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Indices: Estruturas Auxiliares para Otimizar Acesso aos Dados AULA 7 Profa. Sandra de Amo GBC053 – BCC.

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1 Indices: Estruturas Auxiliares para Otimizar Acesso aos Dados AULA 7 Profa. Sandra de Amo GBC053 – BCC

2 BCC Organização dos Dados nos Arquivos Arquivos Heap (Sequencial) Arquivos Ordenados por uma Chave (de ordenação) Chave = conjunto de atributos Arquivos Agrupados por uma Chave (de agrupamento) Chave = conjunto de atributos Função de agrupamento (= função hash) Métodos de Acesso: utilizam estruturas auxiliares para acelerar a busca Estruturas auxiliares = arquivos de indice

3 O que é um índice ? Arquivo de Dados João da Cruz,.... Select * From Emp E Where E.Nome = João da Cruz Arquivo Heap: custo de um scan Arquivo Ordenado por Nome: busca binária Arquivo Hash (por nome): scan no subarquivo Sk onde k = Hash(João da Cruz) Em qualquer das organizações de arquivos, há a possibilidade de se ler muitas páginas de dados até encontrar o registro procurado.

4 O que é um índice ? Select * From Emp E Where E.Nome = João da Cruz E se conhecessemos o rid = (Npag,Nsot) do registro procurado ? Carlos, (2,2) João..., (5,4) Arquivo de Indice Pagina 5 slot 4 Um indice é um ARQUIVO AUXILIAR ASSOCIADO AO ARQUIVO ORIGINAL

5 BCC Dados, indices, índices, índices,... DADOS Consulta: Me dê o livro Database Systems – Ramakrishnan/Gehrke Arquivo de Indice

6 BCC /10/20146 Arquivos de Indice ridADEF chave adef adef adef (12,1) (18,5) (22,4) ridABCDEFG ab1c1defg1 (12,1) ab2c2defg2 (18,5) ab3c3defg4 (22,4) Arquivo de Indice Arquivo de Dados Endereços obtidos no diretório de arquivos e no diretório de slots das páginas

7 BCC /10/20147 Dinâmica geral dos Arquivos de Indice Busca no arquivo de indice: Páginas deste arquivo são organizadas de modo a permitir a localização rápida das entradas com uma dada chave. Uma vez encontradas rapidamente estas entradas no arquivo de índice, já temos os endereços dos registros de dados associados (seu rid = (N,X)). O local exato no disco onde se encontra a página de número N é encontrado através do diretório de arquivos do disco: fornece o endereço da header page do arquivo. O local exato na página N onde se encontra o slot X do registro procurado é obtido através do diretório de slots da página N

8 BCC Como encontrar um registro num Arquivo A conhecendo o rid do registro? Rid = (12, 3) Vai no diretório de arquivos no disco e procura o registro correspondente ao arquivo A, para obter o ponteiro para o primeiro bloco do arquivo. Calcula o endereço do 12º bloco e posiciona a cabeça de leitura neste endereço. Transfere o 12º bloco para o buffer pool Processador de consultas consulta o diretório de slot da página 12 e procura o endereço do registro contido no slot 3, bem como o tamanho (L) do registro contido neste slot. Vai para este endereço de memória e lê L bytes.

9 6/10/20149 Arquivos de Indice Otimiza a procura de registros em arquivos, pois o arquivo de indice contém o rid dos registros. Através do rid encontra-se facilmente os registros de dados completos nos arquivos. No arquivo de índice, cada registro é da forma (valores_chave,rid) Chave = conjunto de atributos Se chave contém chave candidata do arquivo, então chave determina unicamente o rid Caso contrário, uma mesma chave pode acessar diversos rids. Exemplo : se chave = {Salário}

10 Como as informações são obtidas rapidamente no arquivo de indice ? Métodos de Acesso Técnicas de organização das páginas dos arquivos de índices B+Trees Tabelas Hash

11 BCC /10/ Catálogo do Sistema Metadados Descrição dos dados e índices Informações sobre visões Catálogo = conjunto de relações (arquivos) contendo todas as informações sobre os arquivos sendo utilizados pelo sistema.

12 6/10/ Catálogo do Sistema Arquivos « Relações », « Atributos », « Restrições »,... Nome da relação, nome do arquivo, estrutura do arquivo Nomes e tipos dos atributos Nome do índice Restrições de Integridade (chave primária, estrangeira) Guardam inclusive registros correspondentes às relações « Relações », « Indices », « Atributos », « Visões »,... Arquivo « Indices » Nome e estrutura de cada índice Chave de cada índice Arquivo « Visões » Nome e código

13 Resumo: Arquivo de Indice O que é ? estrutura auxiliar projetada para agilizar operações de busca, inserção e deleção Em que consiste ? Uma coleção de registros Uma chave de busca k Cada entrada contém informação suficiente para localizar registros de dados contendo a chave de busca k.

