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Escuela de Computación Facultad de Ciencias UCV Administracion de Base de datos Prof Mercy Ospina Torres [email protected] El DBA, el SMBD y Manejo de memoria (Parte I)

ABD el Administrador de Base de Datos y Manejo de memoria (Parte I)

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Funciones del Administrador de Base de datos, funciones del SMBD, Manejo de memoria

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Escuela de Computación Facultad de CienciasUCV

Administracion de Base de datos

Prof Mercy Ospina Torres

[email protected]

El DBA, el SMBD y Manejo de memoria (Parte I)

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El DBA

Concurrencia

Diccionario Datos

Integridad

Seguridad

Proc. Consultas

El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Agenda

• Administrador de Base de datos• Funciones asociadas a los temas de la

materia• El SMBD

• Definición• Componentes funcionales

11 de abril de 2023 Sitio Web Escuela de Computación 2

Introducción

Problema

Marco Conceptual

Marco Metodológico

Marco Aplicativo

Demostración

Conclusiones

Recomendaciones

Aportes

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El DBA

Concurrencia

Diccionario Datos

Integridad

Seguridad

Proc. Consultas

El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Que es el DBA

11 de abril de 2023 3Sitio Web Escuela de Computación

El DBA

• Es el responsable de la administración de:– Base de Datos

– El Sistema manejador de Base de Datos

• No es responsable del diseño de la BD, pero los diseñadores deben trabajar con ellos

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Concurrencia

Diccionario Datos

Integridad

Seguridad

Proc. Consultas

El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Funciones del Administrador de Base de datos

Funciones del ABD

Administrar la estructura de la BD

Establecer el diccionario de

datos

Administrar el SMBD

Admistrar la actividad de los

datos

Asegurar la confiabilidad de los

datos

Garantizar la seguridad de los

datos

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Concurrencia

Diccionario Datos

Integridad

Seguridad

Proc. Consultas

El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Funciones del Administrador de Base de datos

Adminis-trar la

estructura de la BD

Participar en el diseño y puesta en practica

Administrar los requerimientos de la

BD

Establecer políticas y procedimientos para

modificaciones en la BD

Supervisar el desempeño y responder a cambios de

requerimientos

11 de abril de 2023 Sitio Web Escuela de Computación 5

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El DBA

Concurrencia

Diccionario Datos

Integridad

Seguridad

Proc. Consultas

El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Funciones del Administrador de Base de datos

Admistrar la actividad de

los datos

Establecer estándares, controles y documentación

sobre los datos

Optimizar el acceso a los datos por los

distintos usuarios

Establecer los derechos de acceso

Establecer las tareas en background

11 de abril de 2023 Sitio Web Escuela de Computación 6

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Concurrencia

Diccionario Datos

Integridad

Seguridad

Proc. Consultas

El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Funciones del Administrador de Base de datos

Adminis-trar el SMBD

Compilar y analizar estadísticas de

rendimiento

Vigilar la actividad de los usuarios de las BD

Vigilar el uso de los recursos del SMBD

Ajustar los parámetros del SMBD para

asegurar el rendimiento

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Diccionario Datos

Integridad

Seguridad

Proc. Consultas

El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Sistema manejador de Base de Datos

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 8

Procesador de Consultas

Gestor de almacenamiento

S

M

B

D

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

Gestor de transacciones

Gestor de transacciones

Gestor de archivosGestor de archivos

Gestor de memoria

intermedia

Gestor de memoria

intermedia

Gestor de autorización e

integridad

Gestor de autorización e

integridad

Archivos de Datos Índices Diccionario

de datosDatos

estadísticos

Almacenamiento en disco

El SMBD

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Concurrencia

Diccionario Datos

Integridad

Seguridad

Proc. Consultas

El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Sistema Manejardor de Bases de datos SMBD

Objetivos del SMBD

Crear y Manipular BD

Crear y manipular datos

Consultar datos

Asegurar • Concurrencia• Seguridad• Integridad

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El SMBD

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Diccionario Datos

Integridad

Seguridad

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Manejo de Memoria

Restauración

Agenda

• Manejo de memoria– Componentes del SMBD– Tipos de memoria– Acceso a la base de datos– Archivos

