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Bases de datos - Índices

ÍndicesCurso de Bases de Datos

PorElizabeth León Guzman, Ph.D.

ProfesoraIngeniería de Sistemas

Grupo de Investigación MIDAS


Introducción

•Son estructuras de datos especializadas para acelerar la búsqueda de registros deseados en los registros de la base de datos que se almacenan en disco duro.

•Funciona de manera similar como un índice de un libro o un catálogo de una biblioteca: para buscar un registro se hará en un índice para buscar en cual bloque de disco se encuentra.


Base de Datos

Colección de archivos

Secuencia de registros

Secuencia de campos

Archivos de BD

Tiene un tamaño fijo (asignado) *

Cada archivos tiene registros de un tipo particular

Diferentes archivos se usan para diferentes relaciones

*También hay registros de longitud variable, pero es más complejo el almacenamiento y manejo.


Conceptos

•Llave de búsqueda (Search key): atributo o conjunto de atributos usados para buscar los registros en un archivo.•Archivo de índice: registros (llamados entradas de índice) de la forma

Por lo general son más pequeños que el archivo original

Search- key Pointer


•Table scan

•Un table scan es una búsquda en donde se leen todas las

filas de una tabla

•Una tabla que no tenga índices creados, solamente puede

hacer búsquedas a través de un table scan


•Indices

•Un índice es un objeto de base de datos que ayuda al servidor

a encontrar un dato más rápidamente

•Estructura de un Indice : Caso de Estudio

llave registro pagina

•PAGE 1001

•Barba

•Karsen

•Sarmiento

•1421, 1

•1876, 1

•1242, 1

•1007

•1305

•1062

•PAGE 1132

•1421, 1

•1129, 3

•1409, 1

•Barba

•Cruz

•Díaz

•Espinosa •1018, 5

•PAGE 1007

•Barba

•Garcia

Hernandez

•1421, 1

•1242, 4

•1242, 1

•1132

•1133

•1127

•PAGE 1305

•Karsen

•

•

•1876, 1

•

•

•1311

•

•

•PAGE 1133

•1242, 4

•1421, 2

•1409, 2

•Garcia

•Gomez

•Gonzalez

• •

•PAGE 1127

•1242, 1

•1241, 4

•

•Hernandez

•Jimenez

•

• •

•PAGE 1241

•Oviedo

•Rodriguez

•Wallace

•Jimenez

•10

•11

•12

•13

•PAGE 1242

•Hernandez

•Sarmiento

•Rodriguez

•Garcia

•14

•15

•16

•17

•PAGE 1421

•Barba

•Gomez

•Rodriguez

•

•18

•19

•20

•

•PAGE 1409

•Díaz

•Gonzalez

•Wallace

•

•21

•22

•23

•

(Más páginas)(Más páginas)

(Más páginas)

•Tabla de autores

•(Datos de la

pagina)

Páginas del

índice

CREATE INDEX indice_autor

ON autor(nombre_autor)

llave registro pagina


Categorías de índices

•Índices ordenados: Las llaves de búsqueda están almacenadas de forma ordenada.•Índices B-Tree: Árbol balanceado manejando los caminos desde la raíz a cualquier hoja con la misma longitud•Índices Hash: las llaves de búsqueda están distribuidos de manera uniforme en “cubos”(buckets) o bloques utilizando para su ubicación una función hash.


Índices Ordenados

•Índices Densos (Dense index)•Índices Dispersos (Sparse index)•Índices primarios•Índices de Clustering•Índices Secundarios•Índices Multinivel


Índices Densos

Este tipo de índices genera una entrada paracada valor de llave de búsqueda (por lo tanto decada registro) en el archivo de datos.


