Unidad 3: Estructuras lógicas de almacenamiento
Para la
gestión del almacenamiento de una base de datos existen 4 conceptos bien
definidos que deben ser conocidos para poder comprender la forma en la que se
almacenan los datos. Vamos a ver la diferencia entre bloque, extensión,
segmento y espacio de tablas.
Bloques:
Se tratan de la unidad más pequeña. Generalmente debe múltiple del tamaño de
bloque del sistema operativo, ya que es la unidad mínima que va a pedir
Oracle al sistema operativo. Si no fuera múltiple del bloque del sistema se
añadiría un trabajo extra ya que el sistema debería obtener más datos de los
estrictamente necesarios. Se especifica mediante DB_BLOCK_SIZE
Extensiones: Se
forma con uno o más bloques. Cuando se aumenta tamaño de un objeto se usa una
extensión para incrementar el espacio.
Segmentos: Grupo
de extensiones que forman un objeto de la base de datos, como por ejemplo una
tabla o un índice.
Espacio de
Tablas: Formado por uno o más datafiles, cada datafile solo puede
pertenecer a un determinado tablespace
En
general, el almacenamiento de los objetos de la base de datos (tablas e
índices fundamentalmente) no se realiza sobre el archivo o archivos físicos
de la base de datos, sino que se hace a través de estructuras lógicas de
almacenamiento que tienen por debajo a esos archivos físicos, y que
independizan por tanto las sentencias de creación de objetos de las
estructuras físicas de almacenamiento. Esto es útil porque permite que a esos
"espacios de objetos " les sean asociados nuevos dispositivos
físicos (es decir, más espacio en disco) de forma dinámica cuando la base de
datos crece de tamaño más de lo previsto.
Posibilita además otra serie de
operaciones como las siguientes:
· Asignar
cuotas específicas de espacio a usuarios de la base de datos.
· Controlar
la disponibilidad de los datos de la base de datos, poniendo fuera de uso
alguno de esos espacios de tablas individualmente.
· Realizar
copias de seguridad o recuperaciones parciales de la base de datos.
· Reservar
espacio para almacenamiento de datos de forma cooperativa entre distintos
dispositivos.
El
administrador de la base de datos puede crear o borrar nuevos espacios
lógicos de objetos, añadir o eliminar ficheros físicos de soporte, utilizados
como espacio temporal de trabajo, definir parámetros de almacenamiento para
objetos destinados a ese espacio de datos, todos los gestores relacionales
que venimos introduciendo como ejemplos siguen esta filosofía. En el caso de
Oracle, sobre los ficheros físicos de datos (datafiles) se definen los
tablespaces. Por lo tanto, una base de datos Oracle se compone lógicamente de
tablespaces, y físicamente de datafiles. Su creación es sencilla, con la
sentencia GREAT'', TABLESPACE: CREATE TABLESPACE usuarios DATAFILE
`datal.ora' SIZE 50M
También es
sencillo ampliar el espacio destinado a un tablespace utilizando el comando
ALTER TABLESPACE:
ALTER
TABLESPACE usuarios ADD DATAFILE 'data2.ora' SIZE 25M
Para hacer
más grande una base de datos, las opciones disponibles son tres:
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Cada base
de datos contiene un tablespace llamado SYSTEM que es creado automáticamente
al crear la base de datos. Contiene las tablas del diccionario de datos para
la base de datos en cuestión. Es recomendable no cargar datos de usuario en
SYSTEM, para dejarlos como espacio de objetos del sistema.
Si además
los datos de usuario están en tablespaces sitos en otros dispositivos, el
rendimiento mejorará porque las tablas del diccionario de datos se acceden
frecuentemente y por lo tanto son un cuello de botella potencial desde el
punto de vista del acceso a disco. A la hora de estimar el espacio necesario
para cl tablespace sys-nsm hay que tener en cuenta que las unidades de
programación PL-SQL (entorno de programación SQL proporcionado por Oracle)
almacenadas en la base de datos (procedimientos, paquetes, disparos y
funciones) almacenan sus datos en SYSTEM.
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3.1.1
Definición de Almacenamiento de Bases de Datos
Las bases
de datos suelen ser creadas para almacenar grandes cantidades de datos de
forma permanente. Por lo general, los datos almacenados en éstas suelen ser
consultados y actualizados constantemente.
