Almacenamiento y estructura de archivos
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Almacenamiento y estructura de
archivosIng. Fabián Ruano
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Caché: rapida y costosa Memoria principal: RAM, temporal. No es lo
suficientemente grande para almacenar BDs Memoria flash: Memoria de solo lectura
programable y borrable electricamente. Para escribir se debe formatear todo el banco de memoria. Igual de rapida que RAM.
Discos magnéticos: Principal medio de almacenamiento. Acceso a datos desde la memoria principal y guardado igual.
Visión general
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Almacenamiento óptico: Compact Disc, Digital Versatile Disc, Blu-Ray Disc, UMD, HD DVD, Blu-Ray 3d
Almacenamiento en cinta: menos costo, mayor lentitud de acceso por ser secuencial. Almacenamiento de copias de seguridad
Almacenamiento en linea: cloud-computing Solid State Drive, Secure Digital,
MultiMediaCard, Memory Stick, CompactFlash, Microdrive, SmartMedia, xD-Picture Card
Visión general
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Dependiendo de la velocidad se clasifican en Almacenamiento primario Almacenamiento secundario Almacenamiento terciarioDependiendo de persistencia de la
información:- Volátil- No Volátil
Visión general
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Capacidades? Características físicas
Discos Magnéticos
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Controlador del disco: interfaz entre sistema informático y HW de unidad de disco. Toma ordenes de alto nivel y realiza acciones físicas.
Comprobación de suma: valor guardado en escritura por sector en lectura se recalcula y se compara con lo almacenado, si despues de n intentos no coincide se declara error de lectura.
Reasignación de sectores: cuando se daña sector se mueve información a sectores para este fin.
Discos Magnéticos
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DD conectado a controlador Varios DD en diferentes locaciones conectados
a un único controlador Red de área de almacenamiento (Storage Area
Network, SAN): gran numero de discos mediante red de alta velocidad a varios servidores
Disposición redundante de discos independientes RAID (Redundante Array of Independent Disks): proporciona vista lógica de DD de gran tamaño y muy fiable.
Disposición de discos
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Tiempo de acceso: tiempo desde formulación de solicitud de E/S hasta inicio de transferencia de datos: búsqueda + latencia.
Tiempo de búsqueda: tiempo de ubicación del brazo. Tiempo medio de búsqueda: media de tiempo con solicitudes aleatorias uniformemente distribuidas.
Tiempo de latencia rotacional: tiempo de espera a que un sector aparezca bajo el brazo. Tiempo de latencia medio: [tiempo rotación completa] / 2
Medidas de rendimiento
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Velocidad de transferencia: velocidad a la que se puede recuperar o guardar datos en disco.
Tiempo medio entre fallos: fiabilidad del disco. Cantidad de tiempo que, en media, se puede esperar que el sistema funcione de manera continua sin tener algún fallo
Medidas de rendimiento
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Requerimientos: gran número de discos en sistema, paralelismo y fiabilidad de almacenamiento
Objetivo: abordar problemas de rendimiento y fiabilidad.
Fiabilidad Redundancia Rendimiento Paralelismo
RAID
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Nivel 0: información en fragmentos pero sin redundancia
Nivel 1: espejos de cada fragmento. Simple pero costoso. Cuando rendimiento de lectura es mucho mas importante que capacidad. Conjunto RAID 1 solo puede ser tan grande como el mas pequeño de los discos.
Niveles de RAID
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Nivel 2: división por bits. Varios discos dedicados a paridad
Niveles de RAID
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Nivel 3: división por bytes. Problemas de lectura. Disco dedicado a paridad.
Niveles de RAID
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Nivel 4: división por bloques. Disco dedicado a paridad
Niveles de RAID
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Nivel 5: paridad distribuida
Niveles de RAID
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Nivel 6: adiciona paridad a RAID 5
Niveles de RAID
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Costo económico extra Requisitos de rendimiento de E/S Rendimiento cuando falla disco Rendimiento durante la reconstrucción de
datos
Elección de RAID
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Objetivo: minimizar transferencias de bloques entre el disco y la memoria
Solución: Maximizar número de bloques en memoria para evitar procesos entre memoria principal y secundaria. Memoria intermedia (buffer) es destinada para ello.
