Administrar la actividad de los datos
Garantizar la seguridad de los
datos
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El DBA
El DBA
Concurrencia
Diccionario Datos
Integridad
Seguridad
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El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Funciones del Administrador de Base de datos
Administra
r la estructura de la BD
•Participar en el diseño y puesta en practica
•Administrar los requerimientos de la BD
•Establecer políticas y procedimientos para modificaciones en la BD
•Supervisar el desempeño y responder a cambios de requerimientos
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El DBA
El DBA
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Integridad
Seguridad
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El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Funciones del Administrador de Base de datos
Administra
r la actividad de los
datos
•Establecer estándares, controles y documentación sobre los datos
•Optimizar el acceso a los datos por los distintos usuarios
•Establecer los derechos de acceso
•Establecer las tareas en background
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El DBA
El DBA
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Seguridad
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El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Funciones del Administrador de Base de datos
Administrar el SMBD
•Compilar y analizar estadísticas de rendimiento
•Vigilar la actividad de los usuarios de las BD
•Vigilar el uso de los recursos del SMBD
•Ajustar los parámetros del SMBD para asegurar el rendimiento
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El DBA
El DBA
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Seguridad
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El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Sistema manejador de Base de Datos
• ¿Qué es?– Es un conjunto de programas que permiten
crear y mantener una base de datos, asegurando su integridad, seguridad.
• Arquitectura– Al ejecutarse debe tener
• Un área de memoria primaria• Un conjunto de procesos• Acceso a la Base de datos
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 8
El SMBD
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Integridad
Seguridad
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El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Sistema manejador de Base de Datos -Arquitectura– Ejemplo Oracle
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El SMBD
Estructuras de
memoria
Procesos
El DBA
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Integridad
Seguridad
Proc. Consultas
El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Sistema manejador de Base de Datos - Arquitectura
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 10
S
M
B
DGestor de almacenamiento
Gestor de transacciones
Gestor de transacciones
Gestor de archivosGestor de archivos
Gestor de memoria
intermedia
Gestor de memoria
intermedia
Gestor de autorización e
integridad
Gestor de autorización e
integridad
Archivos de Datos Índices Diccionario
de datosDatos
estadísticos
Almacenamiento en disco
Procesador de Consultas
Precompilador del DML
Precompilador del DML
Código objeto de programas de aplicación
Código objeto de programas de aplicación
Motor de evaluación de
consultas
Motor de evaluación de
consultas
Consultas DML
Compilador del DML
Compilador del DML
Interprete del DDL
Interprete del DDL
El SMBD
Silberschatz, A., Korth, H., & Sudarshan, S. (2006). Fundamentos de bases de datos (Quinta ed.). Madrid: McGraw-Hill/Interamericana.
El DBA
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Seguridad
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El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Sistema Manejador de Bases de datos SMBD
Objetivos del SMBD
Crear y Manipular
BDDDL
Crear y manipular
datosDML
Consultar datosDCL
Asegurar
Concu-rrencia
Seguri-dad
Integri-dad
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El SMBD
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El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Manejo de memoriaAgenda
• Manejo de memoria– Objetivos– Componentes del SMBD– Tipos de memoria– Acceso a la base de datos– Archivos
• Encabezado• Registro• Tamaño de un archivo• Organizaciones de archivo• Vías de acceso
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Manejo de memoria
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El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Manejo de Memoria
• Objetivos– Conocer como el Sistema Manejador de Base de
datos (SMBD) recupera los datos almacenados– Conocer que es un archivo de datos y manejar
las organizaciones de archivo– Conocer que es un archivo de índices y manejar
las organizaciones indexadas– Poder calcular el tamaño de un archivo de datos
y de un archivo de índices– Poder calcular el costo de una búsqueda sobre
un archivo de datos.
