CURRENT/lib/DBM/Deep/Internals.pod

   1 =head1 NAME
   2
   3 DBM::Deep::Internals
   4
   5 =head1 DESCRIPTION
   6
   7 This is a document describing the internal workings of L<DBM::Deep/>. It is
   8 not necessary to read this document if you only intend to be a user. This
   9 document is intended for people who either want a deeper understanding of
  10 specifics of how L<DBM::Deep/> works or who wish to help program
  11 L<DBM::Deep/>.
  12
  13 =head1 CLASS LAYOUT
  14
  15 L<DBM::Deep/> is broken up into five classes in three inheritance hierarchies.
  16
  17 =over 4
  18
  19 =item *
  20
  21 L<DBM::Deep/> is the parent of L<DBM::Deep::Array/> and L<DBM::Deep::Hash/>.
  22 These classes form the immediate interface to the outside world. They are the
  23 classes that provide the TIE mechanisms as well as the OO methods.
  24
  25 =item *
  26
  27 L<DBM::Deep::Engine/> is the layer that deals with the mechanics of reading
  28 and writing to the file. This is where the logic of the file layout is
  29 handled.
  30
  31 =item *
  32
  33 L<DBM::Deep::File/> is the layer that deals with the physical file. As a
  34 singleton that every other object has a reference to, it also provides a place
  35 to handle datastructure-wide items, such as transactions.
  36
  37 =back
  38
  39 =head1 FILE LAYOUT
  40
  41 DBM::Deep uses a tagged file layout. Every section has a tag, a size, and then
  42 the data.
  43
  44 =head2 File header
  45
  46 =over 4
  47
  48 =item * File Signature
  49
  50 The first four bytes are 'DPDB' in network byte order, signifying that this is
  51 a DBM::Deep file.
  52
  53 =item * File tag/size
  54
  55 This is the tagging of the file header. The file used by versions prior to
  56 1.00 had a different fifth byte, allowing the difference to the determined.
  57
  58 =item * Version
  59
  60 This is four bytes containing the header version. This lets the header change over time.
  61
  62 =item * Transaction information
  63
  64 The current running transactions are stored here, as is the next transaction
  65 ID.
  66
  67 =item * Constants
  68
  69 These are the file-wide constants that determine how the file is laid out.
  70 They can only be set upon file creation.
  71
  72 =back
  73
  74 =head2 Index
  75
  76 The Index parts can be tagged either as Hash, Array, or Index. The latter
  77 is if there was a reindexing due to a bucketlist growing too large. The others
  78 are the root index for their respective datatypes. The index consists of a
  79 tag, a size, and then 256 sections containing file locations. Each section
  80 corresponds to each value representable in a byte.
  81
  82 The index is used as follows - whenever a hashed key is being looked up, the
  83 first byte is used to determine which location to go to from the root index.
  84 Then, if that's also an index, the second byte is used, and so forth until a
  85 bucketlist is found.
  86
  87 =head2 Bucketlist
  88
  89 This is the part that contains the link to the data section. A bucketlist
  90 defaults to being 16 buckets long (modifiable by the I<max_buckets>
  91 parameter used when creating a new file). Each bucket contains an MD5 and a
  92 location of the appropriate key section.
  93
  94 =head2 Key area
  95
  96 This is the part that handles transactional awareness. There are
  97 I<max_buckets> sections. Each section contains the location to the data
  98 section, a transaction ID, and whether that transaction considers this key to
  99 be deleted or not.
 100
 101 =head2 Data area
 102
 103 This is the part that actual stores the key, value, and class (if
 104 appropriate). The layout is:
 105
 106 =over 4
 107
 108 =item * tag
 109
 110 =item * length of the value
 111
 112 =item * the actual value
 113
 114 =item * keylength
 115
 116 =item * the actual key
 117
 118 =item * a byte indicating if this value has a classname
 119
 120 =item * the classname (if one is there)
 121
 122 =back
 123
 124 The key is stored after the value because the value is requested more often
 125 than the key.
 126
 127 =head1 PERFORMANCE
 128
 129 L<DBM::Deep/> is written completely in Perl. It also is a multi-process DBM
 130 that uses the datafile as a method of synchronizing between multiple
 131 processes. This is unlike most RDBMSes like MySQL and Oracle. Furthermore,
 132 unlike all RDBMSes, L<DBM::Deep/> stores both the data and the structure of
 133 that data as it would appear in a Perl program.
 134
 135 =head2 CPU
 136
 137 DBM::Deep attempts to be CPU-light. As it stores all the data on disk,
 138 DBM::Deep is I/O-bound, not CPU-bound.
 139
 140 =head2 RAM
 141
 142 DBM::Deep uses extremely little RAM relative to the amount of data you can
 143 access. You can iterate through a million keys (using C<each()>) without
 144 increasing your memeory usage at all.
 145
 146 =head2 DISK
 147
 148 DBM::Deep is I/O-bound, pure and simple. The faster your disk, the faster
 149 DBM::Deep will be. Currently, when performing C<my $x = $db-E<gt>{foo}>, there
 150 are a minimum of 4 seeks and 1332 + N bytes read (where N is the length of your
 151 data). (All values assume a medium filesize.) The actions take are:
 152
 153 =over 4
 154
 155 =item 1 Lock the file
 156
 157 =item 1 Perform a stat() to determine if the inode has changed
 158
 159 =item 1 Go to the primary index for the $db (1 seek)
 160
 161 =item 1 Read the tag/size of the primary index (5 bytes)
 162
 163 =item 1 Read the body of the primary index (1024 bytes)
 164
 165 =item 1 Go to the bucketlist for this MD5 (1 seek)
 166
 167 =item 1 Read the tag/size of the bucketlist (5 bytes)
 168
 169 =item 1 Read the body of the bucketlist (144 bytes)
 170
 171 =item 1 Go to the keys location for this MD5 (1 seek)
 172
 173 =item 1 Read the tag/size of the keys section (5 bytes)
 174
 175 =item 1 Read the body of the keys location (144 bytes)
 176
 177 =item 1 Go to the data section that corresponds to this transaction ID. (1 seek)
 178
 179 =item 1 Read the tag/size of the data section (5 bytes)
 180
 181 =item 1 Read the value for this data (N bytes)
 182
 183 =item 1 Unlock the file
 184
 185 =back
 186
 187 Every additional level of indexing (if there are enough keys) requires an
 188 additional seek and the reading of 1029 additional bytes. If the value is
 189 blessed, an additional 1 seek and 9 + M bytes are read (where M is the length
 190 of the classname).
