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Classificação e Pesquisa de Dados

Aula 2Organização de Arquivos: Arquivos Sequenciais e

Arquivos Sequenciais Indexados

UFRGS INF01124

Organização de Arquivos

Propósiton Estudo de técnicas de armazenamento e

recuperação de dados em memória secundáriaPrincipais técnicasn Arquivos seqüenciaisn Arquivos indexadosn Arquivos invertidosn Arquivos de texto

Armazenamento em disco

Disco

Trilhas divididasem

setores

Cabeçote deLeitura/gravação

Braço dePosicionamentoDo cabeçote

Sentidorotacional

Estrutura do disco

Armazenamento em disco: características

Várias superfícies de gravação/leituraCilindro: definido como sendo um conjunto de trilhas verticalmente alinhadas e com mesmo diâmetron Registros que pertencem a um mesmo cilindro

não requerem deslocamento do mecanismo de acesso

Armazenamento em disco: características

Custo de acesso ao discon Tempo de busca (seek time): tempo de deslocamento

do mecanismo de acesso de uma trilha para outran Latência rotacional: tempo para que o inicio do bloco

que contenha o registro a ser lido passe pelo cabeçote de leitura/gravação

n Tempo de transferência: quantidade de tempo necessário para que um bloco (ou setor) seja transferido para um buffer de memória

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Terminologia empregada

Arquivon Coleção de registros lógicos

Registro lógicon Seqüência de campos ou atributos da entidade ou

objeto sendo modelado

Campon Corresponde a cada uma das informações que se

deseja modelar a respeito da entidade ou objeto considerado

n Ex.: Nome, salário, cargo, etc.

Tipos de acesso a arquivos

Acesso ao arquivo inteiron Computação gráfican Engenharia de softwaren CAD n DocumentosAcesso a registrosn Banco de dadosn Processamento transacional

Arquivo de funcionário

Campo: cargoTipo: alfanuméricoComprimento: 30 bytes

Campo: salárioTipo: numérico realComprimento: 7 bytes

Campo: data-nascTipo: dataComprimento: 8 bytes

Campo: nomeTipo: alfabéticoComprimento: 35 bytes

1012 Maria 01/10/1982 1250,00 analista

Campo: númeroTipo: numérico inteiroComprimento: 4 bytes

Registro lógico


Registro físicon O armazenamento de um arquivo é feito, via

de regra, por blocos de registros lógicosn Um bloco corresponde a quantidade de dados

transferidos em um acesso simplesn Um bloco de registros lógicos corresponde a

um registro físico


n Em cada leitura ou gravação é lido ou gravado um bloco e não apenas um registro lógico

n Usualmente, o tamanho dos blocos é constante e coincidente com uma unidade de armazenamento do meio físico utilizado (ex.: Setores, trilhas em disco magnético)

n Fator de bloco: número (inteiro) de registros lógicos por bloco

Estrutura de acesso

Arquivo

Buffers

RegistroPrograma

Sistema operacional

Arquivo físico

Um registro

Um bloco em cada buffer

Blocos físicos

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Tipos de registros lógicos

# 1

# 2

# 3

# 4

# 5

# 6

# 7

# 1

# 2

# 3

# 4

# 5

# 6

Registro de tamanhoFIXO

Registro de tamanhoVARIÁVEL

Registros de tamanho fixo

nr div fb : bloco onde está o registronr mod fb : posição do registro no bloco

n nr : posição relativa no arquivo

n fb : fator de bloco

1 2 3 4

5 6 7 8

Registros de tamanho variável

Problemas de acesso, exceto o serialProblemas de atualização, podendo haver aumento de tamanho do registroAs vezes é conveniente deixar alguns itens no formato usual, por serem usados com grande freqüência. Assim, evita-se a expansão à cada vez que são manipulados

1 2 3 4 5

6 7 8 9

Arquivo seqüencial - AS

Caracterizaçãon Registros fisicamente ordenados por uma chave

primária ou chave de ordenação

100010501075110013001350140014401480. . .

AdemarAfonsoCarlosDarciEberGenaroHelenaMariaRamon. . .

252722253919192122. . .

900500120015005006504209001340. . .

