Globaalid — andmete salvestamise mõõgad. Puud. Osa 1

Andmebaaside tõelised globaalid on juba pikka aega tuntud, kuid siiani oskab neid tõhusalt kasutada vaid vähesed või ei valdagi seda superrelva.

Kui kasutada globaale nendes ülesannetes, kus nad tõeliselt head on, saab saavutada silmapaistvaid tulemusi. Olgu see siis tootlikkuses või ülesande lahendamise lihtsustamises (1, 2).

Globaale on eriline andmete salvestamise ja töötlemise viis, mis erineb SQL-i tabelitest. Need ilmusid 1966. aastal keeles M(UMPS) (evolutsiooniline areng — Caché ObjectScript, hiljem COS) meditsiinilistes andmebaasides ja neid kasutatakse siiani aktiivselt, samuti on need leidnud tee teistesse valdkondadesse, kus on vajalik usaldusväärsus ja kõrge jõudlus: finantssektor, kauplemine jne.Tänapäevased andmebaasisüsteemid toetavad globaalide puhul tehingute töötlemist, ajalugu, replikatsiooni ja partitsioneerimist. See tähendab, et nende põhjal saab luua kaasaegseid, usaldusväärseid, jaotatud ja kiireid süsteeme.

Globaalid tänapäevastes andmebaasides toetavad tehingute läbiviimist, logimist, replikatsiooni ja partitsioneerimist. See tähendab, et nende peal saab üles ehitada kaasaegseid, usaldusväärseid, jaotatud ja kiireid süsteeme.

Globaalid ei piira teid relatsioonilise mudeli piirides. Need pakuvad vabadust arendada andmestruktuure, mis on optimeeritud konkreetsete ülesannete jaoks. Paljude rakenduste puhul võib ratsionaalne globaalide kasutamine olla tõeliselt saladuslik relv, mis tagab jõudluse, millest relatsiooniliste rakenduste arendajad saavad ainult unistada.

Globaalide andmete salvestamise viisina saab kasutada paljusid kaasaegseid programmeerimiskeeli, nii kõrgetasemelisi kui ka madalat. Seega keskendun selles artiklis just globaalidele, mitte keelele, millest nad kunagi pärinesid.

2. Kuidas globaalid töötavad

Alustame sellest, kuidas globaalid töötavad ja milles on nende tugevused. Globaalidele saab läheneda erinevatest vaatenurkadest. Selles artiklis vaatleme neid kui puudele. Või kui hierarhilisi andmete salvestamise süsteeme.

Lihtsustatult öeldes on globaal persisteeriv massiiv. Massiiv, mis salvestatakse automaatselt kettale.
Rask on raske ette kujutada midagi lihtsamat andmete salvestamiseks. Koodis (COS/M keeles) erineb see tavalisest assotsiatiivsusmassiivist ainult sümbolite poolest ^ nime ees.

Globaalsetes andmetes pole vaja õppida SQL päringute keelt, käsud nende käitlemiseks on väga lihtsad. Need saab ära õppida tunni ajaga.

Alustame kõige lihtsamast näitest. Ühe tasandi puu kahe oksaga. Näited on kirjutatud COS-i keeles.

Set ^a("+7926X") = "John Sidorov"
Set ^a("+7916Y") = "Sergey Smith"

Kui teavet globaali sisestatakse (käsk Set), juhtub automaatselt 3 asja:

1. Andmete salvestamine kettale.
2. Indekseerimine. See, mis sulgudes on, on võti (ingliskeelses kirjanduses — «subscript»), ja võrdusmärkide paremal pool on väärtus («node value»).
3. Sorteerimine. Andmed sorteeritakse võtme järgi. Tulevikus, kui massiivi läbitakse, saab esimeseks elemendiks «Sergey Smith» ja teiseks «John Sidorov». Kui põhjal on globaalset kasutajate loendit, ei kuluta andmebaas aega sorteeringule. Samuti võib küsida sorteeritud nimekirja väljundit, alustades mistahes võtmes, isegi mitteeksisteerivast (väljund algab esimesest tegelikust võtmekoha, mis järgneb mitteeksisteerivale).

Kõik need protsessid toimuvad uskumatu kiirusel. Isiklikul arvutil saavutasin ühe protsessi jooksul väärtusi kuni 750 000 sisestust/s. Mitme tuuma protsessoritel võivad väärtused ulatuda kümnete miljoniteni sisestust/s.

Muidugi, sisestamiskiirus iseenesest ei ütle midagi. Näiteks võib teavet väga kiiresti kirjutada tekstifailidesse — nii kuuldavasti toimib Visa töötlemine. Kuid globaalses kontekstis saame väljundiks struktureeritud indekseeritud salvestuse, millega on edaspidi lihtne ja kiire töötada.

• Globaalsete süsteemide kõige tugevam külg on uute sõlmede kiire sisestamine.
• Andmed globaalses süsteemis on alati indekseeritud. Nende läbimine on alati kiire, nii tasandil kui ka sügavale puusse.

Lisame globaalsetele süsteemidele veel mõned teise ja kolmanda taseme oksad.

