JPH05334153A - インデックス管理方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ツリー部の構成を動的に変化させて、キー値
やアクセスの片寄りに強い柔軟なインデックス管理を実
現する。 【構成】 関数手段２は、入力されたキー値をｍ個のキ
ー集合に分割する。ディレクトリ３はｍ個のキー集合に
対応してｍ個のエントリからなり、各エントリはカウン
タ３１とディレクトリ内の他のエントリまたはツリーの
先頭を指すポインタ３２で構成される。対応手段７はデ
ィレクトリ３のポインタを管理し、ｍ個のキー集合をｋ
個のツリーに対応させる。ツリ〜部４−１〜４−ｋはキ
ー集合を木構造で保持している。カウント手段５は、ｍ
個のキー集合毎にキーの個数や単位時間のアクセス数を
計数しカウンタ３１を更新する。再編成手段６は各カウ
ンタ３１の計数値に基づき、対応手段７にツリー構成の
変更を指示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、データベースの検索処
理及び更新処理を高速化するのに用いられるインデック
スの管理方式に関し、特に、複数のツリーでインデック
スを構成する際のツリー毎のキーの個数あるいはアクセ
スの頻度の偏りを低減するインデックス管理方式に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】データベースの検索あるいは更新処理を
高速化する従来技術として、検索・更新条件に指定する
列の属性値から該属性値を持つ行の格納位置を示すイン
デックスと称する２次情報をあらかじめ生成しておき、
インデックスを用いて目的とする行の格納位置を直接探
索する手法が広く知られている。

【０００３】図５は、インデックスを備えたデータベー
ス処理装置の一般的な概念図である。端末５００は問い
合わせの入力と結果の出力を行う。通常は複数台の端末
５００を使用し、それぞれ独立の要求を受け付ける。実
行制御部５１０は、複数の端末５００から入力された検
索や更新処理要求に矛盾が生じないように、実行順序の
制御を行う。データベースアクセス部５２０は、実行制
御部５１０から入力された処理要求に基づいて、実際に
データベースの検索や更新処理を実行する。インデック
ス格納部５３０は、データベースのアクセスを高速に行
うための２次情報であるインデックスが格納されてお
り、必要に応じてデータベースアクセス部５２０から利
用される。データベース格納部５４０は、検索／更新処
理の対象となるデータベースを永続的に格納しておくも
のであり、通常はディスク装置等の２次記憶体で実現す
る。なお、インデックス格納部５３０とデータベース格
納部５４０は、物理的には一体であってもよい。

【０００４】データベース格納部５４０に格納されるデ
ータベースは複数の表から構成されている。また、各表
は複数の行から構成され、行は複数の列から構成されて
いる。インデックス格納部５３０に格納されるインデッ
クスは、一般的に、検索・更新条件として指定する列の
値、即ちキー値と、該キー値を持つ行の格納位置情報か
らなるエントリの集合から構成され、通常、ツリー構造
をとる。データベースアクセス部５２０では、検索／更
新の処理内容から、インデックスを使用可能かどうかを
判定し、使用した方が短時間で処理できる場合、インデ
ックス格納部５３０のインデックスを使用してデータベ
ース格納部５４０中の表の検索・更新を行う。インデッ
クスを使用すると、指定された条件のキー値を満たす行
の格納位置を迅速に特定でき、直接該当行にアクセスで
きるため、データベースの表中の全行を検索・更新する
処理に比べ、大幅に処理の高速化が図れる。

【０００５】ところで、従来のデータベース処理装置で
は、複数の参照処理と更新処理が同時に走行してもデー
タベース内容に矛盾を発生させないため排他制御が行な
われる。例えば、ある更新途中の行は、他の更新処理に
よってさらに更新されることを禁止しなければならない
し、また、他の参照処理によって参照されることも禁止
しなければならない。このような状態は競合と呼ばれ、
該状態が発生した場合は、競合の原因となる処理を待ち
状態にする、あるいは中止する、といった制御が行われ
る。インデックスも、行の更新と同期してキー値の変更
が行なわれる場合があり、データベースと同様な排他制
御が必要となる。インデックスは、データベースの格納
状態を集中して保持している事から、複数のインデック
スを使用する検索・更新処理が並列に実行されると、ア
クセスが集中し、競合が発生しやすくなる。特に、従来
のデータベース処理装置では、インデックスが１つのツ
リー部より構成されていたことにより、アクセスが１イ
ンデックスに集中して競合発生確率が高くなり、その結
果、複数の検索・更新処理の同時実行性が大きく阻害さ
れる問題があった。

