emufs/indice_bplus.c

   1 /** Arbol B+ */
   2 #include "indices.h"
   3 #include "indice_bplus.h"
   4
   5 /**#*#*#*#*#**#*#*#*#*#* Private prototypes*#*#*#*#*#**#*#*#*#*#**#*#*#*/
   6 int b_plus_grabar_nodo(INDICE *idx, NODO_B_PLUS *nodo, int num_node);
   7 NODO_B_PLUS *b_plus_leer_nodo(INDICE *idx, int num_node);
   8 NODO_B_PLUS *b_plus_crearnodo(INDICE *idx);
   9 int b_plus_destruir_nodo(NODO_B_PLUS *nodo);
  10 int b_plus_split_child(INDICE *idx, int numparent, NODO_B_PLUS *parent, int ithchild, NODO_B_PLUS *fullnode);
  11 int b_plus_insert_nonfull(INDICE *idx, NODO_B_PLUS *nodo, int num_nodo, INDEX_DAT *query);
  12 int b_plus_insertar(INDICE *idx, INDEX_DAT *query);
  13 int b_plus_get_num_nodo(INDICE *idx);
  14 /**#*#*#*#*#**#*#*#*#*#*FIN PROTOTYPES*#*#*#*#*#**#*#*#*#*#**#*#*#*#*#*/
  15
  16 /** Crea un nuevo nodo y lo inicializa */
  17 NODO_B_PLUS *b_plus_crearnodo(INDICE *idx) {
  18
  19         NODO_B_PLUS *nodo = (NODO_B_PLUS*)malloc(sizeof(NODO_B_PLUS));
  20         if (nodo == NULL) return NULL;
  21         nodo->nivel = 0;
  22         nodo->cant_claves = 0;
  23
  24     /* Calculamos lo que ocupan las cadenas de bytes claves + hijos */
  25         nodo->claves = (CLAVE*)malloc(idx->size_claves);
  26         nodo->hijos = (int*)malloc(idx->size_hijos);
  27         memset(nodo->claves,-1,idx->size_claves);
  28         memset(nodo->hijos,-1,idx->size_hijos);
  29
  30     return nodo;
  31 }
  32
  33 /** Crea el archivo indice B+ */
  34 int emufs_b_plus_crear(INDICE *idx) {
  35
  36         FILE *fp;
  37         NODO_B_PLUS *raiz;
  38         int error = 0;
  39
  40         /* Creamos el archivo que contendra el indice */
  41         fp = fopen(idx->filename, "w");
  42         PERR("Creando indice con nodo raiz");
  43         if (fp == NULL) {
  44                 PERR("Error al crear el archivo");
  45                 return -1;
  46         }
  47         fclose(fp);
  48
  49         /* Creamos el nodo raiz y lo guardamos el en indice */
  50         raiz = b_plus_crearnodo(idx);
  51         error = b_plus_grabar_nodo(idx,raiz,0);
  52
  53         /* Liberamos areas de memoria reservadas */
  54         free(raiz->claves);
  55         free(raiz->hijos);
  56         free(raiz);
  57
  58         return error;
  59 }
  60
  61
  62 /** Busca el nro de bloque donde se debe guardar un reg con clave X.
