Globaale — andmete salvestamise mõõgad-ladenetsed. Puud. Osa 1.

Tegelikud andmebaasi globaalsed globaalid on ammu tuntud, kuid siiani oskab neist tõhusalt kasutada vaid vähesed või keegi ei valda seda superrelva.

Kui kasutada gloobuseid ülesannete lahendamiseks, milles nad tõeliselt head on, on võimalik saavutada silmapaistvaid tulemusi. Olgu need siis jõudluses või lahenduste lihtsustamises (1, 2).

Globaalsed globaalid on andmete salvestamise ja töötlemise spetsiaalne viis, mis erineb SQL-i tabelitest. Need ilmusid 1966. aastal keeles M(UMPS) (evolutsiooniline areng — Caché ObjectScript, hiljem COS) meditsiinilistes andmebaasides ja on seal endiselt aktiivselt kasutusel, samuti on nad levinud mitmetesse teistesse valdkondadesse, kus on vajalik usaldusväärsus ja kõrge jõudlus: rahandus, kauplemine jne.

Globaalsed globaalid toetavad kaasaegsetes andmebaasisüsteemides tehingute, logimise, replikatsiooni ja partitsioneerimise võimalusi. St. nende põhjal saab luua kaasaegseid, usaldusväärseid, hajutatud ja kiireid süsteeme.

Globaalsed globaalid ei piira teid relaatsiooni mudeli piiridega. Need annavad vabaduse arendada andmestruktuure, mis on optimeeritud konkreetsete ülesannete jaoks. Paljude rakenduste jaoks võib globaalide mõistlik kasutamine olla tõeliselt salajane relv, pakkudes jõudlust, millest suhteliste rakenduste arendajad võivad vaid unistada.

Globaalsed globaalid andmete salvestamise viisina on kasutatavad paljudes kaasaegsetes programmeerimiskeeltes, nii kõrgetasemelistes kui ka madalatemelistes. Seetõttu keskendun selles artiklis just globaalsele, mitte keelele, millest need kunagi alguse said.

2. Kuidas globaalsed globaalid töötavad

Alustame sellest, kuidas globaalsed globaalid töötavad ja milles on nende tugevused. Globaalseid mundosid saab vaadata erinevatest vaatenurkadest. Käesolevas artiklis vaatleme neid kui puid. Või kui hierarhilisi andmesalvestusi.

Lihtsustatult öeldes on globaalsed globaalid püsivamad massiivid. Massiiv, mis salvestatakse automaatselt kettale.
Raske on välja mõelda midagi lihtsamat andmete salvestamiseks. Koodis (COS/M keeles) erineb see tavalisest assotsiatiivsest massiivist ainult sümboliga ^ nime ees.

Andmete salvestamiseks globaalses andmebaasis ei ole vaja õppida SQL-päringute keelt, käsud nende töötlemiseks on väga lihtsad. Need on võimalik õppida tunni ajaga.

Alustame kõige lihtsama näitega. Ühe tasandi puu kahe oksaga. Näidised on kirjutatud COS-is.

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

Kui teavet lisatakse globaali (käsk Set), toimub automaatselt kolm asja:

1. Andmete salvestamine kettale.
2. Indekseerimine. See, mis on sulgudes, on võti (ingliskeelses kirjanduses - «subscript»), ja kui on kujutatud võrduse paremal pool - väärtus («node value»).
3. Sorteerimine. Andmeid sorteeritakse võtme alusel. Hiljem, kui massiivi läbida, on esimene element «Sergey Smith» ja teine «John Sidorov». Kui küsitakse globaali kasutajate loendit, ei raiska andmebaas aega sorteerimisele. Nii et saate küsida sorteeritud loendi väljundit, alustades mis tahes võtmega, isegi mitteeksisteeriva (väljund algab esimesest tegelikust võtme, mis tuleb pärast mitteeksisteerivat).

Kõik need toimingud toimuvad uskumatult kiiresti. Kõigepealt, kodu arvutis sain tulemusi kuni 750 000 sisestust/sec ühes protsessis. Mitme südamikuga protsessorites võivad tulemused ulatuda kümmnete miljonite sisestust/sec.

Muidugi, endast kiirus kirjutamine ei ütle palju. Näiteks saab teavet väga kiiresti salvestada tekstifailidesse - niimoodi kuuldavasti töötleb Visa. Kuid globaali puhul saame väljundiks struktureeritud indekseeritud salvestusruumi, millega saab hiljem lihtsalt ja kiiresti töötada.

• Globaali kõige tugevam külg on uute sõlmede sisestamise kiirus.
• Andmed globaalis on alati indekseeritud. Nende läbimine on nii ühel tasandil kui ka sügavale puusse alati kiire.

Lisame globaali veel mõned teise ja kolmanda tasandi oksad.

