agrego b y B*

[z.facultad/75.06/emufs.git] / doc / informe_2da_entrega.lyx

diff --git a/doc/informe_2da_entrega.lyx b/doc/informe_2da_entrega.lyx
index 15c99cfa8fff899ac771ed5c199667e64a090aaf..934ed6e451af4af55e48b0a2484658941e489f91 100644 (file)
--- a/doc/informe_2da_entrega.lyx
+++ b/doc/informe_2da_entrega.lyx
@@ -94,7 +94,12 @@ Exhaustivo
 
 Con la autorización de los ayudantes de la cátedra decidimos que el árbol
  B+ sólo pueda ser utilizado para índices principal ya que de otra manera
 
 Con la autorización de los ayudantes de la cátedra decidimos que el árbol
  B+ sólo pueda ser utilizado para índices principal ya que de otra manera

- no tiene sentido el set secuencial.
+ no tiene sentido el set secuencial (ver página 
+\begin_inset LatexCommand \pageref{sub:justificacion}
+
+\end_inset 
+
+ para una justificación más detallada).

 \layout Standard
 
 Finalmente, para obtener listados basados en campos de los cuales no se
 \layout Standard
 
 Finalmente, para obtener listados basados en campos de los cuales no se


@@ -319,9 +324,81 @@ Especificaciones de 
 \layout Section
 
 Indice B
 \layout Section
 
 Indice B

+\layout Standard
+
+En esta sección no se explicará como funciona la implementación del árbol
+ B, sino que se darán algunos detalles de la implementación para algunos
+ casos particulares.
+\layout Standard
+
+Cada nodo del árbol cuenta con un header y un array de datos, donde cada
+ dato contiene, entre otras cosas la clave, el dato al que apunta (id/bloque
+ del archivo de datos) y el hijo derecho (aquel nodo que contiene las claves
+ superiores).
+ En el header se guarda el puntero (numero de nodo) al hijo izquierdo, que
+ viene a ser el nodo que contiene claves menores a la primer clave de nodo
+ actual.
+\layout Standard
+
+Existen 2 casos particulares para lo que contiene la clave y el dato.
+ El primer caso se da cuando la clave es de tipo string.
+\layout Standard
+
+Cuando un indice debe almacenar string, estos no son guardados en el arbol,
+ sino que se reutiliza la estructura EMUFS de la primer entrega para guardar
+ las cadenas de texto, utilizano para ello una organización de registros
+ de longitud variable sin bloques, elegida de forma arbitraria.
+ En la clave del arbol se guardará entonces el ID del registro que contiene
+ el texto en la estructura mensionada anteriormente.
+ Cuando se quiere recuperar una clave, se lee el archivo que contiene las
+ claves de texto (que permanecen abreviadas).
+\layout Standard
+
+El otro caso particular es para los indices con clave repetida (como ser
+ el selectivo y el exahustivo).
+ Para este caso lo que cambia es lo que se almacena en el campo DATO que
+ acompaña a la clave.
+ Este DATO contendra el ID de un registro que se guarda nuevamente en un
+ EMUFS en formato de registro de longitud variable sin bloques, donde estarán
+ los ID/Bloque reales del archivo de dato de todas las ocurrencias de la
+ clave correspondiente.
+\layout Standard
+
+Cada vez que se inserta una clave y ya existia una previa, se agrega a dicho
+ arreglo la nueva posicion y luego se guarda.
+ Si al eliminar todos los datos de una clave este array quedara vacio, la
+ clave es eliminada del arbol.
+\layout Standard
+
+Puede darse el caso (es mas, casi todos los indices utilizados en el TP
+ son de esta manera) que ocurran ambas situaciones descriptas anteriormente,
+ por lo que para un indice, por ejemplo de presentacion de los articulos,
+ se tenga que acceder a 9 archivos (el arbol B, 4 para los string, 4 para
+ las claves repetidas) para obtener todos los ID del archivo de datos para
+ mostrar en pantalla.
+ Con esta falla de diseño y todo el acceso a registros por campos de identifacac
+ion no unico es muy superior a realizar una busqueda secuencial sobre todo
+ el archivo para realizar una consultas.

 \layout Section
 
 Indice B*
 \layout Section
 
 Indice B*

+\layout Standard
+
+Para la implantación de los árboles B* se tomo la desición de tratar a la
+ raiz como si fuera un árbol B en lugar de tomar una raiz de 2*tam_bloque
+ para reutilizar el código ya hecho para el árbol B y todas las funciones
+ anexas.
+\layout Standard
+
+Lo único que se reescribió fue la función insertar, que aunque es muy similar
+ al del otro árbol, meter más codigo en la misma función hacía aún más dificil
+ de mantener y debuggear el árbol.
+\layout Standard
+
+Otro cambio a la API de árbol B fue en el borrar, que mediante una macro
+ se verifica que tipo de árbol se está tratando y en base a eso se calcula
+ la cantidad de hijos mínimos antes de fundir 2 nodos (o pedir una clave
+ a algún hermano).