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 13
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El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Manejo de memoriaComponentes del SMBD
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 14
Manejo de memoria
S
M
B
DGestor de almacenamiento
Gestor de transacciones
Gestor de transacciones
Gestor de archivos
Gestor de memoria
intermedia
Gestor de autorización e
integridad
Gestor de autorización e
integridad
Archivos de Datos Índices Diccionario
de datosDatos
estadísticos
Almacenamiento en disco
Procesador de Consultas
Precompilador del DML
Precompilador del DML
Código objeto de programas de aplicación
Código objeto de programas de aplicación
Motor de evaluación de
consultas
Motor de evaluación de
consultas
Consultas DML
Compilador del DML
Compilador del DML
Interprete del DDL
Interprete del DDL
El DBA
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El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Jerarquía de memorias
Cache
Memoria
Principal
Memoria Flash
Disco Magnético
Disco Optico
Tambor
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 15
Costo
VelocidadAlmacenamiento principal
Volátil
Almacenamiento secundario
No volátil
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El SMBD
Manejo de Memoria
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Acceso a la BD
1. El SMBD decide cual registro almacenado necesita y si no está en memoria principal le hace una solicitud al Manejador de Archivos.
2. El manejador de Archivos verifica cual página contiene el registro y la solicita al Manejador de Disco.
3. El manejador de disco determina la posición física de la página solicitada, en el disco y realiza la operación de E/S necesaria.
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 16
SMBDSMBD
Manejador de archivosManejador de archivos
Manejador de disco
Manejador de disco
BDBD
Solicitud de registro
almacenado
Solicitud de página
almacenada
Operación de E/S en Disco Datos
Página almacenada
Conjunto de Registros
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El SMBD
Manejo de Memoria
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Acceso a la BD
Manejador de Disco• Es un componente del
sistema operativo subyacente encargado de todas las operaciones físicas de E/S.
• Muestra el disco es una colección lógica de conjuntos de páginas o segmentos.
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 17
SMBDSMBD
Manejador de archivosManejador de archivos
Manejador de disco
Manejador de disco
BDBD
Solicitud de registro
almacenado
Solicitud de página
almacenada
Operación de E/S en Disco Datos
Página almacenada
Conjunto de Registros
Manejo de memoria
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El SMBD
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Manejador de disco
• Segmentos: Cada segmento se compone de un grupo de páginas de tamaño fijo en KB. Posee un identificador de páginas único.
• Páginas: Cada página se identifica mediante el número de página único dentro del disco
• Los conjuntos de páginas no tienen páginas en común (No se solapan).
• El manejador se encarga de la correspondencia entre números de páginas y direcciones físicas de disco.
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 18
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El SMBD
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Manejador de disco
• Operaciones del Manejador de Disco:
• Leer página p del Conjunto C
• Reemplazar la página p del conjunto de páginas C
• Añadir páginas nuevas al conjunto de páginas C
• Eliminar una página p del conjunto de páginas C.
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 19
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El SMBD
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Manejador de disco
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 20
Tabla de Contenido del disco óDirectorio del Disco óDirectorio de Conjuntos de Páginas o Página Cero.
Cabecera de página (apuntador a la “siguiente página”)
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El SMBD
Manejo de Memoria
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Acceso a la BD
Manejador de Archivo• Permite que el SMBD
perciba al disco como un conjunto de archivos almacenados
• Administra los registros almacenados en la BD, permite al SMBD olvidarse de los detalles de E/S de páginas y pensar en términos de archivos y registros almacenados
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 21
SMBDSMBD
Manejador de archivosManejador de archivos
Manejador de disco
Manejador de disco
BDBD
Solicitud de registro
almacenado
Solicitud de página
almacenada
Operación de E/S en Disco Datos
Página almacenada
Conjunto de Registros
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El SMBD
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Manejador de Archivo
• Un conjunto de páginas contiene uno más archivos
• Un archivo posee un identificador único• Cada registro dentro del archivo posee un
identificador relativo, único dentro del archivo
• Los identificadores de archivos suelen ser únicos dentro del disco
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 22
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El SMBD
Manejo de Memoria
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Manejador de Archivo
• Operaciones• Leer el registro almacenado r del archivo almacenado
A.
• Reemplazar el registro almacenado r dentro del archivo almacenado A.
• Añadir al archivo almacenado A un nuevo registro y devolver el nuevo identificador del registro r.
• Eliminar el registro almacenado r del archivo almacenado A.
• Crear un nuevo archivo almacenado A.