Set ^a("+7926X", "city") = "Moscow"
Set ^a("+7926X", "city", "street") = "Req Square"
Set ^a("+7926X", "age") = 25
Set ^a("+7916Y", "city") = "London"
Set ^a("+7916Y", "city", "street") = "Baker Street"
Set ^a("+7916Y", "age") = 36

On ilmne, et globaali põhjal on võimalik ehitada mitme tasandi puid. Ligi kummalegi sõlmele on peaaegu kohene juurdepääs, kuna indeksitaktika toimub sisestamisel. Igal tasandil on kõik oksad sorteeritud võtme alusel.

Nagu näha, saab teavet säilitada nii võtmes kui ka väärtuses. Väikseim võtme pikkus (kõik indeksid kokku) võib ulatuda 511 baitini, ja väärtused 3.6 MB Caché jaoks. Puus on tasandeid (mõõtmeid) - 31.

Veel huvitav punkt. Puud saab ehitada, määramata ülemise tasandi sõlmede väärtusi.

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

Tühjad sõlmed on need, millele ei ole määratud väärtust.

Et paremini mõista globaale, võrrelgem neid teiste puudega: aiapuude ja failisüsteemide puude vahel.

Võrreldes globaale puid meile tuntud hierarhiliste struktuuridega: tavalised puud, mis kasvavad aedades ja põldudel, samuti failisüsteemid.

Nagu me näeme aiapuudel, asuvad lehed ja viljad ainult oksade otstes.
Failisüsteemides on teave salvestatud ainult oksade otstes, mis on failide täielikud nimed.

Siin on globaali andmestruktuur.

Erinevused:

1. Sisemised sõlmed: globaali sises võib hoida teavet igas sõlmes, mitte ainult oksade otstes.
2. Välimised sõlmed: globaalis peavad oksade otstes olema väärtused, failisüsteemide ja aiapuude puhul ei pea need olema.

Mõnede sisemiste sõlmede osas võib öelda, et globaali struktuur on ülekompleksne failisüsteemide nimedepuude struktuurist. See on paindlikum.

Üldiselt esindab globaali järjekindel puu, millel on võimalus salvestada andmeid igas sõlmes.

Kuna me tahame paremini mõista globaale, kujutame ette, kuidas oleks, kui failisüsteemi loojad oleksid kasutanud sarnast lähenemist nagu globaalsed?

1. Ainukese faili kustutamine kaustast kustutaks automaatselt ka kausta ja kõik ülemised kaustad, mis sisaldaksid ainult äsja kustutatud kausta.
2. Kaustade vajadus oleks kadunud. Lihtsalt oleks faile alafailidega ja faile ilma alafaile. Kui võrrelda tavalise puudega, muutuks iga oks viljaks.

   
   

3. Sellised asjad nagu README.txt failid oleksid võib-olla kadunud. Kõik, mida oli vaja öelda kausta sisu kohta, oleks võinud salvestada kausta enda faili. Tee ruumis ei saa faili nime eristada kausta nimest, seega oleks saanud hakkama ainult failidega.
4. Kaustade kustutamise kiirus koos alamkaustade ja failidega oleks oluliselt suurenenud. Palju kordi on Habr's ilmunud artikleid selle kohta, kui kaua ja raske on kustutada miljoneid väikeseid faile (1, 2). Kuid kui luua globaalsetesse süsteemidesse pseudofailide süsteem, siis see võtab sekundeid või murdosakesi. Kui ma testisin alampuidu kustutamist koduarvutis, kustutati 1 sekundiga 96-341 miljonit sõlme kahetasandilisest puust HDD-l (mitte SSD). Ja jutt on osa puu kustutamisest, mitte lihtsalt kogu faili globaalsest kustutamisest.

Alampuidu kustutamine on globaalide veel üks tugev külg. Selleks ei ole vaja rekursiooni. See juhtub uskumatu kiirusel.

Meie puus võiks selle teha käsuga Tapa.

Tapa ^a("+7926X")

Parima arusaamiseks, millised toimingud on globaalide üle teostatavad, toon välja lühikese tabeli.

Peamised käsud ja funktsioonid globaalide haldamiseks COS-is

Seada
Harude seadmine sõlme (kui veel määratlemata) ja sõlme väärtuse seadmine

Merge
Alampuidu kopeerimine

Tapa
Alampuidu kustutamine

ZKill
Konkreetse sõlme väärtuse kustutamine. Sõlmest välja ulatuvaid alampuidu ei puututa.

$Küsi
Kogu puu läbimine sügavale sisse minnes

$Käsk
Konkreetse sõlme harude läbimine

$Andmed
Kontrollige, kas sõlm on määratud

$Inkrementeeri
Aatomaarne sõlme väärtuse suurendamine. Et mitte teha lugemisi ja kirjutamisi, ACID-i jaoks. Viimastel aegadel soovitatakse vahetada $Järjekord

Aitäh tähelepanu eest, oleme valmis teie küsimustele vastama.

Märkus: See artikkel ja minu kommentaarid sellele on minu arvamus ning ei kajasta InterSystems korporatsiooni ametlikku seisukohta.

Jätkub Globaalid — andmete salvestamise mõõgad. Puud. Osa 2. Saate teada, milliseid andmetüüpe saab globaalidel kuvada ja millistel ülesannetel need annavad maksimaalse kasu.

Allikas: habr.com