【０００６】この問題を解決する従来の方法としては、
例えば、本出願人が特願平２−２１４７１６号で提案し
たところの、インデックスのキー値を関数により複数の
キー集合に分類する関数手段と分類された各キー集合を
ツリー構造とした複数のツリー部でインデックスを構成
する方法がある。この方法は、インデックスを複数のツ
リー部に分割することで、それまで集中していたインデ
ックスへのアクセスを分散化してインデックスにおける
競合確率を軽減すると同時に、インデックスの部分的な
競合をインデックス全体に波及させないことによって、
同時実行性の阻害を解決しょうとするものである。しか
し、該インデックス構成方法では、インデックスを複数
のツリー部に分割して構成する方法だけが示されている
だけであり、インデックス管理方式に関しては考慮され
ていなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した関数手段と複
数ツリー部からなるインデックス構成方法では、ツリー
部の個数、及び、各ツリー部に含まれるキーの個数は、
関数手段によって一意に決まり、インデックスを作成す
るデータベースに属する行の個数や、キー値の分布、検
索・更新処理等のアプリケーションの特性に応じた柔軟
なインデックス構成がとれない問題があった。例えば、
データベースの更新によりキー値の追加・削除が繰り返
されて、キー値の分布・個数が変化すると、各ツリーに
属するキー数にアンバランスが生じ処理効率が悪化す
る。また、アプリケーションの特性によっては特定のツ
リーにアクセスが集中し、該ツリーの競合確率が高くな
り、結果としてシステム全体のスループットを低下させ
てしまう問題があった。これらの問題を解決するために
は、その都度、インデックスを再設計して作り直す必要
があり、システム運用上問題がある。また、データベー
スの内容、あるいはアプリケーションのアクセス特性が
事前に決定できないような場合、インデックス設計が非
常に困難となる。

【０００８】本発明はかかる問題を解決するためになさ
れたものであって、ツリー部のキー個数、あるいはツリ
ー部のアクセす頻度に応じて動的にツリー部の構成を変
化させることによって、キー値、またはアクセスの片寄
りに強い柔軟なインデックス構成を可能とするインデッ
クス管理方式を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のインデックス管
理方式では、Ｎ個（Ｎ≧１の整数）の行からなるデータ
ベースに対して、行の検索条件となるキー値を関数によ
りｍ個（ｍ≧１の整数）のキー集合に分類する関数手段
と、該関数手段により分類されるｍ個のキー集合を任意
のｋ個（ｋ≧１の整数）のキー集合に対応させる対応手
段と、該対応手段により得られるｋ個のキー集合の各々
をツリー構造としたｋ個のツリー部とで構成されるイン
デックス機構において、前記関数手段により分類される
ｍ個のキー集合ごとに、該キー集合に属するキーの個数
あるいは該キー集合に対する単位時間当たりのアクセス
数を計数するカウント手段と、該カウント手段で求めた
キーの個数あるいはアクセス数があらかじめ設定した下
限値あるいは上限値を超えたツリーを統合あるいは分解
して、前記対応手段に変更を指示するインデックス再編
成手段とを具備する。

【００１０】

【作用】行の検索条件となるキー値を関数手段によって
分割したｍ個（ｍ≧１の整数）のキー集合ごとに、該キ
ー集合に属するキーの個数あるいは該キー集合に対する
単位時間当たりのアクセス数を計数する。ｍ個のキー集
合をｋ個（ｋ≧１の整数）のキー集合に対応させ、イン
デックスをｋ個のツリーに分割して構成する際に、計数
値の合計があらかじめ設定した下限値と上限値の範囲に
収まるようにツリーの統合あるいは分解を行い、各ツリ
ーのキー個数あるいは単位時間当たりのアクセス数が均
一となるようにインデックスの再編成を実現する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明をその一実施例について図面を
用いて詳述する。