  63  *  Posibilidades: return 0 - Encontro un bloque potencial
  64  *                 return -1 - No hay clave, inserto clave de nuevo bloques
  65  *                 return 1 - Hubo falla de lectura de un nodo, Abortar
  66  */
  67 int emufs_b_plus_get_bloque(INDICE *idx, INDEX_DAT *query, int num_node) {
  68
  69         int i,exitcode = 0;
  70         NODO_B_PLUS *nodo;
  71         nodo = b_plus_leer_nodo(idx,num_node);
  72         if (nodo == NULL) return 1;
  73         i = nodo->cant_claves - 1;
  74
  75         /* Si es un hoja, busco dentro de la hoja, otherwise, busco la hoja */
  76         if (nodo->nivel == 0) {
  77         /* Vemos en que bloque deberia ir */
  78                 while ( i >= 0 && query->clave.i_clave < nodo->claves[i].i_clave ) i--;
  79                 if (i < 0) {
  80                         /* La clave es menor que todas, debo insertarla */
  81                         b_plus_destruir_nodo(nodo);
  82                         emufs_b_plus_insertar(idx,query);
  83                         return -1;
  84                 }
  85                 else {
  86                         /* Encontre un bloque potencial */
  87                         query->num_bloque = nodo->hijos[i];
  88                         b_plus_destruir_nodo(nodo);
  89                         return 0;
  90                 }
  91         }
  92         else {
  93                 /* Buscamos por donde descender al siguiente nivel */
  94                 while ( i >= 0 && query->clave.i_clave < nodo->claves[i].i_clave ) i--;
  95         i++;
  96         num_node = nodo->hijos[i];
  97                 b_plus_destruir_nodo(nodo);
  98                 exitcode = emufs_b_plus_get_bloque(idx,query,num_node);
  99                 return exitcode;
 100         }
 101 }
 102
 103 NODO_B_PLUS *b_plus_leer_nodo(INDICE *idx, int num_node) {
 104
 105         /*int i = 0;*/
 106         FILE *fp;
 107         NODO_B_PLUS *memnode = b_plus_crearnodo(idx);
 108         char *disknode = (char*)malloc(idx->tam_bloque);
 109
 110         if (num_node < 0) {
 111                 PERR("Se intento leer nodo negativo!!\n");
 112                 exit(1);
 113         }
 114         if (disknode == NULL) return NULL;
 115         if (memnode == NULL) return NULL;
 116
 117     /* Open up file */
 118         fp = fopen(idx->filename, "r+");
 119         if (fp == NULL) {
 120                 free(disknode);
 121                 b_plus_destruir_nodo(memnode);
 122                 return NULL;
 123         }
 124
 125         /* Intentamos leer un nodo, sino podemos error! */
 126         fseek(fp, num_node*idx->tam_bloque, SEEK_SET);
 127         if (fread(disknode, idx->tam_bloque, 1, fp) != 1) {
 128                 free(disknode);
 129                 fclose(fp);
 130                 return NULL;
 131         }
 132         fclose(fp);
 133
 134         /* Pudimos leer un nodo de disco, ahora lo transformamos a nodo mem */
 135         memcpy(memnode,disknode,SIZE_B_PLUS_HEADER);
 136         memcpy(memnode->claves,disknode+SIZE_B_PLUS_HEADER,idx->size_claves);
 137         memcpy(memnode->hijos,disknode+SIZE_B_PLUS_HEADER+idx->size_claves,idx->size_hijos);
 138         free(disknode);
 139
 140         /*printf("Dumping Node_%i\n",num_node);
 141         printf("Nivel: %i  Cant Claves: %i\n",memnode->nivel,memnode->cant_claves);
 142         printf("Claves:");
 143         for (i = 0; i < idx->size_claves/sizeof(CLAVE); ++i) printf(" %i",memnode->claves[i].i_clave);
 144         printf("\nHijos:");
 145         for (i = 0; i < idx->size_hijos/sizeof(int); ++i) printf(" %i",memnode->hijos[i]);
 146         printf("\nEnd Dump\n"); */
 147
 148         return memnode;
 149
 150 }
 151
 152 int b_plus_grabar_nodo(INDICE *idx, NODO_B_PLUS *nodo, int num_node)
 153 {
 154         FILE *fp;
 155
 156         fp = fopen(idx->filename, "r+");
 157         if (fp == NULL) return -1;
 158
 159         fseek(fp,num_node*(SIZE_B_PLUS_HEADER+idx->size_claves+idx->size_hijos),SEEK_SET);
