Estrutura Interna do VSAM — CI, CA e Freespace

Control Interval — a unidade de I/O

O Control Interval (CI) é a unidade mínima de transferência entre disco e memória no VSAM. Toda vez que o VSAM precisa ler ou gravar dados, ele movimenta um CI inteiro — mesmo que o programa precise de um único registro.

Um CI contém:

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│  CI = CISZ bytes (ex: 4096 bytes)                        │
│                                                          │
│  ┌──────────┬──────────┬──────────┬───────┬────┬────┐   │
│  │ Registro │ Registro │ Registro │       │RDF │CIDF│   │
│  │    1     │    2     │    3     │ Free  │    │    │   │
│  │ (120 B)  │ (120 B)  │ (120 B)  │ space │ 3B │ 4B│   │
│  └──────────┴──────────┴──────────┴───────┴────┴────┘   │
│                                                          │
│  Dados → crescem da esquerda para a direita              │
│  RDF+CIDF → ficam sempre no final (direita)              │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

O tamanho do CI é definido no parâmetro CONTROLINTERVALSIZE (ou CISZ) do IDCAMS. Se não especificado, o VSAM escolhe automaticamente com base no tamanho do registro e do track do disco.

CIDF e RDF — os campos de controle

Ao final de cada CI existem campos de controle que o VSAM usa internamente — nunca acessíveis pelo programa de aplicação:

CIDF — Control Interval Definition Field (4 bytes)

Um por CI. Descreve o espaço livre disponível no CI:

RDF — Record Definition Field (3 bytes cada)

Um ou mais RDFs por CI, um para cada registro (em registros de comprimento fixo há apenas dois RDFs). Cada RDF descreve um registro:

Control Area — agrupando CIs

Uma Control Area (CA) é um conjunto de CIs contíguos no disco. O VSAM aloca espaço em CAs — não em CIs individuais. Quando o dataset precisa de mais espaço (secondary allocation), o VSAM aloca uma nova CA completa.

  Dataset VSAM
  ├── CA 1 (ex: 1 cylinder)
  │   ├── CI 1  [reg A, reg B, reg C | freespace | RDF RDF RDF | CIDF]
  │   ├── CI 2  [reg D, reg E        | freespace | RDF RDF     | CIDF]
  │   ├── CI 3  [freespace completo  |            |             | CIDF] ← CA freespace
  │   └── ...
  ├── CA 2
  │   ├── CI 1  [reg F, reg G, reg H | freespace | RDF RDF RDF | CIDF]
  │   └── ...
  └── ...

O tamanho da CA é determinado pela geometria do disco — geralmente um cilindro. No VSAM moderno com discos virtuais (VDISK/EAV), o conceito de cilindro é abstraído, mas a CA ainda existe como unidade de alocação secundária.

Estrutura do KSDS — dados e índice

Um dataset KSDS tem dois componentes físicos separados no disco:

Para localizar um registro por chave, o VSAM faz:

  1. Lê o índice (sequence set) → encontra o CI que contém a chave
  2. Lê o CI do data component → varre os registros até achar a chave
  3. Retorna o registro para o programa

  Mínimo: 2 I/Os (1 index + 1 data)
  Na prática: índice costuma estar em buffer → 1 I/O (só o data CI)

Freespace — CI% e CA%

O freespace é espaço intencionalmente deixado vazio dentro dos CIs e das CAs no momento da carga inicial do dataset. Esse espaço existe para acomodar inserções futuras sem precisar reorganizar os dados imediatamente.

É definido no IDCAMS com o parâmetro FREESPACE(ci% ca%):

  FREESPACE(20 10)
  │            │
  │            └── 10% de cada CA é reservada como CIs completamente vazios
  └────────────── 20% de cada CI é reservado como bytes livres dentro do CI

CI% — freespace dentro do CI

Determina quantos bytes de cada CI ficam livres após a carga inicial. Com FREESPACE(20 0) e CISZ de 4096 bytes:

  Bytes disponíveis para dados: 4096 × (1 - 0,20) = 3277 bytes
  Bytes reservados como freespace: 4096 × 0,20 = 819 bytes

Quando um novo registro é inserido numa posição já existente, o VSAM usa esse espaço livre para encaixá-lo sem mover dados para outro CI.