• Encabezado• Registro• Tamaño de un archivo• Organizaciones de archivo

– Secuencial– Hash– Indexada

• Vías de acceso

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Integridad

Seguridad

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Manejo de Memoria

Restauración

Sistema manejador de Base de Datos

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 11

Procesador de Consultas

Gestor de almacenamiento

S

M

B

D

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

Gestor de transacciones

Gestor de transacciones

Gestor de archivosGestor de archivos

Gestor de memoria

intermedia

Gestor de memoria

intermedia

Gestor de autorización e

integridad

Gestor de autorización e

integridad

Archivos de Datos Índices Diccionario

de datosDatos

estadísticos

Almacenamiento en disco

Manejo de memoria

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Integridad

Seguridad

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Manejo de Memoria

Restauración

Jerarquía de memorias

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 12

Cache

Memoria

Principal

Memoria Flash

Disco Magnético

Disco Optico

Tambor

Costo

VelocidadAlmacenamiento principal

Volátil

Almacenamiento secundario

No volátil

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Seguridad

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Manejo de Memoria

Restauración

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.

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 13

SMBDSMBD

Manejador de archivosManejador 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

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Integridad

Seguridad

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Manejo de Memoria

Restauración

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.

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 14

SMBDSMBD

Manejador de archivosManejador 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

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Manejo de Memoria

Restauración

Manejador de disco

• Segmentos: Cada segmento 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 conjuntos de páginas no tienen páginas en común (No se solapan).

• El manejador se encarga de la correspondencia entre números de páginas y direcciones físicas de disco.

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 15

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Manejo de Memoria

Restauración

Manejador de disco

• 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.

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 16

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Restauración

Manejador de disco

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 17

Tabla de Contenido del disco óDirectorio del Disco óDirectorio de Conjuntos de Páginas o Página Cero.

Cabecera de página (apuntador a la “siguiente página”)

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Manejo de Memoria

Restauración

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

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 18

SMBDSMBD

Manejador de archivosManejador 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

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Seguridad

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Restauración

Manejador de Archivo

• 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

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 19

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Seguridad

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Manejo de Memoria

Restauración

Manejador de Archivo

• 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.

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 20

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Restauración

Archivos

CABECERA

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 21

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 ( Logitudes de campo, orden de los campos en el registro, códigos de tipo, etc.)

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Restauración

Archivos

CABECERA

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 22

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];};

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Restauración

Organización de archivo

• Determina la colocación física de los registros del archivo en el disco -> como se puede acceder a los registros.

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 23

1234 Maria Castillo DE3456 Jose Perdomo CO

5432 Pedro López DE5879 Beatriz Martínez MT

6784 Ana Vasquez MT8762 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

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Restauración

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.

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 24

D1 E1 E2 E3 E4 E5 D1 E6 E7 E8 E9 E10

D2 E11 E13 E15 E15 ……

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Restauración

Archivo

Tipos de registros• Por su tamaño

– Tamaño fijo– Tamaño variable

• Por su forma de almacenarlo físicamente– Extensible– No extensible

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 25

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Restauración

Archivo

• 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

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 26

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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

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 27

R1 R2 R3 R4’ R4’’ R5 R6

R1 R2 R3 /// R4 R5 R6 ///

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Restauración

Archivo

• Tamaño del archivo en bloques– Registros extensibles

– Registros no extensibles• Factor de bloqueo (fb) es el número de registros

que caben en un bloque

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 28

nr: número de registrosR: Tamaño del registro en bytesB: Tamaño del bloque de disco en bytes

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Restauración

Organización de archivos

• Organizaciones en el modelo normalizado– Secuencial

– Directos

– Indexados

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Restauración

Organizaciones de Archivo

• Secuencial: Los registros son almacenados en la secuencia física en la que van a ser procesados.– 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• Busqueda, actualización y eliminación implica una

búsqueda lineal

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 30

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Restauración

Organizaciones de Archivo

• Secuencial: Los registros son almacenados en la secuencia física en la que van a ser procesados.– Ordenado

• Los registros están ordenados físicamente en disco, en función de los calores de uno o mas campos, que pueden o no ser clave

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 31

Cod Nombre CiudadS1 Pedro Caracas

S2 Maria ValenciaS4 Juan MaracayS5 Antonio CaracasS6 Betty Zulia

Cod Nombre CiudadS1 Pedro CaracasS5 Antonio CaracasS4 Juan MaracayS2 María ValenciaS6 Betty Zulia

Clave de ordenació

n

Campo de ordenació

n

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Seguridad

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Restauración

Organizaciones de Archivo

• Secuencial ordenado– Vías de acceso

• Búsqueda o actualización sobre el campo de ordenamiento implica una búsqueda binaria

• Búsqueda o actualización, sobre otro campo, y eliminación implica una búsqueda lineal

• Inserción o actualización sobre campo de ordenamiento implica mover los registros para mantener el orden físico.