 160         fwrite(nodo,SIZE_B_PLUS_HEADER,1,fp);
 161         fwrite(nodo->claves,idx->size_claves,1,fp);
 162         fwrite(nodo->hijos,idx->size_hijos,1,fp);
 163         fclose(fp);
 164
 165         return 0;
 166 }
 167
 168 int b_plus_destruir_nodo(NODO_B_PLUS *nodo)
 169 {
 170         free(nodo->claves);
 171         free(nodo->hijos);
 172         free(nodo);
 173         return 0;
 174 }
 175
 176 int b_plus_split_child(INDICE *idx, int numparent, NODO_B_PLUS *parent, int ithchild, NODO_B_PLUS *fullnode)
 177 {
 178         /* locals */
 179         int minclaves = ceil(idx->size_hijos/sizeof(CLAVE)/2)-1;
 180         int numbrother,j = 0;
 181         int es_interno = 1;
 182
 183         NODO_B_PLUS *brother = b_plus_crearnodo(idx);
 184         brother->nivel = fullnode->nivel; /* Idem nivel que el que se parte */
 185
 186         /* Si estoy en una hoja, la parte derecha del partido tendra minclaves+1 */
 187         /* pues el ancla se debe repetir ademas de subir */
 188         if (brother->nivel == 0) {
 189                 brother->cant_claves = minclaves+1;
 190                 es_interno = 0;
 191         }
 192         else brother->cant_claves = minclaves;
 193
 194         /* Copio las claves al brother derecho */
 195         for (j = 0; j < brother->cant_claves; ++j)
 196                 brother->claves[j] = fullnode->claves[j+minclaves+es_interno];
 197
 198         /* Copio los hijos ya sea para hoja o no hoja. */
 199         for (j = 0; j < brother->cant_claves+1; ++j)
 200                 brother->hijos[j] = fullnode->hijos[j+minclaves+es_interno];
 201
 202         /* Ahora me ocupo del nodo que se partio */
 203         fullnode->cant_claves = minclaves;
 204         /* Obtengo numero de nodo para brother y encadeno si es hoja */
 205         numbrother = b_plus_get_num_nodo(idx);
 206         if (fullnode->nivel == 0) fullnode->hijos[minclaves] = numbrother;
 207
 208         /* Ahora fixeamos el padre, apuntando al nuevo hijo */
 209         for (j = parent->cant_claves; j > ithchild; --j)
 210                 parent->hijos[j+1] = parent->hijos[j];
 211         parent->hijos[ithchild+1] = numbrother;
 212
 213         /* Idem pero subo la median key */
 214         for (j = parent->cant_claves-1; j >= ithchild; --j)
 215                 parent->claves[j+1] = parent->claves[j];
 216         parent->claves[ithchild] = fullnode->claves[minclaves];
 217         parent->cant_claves++;
 218
 219         /* Grabo los nodos en disco */
 220         b_plus_grabar_nodo(idx,fullnode,parent->hijos[ithchild]);
 221         b_plus_grabar_nodo(idx,brother,numbrother);
 222         b_plus_grabar_nodo(idx,parent,numparent);
 223
 224         b_plus_destruir_nodo(brother);
 225
 226         return 0;
 227 }
 228
 229
 230 int b_plus_insert_nonfull(INDICE *idx, NODO_B_PLUS *nodo, int num_nodo, INDEX_DAT *query)
 231 {
 232     int i, num_nodo_hijo;
 233     NODO_B_PLUS *hijo;
 234
 235     i = nodo->cant_claves-1;
 236     if ( nodo->nivel == 0 ){
 237         while ( i >= 0 && query->clave.i_clave < nodo->claves[i].i_clave ){
 238             nodo->claves[i+1] = nodo->claves[i];
 239                         nodo->hijos[i+2] = nodo->hijos[i+1];
 240                         nodo->hijos[i+1] = nodo->hijos[i];
 241             i--;
 242         }
 243         nodo->claves[i+1] = query->clave;
 244                 nodo->hijos[i+1] = query->num_bloque;
 245         nodo->cant_claves++;
 246         b_plus_grabar_nodo(idx, nodo, num_nodo);
 247     } else {
 248         while ( i >= 0 && query->clave.i_clave < nodo->claves[i].i_clave )
 249             i--;
 250         i++;
 251         num_nodo_hijo = nodo->hijos[i];
 252         hijo = b_plus_leer_nodo(idx, num_nodo_hijo);
 253         if ( hijo->cant_claves == idx->size_claves/sizeof(CLAVE) ) {
 254             b_plus_split_child(idx, num_nodo, nodo, i, hijo);
 255             if ( query->clave.i_clave > nodo->claves[i].i_clave )
 256                 i++;
 257         }