 \layout Subsection
 
 Decisiones de diseño
 \layout Subsection
 
 Decisiones de diseño


@@ -360,15 +437,88 @@ Estas son las dos razones principales por las cuales elegimos tratar el
  nodo raíz como lo hace el árbol B.
 \layout Section
 
  nodo raíz como lo hace el árbol B.
 \layout Section
 

-Indice B+ Secuencial Indexado
+Indice B+ Organizacion Secuencial Indexada
+\layout Subsection
+
+Decisiones de diseño
+\layout Standard
+
+Para la implementación de la organización secuencial indexada de archivos,
+ se ha utilizado un árbol B+, conocido por ser utilizado en términos generales
+ para implementaciones de esta índole.
+\layout Standard
+
+Como particularidad el arbol B+, poseerá en sus hojas todas las claves que
+ se hayan insertado en el árbol.
+ No obstante, las mismas no serán todas las claves que se encuentren en
+ el archivo de datos, sino la primer clave de cada bloque de datos, también
+ denominadas 'anclas de bloque'.
+\layout Standard
+
+En torno a esta distinción respecto de los demás arboles, el árbol B+ nos
+ indicará a la hora de grabar registros en nuestro archivo de datos con
+ bloques (Organización del TP1, Tipo1 o 3), en que bloque de datos debemos
+ realizar la mencionada inserción.
+ La operativa se detalla más adelante, pero básicamente realizaremos una
+ búsqueda del ancla menor inmediata a la clave del registro que se desea
+ insertar, y esto nos indicará el bloque apropiado (el bloque donde esta
+ el ancla).
+\layout Standard
+
+Como resultado concreto de este comportamiento (teniendo en cuenta también
+ el borrado y partición de bloques del .dat), obtendremos un archivo secuencial
+ indexado, en donde los registros se encuentran ordenados a nivel de bloques,
+ esto es, dentro de un bloque dado del archivo de datos, los registros estan
+ ordenados por clave primaria.
+ No obstante, los bloques no estarán necesariamente ordenados, pero igualmente
+ la cantidad de accesos para recorrer el archivo en forma secuencial, se
+ ve minimizada respecto de otras organizaciones, gracias al encadenamiento
+ de las hojas y la posesión de las anclas de bloque, cuya lista resultante
+ del encadenamiento es denominada 
+\series bold 
+Sequence Set.
+\layout Subsubsection
+
+
+\begin_inset LatexCommand \label{sub:justificacion}
+
+\end_inset 
+
+Razones por las cuales el B+ es útil sólo para clave principal.
+\layout Standard
+
+El mejor aprovechamiento del Arbol B+ se da en su utilizacion en implementacion
+ ISAM (Indexed Sequential Access Method), en donde se realiza una indexacion
+ parcial de claves, sólo ingresando en el árbol las claves anclas de cada
+ bloque en el archivo de datos.
+ 
+\layout Standard
+
+Esta aplicación del árbol B+ a ISAM, además de indicarnos donde grabar y
+ donde buscar los registros por identificación primaria, nos asegura el
+ ordenamiento de los registros parcialmente a nivel de bloque (esto es,
+ los registros en un bloque dado, estarán ordenados, pero los bloques no
+ necesariamente).
+ Así pués, recorriendo el Sequence Set del Arbol B+, minimizaremos los saltos
+ de lectura en disco, pues dentro de un bloque indicado por un ancla dada
+ en el Sequence Set, podremos recorrer los registros secuencialmente.

 \layout Standard
 
 \layout Standard
 

-Se ha implementado un índice secuencial indexado utilizando un árbol B+,
- el cual tiene la particularidad de tener en sus hojas todas las claves
- que se han insertado.
+Visto y considerando que la aplicación más importante a nuestro criterio
+ del Arbol B+, era para la indexacion parcial de claves primarias, y que
+ en caso de utilizarlo para otros índices, el B+ se convertiría simplemente
+ en un B con encadenamiento a nivel de hojas, luego de consultar con los
+ ayudantes, decidimos utilizarlo unicamente para el índice primario, y utilizar
+ el B y B* para los restantes índices y/o el primario.
+ 
+\layout Subsection
+
+Estructura