Número Nome Idade Salário

Arquivo seqüencial

Indicação de uson Memória de acesso seqüencialn Indicado para arquivos que sofrem

recuperações/atualizações por lotes (em batch)

Contra-indicaçãon Quando há mais do que uma chaven Quando exige-se respostas em tempo realn Aplicações com inserções/exclusões arbitrárias

Acesso a um registro

Serial ou seqüencial

Aleatório

ArquivoSeqüencial

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Arquivo Seqüencial 19

Acesso Serial ou Seqüencial a um registro

Registros fisicamente armazenados de acordo com a seqüência na qual são solicitadosNa maioria dos acessos o registro solicitado estará em memória por pertencer ao mesmo bloco do seu antecessor


Acesso Aleatório a um registro

Registro solicitado através de um argumento de pesquisaCasos possíveisn Argumento de pesquisa coincide com a chave

de ordenaçãow Constatação rápida da ausênciaw Arquivo armazenado em dispositivo de acesso direto à possibilidade de busca via pesquisa binária

n Argumento de pesquisa não coincide com a chave de ordenação


Atualização

Inserções/exclusões de registrosn Arquivo mestren Arquivo de transaçõesw Pode ser usado como extensão do mestre

n Arquivo de saída (novo mestre)n Execução da operação de intercalação

Processamento em lotes

Arquivo mestre

Arquivo de transações

Processamento Arquivo de saída


Atualização

Alteração de um registron Situação normalw Localiza à lê à altera campos à grava

n Situações especiaisw Alteração aumenta o tamanho do registrow Alteração modifica o valor da chave de ordenação

Arquivo seqüencial indexado

Indicação de uson Quando o volume de acessos aleatórios torna-

se significativo, surge a necessidade de uma estrutura de acesso eficiente para a localização de um registro dado o argumento de pesquisa

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Caracterizaçãon Esta organização consiste essencialmente de

um arquivo seqüencial acrescido de um índice, oferecendo acesso serial ordenado e aleatório eficientes

n Além do arquivo seqüencial e do índice, esta organização ainda prevê uma área de extensão (ou área de overflow) , utilizada para a implementação da operação de inserção de registros

O que é um índice

Estrutura de acesso formada por uma coleção de pares do tipo <chave, endereço>, cada um deles associando o valor de uma chave de acesso a um endereço do arquivo na memória secundária (disco)Principais vantagensn Ocupa menos espaço à maior rapidez de buscan Permite acesso ordenado sem rearranjar o arquivon Permite múltiplos caminhos de acesson Oferece maior facilidade de acesso a registros de tamanho

variável


1480 12200 4* 7

1075 11350 41480 7

1800 101950 132200 16

2450 192700 22

* 25

1000 Ademar . . .1050 Afonso . . .1075 Ângela . . .

1100 Antonio . . .1300 Carlos . . .1350 Cesar . . .

#1#2#3

#1#2#3

#4#5#6

#7#8#9

#1#2#3

#4#5#6

Para tornar a pesquisa mais eficiente, o índice normalmente é estruturado em vários níveis (árvore B, por exemplo).

Número endereço Número endereço Número nome

exte

nsão

Área de extensão

Alternativas de implementação1. Em cada registro da área principal, associar um

campo de elo para conter o endereço da lista encadeada de seus antecessores (ou sucessores), alocados na área de extensão

2. Em cada bloco de registros, associar um campo de elo, destinado a conter o endereço da lista de extensões do blocow Manutenção da seqüencialidade física dos registros dentro

de cada bloco da área principalw Todos os registros da lista de extensão de um bloco

possuem ordem maior do que todos os da área principal

Arquivo Sqüencial Indexado 29

Acesso a um registro(justificativa da disciplina)

Serial : diretamente sobre a área de dados (para ordena-los são utilizados os algoritmos de classificação)

Aleatório: é feito via índice(para acessar são utilizados os algoritmos de pesquisa)

ArquivoSeqüencial Indexado

Arquivo Seqüencial Indexado 30

Inserção de um registro

Determinação do local onde deve ocorrer a inserção à busca no arquivo via índiceCom área de extensãon Inserção do registro na lista de extensão do seu

sucessor na área principal ou no bloco selecionado

Sem área de extensãon As inserções são feitas em endereços liberados por

exclusões ou reservados para este fim quando da geração do arquivo

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Exclusão de um registro

Determinação do local onde deve ocorrer a exclusão à busca no arquivo via índice

Colocação da marca de excluído


Alteração de um registro

Determinação do local onde deve ocorrer a alteração à busca no arquivo via índice

Procedimento normal (lê à altera à grava)n Quando a alteração não envolve a chave de ordenação e não

aumenta o comprimento do registro

Procedimento diferenciadon Lê à exclui à re-insere registro modificado


Requisitos para reorganização

Acessos freqüentes às áreas de extensão

Necessidade de desconsideração dos registros excluídos

Ponto de reorganização


Procedimento de reorganização

Leitura exaustiva e transferência de todos os registros para uma nova áreaTodos os registros são colocados na área principal, ficando a área de extensão toda livreRegistros excluídos desde a última reorganização são retirados fisicamente do arquivoGeração de um novo índice

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