• Destruir el archivo almacenado A.
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 23
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Archivos
CABECERA
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 24
La cabecera o descriptor de archivo contiene información que el sistema necesita para acceder a los registros, como:
• Direcciones de disco de los bloques del archivo.
• Descripción del formato de los registros ( Logitudes de campo, orden de los campos en el registro, códigos de tipo, etc.)
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Archivos
CABECERA
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 25
Conjunto de registros
Registro: colección de valores o elementos de datos relacionados.
Un registro puede definirse (utilizando notación C) como:
struct empleado { char nombre[30]; char cedula[9]; int sueldo; int codtrabajo; char departamento[20];};
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Organización de archivo
• Determina la colocación física de los registros del archivo en el disco -> como se puede acceder a los registros.
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 26
1234 Maria Castillo DE3456 Jose Perdomo CO
5432 Pedro López DE5879 Beatriz Martínez MT
6784 Ana Vasquez MT8762 Julio León CO
Modelo normalizado (nsm) Modelo descompuesto (dsm)
1234 3456 5432 5879 6784 87621234 3456 5432 5879 6784 8762 Maria Castillo
Jose Perdomo Pedro López Beatriz Martínez
Ana Vasquez Julio León DE CO DE MT MT CO
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Organización de archivos
• Clustering– Agrupación de registros (que pueden ser de
distinto tipo) en páginas de discos según un patrón de uso.
• Intra-archivo: Agrupados según el orden de algún campo
• Inter-archivo: Aplica sobre varios archivos. Ejm: Si al acceder a un departamento se accede a
todos los empleados que trabajan en el.
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 27
D1 E1 E2 E3 E4 E5 D1 E6 E7 E8 E9 E10
D2 E11 E13 E15 E15 ……
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Archivo
Tipos de registros• Por su tamaño
– Tamaño fijo– Tamaño variable
• Por su forma de almacenarlo físicamente– Extensible– No extensible
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 28
Manejo de memoria
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Archivo
• Registros de longitud variable– Clustering iter-archivo– Datos de tamaño variable– Registros que permiten campos repetidos
• Manejo, Página con ranuras – Cabecera del registro
• Número de elementos de registro• Final del espacio vacío• Arreglo con entradas de ubicación y tamaño de
cada registro
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 29
Manejo de memoria
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Archivo
• Registros extensibles– No se almacenan atómicamente en una misma
página, se puede almacenar una porción en un bloque y la otra en el siguiente bloque libre.
• Registros no extensibles– Se almacenan atómicamente en un bloque, si el
registro no cabe en un bloque se almacena en el siguiente bloque lógico
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 30
R1 R2 R3 R4’ R4’’ R5 R6
R1 R2 R3 /// R4 R5 R6 ///
Manejo de memoria
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Archivo
• Tamaño del archivo en bloques– Registros extensibles
– Registros no extensibles• Factor de bloqueo (fb) es el número de registros
que caben en un bloque
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 31
nr: número de registrosR: Tamaño del registro en bytesB: Tamaño del bloque de disco en bytes
Manejo de memoria
B
RnrTA
R
Bfb
Entero aproximado hacia abajo (piso)
Entero aproximado hacia arriba (techo)
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Organización de archivos
• Organizaciones en el modelo normalizado– Secuencial
– Directos
– Indexados
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 32
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Organizaciones de Archivo
• Secuencial: Los registros son almacenados en la secuencia física en la que van a ser procesados.– Montículo: En el orden en que llegan
• Backup o respaldos• Los archivos de transacciones en lote• El log (registro histórico) de transacciones
– Vías de acceso• Inserción muy eficaz• Busqueda, actualización y eliminación implica una
búsqueda lineal
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 33
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Organizaciones de Archivo
• Secuencial: Los registros son almacenados en la secuencia física en la que van a ser procesados.– Ordenado
• Los registros están ordenados físicamente en disco, en función de los valores de uno o mas campos, que pueden o no ser clave
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 34
Cod Nombre CiudadS1 Pedro Caracas
S2 Maria ValenciaS4 Juan MaracayS5 Antonio CaracasS6 Betty Zulia
Cod Nombre CiudadS1 Pedro CaracasS5 Antonio CaracasS4 Juan MaracayS2 María ValenciaS6 Betty Zulia
Clave de ordenació
n
Campo de ordenació
n
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Organizaciones de Archivo
• Secuencial ordenado– Vías de acceso
• Búsqueda o actualización sobre el campo de ordenamiento implica una búsqueda binaria
• Búsqueda o actualización, sobre otro campo, y eliminación implica una búsqueda lineal
• Inserción o actualización sobre campo de ordenamiento implica mover los registros para mantener el orden físico.