【００１２】図１は、本発明のインデックス管理方式を
適用したインデックスの構成例である。図中の、１はイ
ンデックスの探索を開始する探索開始点、２は関数手
段、３はディレクトリ、４はツリー部、５はカウント手
段、６はインデックス再編成手段、７は対応手段であ
る。

【００１３】関数手段２は、検索・更新処理で指定され
たキー値を入力として、キー値をｍ個のキー集合に分割
する手段であり、このような分配関数の例としては剰余
関数を用いることができる。ディレクトリ３は、関数手
段２によって分割されたｍ個のキー集合に対応してｍ個
のエントリ３−１〜３−ｍからなり、各エントリはカウ
ント手段５によって得られる計数値を保持するカウンタ
３１とディレクトリ内の他のエントリまたはツリーの先
頭を指すポインタで構成される。ツリー部４はｋ個のツ
リー４−１〜４−ｋからなる。図１では、例えばツリー
４−１は、３−１〜３−４のエントリに対応するキー集
合で構成されている。このため、エントリ３−１のポイ
ンタはツリー４−１を指し、エントリ３−２〜３−４の
ポインタはエントリ３−１を指すことで間接的にツリー
４−１を指している。ツリー４−１から４−ｋは、対応
手段７によって得られたキー集合を木構造のツリー形式
で保持している。木構造の具体例は、例えば特願平２−
２１４７１６号に記載されている。カウント手段５は、
例えばインデックスにキーを追加あるいは削除する際等
に、ディレクトリ３中の入力されたキー値に対応するエ
ントリのカウンタ３１を更新する。再編成手段６は、デ
ィレクトリ３の各エントリ３−１〜３−ｍのカウンタ３
１の値に基づいてインデックスを再編成する契機を検出
してツリー部４を再編成すると同時に、対応手段７に対
してツリーの対応関係を変更するように指示する。対応
手段７は、ディレクトリ３の各エントリ３−１〜３−ｍ
のポインタ３２を管理することにより、関数手段２によ
り分類されたｍ個のキー集合をｋ個のツリーに対応させ
る。

【００１４】初めに、請求項１の発明に対応する各ツリ
ーのキー個数を均一とする場合の動作を説明する。図３
にインデックスにキーを追加あるいは削除する際の動作
フローチャート、図４にインデックスを再編成する際の
動作フローチャートを示す。

【００１５】例えば、１０００のキーを１０個のツリー
（ｋ＝１０）で管理する場合、分割関数として１０の乗
余を用いると簡単に１０個のキー集合（ｍ＝１０）に分
割できるが、キー値に偏りが有る場合には各キー集合に
属するキーの個数にばらつきが生じ、分割したキー集合
とツリーを１対１に対応させとツリーのサイズを均等に
できない。そこで、本発明では、分割関数として例えば
２０の乗余を用いて２０個のキー集合（ｍ＝２０）に分
割した後に、各キー集合に属するキーの個数をカウント
手段５によって計数し、該２０個のキー集合をキー数が
均等になるように、対応手段７を用いて１０個のツリー
に対応付ける。この場合には、ディレクトリ３は２０個
のエントリで構成され、各エントリのカウンタ３１にキ
ーの個数を保持する。カウント動作は、あらかじめ全て
のエントリのカウンタ３１を初期値０に設定した後に、
図３に示すように、インデックスにキーが追加あるいは
削除される毎に、該キーに対応するエントリのカウンタ
をそれぞれ＋１あるいは−１する（ステップ１０２）。
キー値が更新された場合は、更新前のキー値に対応する
エントリのカウンタを−１し、さらに更新後のキー値に
対応するエントリのカウンタを＋１することで実現でき
る。なお、図３のステップ１０１，１０３，１０４の処
理は従来と同様である。一方、再編成は、図４に示すよ
うに、再編成手段６で一定時間間隔で全エントリのカウ
ンタの値を集計して各ツリー毎のキー数を算出し（ステ
ップ２０２、２０３）、その値があらかじめ設定した下
限値と上限値の範囲を出た場合に再編成を行う（ステッ
プ２０４でＮＯの場合）。通常、インデックスの編成
は、一度には特定の（限られた個数の）ツリーに対して
のみ行えば十分であり、再編成処理を実行中であって
も、再編成の対象とならないツリーを用いるデータベー
スの検索・更新処理を継続できる。