CA% — freespace dentro da CA

Determina quantos CIs de cada CA ficam completamente vazios após a carga inicial. Com FREESPACE(0 10) e uma CA com 20 CIs:

  CIs com dados: 20 × (1 - 0,10) = 18 CIs
  CIs completamente vazios: 20 × 0,10 = 2 CIs

Esses CIs vazios são usados quando um CI fica completamente cheio e não cabe mais nenhum registro — o que desencadeia um CI Split.

Escolhendo CI% e CA% na prática

CI Split — quando o CI fica cheio

Um CI Split ocorre quando o VSAM precisa inserir um registro em um CI que não tem freespace suficiente para acomodá-lo. O VSAM então:

  Antes do CI Split:
  ┌─────────────────────────────────────┐
  │ reg A │ reg B │ reg C │ reg D │ sem │
  │ (10)  │ (10)  │ (10)  │ (10)  │ esp │
  └─────────────────────────────────────┘
         ↑ inserir reg B2 aqui — não há espaço!

  Depois do CI Split:
  ┌──────────────────────────┐   ┌──────────────────────────┐
  │ reg A │ reg B │ reg B2  │   │ reg C │ reg D │  free    │
  └──────────────────────────┘   └──────────────────────────┘
  CI original (metade dos dados)   CI novo (metade restante)
                                   ↑ veio do CA freespace

O VSAM move aproximadamente metade dos registros do CI original para um CI vazio da CA (do CA freespace). Depois encaixa o novo registro na posição correta.

CA Split — quando a CA fica cheia

Um CA Split ocorre quando um CI Split não pode ser completado porque a CA não tem mais nenhum CI vazio (CA freespace esgotado). O VSAM então:

  1. Aloca uma nova CA (secondary extent)
  2. Move aproximadamente metade dos CIs da CA cheia para a nova CA
  3. Executa o CI Split normalmente no espaço liberado
  4. Atualiza o índice para refletir a nova organização

Escolhendo o tamanho do CI

O CONTROLINTERVALSIZE (CISZ) influencia diretamente a performance de leitura e escrita. Valores válidos são múltiplos de 512, de 512 até 32768 bytes (para o data component). O index component tem CISZ menor, geralmente 512 ou 1024.

Cálculo orientativo do CISZ

  Fórmula básica para KSDS:
  CISZ = (registros por CI desejados × tamanho do registro)
         + (registros por CI × 3 bytes de RDF)
         + 4 bytes de CIDF
         + freespace CI%

  Exemplo: registro de 200 bytes, 15 registros por CI, 20% freespace
  CISZ mínimo = (15 × 200) + (15 × 3) + 4 = 3049 bytes
  Com 20% freespace: 3049 / 0,80 = 3812 bytes
  → arredondar para o próximo múltiplo de 512: CISZ = 4096

Monitorando com LISTCAT

O comando LISTCAT do IDCAMS exibe as estatísticas de uso de um dataset VSAM. É a principal ferramenta para identificar fragmentação e necessidade de reorganização.

//* JCL para LISTCAT com estatísticas detalhadas
//LISTCAT  EXEC PGM=IDCAMS
//SYSPRINT DD SYSOUT=*
//SYSIN    DD *
  LISTCAT ENTRIES(BANCO.PROD.CNTFILE) -
          ALL
/*

Os campos mais importantes na saída do LISTCAT para monitorar saúde do dataset:

* trecho típico de saída do LISTCAT ALL
DATA ---BANCO.PROD.CNTFILE.DATA
  STATISTICS
    REC-TOTAL-----------1250000
    REC-DELETED-----------12500
    CI-SPLITS--------------3821   ← alto! freespace CI% muito baixo
    CA-SPLITS----------------47   ← crítico! reorganizar urgente
  ALLOCATION
    SPACE-TYPE----------CYLINDER
    SPACE-PRI----------------100
    SPACE-SEC-----------------20
    EXTENTS-------------------14  ← muito fragmentado

Quando reorganizar

Reorganizar um dataset VSAM significa exportar todos os registros em ordem de chave e reimportá-los para um dataset novo (ou para o mesmo após deletar e recriar). Isso elimina fragmentação, restaura o freespace definido e consolida os extents.

A reorganização em si é feita com o IDCAMS — seja com REPRO (cópia) ou com o par DELETE + DEFINE + REPRO. O artigo seguinte cobre esses comandos em detalhe.