Este documento describe los conceptos básicos de administración de bases de datos, incluyendo los componentes de un SGBD, las organizaciones de archivos (secuencial, directa e indexada), y los costos asociados con diferentes vías de acceso a los datos. También explica la jerarquía de memorias, el acceso a la base de datos a través de los manejadores de archivos y disco, y los tipos y características de archivos de datos.

1. Administración de Base de Datos
Manejo de Memoria I
Profesora: Mercy Ospina
Mercy.ospinat@gmail.com
UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA
FACULTAD DE CIENCIAS
ESCUELA DE COMPUTACIÓN

2. Objetivos

3. Agenda
Archivos de Datos
Organizaciones de Archivo
Secuencial
Directa
Indexada
Acceso a la Base de Datos
Costos de las vías de acceso

4. Arquitectura de 3 niveles
Nivel Externo
Nivel
Conceptual
Nivel Interno
Independencia Lógica
Independencia física
Organización
física

5. 8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 5
Componentes del SMBD
S
M
B
D
Gestor 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 datos
Datos
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

6. Jerarquía de memorias
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 6
Costo
VelocidadAlmacenamiento principal
Volátil
Almacenamiento secundario
No volátil

7. Jerarquía de memorias
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 7

8. 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.
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 8
SMBDSMBD
Manejador
de archivos
Manejador
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
B
A B
Input (A) Output (B)
Memoria principal
A

9. 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.
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 9
SMBDSMBD
Manejador
de archivos
Manejador
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

10. • Segmentos de página: 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 segmentos no tienen páginas en común (No se solapan).
• El manejador se encarga de la correspondencia entre números de
páginas y direcciones físicas de disco.
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 10
Manejador de disco

11. • 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.
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 11
Manejador de disco

12. 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
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 12
SMBDSMBD
Manejador
de archivos
Manejador
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

13. • 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
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 13
Manejador de Archivo

14. • 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.
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 14
Manejador de Archivo

15. Agenda
Archivos de datos
Organización de Archivos
Secuencial
Directos
Indexados
Acceso a la Base de Datos
Costos de las vías de acceso

16. Archivos de datos
CABECERA
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 16
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
( Longitudes de campo, orden de los campos
en el registro, códigos de tipo, etc.)

17. Archivos
CABECERA
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 17
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];
};

18. Organización de archivo
• Determina la colocación física de los
registros del archivo en el disco -> como se
puede acceder a los registros.
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 18
1234 Maria Castillo DE
3456 Jose Perdomo CO
5432 Pedro López DE
5879 Beatriz Martínez MT
6784 Ana Vasquez MT
8762 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

19. 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.
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 19
D1 E1 E2 E3 E4 E5 D1 E6 E7 E8 E9 E10
D2 E11 E13 E15 E15 ……

20. Tipos de registros
• Por su tamaño
• Tamaño fijo
• Tamaño variable
• Por su forma de almacenarlo físicamente
• Extensible
• No extensible
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 20
Archivo de datos

21. Archivo de datos
• 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
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 21

22. 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
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 22
R1 R2 R3 R4’ R4’’ R5 R6
R1 R2 R3 /// R4 R5 R6 ///

23. Archivo de datos
• Tamaño del archivo en bloques
• Registros extensibles
• Registros no extensibles
• Factor de bloqueo (fb) es el número de registros que caben
en un bloque
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 23
nr: número de registros
R: Tamaño del registro en bytes
B: Tamaño del bloque de disco
en bytes




 ×
=
B
Rnr
TA






=
R
B
fb  
 
Entero aproximado hacia
abajo (piso)
Entero aproximado hacia
arriba (techo)

24. Archivo de datos
• Calcular el tamaño del archivo en bloques dado
que
• Tamaño del registro 124 bytes
• Tamaño del bloque 2048 bytes
• Cantidad de registros 750.000
• A) Son registros no extensibles
• B) son registros extensibles
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 24

25. Agenda
Archivos de datos
Organización de Archivos
Secuencial
Directos
Indexados
Acceso a la Base de Datos
Costos de las vías de acceso

26. • Modelo normalizado
• Secuencial
• Directos
• Indexados
• Vías de acceso
• Búsqueda de igualdad
• Sobre la clave
• Sobre campo no clave
• Búsqueda de no igualdad
• Búsqueda lineal (full scan)
• Inserción
• Eliminación
• Actualización
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 26
Organización de archivos

27. Organizaciones de Archivo
• Secuencial: Los registros son almacenados en la secuencia física en
la que van a ser procesados: Montículo y ordenados
• 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
• Búsqueda, actualización y eliminación implica una búsqueda lineal
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 27

28. • Ordenado
• Los registros están ordenados físicamente en disco,
en función de los valores de uno o mas campos, que
pueden o no ser clave
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 28
Organizaciones de Archivo
Cod Nombre Ciudad
S1 Pedro Caracas
S2 Maria Valencia
S4 Juan Maracay
S5 Antonio Caracas
S6 Betty Zulia
Clave de
ordenación
Campo de
ordenación
Cod Nombre Ciudad
S1 Pedro Caracas
S5 Antonio Caracas
S4 Juan Maracay
S2 María Valencia
S6 Betty Zulia

