Método de Acesso Indexado Sequencial (ISAM)

AULA 11 Profa. Sandra de Amo

GBC053 – BCC

Dados e Indices Dados armazenados em arquivo de dados

<a1,a2, … , k,…, an> + ridRid = (página i, slot j) – permite localizar o registro no disco

Arquivos de indice estruturados em árvore Folhas : < k, (i,j) >

Contém os registros do arquivo de indices Nós intermediários : <chave, pagId>

Contém registros que permitem chegar rápido na folha desejada

Objetivo : melhorar a busca de registros

Dados e Indices Inserção e deleções são feitas no arquivo de dados

A cada inserção ou deleção de um registro de dados, a estrutura do arquivo de indices deve ser ajustada.

O ajuste implica em inserção ou deleção de entradas (registros) no arquivo de indice mantendo a ordem do arquivo.

Como gerenciar inserções e deleções num arquivo de indice de modo a manter, de forma eficiente, o arquivo de indices sempre ordenado ? Não queremos propagar « shifts » pelas páginas do arquivo de indice

até o final do arquivo, a cada inserção ou deleção ! A idéia é só executar « shifts » em poucas páginas !

ISAM - Motivação Quais os empregados com salário > 2000 ? Busca binária no arquivo de índice até

encontrar o primeiro salário > 2000 Escaneia o arquivo de índice a partir deste

ponto e lê os registros correspondentes. Se o arquivo de índice é muito grande : busca

binária pode ser dispendiosa.

IdéiaCriar um segundo arquivo com um registro para cada página do arquivo de indice original

<primeira chave da página, ponteiro da página>

Ordenado por chave

Como são os nós internos da estrutura ISAM ?

P0 P1 P2 Pi Pi+1 PmK1 ... ...K2 K3 Ki+1 Km

Pi = ponteiros que apontam para um núm. de página no nível imediatamente inferior

Ki = valor do atributo chave do índice. Exemplo: se o atributo chave é idade então Ki é um valor de idade.

K < Ki+1 K ≥ Ki+1

Valores K da chave nesta página são < Ki+1

Valores K da chave nesta página são ≥ Ki+1

Idéia Se quero buscar empregado com status > 7:

Não é preciso fazer busca binária nas páginas do arquivo de indice

Faz-se a busca binária no segundo arquivo, que é bem menor do que o primeiro arquivo

2* 5* 7* 12* 14* 17* 19* 22*

14

Idéia (continuação)Segundo arquivo menor que arquivo original

Busca binária no segundo arquivo mais rápida

Se segundo arquivo não cabe numa página

Repetir o processo : cria-se um terceiro arquivo com um registro para cada página do segundo arquivo… Raiz cabe numa página

Organização do índice em árvore

Páginasauxiliaresque permitemchegar rapidamente a uma folha

Páginas do arquivo de índice

Páginas do Arquivo de Dados

Alocação de Páginas em ISAM Páginas primárias do índice: são as folhas

Contém os registros do arquivo de índice

Páginas de overflow : contém os registros do arquivo de índice que não cabem na página onde deveriam ser inseridos

Discussão ISAM é uma estrutura estática

Na criação do arquivo Páginas primárias (folhas) são alocadas 20% de cada página é livre para posteriores inserções,

tentando “adiar” ao máximo a criação de páginas de overflow

Páginas intermediárias são criadas. Manutenção :

Páginas de overflow são alocadas à medida que as páginas primárias do índice ficam cheias em decorrência de inserções.

Esquema Geral do Método ISAM

Páginasdos arquivosde indices(a partir da 2a camada)

Páginas de overflow

Páginas primárias –as entradas do arquivo de índice da primeira camada

Busca na estrutura ISAMExemplo: Busca da chave 27Em cada nível INTERNO da estrutura, os dados contidos nas

páginas são : P0,K1,P1,K2,...,Km,Pm m chaves e m+1 ponteiros

Se 27 < K1: transfere a busca para a página apontada por P0 Se 27 ≥ Km: transfere a busca para a página apontada por Pm Caso contrário: busca bináriabusca binária na página para encontrar

chaves K1, K2 tais que Ki ≤ 27 < Ki+1 Transfere a busca para a página apontada por Pi

Exemplo: Busca de um registro de dados

40

Raiz

5120

10* 15* 20* 27* 33* 37* 46*40* 51* 55* 63* 97*

3363

Busca da chave 27

Inserção de um registro

40Raiz

5120

10* 15* 20* 27* 33* 37* 46*40* 51* 55* 63* 97*

3363

Inserção de 23*, 48*, 41*, 42*

23*

Página de Overflow

48* 41*

42*

Deleção de um registro

40Raiz

5120

10* 15* 20* 27* 33* 37* 46*40* 51* 55* 63* 97*

3363

Deleção de 42*, 51*, 97*

23*

Pagina de Overflow

48* 41*

42*

Procura 51*

Nunca sãoalteradas !!

Discussão Se um registro é removido de uma página de overflow e a página ficar

vazia, a página é “removida” – retira-se o ponteiro que apontava para ela.

Se um registro é removido de uma página primária e a página ficar vazia:

ela fica do jeito como está: não é “removida” eventuais registros contidos em páginas de overflow não são transferidos

para páginas primárias vazias ! estratégia mais simples, evita perder muito tempo na manutenção do índice dados que fossem transferidos para a página primária deveriam ser

ordenados, o que demandaria tempo.

ESTIMATIVAS DE CUSTOS

Custo para chegar em uma folha Número de I/O = número de níveis da árvore

Capacidade de cada página = F = número de ponteiros saindo de cada página

Total de páginas primárias = N Número de níveis = logF N

Logo Custo I/O para chegar em uma folha = logF N

Comparação de CustosCusto de uma busca A = a

Arquivo de 1 000 000 registros 10 registros por página de dados : total de páginas = 100 000 100 ponteiros em cada página de índice (99 entradas (chave,pt) +

ponteiro P0) Arquivo não ordenado por A

Scan = 1000 000/10 = 100000 I/0 Arquivo ordenado por A

Busca binária = log2 100000 = 17 I/0 Arquivo estruturado usando método ISAM

Arquivo de indice usa alternativa 1 (registro do indice = registro de dados)

Custo = log100 100000 = entre 2 e 3 I/0, pois 1002 < 100000 < 1003

Vantagens de ISAM ISAM é estático :

inserções e deleções afetam somente as folhas. Nós internos não sofrem modificações após uma

inserção ou deleção de registros do indice. Logo, páginas internas podem ser manipuladas

por outras transações sem problemas de bloqueios, já que nunca são alteradas.

Desvantagens de ISAM Possibilidade de cadeias de páginas overflow Páginas overflow geralmente não são

ordenadas, a fim de agilizar inserções. Para aliviar este problema :

Árvore é criada com 20% de cada folha livre Entretanto, uma vez preenchido este espaço,

cadeias de overflow só podem ser eliminadas através de uma total reorganização da estrutura.