 \layout Standard
 
 \layout Standard
 

-La estructura de un nodo del árbol es la siguiente:
+Para comprender mejor la implementación particular que hemos dado al árbol
+ B+, damos una breve reseña de la estructura de un nodo del arbol, la cual
+ es la siguiente:

 \layout Itemize
 
 Nivel
 \layout Itemize
 
 Nivel


@@ -392,8 +542,8 @@ Esta organizaci
  datos ordenado por la clave principal.
 \layout Standard
 
  datos ordenado por la clave principal.
 \layout Standard
 

-Para lograr esto, el árbol nos indicará donde (en qué bloque) debe insertarse
- un registro.
+Para lograr esto, como fue expuesto anteriormente, el árbol nos indicará
+ donde (en qué bloque) debe insertarse un registro.

  (ver 3.3.1 Inserción)
 \layout Standard
 
  (ver 3.3.1 Inserción)
 \layout Standard
 


@@ -435,13 +585,13 @@ n+1
 \series default 
 \emph default 
  contiene las claves mayores.
 \series default 
 \emph default 
  contiene las claves mayores.

- En el caso particular del nivel 1 el hijo 
+ En el caso particular del nivel 1 (index set) el hijo 

 \series bold 
 \emph on 
 n+1
 \series default 
 \emph default 
 \series bold 
 \emph on 
 n+1
 \series default 
 \emph default 

- contiene las claves mayores o iguales ya que el 
+ (sequence set) contiene las claves mayores o iguales ya que el 

 \begin_inset Quotes eld
 \end_inset 
 
 \begin_inset Quotes eld
 \end_inset 
 


@@ -458,6 +608,12 @@ En nuestro caso hemos implementado un Secuencial Indexado tipo ISAM (Indexed
  bloque en el archivo de datos, es decir, solo se guardan en los nodos del
  árbol la menor de las claves de un bloque del archivo de datos, acompañada
  cada clave por el numero de bloque al cual pertenece.
  bloque en el archivo de datos, es decir, solo se guardan en los nodos del
  árbol la menor de las claves de un bloque del archivo de datos, acompañada
  cada clave por el numero de bloque al cual pertenece.

+\layout Standard
+
+Hemos adoptado que la cantidad de claves máxima en un nodo del árbol sea
+ una cantidad impar, ya que esto facilita la elección de la clave que será
+ promovida hacia su nodo padre en caso de que se produzca un overflow en
+ el nodo.

 \layout Subsection
 
 Inserción
 \layout Subsection
 
 Inserción


@@ -529,7 +685,135 @@ En el segundo caso, puede darse que la clave enviada sea menor a todas las
  Aquí la función retornará código -1 lo cual indica que no se ha encontrado
  un bloque donde insertar el registro nuevo, y es por esto que la estructura
  debe inicializarse con un número de bloque válido antes de realizarse la
  Aquí la función retornará código -1 lo cual indica que no se ha encontrado
  un bloque donde insertar el registro nuevo, y es por esto que la estructura
  debe inicializarse con un número de bloque válido antes de realizarse la