Índices Densos: Ejemplo

Índice en el atributo ID de la relación Instructor

Índice en el atributo nom_dept de la relación Instructor ordenada por nom_dept

10101

12121

15151

22222

32343

33456

45565

58583

76543

76766

83821

98345

Biologia

Ciencias de la

computacion

Ing. Eléctrica

Finanzas

Historia

Música

Fisica

10101 dikstra

Ciencias de la

Computacion 65000

12121 Wu Finanzas 90000

15151 Mozart Musica 40000

22222 Einstein Fisica 95000

32343 El Said Historia 60000

33456 Gold Fisica 87000

45565 Katz

Ciencias de la

Computacion 75000

58583 Califeri Historia 62000

76543 Singh Finanzas 80000

76766 Crick Biologia 72000

83821 Brandt

Ciencias de la

Computacion 92000

98345 Kim Ing. Electrica 80000


10101 Srinivasan Ciencias de la computación 65000

45565 Katz Ciencias de la computación 75000

83821 Brandt Ciencias de la computación 92000

98345 Kim Ing. Eléctrica 80000




58583 califeri HIstoria 62000

15151 Mozart Música 40000




Índices Densos: Ejemplo

Portal Suba

Portal Sur

Portal

Américas

Portal Norte

Portal 80

Portal 20 julio

C4 Portal Suba

G5 Portal Sur

G31 Portal Sur

F4 Portal Américas

B5 Portal Norte

B73 Portal Norte

B12 Portal Norte

D4 Portal 80

k10 Portal 20 julio


Índices Dispersos

Contiene registros de índices para solo algunos valores de llaves de búsqueda.

–Aplica cuando los registros están ordenados secuencialmente sobre la llave de búsqueda


Índices Dispersos•Para ubicar un registro con el llave de búsqueda K:

–Encontrar en el registro de índice con el valor de llave de búsqueda más largo mayor a K–Buscar el archivo secuencialmente empezando en el registro al cual apunta el registro de índice.

76766 Crick Biología 72000

10101 Srinivasan Ciencias de la computación 65000











76766

32343

15151


Índices Dispersos•Para ubicar un registro con el llave de búsqueda K:

–Encontrar en el registro de índice con el valor de llave de búsqueda más largo mayor a K–Buscar el archivo secuencialmente empezando en el registro al cual apunta el registro de índice.

C4 Portal Suba 12

G5 Portal Sur 12

G31 Portal Sur 13

F4 Portal Américas 14

B5 Portal Norte 10

B73 Portal Norte 9

B12 Portal Norte 8

D4 Portal 80 7

k10 Portal 20 julio 23

Portal Suba

Portal Américas

Portal 80


Índices Primarios

•Definido en un archivo de datos ordenado bajo un campo llave.•Incluye una entrada de índice para cada bloque en el archivo de datos•Se asume que todos los archivos están ordenados secuencialmente en alguna llave de búsqueda.•Incluye una entrada de índice para cada bloque en el archivo; la entrada de índice tiene el valor del campo llave


Índices Primarios

Valor llave

primaria Apuntador

Ángel, Camilo

Alzate, Andrés

Caita, Daniel

Gomez, Carlos

Ortega, José

Nombre (Llave

primaria)Cedula Nacimiento Trabajo Salario

Ángel, Camilo

Álvarez, Laura

…

Acosta, carlos

Alzate, Andrés

Batista, Iván

…

Bonilla, Carlos

Caita, Daniel

Cifuentes, Pedro

…

Cruz, Felipe

Gomez, Carlos

Gonzalez, Camilo

…

Hernandez, Juan

Ortega, José

Ospina, Sebastián

…

Zambrano, Miguel

Archivo del índice

Entradas <K(i), p(i)>


Índices Clustering

•Definido en un archivo ordenado.

•El archivo está ordenado en un campo que no es una llave.

•Incluye una entrada de índicedistinta para cada valor delcampo, la entrada apunta alprimer bloque de datos quecontiene el registro con ese valorde campo.

Archivo del índice

Entradas <K(i), p(i)>

id_dept Cedula Nacimiento Trabajo

1

1

…

1

2

2

3

…

3

3

3

3

…

4

4

5

5

…

5

5

Campo de

Clustering Apuntador

1

2

3

5


Índices Secundarios•Provee un medio secundario para acceder a un archivo para el cual ya existeun índice primario.•El índice secundario debe ser en un campo que puede ser candidato a llave ytiene un valor único para cada registro, o un campo no llave con valoresduplicados.•Los índices secundarios deben ser índices densos.

Índice secundario en la relación de cuentas bancarias sobre el tercer campo que muestra el saldo de la cuenta.

C4 Portal Suba 12

G5 Portal Sur 17

G31 Portal Sur 13

F4 Portal Américas 14

B5 Portal Norte 13

B73 Portal Norte 13

B12 Portal Norte 8

D4 Portal 80 7

k10 Portal 20 julio 23

7

8

12

13

14

17

23


Índices

Multinivel•Si el índice primario no cabe en memoria, el acceso se hace costoso.•Solución: Usar el índice primario en disco como un archivo secuencial y construir un índice disperso sobre el índice primario.•Se puede crear niveles hasta que el índice quepa en un bloque de disco.•Se puede crear sobre cualquier tipo de índice (primario, secundario, clustering)