 258                 if (hijo) b_plus_destruir_nodo(hijo);
 259                 hijo = b_plus_leer_nodo(idx, nodo->hijos[i]);
 260         b_plus_insert_nonfull(idx, hijo, nodo->hijos[i], query);
 261                 if (hijo) b_plus_destruir_nodo(hijo);
 262     }
 263
 264         return 0;
 265 }
 266
 267 int emufs_b_plus_insertar(INDICE *idx, INDEX_DAT *query)
 268 {
 269     NODO_B_PLUS *raiz;
 270
 271     raiz = b_plus_leer_nodo(idx, 0);
 272     if ( raiz->cant_claves == idx->size_claves/sizeof(CLAVE) ) {
 273         NODO_B_PLUS *new_root = b_plus_crearnodo(idx);
 274         new_root->nivel = raiz->nivel + 1;
 275         new_root->hijos[0] = b_plus_get_num_nodo(idx);
 276         b_plus_grabar_nodo(idx, raiz, new_root->hijos[0]);
 277         b_plus_grabar_nodo(idx, new_root, 0);
 278             b_plus_split_child(idx, 0, new_root, 0, raiz);
 279         b_plus_insert_nonfull(idx, new_root, 0, query);
 280                 b_plus_destruir_nodo(new_root);
 281     } else
 282         {
 283                 b_plus_insert_nonfull(idx, raiz, 0, query);
 284         }
 285
 286         b_plus_destruir_nodo(raiz);
 287
 288     return 0;
 289 }
 290
 291 /** Busca una clave dentro del arbol e indica si existe o no
 292  *  Posibilidades: return 1 - Encontro la clave
 293  *                 return 0 - No encontro la clave
 294  *                 return -1 - Hubo falla de lectura de un nodo, Abortar
 295  */
 296 int b_plus_existe_clave(INDICE *idx, INDEX_DAT *query, int num_node)
 297 {
 298         int i,exitcode = 0;
 299         NODO_B_PLUS *nodo;
 300         nodo = b_plus_leer_nodo(idx,num_node);
 301         if (nodo == NULL) return -1;
 302         i = nodo->cant_claves - 1;
 303
 304         /* Si es un hoja, busco dentro de la hoja, otherwise, busco la hoja */
 305         if (nodo->nivel == 0) {
 306         /* Vemos si esta la clave */
 307                 while ( i >= 0 && query->clave.i_clave != nodo->claves[i].i_clave ) i--;
 308                 if (i < 0)
 309                 {
 310                         b_plus_destruir_nodo(nodo);
 311                         return 0; /* No encontre la clave */
 312                 } else  {
 313                         /* Encontre la clave, guardo el nodo donde esta! */
 314                         query->num_bloque = num_node;
 315                         b_plus_destruir_nodo(nodo);
 316                         return 1;
 317                 }
 318         }
 319         else {
 320                 /* Buscamos por donde descender al siguiente nivel */
 321                 while ( i >= 0 && query->clave.i_clave < nodo->claves[i].i_clave ) i--;
 322         i++;
 323         num_node = nodo->hijos[i];
 324                 b_plus_destruir_nodo(nodo);
 325                 exitcode = b_plus_existe_clave(idx,query,num_node);
 326                 return exitcode;
 327         }
 328 }
 329
 330 int b_plus_cant_claves_nodo(INDICE *idx, int num_node)
 331 {
 332         NODO_B_PLUS *nodo =     b_plus_leer_nodo(idx,num_node);
 333         if (nodo == NULL) return -1;
 334         return nodo->cant_claves;
 335 }
 336
 337 /* Search_Type: 0 - Predecesor, 1 - Sucesor
 338    Exitcode: 1 - Encontre lo buscado, 0 - No lo encontre, -1 Error */
 339 int b_plus_buscar_prepost(INDICE *idx, CLAVE key, int num_node, INDEX_DAT *prepostkey, int search_type)
 340 {
 341         int i = 0, exitcode = 0;
 342         NODO_B_PLUS *nodo = b_plus_leer_nodo(idx,num_node);
 343         if (nodo == NULL) return -1;
 344         i = nodo->cant_claves - 1;
 345
 346         if (nodo->nivel == 0) {
 347                 while ( i >= 0 && key.i_clave < nodo->claves[i].i_clave ) --i;
 348                 switch (search_type) {
 349                         /* Busco predecesor en la hoja */
 350                         case 0: if (i <= 0) exitcode = 0;
 351                                         else {
 352                                                 if (nodo->claves[i].i_clave == key.i_clave)     {