 191
 192 Arrays are (currently) even worse because they're considered "funny hashes"
 193 with the length stored as just another key. This means that if you do any sort
 194 of lookup with a negative index, this entire process is performed twice - once
 195 for the length and once for the value.
 196
 197 =head1 ACTUAL TESTS
 198
 199 =head2 SPEED
 200
 201 Obviously, DBM::Deep isn't going to be as fast as some C-based DBMs, such as
 202 the almighty I<BerkeleyDB>.  But it makes up for it in features like true
 203 multi-level hash/array support, and cross-platform FTPable files.  Even so,
 204 DBM::Deep is still pretty fast, and the speed stays fairly consistent, even
 205 with huge databases.  Here is some test data:
 206
 207     Adding 1,000,000 keys to new DB file...
 208
 209     At 100 keys, avg. speed is 2,703 keys/sec
 210     At 200 keys, avg. speed is 2,642 keys/sec
 211     At 300 keys, avg. speed is 2,598 keys/sec
 212     At 400 keys, avg. speed is 2,578 keys/sec
 213     At 500 keys, avg. speed is 2,722 keys/sec
 214     At 600 keys, avg. speed is 2,628 keys/sec
 215     At 700 keys, avg. speed is 2,700 keys/sec
 216     At 800 keys, avg. speed is 2,607 keys/sec
 217     At 900 keys, avg. speed is 2,190 keys/sec
 218     At 1,000 keys, avg. speed is 2,570 keys/sec
 219     At 2,000 keys, avg. speed is 2,417 keys/sec
 220     At 3,000 keys, avg. speed is 1,982 keys/sec
 221     At 4,000 keys, avg. speed is 1,568 keys/sec
 222     At 5,000 keys, avg. speed is 1,533 keys/sec
 223     At 6,000 keys, avg. speed is 1,787 keys/sec
 224     At 7,000 keys, avg. speed is 1,977 keys/sec
 225     At 8,000 keys, avg. speed is 2,028 keys/sec
 226     At 9,000 keys, avg. speed is 2,077 keys/sec
 227     At 10,000 keys, avg. speed is 2,031 keys/sec
 228     At 20,000 keys, avg. speed is 1,970 keys/sec
 229     At 30,000 keys, avg. speed is 2,050 keys/sec
 230     At 40,000 keys, avg. speed is 2,073 keys/sec
 231     At 50,000 keys, avg. speed is 1,973 keys/sec
 232     At 60,000 keys, avg. speed is 1,914 keys/sec
 233     At 70,000 keys, avg. speed is 2,091 keys/sec
 234     At 80,000 keys, avg. speed is 2,103 keys/sec
 235     At 90,000 keys, avg. speed is 1,886 keys/sec
 236     At 100,000 keys, avg. speed is 1,970 keys/sec
 237     At 200,000 keys, avg. speed is 2,053 keys/sec
 238     At 300,000 keys, avg. speed is 1,697 keys/sec
 239     At 400,000 keys, avg. speed is 1,838 keys/sec
 240     At 500,000 keys, avg. speed is 1,941 keys/sec
 241     At 600,000 keys, avg. speed is 1,930 keys/sec
 242     At 700,000 keys, avg. speed is 1,735 keys/sec
 243     At 800,000 keys, avg. speed is 1,795 keys/sec
 244     At 900,000 keys, avg. speed is 1,221 keys/sec
 245     At 1,000,000 keys, avg. speed is 1,077 keys/sec
 246
 247 This test was performed on a PowerMac G4 1gHz running Mac OS X 10.3.2 & Perl
 248 5.8.1, with an 80GB Ultra ATA/100 HD spinning at 7200RPM.  The hash keys and
 249 values were between 6 - 12 chars in length.  The DB file ended up at 210MB.
 250 Run time was 12 min 3 sec.
 251
 252 =head2 MEMORY USAGE
 253
 254 One of the great things about L<DBM::Deep/> is that it uses very little memory.
 255 Even with huge databases (1,000,000+ keys) you will not see much increased
 256 memory on your process.  L<DBM::Deep/> relies solely on the filesystem for storing
 257 and fetching data.  Here is output from I<top> before even opening a database
 258 handle:
 259
 260     PID USER     PRI  NI  SIZE  RSS SHARE STAT %CPU %MEM   TIME COMMAND
 261   22831 root      11   0  2716 2716  1296 R     0.0  0.2   0:07 perl
 262
 263 Basically the process is taking 2,716K of memory.  And here is the same
 264 process after storing and fetching 1,000,000 keys:
 265
 266     PID USER     PRI  NI  SIZE  RSS SHARE STAT %CPU %MEM   TIME COMMAND
 267   22831 root      14   0  2772 2772  1328 R     0.0  0.2  13:32 perl
 268
 269 Notice the memory usage increased by only 56K.  Test was performed on a 700mHz
 270 x86 box running Linux RedHat 7.2 & Perl 5.6.1.
 271
 272 =cut