Книга: Мир InterBase. Архитектура, администрирование и разработка приложений баз данных в InterBase/FireBird/Yaffil

Типы страниц и их использование

Типы страниц и их использование

Давайie подробнее рассмотрим каждый тип страниц и ознакомимся с их назначением и информацией, которая на ни содержится Начнем по порядку - ч. самой первой сфаницы

Любая работа с базой данных начинается с чтения страницы заголовка базы данных (или заголовочной страницы) Страница заголовка базы данных всегда иде! первой в первом файле базы данных Соответственно она изображена первой и на рис 4 Ч (если представить, что рисунок представляет протяженность фай ia базы данных с 1ева направо сверху вниз)

Заголовочная страница содержит информацию о базе данных в целом. На рис 4 4 изображена страница данных так, как это показывает нам IBSurgeon

Получить представление о содержании заголовочной страницы также можно, получив статистику по базе данных Для этого можно воспользоваться утилитой командной строки qstat или каким-нибудь более удобным инструментом для администрирования InteiBase из списка в приложении "Инструменты администратора и разработчика InterBase" Подробнее процесс получения статистики для базы данных и описание данных заголовочной страницы содержатся в главе "Статистика в InterBase" (ч 4)

Здесь стоит лишь отметить, что заголовочная страница содержит такую важную информацию, как размер страницы, номер версии ODS (On-Disk Structure) (см о ней ниже], конфольная сумма базы данных (для On-Disk Structuie 9 хх и старше она обычно равна 12345), дата создания базы данных, а также информацию о транзакциях и множество других сведений. Например, Implementation ID хранит информацию о том. под какой ОС эта база данных была создана

Рис 4.4. Страница заголовка базы данных (header page)

При подключении к базе сервер InterBase считывает первые 1024 байта информации от начала файла и определяет по считанным значениям, действительно ли файл, указанный в строке соединения, является базой данных InterBase. Затем сервер с заголовочной страницы считывает номер версии ODS (On-Disk Structure) и размер страницы в этой базе данных и, если версия ODS совместима с реализацией сервера, производит перечитывание всей заголовочной страницы, пользуясь уже корректным размером страницы, полученным из первых 1024 байт После этого с заголовочной страницы считываются остальные важные параметры базы данных - режим чтения-записи, диалект базы данных и т.д.

На заголовочной странице находится ссылка на первую из страниц указателей (Pointer page), на которой содержащие ссылки на страницы данных, содержат метаданные: таблицу RDBSPages (см. ниже в разделе "Логическая структура базы данных InterBase"). На рис. 4.3 эта ссылка проиллюстрирована стрелкой с надписью Number of the 1^st pointer page in database, т. е. "номер первой страницы указателей в базе данных". Сервер читает номер первой страницы указателей с заголовочной страницы и переходит к ней. Фактически он просто отсчитывает "размер страницы умножить на номер страницы" байт.

Страница указателей состоит из упорядоченного массива номеров страниц данных, составляющих определенную таблицу (таблица понимается в смысле SQL-объекта, описываемого логической структурой базы данных). Вот как интерпретирует страницу указателей IBSurgeon (рис. 4.5).

Рис 4.5. Страница указателей базы данных InterBase (pointer page)

Страница содержит список страниц данных (data page vector), которые составляют определенную таблицу в базе данных. Список представляет собой массив указателей, соответствующих номерам страниц данных в файле.

Сервер считывает 4-байтовый номер страницы данных и переходит к нужной странице данных. Перейдя на первую страницу данных, составляющих RDBSPages, сервер начинает построение внутреннего представления базы данных, которое в дальнейшем используется сервером для всех операций с базой данных.

В RDBSPages содержатся ссылки не только на страницы данных, хранящие информацию о базе данных, но и на все остальные страницы, играющие роль в обеспечении работы базы данных

Мы часто упоминаем эту таблицу, что, строго говоря, относится к логической структуре базы данных. Тем не менее все очень взаимосвязано, поэтому нельзя описывать одно, не ссылаясь на другое.