 353                                                         prepostkey->clave = nodo->claves[i-1];
 354                                                         prepostkey->num_bloque = nodo->hijos[i-1];
 355                                                 } else {
 356                                                         prepostkey->clave = nodo->claves[i];
 357                                                         prepostkey->num_bloque = nodo->hijos[i];
 358                                                 }
 359                                                 exitcode = 1;
 360                                         }
 361                                         break;
 362                         /* Busco sucesor en la hoja */
 363                         case 1: if ((nodo->claves[i].i_clave == key.i_clave) && (i == nodo->cant_claves-1)) exitcode = 0;
 364                                         else {
 365                                                 prepostkey->clave = nodo->claves[i+1];
 366                                                 prepostkey->num_bloque = nodo->hijos[i+i];
 367                                                 exitcode = 1;
 368                                         }
 369                                         break;
 370                 }
 371         } else {
 372                 /* Veo por que rama debo seguir buscando el pre o post */
 373                 while ( i >= 0 && key.i_clave < nodo->claves[i].i_clave ) --i;
 374                 if (search_type == 0) {
 375                         if (i < 0) exitcode = b_plus_buscar_prepost(idx,key,nodo->hijos[i+1],prepostkey,search_type);
 376                         else {
 377                                 /* Busco primero por la rama derecha, sino por la izquierda */
 378                                 exitcode = b_plus_buscar_prepost(idx,key,nodo->hijos[i+1],prepostkey,search_type);
 379                                 if (exitcode == 0)
 380                                         exitcode = b_plus_buscar_prepost(idx,key,nodo->hijos[i],prepostkey,search_type);
 381                         }
 382                         /* Handleo busqueda de clave menor o igual que todas */
 383                         if (exitcode == 0) exitcode = -1;
 384                 } else  {
 385                         /* Busco un sucesor, y funciona como getbloque... */
 386                         exitcode = b_plus_buscar_prepost(idx,key,nodo->hijos[i+1],prepostkey,search_type);
 387                         /* Veo si tengo que devolver la clave izquierda del padre del que acabo de buscar */
 388                         if (exitcode == 0) {
 389                                 if (i < nodo->cant_claves-1) {
 390                                         prepostkey->clave = nodo->claves[i+1];
 391                                         exitcode = 1;
 392                                 } else  exitcode = -1;
 393                         }
 394                 }
 395         }
 396
 397         /* Libero y devuelvo exitcode */
 398         b_plus_destruir_nodo(nodo);
 399         return(exitcode);
 400 }
 401
 402 int b_plus_reemplazar_clave(INDICE *idx, CLAVE key, INDEX_DAT query)
 403 {
 404         NODO_B_PLUS *nodo;
 405         int i;
 406         INDEX_DAT auxquery;
 407         auxquery.clave = key;
 408
 409         /* Comienzo buscando la clave y obteniendo el nodo en donde esta */
 410         if (b_plus_existe_clave(idx,&auxquery,0) == 1) {
 411
 412                 /* Levanto el nodo y busco donde esta la clave */
 413                 printf("El reemplazar encontro la clave %i y en el nodo %i\n",auxquery.clave.i_clave,(int)auxquery.num_bloque);
 414                 nodo = b_plus_leer_nodo(idx,auxquery.num_bloque);
 415                 if (nodo == NULL) return -1;
 416                 i = nodo->cant_claves - 1;
 417
 418                 /* Busco la clave y reemplazo */
 419                 while ( i >= 0 && key.i_clave != nodo->claves[i].i_clave ) --i;
 420                 if (i < 0) return -1; /* Error, no esta la clave */