2

5

8

12

15

21

24

29

35

36

39

41

44

46

51

52

55

58

63

66

71

78

80

82

85

89

2

8

15

24

35

39

44

51

55

63

71

80

85

2

35

55

85

Segundo nivel

Primer nivel Valor llave primaria

Índice de dos niveles


Índices B-Tree

•Árboles de búsqueda–Orden del árbol p (cant. apuntadores)–Cada nodo contiene p-1 valores de búsqueda– p apuntadores en el orden –<P1,K1,P2,K2,…,Pq-1,Kq-1, Pq> con q≤p

–Pi es apuntador a nodo hijo o Nulo–Ki es valor de búsqueda para un conjunto ordenado de valores


Índices B-Tree

•Árboles de búsqueda1.K1< K2<…< Kq-12.∀ X del sub-árbol apuntado por Pi, se tiene que Ki-1<X<Ki con 1<i<q; X<Ki para i=1; Ki-1<X

para i=q


Índices B-Tree

•Árboles de búsqueda de orden p=3


Índices B-Tree

•Tiene restricciones adicionales que garantizan que el árbol esté balanceado y que el espacio gastado por la eliminación no sea excesivo.•Permite valores de llave de búsqueda que aparecen solo una vez, elimina el almacenamiento redundante le las llaves de búsqueda.•Las llave de búsqueda en nodos no-hoja, no aparecen en otro lado del árbol.


Índices B-TreeCada nodo interno es de la forma

< P1, <K1,Pr1>, P2, <K2,Pr2>,…, <Kq-1,Prq-1>, Pq> donde Pr es el dato del apuntador (apuntador al registro cuyo campo llave de búsqueda es igual a Ki)


Hash

•Un bloque es una unidad de almacenamiento conteniendo uno o más registros.•En un archivo de organización hash se obtiene el bloque directamente de su valor de llave de búsqueda usando una función hash.•Los registros con diferentes valores de llave de búsqueda pueden ser mapeados en el mismo bloque, pero el bloque completo debe ser analizado secuencialmente para ubicar el registro.•La función hash es una función desde el conjunto de todos los valores de llaves de búsqueda K al conjunto de todos los bloques direccionados B.


Ejemplo de Organización de

archivo Hash

•Hay 10 bloques.•La función de hash retorna la suma de las representaciones binarias de los caracteres módulo 10.

–h(Music) = 1–h(History) = 2–h(Physics) = 3–h(Elec. Eng) = 2

•La representación binaria del i-esimo carácter esta asumida para ser el entero i.

Organización del archivo Hash para la relación instructor, usando nom_dept como llave.





58583 Califieri Historia 60000



98345 Kim Ing. Electrica 80000


10101 Dijkstra Ciencias de la computación 65000



Bucket 1

Bucket 0

Bucket 2

Bucket 3

Bucket 5

Bucket 4

Bucket 6

Bucket 7


Funciones hash

•La peor función mapea todos los valores de llave debúsqueda al mismo bloque: hace el tiempo de accesoproporcional al número de valore de llave de búsquedaen el archivo.•La función ideal es uniforme: cada bloque es asignadocon la misma cantidad de número de valores de llavesde búsqueda de todo el conjunto posible de valores.•Por lo general ejecutan cómputos sobre larepresentación binaria interna de la llave de búsqueda.


Índices hash

•Organiza las llaves de búsqueda, con su apuntador de registro asociado en un archivo de estructura hash.

•Son índices secundarios.

Índice hash en la relación instructor en el atributo ID


10101 Srinivasan

Ciencias de la

computación 65000

45565 Katz

Ciencias de la

computación 75000

83821 Brandt

Ciencias de la

computación 92000








33465 Gold Física 87000

766766

45565

76543

22222

10101

15151

33465

83821

12121

32343

58583

98345


Índices en MySQL

CREATE INDEX nombre_indiceUSING tipo_indiceON nombre_tbl (col_nombre_indice,…)

•El tipo de índice es opcional y puede ser definido entre:

–B-Tree (Motor MyISAM, InnoDB, MEMORY/HEAP)–Hash (MEMORY/HEAP)

Se puede crear un índice sobre más de una columna.

DROP nombre_indice ON nombre_tbl


Comandos útiles

•show index from TABLA;

•Explain CONSULTA;


Bibliografía

•Elmasri y Navathe: “Fundamentos de Sistemas de Bases de Datos”, 6ª y 4ª edición•Silberschatz−Korth−Sudarshan , “Database System Concepts”, 4ª Edición

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