Set ^a("+7926X", "linn") = "Moskva"
Set ^a("+7926X", "linn", "tänav") = "Req Square"
Set ^a("+7926X", "vanus") = 25
Set ^a("+7916Y", "linn") = "London"
Set ^a("+7916Y", "linn", "tänav") = "Baker Street"
Set ^a("+7916Y", "vanus") = 36

Ilmselt on globaalide põhjal võimalik ehitada mitme tasandi puid. Lisaks võimaldab automaatne indekseerimine lisamisel peaaegu kohest juurdepääsu igale sõlmele. Ja igal puu tasemel on kõik oksad sorteeritud võtme järgi.

Kuidas näha, saab teavet hoida nii võtmes kui väärtuses. Võtme kogupikkus (kõigi indeksite pikkuste summa) võib ulatuda 511 baitini, väärtuste jaoks 3,6 MB Caché jaoks. Puude tasemete arv (mõõtmete arv) — 31.

Veel üks huvitav punkt. Saab ehitada puu, määramata ülemiste tasemete sõlmede väärtusi.

Set ^b("a", "b", "c", "d") = 1
Set ^b("a", "b", "c", "e") = 2
Set ^b("a", "b", "f", "g") = 3

Tühjad ringid — need on sõlmed, millele ei ole väärtust omistatud.

Globaalide paremini mõistmiseks võrrelgem neid teiste puudega: aiapuudega ja failisüsteemide puudega.

Võrreldes puid globaalidega meie tuntud hierarhiliste struktuuridega: tavapäraste puude, mis kasvavad aedades ja põldudel, ning failisüsteemidega.

Kuna näeme, on aiapuude lehed ja viljad ainult okste otstes.
Failisüsteemides — teave salvestatakse ainult okste otstes, mis on failide täisnimed.

Siin on globaalsete andmete struktuur.

Erinevused:

1. Sisemised sõlmed: Teavet globaalses keskkonnas saab salvestada igas sõlmes, mitte ainult harude otstes.
2. Välimised sõlmed: Globaalidel peavad otsades olema määratletud väärtused, FS-puudel ja aiapuudel seda ei ole.

Mõnede sisemiste sõlmede osas võib öelda, et globaali struktuur on failisüsteemide ja aedade puude nimekirja ülemkogum. St, see on paindlikum.

Üldiselt esindab globaal järjestatud puu, kus andmeid saab salvestada igas sõlmes..

Kuna globaali toimimist paremini mõista, kujutame ette, et failisüsteemide loojad oleksid kasutanud teavet salvestamiseks lahendust, mis sarnaneb globaalidega.

1. Kui kaustast kustutatakse ainus fail, kustutataks automaatselt ka see kaust ning kõik ülespoole jäävad kaustad, mis sisaldavad ainult just kustutatud kausta.
2. Kaustade vajadus kaoks. Lihtsalt oleksid failid alafailega ja failid ilma alafaileta. Kui võrrelda seda tavalise puuga, muutuks iga haru viljaks.

   
   

3. Asjad nagu README.txt failid võivad kaduda. Kõik, mida kausta sisu kohta öelda, võiks salvestada kausta faili endasse. Faili nimi teede ruumis ei eristu kausta nimest, seega võiks piirduda ainuüksi failidega.
4. Kaustade eemaldamise kiirus koos alamkaustade ja failidega suureneks dramaatiliselt. Palju kordi on Habril ilmunud artikleid selle kohta, kui kaua ja keeruline on eemaldada miljoneid väikeseid faile (1, 2). Siiski, pseudo-failisüsteemi loomisel globaalide jaoks võtaks see sekundeid või isegi osakesi sekundi. Kui ma testisin alampuude eemaldamist kodu arvutis, siis ühe sekundiga eemaldati 96-341 miljonit sõlme kaheharulises puus HDD-l (mitte SSD-l). Rääkides on juttu puu osa eemaldamisest, mitte lihtsalt kõigi failide globaalidest.

Alampuude eemaldamine on veel üks globaalide tugevus. Selleks ei ole vajalik rekursioon. See toimub uskumatult kiiresti.

Meie puus saaks selle teha käsklusega Tappa.

Tappa ^a("+7926X")

Parema arusaama saamiseks globaalide üle toimingute kohta, toon lühikese tabeli.

Põhijuhised ja funktsioonid globaalide töötamiseks COS-is

Set
Filiaalide seadistamine sõlme (kui need pole veel määratud) ja sõlme väärtus

Ühenda
Alampuu kopeerimine

Tappa
Alampuu eemaldamine

ZKill
Konkreetse sõlme väärtuse eemaldamine. Sõlmest väljuvat alampuud ei puudutata

$Query
Täielik puu läbimine sügavusse minnes

$Order
Konkreetse sõlme harude läbimine

$Data
Kontrolli, kas sõlm on määratud

$Increment
Sõlme väärtuse aatomiline suurendamine. Et vältida lugemist ja kirjutamist, ACID jaoks. Viimasel ajal soovitatakse muuta $Sequence

Aitäh tähelepanu eest, oleme valmis teie küsimustele vastama.

Märkus: Antud artikkel ja minu kommentaarid sellele on minu arvamus ja ei oma seost InterSystems korporatsiooni ametliku positsiooniga.

Jätk Globaalid – andmete salvestamiseks mõeldud mõõgad-kalad. Puud. Osa 2. Te õpite, milliseid andmetüüpe saab globaalides kuvada ja millistel ülesannetel need toovad maksimaalse kasu.

Allikas: habr.com