 421
 422                 /* Cheque por las dudas si es hoja o interno, aunque deberia ser hoja */
 423                 if (nodo->nivel > 0) {
 424                         nodo->claves[i] = query.clave;
 425                 } else {
 426                         nodo->claves[i] = query.clave;
 427                         nodo->hijos[i] = query.num_bloque;
 428                 }
 429                 b_plus_grabar_nodo(idx,nodo,auxquery.num_bloque);
 430                 b_plus_destruir_nodo(nodo);
 431                 return 0;
 432         }
 433         else return -1;
 434 }
 435
 436 int emufs_b_plus_eliminar(INDICE *idx, CLAVE key, int num_node)
 437 {
 438         INDEX_DAT prekey;
 439         int i = 0,j = 0,minclaves = 0, cant_claves_child = 0;
 440         NODO_B_PLUS *nodo = b_plus_leer_nodo(idx,num_node);
 441         if (nodo == NULL) return -1;
 442         i = nodo->cant_claves - 1;
 443         minclaves = ceil(idx->size_hijos/sizeof(CLAVE)/2)-1;
 444
 445         /* Si es hoja, borro directamente la clave. No se producira underflow
 446        pues lo asegura la recursividad del delete */
 447         if (nodo->nivel == 0) {
 448                 while ( i >= 0 && key.i_clave != nodo->claves[i].i_clave ) --i;
 449                 if (i < 0) return -1;
 450                 /* Encontre la clave en la pos i, la borro */
 451                 for (j = i; j < nodo->cant_claves-1; ++j) {
 452                         nodo->claves[j] = nodo->claves[j+1];
 453                         nodo->hijos[j] = nodo->hijos[j+1];
 454                 }
 455                 nodo->hijos[j] = nodo->hijos[j+1];
 456         nodo->cant_claves--;
 457
 458                 /* Grabo el nodo actualizado en disco */
 459                 b_plus_grabar_nodo(idx,nodo,num_node);
 460                 b_plus_destruir_nodo(nodo);
 461                 return 0;
 462         } else {
 463                 /* Me debo fijar si esta la clave en este nodo interno, sino busco */
 464                 while ( i >= 0 && key.i_clave != nodo->claves[i].i_clave ) --i;
 465                 if (i < 0) {
 466                         /* No esta en este nodo interno, caso 3 */
 467                 } else {
 468                         /* Esta en el nodo interno, caso 2 */
 469                         cant_claves_child = b_plus_cant_claves_nodo(idx,nodo->hijos[i]);
 470                         if (cant_claves_child > minclaves) {
 471                                 /* Caso 2a, comienzo buscando la clave previa inmediata */
 472                                 b_plus_buscar_prepost(idx,key,nodo->hijos[i],&prekey,0);
 473                                 /* La elimino recursivamente */
 474                                 emufs_b_plus_eliminar(idx,prekey.clave,0);
 475                                 /* Remplazo mi clave key por la encontrada prekey */
 476                                 nodo->claves[i] = prekey.clave;
 477                                 /* Remplazo la otra instancia de key en una hoja seguro por prekey */
 478                                 /*emufs_b_plus_reemplazar_clave(idx,key,prekey.clave);*/
 479                         } else {
 480                                 cant_claves_child = b_plus_cant_claves_nodo(idx,nodo->hijos[i+1]);
 481                                 if (cant_claves_child > minclaves) {
 482                                         /* Caso 2b */
 483
 484                                 } else {
 485                                         /* Caso 2c */
 486
 487                                 }
 488                         }
 489                 }
 490         }
 491
 492         return -1;
 493 }
 494
 495 int b_plus_get_num_nodo(INDICE *idx)
 496 {
 497         FILE *fp;
 498         int num;
 499
 500         fp = fopen(idx->filename, "ab");
 501         if (fp == NULL) return -1;
 502
 503     num = ftell(fp)/(SIZE_B_PLUS_HEADER+idx->size_claves+idx->size_hijos);
 504         printf("Num Nodo Nuevo: %i\n",num);
 505     fclose(fp);
 506     return num;
 507 }