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 35
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Organizaciones de archivo
• Costos de vías de acceso– Si TA es el tamaño del archivo en bloques– Búsqueda lineal:
• Caso promedio: TA/2• Peor caso: TA
– Búsqueda binaria: Log2(TA)
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 36
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Organizaciones de archivo
• Archivos directos o hash– Se usa una función de dispersión (hash) para
determinar la posición de los registros en disco– La función toma el valor de un campo llamado
campo hash (o clave hash si es la clave) y retorna un número de bloque relativo al archivo.
fhash (valor campo hash) = bloque relativo.
– El registro se almacena en dicho bloque.
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 37
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El SMBD
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Organizaciones de archivo
• Archivos directos o hash– Direccionamiento por clave
• Se aplica sobre la clave primaria• Cada registro obtiene un valor de registro único
– Direccionamiento hash:• No garantiza una dirección de página única• La función hashing se selecciona para que los
registros sean esparcidos de manera uniforme.
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 38
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Organizaciones de Archivo
• Plegable12.234.56716.456.423
• División-resto– h(k) = k mod M– k: valor del campo hash– M: número de bloques
disponibles
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 39
122345
+67147
164564
+23147
Se recomienda• Que M sea un Nº
primo • Que se deje 80 - 90
% del archivo libre
Manejo de memoria
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Manejo de Memoria
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Organizaciones de archivos
No página relativo
0
1
2
3
4
5
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 40
MOD 8
Clave hash2, 3, 57, 11, 1718, 19, 23 28, 29, 3132, 36, 3740, 41, 4653, 60
MOD 6
Caben 4 registros por pagina
Manejo de memoria
El DBA
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Diccionario Datos
Integridad
Seguridad
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El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Organizaciones de Archivo
No página relativo
0 18, 36, 60
1 7, 19, 31, 37
2 2, 32
3 3
4 28, 40, 46
5 5, 11, 17, 23, 29, 41, 53
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 41
MOD 8
Clave hash2, 3, 57, 11, 1718, 19, 23 28, 29, 3132, 36, 3740, 41, 4653, 60
MOD 6
Caben 4 registros por pagina
Registros sinónimos
Colisiones
Manejo de memoria
El DBA
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Diccionario Datos
Integridad
Seguridad
Proc. Consultas
El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Organizaciones de Archivo
No página relativo
0 7, 28
1 29, 36
2 2, 23, 37
3 3, 17, 31
4 11, 18, 32, 46, 53, 60
5 5, 19, 40
6 41
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 42
MOD 8
Clave hash2, 3, 57, 11, 1718, 19, 23 28, 29, 3132, 36, 3740, 41, 4653, 60
MOD 7
Caben 4 registros por pagina
Manejo de memoria
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Seguridad
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Manejo de Colisiones
• Búsqueda lineal o direccionamiento
abierto.
• Área de desbordamiento no encadenada.
• Área de desbordamiento encadenada.
• Hash múltiple.