29. Organizaciones de Archivo
• Secuencial ordenado
• Vías de acceso
• Búsqueda, actualización o eliminación sobre el campo de
ordenamiento: implica una búsqueda binaria
• Búsqueda, actualización o eliminación sobre otro campo:
implica una búsqueda lineal
• Inserción o actualización sobre campo de ordenamiento:
implica mover los registros para mantener el orden físico.
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 29

30. 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)
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 30

31. • Archivos directos o hash
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 31
Organizaciones de archivo
Cajón (bucket)
Unidad de almacenamiento que
puede guardar uno o más
registros
Un bloque de disco
Un múltiplo de bloque

32. • Archivos directos o hash
• Se usa una función de dispersión (hash) para determinar el cajón
donde se almacenará el registro.
• Se toma un atributo de la tabla que será la clave de búsqueda K o
campo hash
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 32
Organizaciones de archivo
Sea K el conjunto de todos los valores del campo hash
Sea B el conjunto de las direcciones relativas de todos los
cajones.
Una función de asociación h es una función de K a B
H:K B
k1
k2
k3
…
kn
b1
b2
…
bm
K B
H

33. • Archivos directos o hash
• Direccionamiento hash:
• No garantiza una dirección de bloque unívoca para cada registro.
• La función hashing se debe seleccionar de manera que los
registros sean esparcidos de manera uniforme.
• En una búsqueda sobre el campo hash se obtiene directamente
la dirección del bloque de disco que contiene el registro.
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 33
Organizaciones de archivo

34. Organizaciones de Archivo
• Plegable
12.234.567
16.456.423
• Mid-square
• h(k) = extraer n carateres del medio (k2
)
• Ejemplo k= 44 y n = 2
• K2
= 1936
• H = 93
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 34
12
23
45
+67
147
16
45
64
+23
147

35. Organizaciones de Archivo
• División-resto
• h(k) = k mod M
• k: valor del campo hash
• M: número de bloques disponibles
• Combinación de técnicas
• Plegable y División-resto
• Mid-square y División-resto
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 35
Se recomienda
•Que M sea un Nº primo
•Que se deje 80 - 90 %
del archivo libre

36. Organizaciones de archivos
No bloque
relativo
0
1
2
3
4
5
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 36
Clave hash
2, 3, 5
7, 11, 17
18, 19, 23
28, 29, 31
32, 36, 37
40, 41, 46
53, 60
MOD 6
Caben 4 registros
por pagina

37. Organizaciones de archivos
No bloque
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
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 37
Clave hash
2, 3, 5
7, 11, 17
18, 19, 23
28, 29, 31
32, 36, 37
40, 41, 46
53, 60
MOD 6
Caben 4 registros
por pagina
Registros
sinónimos
Colisiones

38. Organizaciones de archivos
No bloque
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
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 38
Clave hash
2, 3, 5
7, 11, 17
18, 19, 23
28, 29, 31
32, 36, 37
40, 41, 46
53, 60
MOD 7
Caben 4 registros
por pagina

39. • Búsqueda lineal o direccionamiento abierto.
• Área de desbordamiento no encadenada.
• Área de desbordamiento encadenada.
• Hash múltiple.
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 39
Manejo de Colisiones

40. Organizaciones de Archivo - Manejo 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
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 40
MOD 8
Clave hash
2, 3, 5
7, 11, 17
18, 19, 23
28, 29, 31
32, 36, 37
40, 41, 46
53, 60
MOD 7
Se envía el registro a la
siguiente página donde haya
espacio libre
Búsqueda lineal

41. • Área de desbordamiento no encadenada
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 41
Organizaciones de Archivo - Manejo de Colisiones
No página
relativo
7 53, 60
8
9
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
Área de disco donde se
almacenan las colisiones en
el orden en que llegan

42. • Área de desbordamiento encadenada
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 42
Organizaciones de Archivo
Manejo de Colisiones
No
página
relativo
P.
sinóni
mos
7 53, 60
8
9
Manejo de memoria
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
Se lleva un apuntador a la
página en el área de
desbordamiento donde se
almacenan las colisiones

43. No página
relativo
7
8
9
• Hash múltiple
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 43
Organizaciones de Archivo
Manejo de Colisiones
No página
relativo
7 60
8
9 53
H = k mod 3 + 7 (desplazamiento)
H = 53 mod 3 + 7=9
H= 60 mod 3 +7 = 7
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
H = k mod 7

44. • Para disminuir la probabilidad de colisiones se puede
escoger un número de bloques M igual a
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 44
Manejo de colisiones
nr: número de registros
fb: factor de bloqueo
d: factor de corrección que significa
el espacio libre en el archivo
1
Silverchatz, Fundamentos de bases de datos
|

45. • 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 Técnicas de hash dinámicas
8 de mar de 2018 Administracion de Base de datos 45
Organizaciones de Archivo

46. • Manejo de memoria
• Hash dinámico
• Organizaciones indexadas
• Índices
• Tipos de Indices
• Índices multinivel
• Índices bitmap
• Índices árboles B y B+
• Listas invertidas
• Costos
Enero 2017 BD NoSQL - Conceptos Básicos 46
Próxima clase

47. Resumen

48. Objetivos

49. Administración de Base de datos
Manejo de memoria I
Profesora: Mercy Ospina
Mercy.ospinat@gmail.com
UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA
FACULTAD DE CIENCIAS
ESCUELA DE COMPUTACIÓN