- consulta.
+ consulta.De esta manera el árbol indica donde debe insertarse un nuevo registro
+ en el archivo de datos.
+\layout Standard
+
+Otro detalle de la inserción es que cuando el árbol indica donde debe insertarse
+ un registro pueden pasar dos cosas nuevamente:
+\layout Enumerate
+
+Que el registro quepa en el bloque.
+\layout Enumerate
+
+Que el registro no quepa en el bloque.
+\layout Standard
+
+El primer caso es trivial y el registro se insertará sin problemas en el
+ bloque indicado.
+\layout Standard
+
+En el caso que el registro no quepa en el bloque, se deberán separar los
+ registros del bloque en 2 bloques, en original y uno nuevo, cada uno con
+ la mitad (aproximadamente) de los registros.
+ 
+\layout Standard
+
+Al partir el bloque el ancla del bloque original no se modificará, pero
+ en el bloque nuevo se crea una nueva anlca de bloque, pues una de las claves
+ pertenecientes a los registros que contiene, será la menor.
+\layout Standard
+
+Antes de actualizar el árbol con el ancla nueva, habrá que discriminar en
+ qué bloque se debe insertar el registro nuevo.
+ Para ello se compara la menor de las claves del nuevo bloque con la clave
+ del registro, si la clave del registro es menor que el ancla del nuevo
+ bloque, este debe ir en el bloque original, y se inserta ordenado en él
+ y se le informa al árbol que actualice (inserte) una nueva clave correspondient
+e al bloque nuevo, sino se inserta en el bloque nuevo de forma ordenada
+ y en este caso cabe la posibilidad de que el nuevo registro posea la clave
+ mas pequeña de todas en el bloque, por ello se lo inserta ordenadamente
+ con ayuda de la función
+\family typewriter 
+ CLAVE grabar_ordenado_en_bloque(EMUFS *emu, void *ptr, EMUFS_REG_SIZE size,
+ void *bloque, int num_bloque, EMUFS_FREE fs, int *err) 
+\family default 
+la cual inserta el registro ordenado por CLAVE y devuelve la menor de las
+ claves del bloque, que se usará para informarle al árbol que inserte una
+ clave nueva junto con el número de bloque, para indexar este bloque.
+\layout Subsection
+
+Eliminación
+\layout Standard
+
+El proceso de eliminación es bastante similar al de inserción en el sentido
+ que también hay que realizar una consulta en el árbol para obtener el número
+ de bloque al que pertenece una clave.
+ Una vez conocido este número se levanta el bloque correspondiente y se
+ busca secuencialmente el registro que se debe eliminar.
+\layout Standard
+
+Si el registro a eliminar fuera el primero del bloque, habrá que modificar
+ el ancla de bloque en el árbol con el ancla que corresponda a la clave
+ del nuevo menor registro, y si el que se elimina fuera el único registro
+ en el bloque habrá que eliminar la clave del árbol.
+\layout Standard
+
+En cualquier otro caso, solo se eliminará el registro correspondiente y
+ se justificarán los registros a izquierda.
+\layout Subsection
+
+Búsqueda
+\layout Standard
+
+El proceso de búsqueda de un registro por su clave de identificación primaria
+ en la Organización Secuencial Indexada, es bastante directa en su entendimiento.
+ Para buscar un registro, acudiremos al árbol B+ con la clave anteriormente
+ mencionada, y obtendremos del mismo, el número de bloque donde se debe
+ encontrar el registro.
+\layout Standard
+
+Para obtener dicho número de bloque, el árbol internamente busca el ancla
+ menor inmediata a la clave buscada y luego devuelve el número de bloque
+ de datos donde está dicha ancla (el nro bloque será el dato asociado a
+ la clave ancla, en el árbol), el cual será el bloque potencial donde se
+ encuentre el registro buscado.
+\layout Standard
+
+Una desventaja de esta implementación con indexación parcial, es que no
+ sabremos si el registro se encuentra efectivamente en el bloque indicado,
+ hasta no buscarlo dentro del mismo en formal secuencial.
+ Si lo hallamos, daremos por finalizada la búsqueda del registro.
+\layout Subsection
+
+Recorrida secuencial de registros
+\layout Standard
+
+Una consecuencia importante de la organización secuencial indexada, en este
+ caso implementada a través de un árbol B+ con indexación parcial, es que
+ como mencionamos anteriormente, los registros dentro de un bloque se encuetran
+ ordenados, y si bien los bloques en si pueden no estar ordenados en el
+ archivo de datos, algunos lo estarán, y minimizarán en base a estas característ
+icas, los tiempos de acceso para una recorrida secuencial de registros.
+\layout Standard
+
+Suponiendo que nos encontramos con varios registros cargados en esta organizació
+n de archivo, y con el correspondiente árbol de indexación primaria B+ en
+ el disco, si se nos pidiera por ejemplo, recorrer los registros de articulos
+ desde el ID_Articulo 40, hasta el ID_Articulo 1406, la operativa será la
+ siguiente:
+\layout Itemize
+
+Acudimos al árbol y obtenemos el numero de bloque para el ID_Articulo 40,
+ buscando el ancla menor inmediata y obteniendo el nro de bloque de datos
+ donde se encuentra, siendo este el nro de bloque donde debería estar el
+ artículo de clave ID_Articulo 40.
+\layout Itemize
+
+Levantamos el bloque de datos y lo recorremos secuencialmente, pues como
+ dijimos anteriormente, sus registros se encuentran ordenados por la clave
+ de identificación primaria, en este caso ID_Articulo.
+\layout Itemize
+
+Cuando ya hayamos procesado todo el bloque, debemos obtener la siguiente
+ ancla a través del árbol y repetir el proceso.
+\layout Itemize
+
+NOTA: Cabe desatacar, que todas las anclas estan en las hojas del B+, y
+ por ello las recorremos a nivel hojas a traves del Sequence Set, que gracias
+ a su encadenamiento, nos permite obtener en forma muy directa y efectiva,
+ las anclas de bloque ordenadas en secuencia, y por consiguiente, recorrer
+ el archivo en forma secuencial minimizando accesos.

 \layout Chapter
 
 Ordenamiento Externo
 \layout Chapter
 
 Ordenamiento Externo