Важным типом страниц являются страницы, учитывающие транзакции (TIP. '1 гапьаиюп inventor)' page) Они, как и все страницы, состоят из заголовка и основной части, представляющей собой массив из 2-битовых последовательностей. Эти последовательности описывают состояние транзакций в базе данных (подробности о транзакциях см. в главе "Транзакции. Параметры транзакций" (ч. 1)).

Табл 4.23. Возможные состояния транзакции в Transaction inventory page

Каждой версии записи соответствует свой идентификатор транзакции, что позволяет одновременно выполняющимся транзакциям "узнавать" о состоянии друг друга и разрешать конфликты при многопользоватепьской работе

Заголовочная страница базы данных, страницы указателей и страницы учета транзакций относятся к служебным ("housekeeping") типам страниц, которые используются только сервером Информация, содержащаяся в них, никогда не попадает к пользователям InterBase К служебному тип) страниц также относятся страницы учета страниц (обычно они упоминаются как Page Inventoiy Page (PIP) или Space Inventoiy pages (SIP)) Эти страницы расположены начиная со второй, т е первая PIP саедует прямо за заголовочной страницей, и появляются в базе данных через фиксированные промежутки страниц других типов Размер этих промежутков т е через какое количество страниц других типов появляется Р1Р, зависит от размера страницы, установленного для данной базы данных Page Inventoiy Pages не учитываются на страницах указателей (Pomtei page) и не указаны в RDB$Pages Целостность этих страниц критична дтя здоровья всей базы гак как содерлуимое PIP описывает состояние всех остальных страниц в базе данных Каждая страница базы данных может иметь 3 состояния нераспреде iennoe (not allocated),распределенное (allocated with space),распреде- генное и започненное (allocated and full) Когда появляется необходимость в до- потнитетьном пространстве дтя новых данных, сервер проверяет PIP на предмет на 1ИЧИЯ ntpauipt. je ]ишы страниц 1 с ж нахоцикя такая страница сервер из меняет ее состояние на распределенное Если нераспределенных страниц нет, то база данных расширяется - к ней дописывается новая страница данных

Изображение страницы данных в IBSurgeon и содержащихся на ней данных приведено на рис 4.6

Рис 4.6. Страница v ют i страниц (PIP)

Как только страница распределена, InterBase записывает ее состояние на SIP, а затем пишет саму страницу После этого необходимо присоединить вновь образованную страницу к какому-нибудь множеству страниц, например к страницам данных для какой-то таблицы Дтя этого надо записать ссылку на эту свежую страницу на последней странице этого множества страниц- например на последнюю страницу данных какой-то таблицы

Если сервер прервал свою работу сразу после записи на SIP. но не дойдя до записи ссылки на страницы, которая ссылается на только что распределенную, то эта тотько что распределенная страница становится "потерянной" (orphan) Потерянная страница физически создана зарезервирована на SIP но ссылок сдругих страниц на нее нет, а значит сервер не сможет найти ее и записать на нее данные Потерянная страница изображена красным квадратиком на рис 4 3 Потерянные страницы чаще всего возникают в результате неожиданного выключения питания > сервера и 'аечатся специальным инструментом для починки баз данных gfix (смотри раздет "Починка базы данных")

Прежде чем перейти к рассмотрению страниц данных следует упомянуть о важных типах страниц страницах генераторов и страницах индексов Страницы генераторов представляют собой массив 4-байтовых чисел, которые показывают состояние генераторов Фактически генератор - это обыкновенный счетчик

На рис 4.7 показана страница генераторов Обратите внимание, что хотя IBSuigeon и показывает имена генераторов это не значит что эти имена хранятся на страницах генераторов, - это сдетано дтя удобства пользователя, исследующего базу данных На самом деле имена генераторов хранятся в системной таблице RDBSGeneiators

Рис 4.7. Страница генераторов (gen-ids)

