113. FRAGMENTACIÓN

El problema de fragmentación se refiere al particionamiento de la información para distribuir cada parte a los diferentes sitios de la red. Inmediatamente aparece la siguiente pregunta: ¿Cuál es la unidad razonable de distribución?. Se puede considerar que una relación completa es lo adecuado ya que las vistas de usuario son subconjuntos de las relaciones. Sin embargo, el uso completo de relaciones no favorece las cuestiones de eficiencia sobre todo aquellas relacionadas con el procesamiento de consultas.

La otra posibilidad es usar fragmentos de relaciones (sub-relaciones) lo cual favorece la ejecución concurrente de varias transacciones que accesan porciones diferentes de una relación. Sin embargo, el uso de sub-relaciones también presenta inconvenientes. Por ejemplo, las vistas de usuario que no se pueden definir sobre un solo fragmento necesitarán un procesamiento adicional a fin de localizar todos los fragmentos de una vista. Aunado a esto, el control semántico de datos es mucho más complejo ya que, por ejemplo, el manejo de llaves únicas requiere considerar todos los fragmentos en los que se distribuyen todos los registros de la relación. En resumen, el objetivo de la fragmentación es encontrar un nivel de particionamiento adecuado en el rango que va desde tuplas o atributos hasta relaciones completas. 

Fragmentación horizontal primaria: Una fragmentación horizontal primaria de una relación se obtiene usando predicados que están definidos en esa relación. La fragmentación horizontal derivada, por otra parte, es el particionamiento de una relación como resultado de predicados que se definen en otra relación.

Para poder construir una fragmentación, es necesario proporcionar información acerca de la base de datos y acerca de las aplicaciones que las utilizan. En primer término, es necesario proporcionar la información acerca del esquema conceptual global. En este sentido es importante dar información acerca de las relaciones que componen a la base de datos, la cardinalidad de cada relación y las dependencias entre relaciones. 

En segundo lugar se debe proporcionar información acerca de la aplicación que utiliza la base de datos. Este tipo de información es cuantitativa y consiste de los predicados usados en las consultas de usuario. 

Fragmentación horizontal derivada: Una fragmentación horizontal derivada se define en la relación miembro de una liga de acuerdo a la operación de selección especificada en la relación propietaria. La liga entre las relaciones propietaria y miembro se define como una equi-junta. Una equi-junta se puede implementar por semi-juntas. Esto es importante, ya que se quiere particionar una relación miembro de acuerdo a la fragmentación de su propietario, pero se quiere que los fragmentos resultantes queden definidos únicamente en los atributos de la relación miembro. 

Fragmentación vertical: Una fragmentación vertical de una relación R produce fragmentos R₁, R₂, …, R_r, cada uno de los cuales contiene un subconjunto de los atributos de R así como la llave primaria de R. El objetivo de la fragmentación vertical es particionar una relación en un conjunto de relaciones más pequeñas de manera que varias de las aplicaciones de usuario se ejecutarán sobre un fragmento. En este contexto, una fragmentación «óptima» es aquella que produce un esquema de fragmentación que minimiza el tiempo de ejecución de las consultas de usuario.

La fragmentación vertical ha sido estudiada principalmente dentro del contexto de los sistemas de manejo de bases de datos centralizados como una herramienta de diseño, la cual permite que las consultas de usuario traten con relaciones más pequeñas haciendo, por tanto, un número menor de accesos a páginas. 

La fragmentación vertical es inherentemente más complicada que particionamiento horizontal ya que existe un gran número de alternativas para realizarla.  

Por lo tanto, se utilizan heurísticas para hacer el particionamiento. Los dos enfoques básicos son: 

Agrupamiento: Inicia asignando cada atributo a un fragmento, y en cada paso, algunos de los fragmentos satisfaciendo algún criterio se unen para formar un solo fragmento.  

División: Inicia con una sola relación realizar un particionamiento basado en el comportamiento de acceso de las consultas sobre los atributos.  

Nos concentraremos aquí al estudio del enfoque divisional ya que, por un lado, su aplicación es más natural al enfoque de diseño «top-down». Además, el enfoque divisional genera fragmentos que no se traslapan mientras que el agrupamiento típicamente resulta en fragmentos traslapados. Por supuesto, la no traslapación no incluye a las llaves primarias.  

Fragmentación hibrida: En muchos casos una fragmentación horizontal o vertical de un esquema de una base de datos no será suficiente para satisfacer los requerimientos de aplicaciones de usuario. En este caso, una fragmentación vertical puede ser seguida de uno horizontal, o viceversa, produciendo un árbol de particionamiento estructurado, . Ya que los dos tipos de particionamiento se aplican uno después del otro, esta alternativa se le conoce como fragmentación híbrida.