【００１６】図１の例では、３−１〜３−４までのエン
トリが同一のツリー４−１に対応づけされ、以下、エン
トリ３−５と３−６がツリー４−２に対応する等、それ
ぞれ関係づけされている。ここで、キーの追加・削除に
よってツリー４−１に属するキーの個数が多くなり、再
編成手段６において分割の契機が生じたとする。この
時、エントリ３−１から３−４のカウンタのカウント値
Ｃ１からＣ４を用いて、キー数ができるだけ均等になる
ようにツリー４−１を２つのツリーに分割することを考
える。

【００１７】図２は、図１のツリー４−１を２つのツリ
ー４−１０と４−１１に分割した結果を示す図で、エン
トリ３−１と３−２がツリー４−１０に対応し、エント
リ３−３と３−４がツリー４−１に対応している。この
時の再編成手順を以下に示す。まず、再編成対象のツリ
ー４−１を構成するエントリ３−１〜３−４の各カウン
タのカウント値からツリー４−１を２つのツリーに分割
することで、それぞれのツリーのキー数があらかじめ設
定された下限値と上限値の範囲に収まる組み合わせを決
定する（ステップ２０５）。ここでは、エントリ３−１
と３−２に分類されるキー、エントリ３−３と３−４に
分割されるキーでそれぞれツリー４−１０、４−１１を
構成することにする。再編成中は、ツリー４−１を更新
処理中として、通常のインデックスを使用する検索・更
新処理でツリー４−１に関する処理を待たせる。この間
に、上記組合せによって、対応手段７により新たなツリ
ー４−１０、４−１１とエントリ３−１、３−２及び３
−３、３−４の関係を作り（ステップ２０６）、新たに
ツリー部を確保して、エントリ３−１からツリー４−１
０をポイントし、エントリ３−３からツリー４−１１を
ポイントする（ステップ２０７）。なお、エントリ３−
２はエントリ３−１をポイントし、エントリ３−４はエ
ントリ３−３をポイントするように変更する。さらに、
旧ツリー４−１のキーを順次取り出し、図３に示したキ
ー挿入・削除手順により、新たなツリー４−１０と４−
１１に分離して納入（挿入）する（ステップ２０８）。
最後に旧ツリー４−１を破棄して再編成処理を終了する
（ステップ２０９）。

【００１８】次に、請求項２の発明に対応する各ツリー
部の単位時間のアクセス数を均等化する場合について説
明する。請求項１の発明では、ディレクトリを構成する
各エントリでキー値を計数する事で各ツリーに属するキ
ー数を均等化していたが、本発明では単位時間当たりの
アクセス数をエントリ毎に計数する事で、各ツリーのア
クセス頻度を均等化できる。図１において、５を単位時
間当たりのアクセス数を計数するためのカウント手段と
する。この場合、カウント手段５は、一定時間間隔でデ
ィレクトリ３内の全エントリのカウンタ３１の値を０に
初期化することと、検索・更新処理によってインデック
スがアクセスされる度に、該キーに対応するエントリの
カウンタ３１を＋１する。再編成手段６は、定期的にデ
ィレクトリ３のカウンタの値を集計して各ツリーごとの
アクセス数を計算し、その値があらかじめ設定された下
限値と上限値を超えた場合、アクセス数が均等化するよ
うに再編成処理を行う。この編成処理は、先の各ツリー
のキー数を均等化する場合と同様であり、図４に示した
処理手順で実現できる。

【００１９】以上、図１や図２に示した実施例では、デ
ィレクトリのエントリ中のポインタは、他エントリを指
すポインタと、ツリー部の先頭を指すポインタの２種類
を設けることでエントリとツリーの対応関係を実現して
いるが、直接ツリー部を指すポインタのみでも実現でき
る。この場合には、１つのツリーが複数のエントリから
ポイントされる。また、実施例では、ディレクトリのエ
ントリ中に１種類のカウンタを設ける場合を示したが、
キーの個数とアクセスの頻度を示す複数のカウンタを設
けて、それらの組み合わせで再編成の契機を検出するこ
とも可能である。さらに、実施例では、ツリー部を構成
するツリーの個数に付いて述べていないが、全体のキー
数等からツリーの個数、あるいは個数の上限が設定され
ている場合であっても、ツリーの分割と統合を連動させ
ることによって、ツリーの個数を所望の値とすることも
できる。