Gestor de memoria intermedia: responsable de asignación del espacio del buffer.
Acceso al almacenamiento
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Gestor de memoria intermedia
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Estrategia de sustitución: Que hacer cuando no queda espacio en buffer? Algoritmo común: Menos recientemente utilizado.
Bloques clavados: limitar escritura de bloque en disco.
Salida forzada de bloques: sobre-escribir bloque del disco aunque no se necesite espacio en buffer.
Gestor memoria intermedia
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No todos los bloques son de igual longitud Enfoque sencillo:
◦ espacios iguales◦ acceso secuencial◦ problema de espacios libres en borrado◦ problemas cuando bloques no son de tamaño
adecuado◦ Adicionar estructura para index de espacios◦ Registros en lista enlazada
Almacenamiento y estructura de archivos – longitud fija
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Aparecen cuando:◦ Necesario almacenar varios tipos de registros en
un solo archivo◦ Longitudes variables en uno o varios campos◦ Tipos de registros con campos repetidos
Representación en cadenas de bytes◦ Símbolo de finalización de registro o tamaño de
registro al inicio del mismo
Almacenamiento y estructura de archivos – longitud variable
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◦ Inconvenientes cadena de bytes- Problemas para volver a usar el espacio liberado tras
el borrado de un registro- Expansión de tamaño de registros guardados es casi
imposible en algunos casos Estructura de páginas con ranuras
◦ Hay cabecera al inicio del bloque que indica- Numero de elementos en el registro- El espacio vacio del bloque- Un array de entradas que indica la dirección y el
tamaño de cada registro
Almacenamiento y estructuras de archivos – longitud variable
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◦ Bloques de pocos Kb de tamaño◦ Reubicación tras borrado de un registro
Representación de longitud Fija◦ Espacio Reservado
- Teniendo el tamaño máximo de cada registro se toman bloques de dicho tamaño y lo sobrante de cada bloque se rellena con caracteres especiales
- Útil cuando los registros tienen usualmente un tamaño cercano al maximo
Almacenamiento y estructuras de archivos – longitud variable
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◦ Representación con listas- cada registro se representa con lista de registros de
longitud fija enlazados mediante punteros- Desperdicia espacio excepto en el primer bloque- Soluciones para perdida de espacio: usar bloque
ancla y bloque de desbordamiento
Almacenamiento y estructuras de archivos – longitud variable
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Organización de Archivos En montículo◦ No hay organización de los registros ◦ Generalmente un archivo por relación
Organización de Archivos Secuenciales◦ Organización dependiente de una clave de
búsqueda, no necesariamente PK o superclave.◦ Vinculación de registros mediante punteros◦ Costo de ordenamiento es alto cuando se inserta
o borran registros, hay que mover grandes cantidades de información
Organización de registros en archivos
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Organización Asociativa (hash) de archivos◦ Relación x Archivo y tuplas en bloques de tamaño
fijo- Ideal para BD pequeñas- Aprovecha sistema de archivos del S.O.
◦ Relación x Archivo y tuplas en diseños mas complejos
◦ Único archivo para base de datos completa◦ Almacenan registros relacionados de dos o mas
relaciones en un solo bloque. Mejor consultas.
Organización de registros en archivos
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Usualmente◦ Nombres de relaciones◦ Nombres de atributos de cada relación◦ Dominios y longitudes de atributos◦ Nombres de vistas y definicion de las mismas◦ Restricciones de integridad
Algunos sistemas◦ Nombres de usuarios◦ Informacion de cuentas de usurios◦ Informacion para autenticacion
Diccionario de datos
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Informacion estadistica◦ No tuplas x relacion◦ Metodo de almacenamiento x relacion
Organización de almacenamiento◦ Tipo de organización◦ Ubicación de las relaciones
Informacion de indices◦ Nombre de indice◦ Nombre de relacion ◦ Atributos implicados◦ Tipo de indice formado
Diccionario de datos
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http://es.wikipedia.org/wiki/RAID Silberschatz, Korth, Sudarshan.
Fundamentos de bases de datos 4ta edicion. CAPITULO 11
Referencias