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 32

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Integridad

Seguridad

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Restauración

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)

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 33

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Seguridad

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Restauración

Organizaciones de archivo

• Archivos directos o hash– Se usa una función de dispersión (hash) para

determinar la posición de los registros en disco– La función toma el valor de un campo llamado

campo hash (o clave hash si es la clave) y retorna un número de bloque relativo al archivo.

fhash (valor campo hash) = bloque relativo.

– El registro se almacena en dicho bloque.

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 34

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Seguridad

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Restauración

Organizaciones de archivo

• Archivos directos o hash– Direccionamiento por clave

• Se aplica sobre la clave primaria• Cada registro obtiene un valor de registro único

– Direccionamiento hash:• No garantiza una dirección de página única• La función hashing se selecciona para que los

registros sean esparcidos de manera uniforme.

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 35

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Integridad

Seguridad

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Manejo de Memoria

Restauración

Organizaciones de Archivo

• Plegable12.234.56716.456.423

• División-resto– h(k) = k mod M– k: valor del campo hash– M: número de bloques

disponibles

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 36

122345

+67147

164564

+23147

Se recomienda• Que M sea un Nº

primo • Que se deje 80 - 90

% del archivo libre

Manejo de memoria

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Integridad

Seguridad

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Manejo de Memoria

Restauración

Organizaciones de archivos

No página relativo

0

1

2

3

4

5

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 37

MOD 8

Clave hash2, 3, 57, 11, 1718, 19, 23 28, 29, 3132, 36, 3740, 41, 4653, 60

MOD 6

Caben 4 registros por pagina

Manejo de memoria

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Integridad

Seguridad

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El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Organizaciones de Archivo

No página 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

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 38

MOD 8

Clave hash2, 3, 57, 11, 1718, 19, 23 28, 29, 3132, 36, 3740, 41, 4653, 60

MOD 6

Caben 4 registros por pagina

Registros sinónimos

Colisiones

Manejo de memoria

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El DBA

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Diccionario Datos

Integridad

Seguridad

Proc. Consultas

El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Organizaciones de Archivo

No página 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

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 39

MOD 8

Clave hash2, 3, 57, 11, 1718, 19, 23 28, 29, 3132, 36, 3740, 41, 4653, 60

MOD 7

Caben 4 registros por pagina

Manejo de memoria

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El DBA

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Integridad

Seguridad

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El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Manejo de Colisiones

• Búsqueda lineal o direccionamiento

abierto.

• Área de desbordamiento no encadenada.

• Área de desbordamiento encadenada.

• Hash múltiple.

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 40

Manejo de memoria

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El DBA

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Diccionario Datos

Integridad

Seguridad

Proc. Consultas

El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Organizaciones de ArchivoManejo 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

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 41

MOD 8

Clave hash2, 3, 57, 11, 1718, 19, 23 28, 29, 3132, 36, 3740, 41, 4653, 60

MOD 7

Caben 4 registros por pagina

Búsqueda lineal

Manejo de memoria

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El DBA

Concurrencia

Diccionario Datos

Integridad

Seguridad

Proc. Consultas

El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Organizaciones de ArchivoManejo 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

6 41

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 42

Área de desbordamiento no encadenada

No página relativo

7 53, 60

8

9

Manejo de memoria

Page 43: ABD el Administrador de Base de Datos y Manejo de memoria (Parte I)

El DBA

Concurrencia

Diccionario Datos

Integridad

Seguridad

Proc. Consultas

El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Organizaciones de ArchivoManejo de Colisiones

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

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 43

Área de desbordamiento encadenada

No página relativo

P. sinónimos

7 53, 60

8

9

Manejo de memoria

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El DBA

Concurrencia

Diccionario Datos

Integridad

Seguridad

Proc. Consultas

El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Manejo de colisiones

• Para disminuir la probabilidad de colisiones se puede escoger un número de bloques M igual a

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 44

(nr / fb)* (1 + d)1 nr: número de registrosfb: factor de bloqueod: factor de corrección

que significa el espacio libre en el archivo

Manejo de memoria

1 Silverchatz, Fundamentos de bases de datos

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El DBA

Concurrencia

Diccionario Datos

Integridad

Seguridad

Proc. Consultas

El SMBD

Manejo de Memoria

Restauración

Organizaciones de Archivo

• 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 la técnica hash extensible

11 de abril de 2023 Administracion de Base de datos 45

Manejo de memoria