【００２０】また、実施例では、キーのツリー部への分
配は、関数手段２とディレクトリ３とで構成して行う場
合を示したが、キーのツリー部への分配が動的に変更で
きる関数、例えば動的ハッシュ手法を用いた関数によ
り、直接にツリー部４−１〜４−ｋへのポインタを計算
できるような関数手段を実現することも可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインデッ
クス管理方式によれば次のような効果が得られる。 （１）請求項１の発明では、インデックスを複数のツリ
ー部で構成した場合、キーの個数やキー値の分布形態の
片寄りに関わらず、動的にツリー部の大きさを均等化し
たインデックスが実現できるため、該インデックスを使
用した検索・更新処理の実行時間を一定かつ高速にでき
る。 （２）請求項２の発明では、キーの分布や検索・更新処
理で指定するキー値の偏りによって特定のツリーにアク
セスが集中する場合でも、アクセスが集中するツリーを
分割する事で均一化できるため、システム全体のスルー
プットを向上することもできる。 （３）請求項１あるいは２の発明のいずれにおいても、
キーの追加・削除によってインデックスの再編成を必要
とする場合、ツリー単位で再編成を行える事から、全体
の処理を中断する事なく再編成を行える。また、インデ
ックスを使用する検索・更新処理を継続した状態で再編
成が行える事から、インデックス設計が容易になると同
時に、データベースの内容の変化や、アプリケーション
の追加・変更に応じたインデックスの保守を行う必要が
なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例のインデックス機構を
示す図である。

【図２】図１でツリーの分割を行った結果を示す図であ
る。

【図３】キー挿入・削除の処理フローを示す図である。

【図４】インデックス再編成の処理フローを示す図であ
る。

【図５】本発明で対象とするデータベース処理装置の概
念図である。

【符号の説明】

１ インデックス探索開始点 ２ 関数手段 ３ ディレクトリ ４ ツリー部 ５ カウント手段 ６ 再編成手段 ７ 対応手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎ個（Ｎ≧１の整数）の行からなるデー
   タベースに対して、行の検索条件となるキー値を関数に
   よりｍ個（ｍ≧１の整数）のキー集合に分類する関数手
   段と、該関数手段により分類されるｍ個のキー集合を任
   意のｋ個（ｋ≧１の整数）のキー集合に対応させる対応
   手段と、該対応手段により得られるｋ個のキー集合の各
   々をツリー構造としたｋ個のツリー部とで構成されるイ
   ンデックス機構において、 前記関数手段により分類されるｍ個のキー集合に属する
   キーの個数を計数するカウント手段と、該カウント手段
   で求めたキーの個数があらかじめ設定した下限値あるい
   は上限値を超えたツリーを統合あるいは分解して、前記
   対応手段に変更を指示するインデックス再編成手段とを
   具備することを特徴とするインデックス管理方式。
2. 【請求項２】 Ｎ個（Ｎ≧１の整数）の行からなるデー
   タベースに対して、行の検索条件となるキー値を関数に
   よりｍ個（ｍ≧１の整数）のキー集合に分類する関数手
   段と、該関数手段により分類されるｍ個のキー集合を任
   意のｋ個（ｋ≧１の整数）のキー集合に対応させる対応
   手段と、該対応手段により得られるｋ個のキー集合の各
   々をツリー構造としたｋ個のツリー部とで構成されるイ
   ンデックス機構において、 前記関数手段により分類されるｍ個のキー集合毎の単位
   時間当たりのアクセス数を計数するカウント手段と、該
   カウント手段で求めたアクセス数があらかじめ設定した
   下限値あるいは上限値を超えたツリーを統合あるいは分
   解して、前記対応手段に変更を指示するインデックス再
   編成手段とを具備することを特徴とするインデックス管
   理方式。