14 Vantagens Tamanho: normalmente é bem menor do que o arquivo de dados Organização optimizada: pode ser sequencial, ordenado ou hashed Método de Acesso rápido: pode ser estruturado usando uma b-tree ou hash (estático, dinâmico)

15 O que armazenar em um índice ? Registro de Dados = Chave Rid + Registro do indice = Chave do índice !!

16 Indice: como são os registros ? Alternativa 1 Entrada = registro inteiro de dados Neste caso, a única vantagem do índice é a forma como é organizado: ordenado, hash, com método de acesso ou não Alternativa 2 Entrada = (k,rid), k = chave Chave = conjunto de atributos Alternativa 3 Entrada = (k, lista de rids) Vantagem: ocupa menos espaço. Uma chave acessa diversos registros no arquivo de dados Desvantagem: registro de tamanho variável

17 BCC Como organizar as entradas do índice ? Entrada = registro Entradas podem ser ordenadas Entradas podem ser organizadas por Hash

18 BCC Exemplo de Indice ordenado Paulo, 44, 2000 Pedro, 35, 2000 Carlos, 44, 2000 José, 40, 2500 João, 35, 3000 Ilmério, 40, 3500 Rodrigo, 40, 3500 Maria, 30, 4000 Sara, 35, 4000 Sabrina, 31, Registros de dadosEntradas : organizadas de forma ordenada

19 BCC Exemplo de Indice organizado por Hash Paulo, 44, 2000 Pedro, 35, 2000 Carlos, 44, 2000 José, 40, 2500 João, 35, 3000 Ilmério, 40, 3500 Rodrigo, 40, 3500 Maria, 30, 4000 Sara, 35, 4000 Sabrina, 31, Registros de dados Entradas H 4000 H(sal) = 01 H(sal) = 11 H(sal) = 00

20 BCC Tipos de indices Relação entre a maneira como são organizados os dados no índice e no arquivo de dados Agrupado – não agrupado Densos – esparsos Primários – secundários Simples - compostos

21 BCC Indices Agrupados (ordenados) Agrupados : a ordem dos registros é compatível com a ordem das entradas no arquivo de índice. Se entrada é do tipo (chave, rid) então os registros de dados são ordenados por chave. Somente um índice agrupado do tipo (chave,rid)

22 Indices Agrupados (hash) Agrupados : a função hash utilizada na distribuição dos registros de dados é a mesma função utilizada para distribuir as entradas no arquivo de índice. Se a entrada é do tipo (chave, rid) e arquivo de índice é organizado por hash, utilizando a função hash h(chave), eentão os registros de dados são organizados por hash através dos atributos de chave.

23 Exemplo de Indice Agrupado (ordenado) Paulo, 44, 2000 Pedro, 35, 2000 Carlos, 44, 2000 José, 40, 2500 João, 35, 3000 Ilmério, 40, 3500 Rodrigo, 40, 3500 Maria, 30, 4000 Sara, 35, 4000 Sabrina, 31, Registros de dados (ordenador por Sal) Entradas (ordenadas por Sal) = rid

24 Exemplo de Indice Agrupado (ordenado) Paulo, 44, 1000 Pedro, 35, 1000 Carlos, 44, 1000 José, 40, 1500 João, 35, 3000 Ilmério, 40, 3500 Rodrigo, 40, 3500 Maria, 30, 4000 Sara, 35, 4000 Sabrina, 31, Registros de dados (ordenados por Idade) Entradas (ordenadas por Sal) = rid

25 Exemplo de Indice agrupado Paulo, 44, 1000 Pedro, 35, 1000 Carlos, 44, 1000 José, 40, 1500 João, 35, 3000 Ilmério, 40, 3500 Rodrigo, 40, 3500 Maria, 30, 4000 Sara, 35, 4000 Sabrina, 31, Registros de dados (organizados pela função hash h(x) = (x/1000) mod 4, x: valor do atributo Salário H 4000 H(sal) = 01 H(sal) = 11 H(sal) = 00 Entradas (organizadas pela função hash h(x) = (x/1000) mod 4, x: valor do atributo Salário Bucket 2 Bucket 3 Bucket 1 Bucket 3 Bucket 1 = rid

