Datenmodelle,
Datenbanksprachen
und Datenbankmanagementsysteme
Gottfried Vossen
5. Auflage 2008
Kapitel 17: Interne Datenbank- und Speicherorganisation
Inhalt
17.1 Plattenspeicher
17.2 Pufferverwaltung
17.3 Files
17.4 Spezielle Indexstrukturen
17.5 Beispiel: Speicherorganisation bei DB2
17.6 Speicherung und Indexierung von XML-Dokumenten
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
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2
17.1 Plattensubsystem eines Rechners
Systembus
Plattencontroller
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
© 2008 Gottfried Vossen
3
17.2 RAID-0-Architektur
Plattencontroller
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
© 2008 Gottfried Vossen
4
17.3 RAID-0-Architektur mit Striping
Plattencontroller
1
2
a0
a4
a1
b3
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
3
b0
b4
a2
4
b1
b5
a3
b2
b6
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5
17.4 RAID-1-Architektur mit Spiegelplatten und Striping
Plattencontroller
1
1
2
2
a0
b1
a0
b1
a1
b2
a1
b2
a2
b3
a2
b3
a3
b4
a3
b4
a4
b5
a4
b5
b0
b6
b0
b6
Daten
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
Spiegel
Daten
Spiegel
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6
17.5 RAID-3-Architektur
Plattencontroller
Daten
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
Daten
Daten
Parity
Daten
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7
17.6 Eine Beispielrelation
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
L# LName Stadt
KM
L1 Smith
London
20
L2 Jones
Paris
10
L3 Blake
Paris
30
L4 Clark
London
20
L5 Adams
Athen
30
L6 Hart
Chicago
80
L7 Parker
New York 70
L8 James
Athen
25
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8
17.7 Ein sequentieller File mit Blockgröße 3
L1 Smith
London
20
L2 Jones
Paris
10
L3 Blake
Paris
30
L4 Clark
London
20
L5 Adams
Athen
30
L6 Hart
Chicago
80
L7 Parker
New York 70
L8 James
Athen
25
Block 1
Block 2
Block 3
(ein Freiplatz)
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
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9
17.8 Beispiel für einen (dichten) Index
LName „Adresse“
Adams
5
Blake
3
Clark
4
Hart
6
James
8
Jones
2
Parker
7
Smith
1
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
Stadt
„Adresse“
Athen
5
Chicago
6
London
1
New York
7
Paris
2
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10
17.9 Beispiel einer invertierten Liste
Stadt
„Adresse“
Athen
5,8
Chicago
6
London
1,4
New York
Paris
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
7
2,3
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11
17.10 Hierarchische Organisation von Indexen
Index 2. Stufe
Index 1. Stufe
File
(für Indexe und
File sei b=3)
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Kapitel 17
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12
17.11 Innerer Knoten eines B-Baums
P1
P2
K1
W1
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
Pn+1
K2
W2
…
Kn
Wn
frei
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13
17.12 B-Baum der Höhe 2 für k = 1
18 –
8
18 –
5
–
1
–
3
–
–
6
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
–
12
7
–
–
9
– 11 –
– 13 –
15
–
– 16 – 18 –
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14
17.13 B-Baum für die Relation aus Abbildung 17.6
Clark London 20
L4
Jones Paris 10
L2
–
L1
Smith London 20
–
…
–
…
–
L3
L5
Adams Athen 30
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
–
…
–
–
L7
–
–
Blake Paris 30
L6
–
…
–
…
Hart Chicago 80
Parker New York 70
–
…
–
L8
–
James Athens 25
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–
15
17.14 Ergebnis des Einfügens von 10 in den B-Baum aus
Abbildung 17.12
8
5
–
– 1 – 3 –
– 6 – 7 –
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
10
– 9 –
12
–
–
– 11 –
15
– 13 –
–
–
–
– 16 – 18 –
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16
Pi
…
Pi+1
…
K
i
17.15 Zusammenfassung von Knoten
nach einer Löschung aus einem
B-Baum
Pj,1
Pj,n+1
…
Pr,1
Kj,n
Pr,n+1
Kr,1
…
Pi
…
Pj,1
…
Pj,n+1
…
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Kapitel 17
Kj,n
Pr,1
Ki
Pr,n+1
Kr,1
…
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17
17.16 B*-Baum für die Relation aus Abbildung 17.6
–
L4
L2
L1 Smith London 20
–
L6
–
L2 Jones Paris 10
L3 Blake Paris 30
L4 Clark London 20
L5 Adams Athen 30
L6 Hart Chicago 80
L7 Parker New York 70
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
L8 James Athen 25
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18
17.17 3-d-Baum für die Relation aus Abbildung 17.6
L4
L2
L3
Jones
Blake
L1
Paris
Paris
Smith
Clark
London
20
10
30
London
–
L8
–
20
James
L7
–
–
L5
Parker
Adams
L6
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
Athens
25
New York
Athen
Hart
30
Chicago
–
70
–
–
80
–
–
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19
17.18 2-d-Baum-Knoten
X Y
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
Daten
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20
17.19 Stilisierte Karte der Nordhälfte Deutschlands
FL
KI
HH
HB
B
MD
MS
L
D
AC
K
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
DD
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21
17.20 2-d-Baum zur Repräsentation
der Karte aus Abbildung 17.19
4
3
1
Köln
1
1
Aachen
2
2
4
Münster
6
–
7
–
8
–
Düsseldorf
–
15
6
11
Flensburg
–
Berlin
12
5
Magdeburg
–
–
14
3
Leipzig
–
–
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
Bremen
16
–
–
1
Dresden
10
9
Hamburg
–
12
10
Kiel
–
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–
22
17.21 Quadtree-Knoten
X
NW
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
Y
Daten
SW
NO
SO
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23
17.22 Zerlegung der Nordhälfte Deutschlands in Regionen
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
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24
17.23 Quadtree zur Repräsentation der Karte aus Abbildung
17.19 bzw. 17.22
4
4
–
Münster
–
2
2
–
–
1
1
–
–
–
–
–
–
8
11
–
–
Bremen
–
9
–
–
Hamburg
–
–
–
Flensburg
–
Aachen
–
7
10
Düsseldorf
–
6
–
12
–
5
–
12
10
–
–
–
–
3
Leipzig
–
–
–
–
Magdeburg
–
–
15
Kiel
14
–
–
6
Berlin
–
–
–
–
16
3
–
1
–
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
–
Köln
–
1
–
Dresden
–
–
–
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25
17.24 Hashing mit separatem Überlaufbereich pro Adresse
–
1
–
:
:
:
S
Hash-Bereich
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
:
:
:
:
:
:
……
Überlauf-Bereich
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26
17.25 Hashing mit separatem Überlaufbereich
1
–
:
:
:
Hash-Bereich
S
:
:
:
Überlauf-Bereich
–
:
:
:
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
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27
17.26 Implementierung von RIDs bei DB2
Page p
Page Header
Record R
SRH Daten
RID für R p s
Freiplatz
Slots
– –
s
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
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28
17.27 Der SphinX-Ansatz
DTD
XML-Dokument
Dokumentengraph
Schemagraph
B-Bäume
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
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29
17.28 SphinX-Beispielindex (nach Leela und Haritsa)
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
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30
17.29 Dietz-Nummerierung
(1,7)
(6,6)
(2,4)
(3,1)
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
(4,2)
(5,3)
(7,5)
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31
17.30 XISS-Nummerierung
(1,100)
(41,10)
(10,30)
(11,5)
Datenmodelle, 5. Auflage,
Kapitel 17
(17,5)
(25,5)
(45,5)
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32

P i