Как видите в данном примере в базе данных содержали только системные генераторы, начинающиеся с префикса RDBS (О назначении и использовании генераторов при разработке приложений баз данных InterBase рассказано в главе Таблицы Первичные ключи и генераторы (ч 1)) Страницы генераторов учитываются наряду с другими страницами в таблице RDBSPages

Каждой таблице, вне зависимости от того, имеет ли она индексы или нет, соответствует по крайней мере одна страница вершины индекса (index root page). Эта страница содержит указатели на страницы индексов для соответствующей таблицы. Можно сказать, что index root page играет для страниц индексов такую же роль, какую играет страница указателей для страниц данных. Поэтому IBSurgeon показывает ее сходным образом.

Изображение страницы вершины индекса приведено на рис. 4.8.

Рис 4.8. Страница вершины индексов (index root page)

Страница вершины индексов содержит список страниц, на которых собственно хранятся сами значения индексов, а также системную информацию об индексах - о селективности индексов и различных флагах. Подробнее про индексы, о их роли и значениях в базах данных рассказано в главе "Индексы" (ч. 1.).

Непосредственно значения индексов содержат индексные страницы (index pages). Пример такой страницы изображен на рис. 4.9.

Рис 4.9. Страница индексов (index B-tree page)

Страница индексов хранит упакованные значения проиндексированных данных. Используется достаточно сложный механизм индексации, особенно при построении составных индексов (включающих в себя несколько полей).

Пользовательскую информацию в основном хранят страницы данных (data pages) и страницы, содержащие BLOB-значения (Blob pages). Страницы данных содержат записи в пользовательских таблицах базы данных, фрагменты записей, старые версии записей, различия между версиями, BLOB-поля (если они помещаются на странице) и т. д. Что касается Blob-полей, то они связаны с записями на страницах данных и содержат данные большого размера, не помещающиеся на странице данных. Ссылочный тип хранения BLOB-значений позволяет хранить очень большие данные.

Изображение страницы данных в IBSurgeon приведено на рис. 4.10:

Рис 4.10. Страница данных (data page)

Заголовок страницы данных содержит тип страницы (Page Type), идентификатор таблицы (RelationID), информацию о которой содержит страница, а также номер следующей страницы с данными в этой таблице.

Записи хранятся на страницах данных с конца страницы и по мере заполнения размещаются ближе к началу страницы.

В этом легко убедиться, взглянув на список записей на странице (row indexes), содержащий два значения - сдвиг записи (Offset) на странице и ее длину (length). Как видите, в начале списка располагаются записи, находящиеся на самом конце страницы - например, первая запись имеет сдвиг 8156 байт, а длину 34 байта, следовательно, заканчивается она 8156+34=8192 байтом - на самом краю сфаницы (в данном случае размер страницы - 8192 байта, т. е. размер с фаницы - 8 192 байта).

Когда страница заполнена (сверху - данными, снизу - индексами записей), сервер начинает записывать новые записи и версии старых записей на новые страницы.

Исходя из описанного механизма заполнения страниц, можно легко сказать, почему специалисты по InterBase так настойчиво рекомендуют использовать страницы данных большого размера (4096 байт как минимум, а лучше 8192 байта). Если мы создадим таблицу, одна запись которой будет иметь значительный размер (например, 10 полей VARCHAR(255)), то они будут занимать, будучи заполненными, более 2550 байт. Т. е. одна такая запись не поместится на странице малого размера (1024 или 2048 байт). Очевидно, что необходимость загрузить несколько страниц с диска, чтобы прочитать единственную запись, не ускорит работу с вашей базой данных. Таким образом, настоятельно рекомендуется переопределять размер страницы данных при создании или восстановлении базы данных, потому что по умолчанию устанавливается размер 1024 байта.

Кратко рассмотрев основные типы страниц данных в InterBase и их назначение, перейдем теперь на более высокий структурный уровень.

Оглавление книги