26 Exemplo de Indice não agrupado Paulo, 44, 1000 Pedro, 35, 1000 Carlos, 44, 1000 José, 40, 1500 João, 35, 3000 Ilmério, 40, 3500 Rodrigo, 40, 3500 Maria, 30, 4000 Sara, 35, 4000 Sabrina, 31, Registros de dados (ordenados por Salário) Entradas (organizadas pela função hash h(x) = (x/1000) mod 4, x: valor do atributo Salário H 4000 H(sal) = 01 H(sal) = 11 H(sal) = 00 = rid

27 Vantagens e desvantagens Desvantagem (no caso de ordenado) : grande overhead para mover registros a fim de preservar a ordem depois de inserções e deleções. Desvantagem (no caso de hash) : se o hash é estático, se há muitas inserções no banco de dados, tanto a estrutura hash do indice quanto a dos dados deverá ser refeita periodicamente. Se o hash é dinâmico, há overhead para manter a estrutura hash tanto no arquivo de indice quanto no de dados. Vantagem – no caso de agrupado ordenado Seleções do tipo = a ou < a... são altamente otimizadas caso os registros sejam ordenados pela chave do indice, e este seja ordenado pela chave. Rids das entradas apontam para registros contíguos, menos páginas são manipuladas. Vantagem – no caso de agrupado hash Seleções do tipo = a são altamente otimizadas Rids das entradas satisfazendo a condição da busca apontam para registros que estão no mesmo bucket, logo menos páginas são manipuladas.

28 Indices Densos Densos : se para cada valor v da chave de busca existe uma entrada (v,rid). Não-denso = esparso

29 Exemplo de Indices denso e não denso André, 44, 2000 Carlos, 44, 2000 José, 40, 2500 João, 35, 3000 Ilmério, 40, 3500 Rodrigo, 40, 3500 Maria, 30, 4000 Sara, 35, 4000 Sabrina, 31, Registros de dados (ordenados por Nome) Indice Esparso e Agrupado 44 Pedro, 35, 2000 Indice Denso (em Idade) e não-agrupado André José Rodrigo = rid

30 Exemplo de Indice denso onde a chave não é chave da relação André, 44, 2000 Carlos, 44, 2000 José, 40, 2500 João, 40, 3000 Ilmério, 40, 3500 Rodrigo, 45, 3500 Maria, 40, 4000 Sara, 35, 4000 Sabrina, 31, 5000 Registros de dados (ordenados por Idade) Pedro, 40, 2000 Pagina 1 Pagina 2 Pagina (1,1) (2,1) (3,1) Select * From EMP E Where E.Sal = 40 Pagina 2 é carregada, Página 1 é carregada Página 3 não é carregada, pois Através do indice sabe-se que o 1o registro de Pag. 3 tem Idade = 44

31 Exemplo de Indice denso onde a chave não é chave da relação André, 44, 2000 Carlos, 44, 2000 José, 40, 2500 João, 40, 3000 Ilmério, 40, 3500 Rodrigo, 45, 3500 Maria, 40, 4000 Sara, 35, 4000 Sabrina, 31, 5000 Pedro, 40, 2000 Pagina 1 Pagina 2 Pagina (1,1) (2,1) (5,1) Select * From EMP E Where E.Sal = 40 Pagina 2, 3, 4 são carregadas, Página 1 é carregada Páginas 5 não é carregada, pois Através do indice sabe-se que o 1o registro de Pag. 5 tem Idade = 44 Pagina 3 Pagina 4 ******

32 Vantagens e desvantagens Esparso tem que ser agrupado Vantagens de esparso : arquivo de indice ocupa menor espaço. Desvantagem de esparso : técnicas de otimização de busca são apropriadas para índices densos.

33 Indices Primários e Secundários Primários : Chave do índice inclue a chave primária da relação. Não há entradas duplicadas (com mesmo valor da chave) Secundários : Não contém chave primária. Pode conter chave candidata Pode conter duplicatas ou não

34 Indices com chaves compostas bob cal joe sue Indice em Idade Indice em Sal 31,80 33,75 42,10 42,20 10,42 20,42 75,33 80,31 Indice em (Idade,Sal) Indice em (Sal,Idade)

35 Consultas Consultas com igualdade Chave composta (Idade, Sal) Idade = 10, Sal = 80 Arquivos Hashed só são convenientes para consultas com igualdade Consultas Range Chave composta (Idade, Sal) Idade = 10 Idade 80 Arquivos Ordenados são convenientes para consultas com igualdade

36 Indices em SQL CREATE INDEX IndAgeGrau ON Estudantes With Structure = BTREE, Key = (Idade, Média)


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