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 43
Manejo de memoria
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El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Organizaciones de ArchivoManejo de Colisiones
No página relativo
0 7, 28
1 29, 36
2 2, 23, 37
3 3, 17, 31
4 11, 18, 32, 46,
5 5, 19, 40, 53
6 41, 60
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 44
MOD 8
Clave hash2, 3, 57, 11, 1718, 19, 23 28, 29, 3132, 36, 3740, 41, 4653, 60
MOD 7
Caben 4 registros por pagina
Búsqueda lineal
Manejo de memoria
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Manejo de Memoria
Restauración
Organizaciones de ArchivoManejo de Colisiones
No página relativo
0 7, 28
1 29, 36
2 2, 23, 37
3 3, 17, 31
4 11, 18, 32, 46,
5 5, 19, 40
6 41
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 45
Área de desbordamiento no encadenada
No página relativo
7 53, 60
8
9
Manejo de memoria
El DBA
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Diccionario Datos
Integridad
Seguridad
Proc. Consultas
El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Organizaciones de ArchivoManejo de Colisiones
No página relativo
registros Puntero sinónimos
0 7, 28
1 29, 36
2 2, 23, 37
3 3, 17, 31
4 11, 18, 32,46 7
5 5, 19, 40
6 41
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 46
Área de desbordamiento encadenada
No página relativo
P. sinónimos
7 53, 60
8
9
Manejo de memoria
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Diccionario Datos
Integridad
Seguridad
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El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Manejo de colisiones
• Para disminuir la probabilidad de colisiones se puede escoger un número de bloques M igual a
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 47
nr: número de registrosfb: factor de bloqueod: factor de corrección
que significa el espacio libre en el archivo
Manejo de memoria
1 Silverchatz, Fundamentos de bases de datos
|
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Seguridad
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Manejo de Memoria
Restauración
Organizaciones de Archivo
• Las técnicas hash estudiadas requieren fijar de antemano el conjunto de bloques que ocupará el archivo (estáticas).
• La mayoría de las bases de datos aumenta de tamaño con el tiempo.
• Las técnicas de asociación dinámica permiten adaptarse al aumento o disminución del tamaño de la base de datos
• Investigar las técnica hash dinámico
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 48
Manejo de memoria
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Seguridad
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Organizaciones de Archivohash dinámico
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 49
Manejo de memoria
• Permite cambiar dinámicamente el tamaño del archivo para permitir el crecimiento y reducción de los datos.
• Técnicas– Hash extensible– Hash lineal
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Seguridad
Proc. Consultas
El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Organizaciones de Archivohash dinámico
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 50
Manejo de memoria
• Hash extensible– Mantiene un directorio de 2d direcciones de
bloque que puede representarse como un arreglo o un árbol binario
– El valor d se conoce como profundidad global del directorio y son los d bits menos significativos del binario del campo hash
d=200011011
raiz
0
1
0
1
0
1
El DBA
Concurrencia
Diccionario Datos
Integridad
Seguridad
Proc. Consultas
El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Organizaciones de Archivohash dinámico
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Manejo de memoria
• Hash extensible– Se define también una profundidad local d’ que
especifica el número de bits en los que está basado el contenido del bloque
– El valor d se duplica si un bloque con profundidad local d’=d se desborda. El valor de d se reduce si todos los d’ < d.
d=200011011
raiz
0
1
0
1
0
1Bloques de datos
d'=2
d'=2
d'=2
d'=2
El DBA
Concurrencia
Diccionario Datos
Integridad
Seguridad
Proc. Consultas
El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Organizaciones de Archivohash extensible ejemplo
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Manejo de memoria
El DBA
Concurrencia
Diccionario Datos
Integridad
Seguridad
Proc. Consultas
El SMBD
Manejo de Memoria
Restauración
Organizaciones de ArchivoCosto de vías de Acceso
Vía de Acceso Montículo Ordenado Hash
Exploración TA(B)*D TA(B)*D TA(B)*D
Búsqueda con selección de igualdad
TA(B)*D/21
TA(B)*D2
Log2(TA(B)) oLog2(TA(B)+N)3
Igual montículo4
D + colisión3
Igual montículo4
Búsqueda con selección de rango
TA(B)*D Log2(TA(B))+N3
Igual monticulo4
D*Val distint3
Igual monticulo4
Inserción 2*D CB + TA(B)*D 2D + colisión
Borrado CB + D CB + TA(B)*D 2D + colisión
10 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 53
D: Tiempo medio de leer o escribir una página en disco (Vel. de transferencia)N: Numero de páginas ocupadas por los registros
1: Si el campo es clave2: Si el campo no es clave
3: Si es sobre el campo de ordenamiento o hash4: Si no es sobre el campo de ordenamiento o hash
El DBA
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Integridad
Seguridad
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