La mayoría
de las bases de datos se almacenan en las llamadas memorias secundarias,
especialmente discos duros, aunque, en principio, pueden emplearse también
discos ópticos, memorias flash, etc.
Las
razones por las cuales las bases de datos se almacenan en memorias
secundarias son:
· En
general, las bases de datos son demasiado grandes para entrar en la memoria
primaria.
· La memoria
secundaria suele ser más barata que la memoria primaria (aunque esta última
tiene mayor velocidad).
· La memoria
secundaria es más útil para el almacenamiento de datos permanente, puesto que
la memoria primaria es volátil.
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3.1.2.-
Definición y Creación del Espacio Asignado para cada Base de Datos
Las bases
de datos se almacenan en ficheros o archivos. Existen diferentes formas de
organizaciones primarias de archivos que determinan la forma en que los
registros de un archivo se colocan físicamente en el disco y, por lo tanto,
cómo se accede a éstos.
Las
distintas formas de organizaciones primarias de archivos son:
· Archivos
de Montículos (o no Ordenados): esta técnica coloca
los registros en el disco sin un orden específico, añadiendo nuevos registros
al final del archivo.
· Archivos
Ordenados (o Secuenciales): mantiene el orden de
los registros con respecto a algún valor de algún campo (clave de
ordenación).
· Archivos
de Direccionamiento Calculado: utilizan una función
de direccionamiento calculado aplicada a un campo específico para determinar
la colocación de los registros en disco.
· Árboles B: se
vale de la estructura de árbol para las colocaciones de registros.
· Organización
Secundaria o Estructura de Acceso Auxiliar: Estas
permiten que los accesos a los registros de un archivo basado en campos
alternativos, sean más eficientes que los que han sido utilizados para la
organización primaria de archivos.
El DBMS
asigna espacio de almacenamiento a las bases de datos cuando los usuarios
introducen create database o alter database. El primero de los comandos puede
especificar uno o más dispositivos de base de datos, junto con la cantidad de
espacio en cada uno de ellos que será asignado a la nueva base de datos.
Si se
utiliza la palabra clave default o se omite completamente la cláusula on, el
DBMS pone la base de datos en uno o más de los dispositivos predeterminados
de base de datos especificados en master.sysdevices.
Para
especificar un tamaño (por ejemplo, 4MB) para una base de datos que se va a
almacenar en una ubicación predeterminada, se utiliza: on default = size de
esta forma:
create
database newpubs on default = 4
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3.1.3.-
Bitácoras
Son
estructuras ampliamente utilizadas para grabar las modificaciones de la base
de datos.
Cada
registro de la bitácora escribe una única escritura de base de datos y tiene
lo siguiente:
· Nombre de
la Transacción: Nombre de la transacción que realizó la
operación de escritura.
· Nombre del
Dato: El nombre único del dato escrito.
· Valor
Antiguo: El valor del dato antes de la escritura.
· Valor Nuevo: El
valor que tendrá el dato después de la escritura.
Es
fundamental que siempre se cree un registro en la bitácora cuando se realice
una escritura antes de que se modifique la base de datos.
También
tenemos la posibilidad de deshacer una modificación que ya se ha escrito en
la base de datos, esto se realizará usando el campo del valor antiguo de los
registros de la bitácora.
Los
registros de la bitácora deben residir en memoria estable como resultado el
volumen de datos en la bitácora puede ser exageradamente grande.
La
instrucción en MySQL para crear una bitácora en .txt se crea antes de acceder
a la base de datos con la instrucción:
"xampp>mysql>bin>mysql
-hlocalhost -uroot --tee=C:bitacora.txt"
La
bitácora debe registrar todos los movimientos (insertar, eliminar y
modificar) que se realicen en las tablas de la base de datos. Para lograr lo
anterior es necesario crear un trigger para que se ejecute después de la
operación de insertar, otro para después de eliminar y el último para después
de modificar para cada una de las 3 tablas de la base de datos.
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3.1.4.-
Particiones
Cuando
alguna de las tablas de una base de datos llega a crecer tanto que el
rendimiento empieza a ser un problema, es hora de empezar a conocer algo
sobre optimización. Una característica de MySQL son las particiones.
Particionar
tablas en MySQL nos permite rotar la información de nuestras tablas en
diferentes particiones, consiguiendo así realizar consultas más rápidas y
recuperar espacio en disco al borrar los registros. El uso más común de
particionado es según la fecha.
Para ver
si nuestra base de datos soporta particionado simplemente ejecutamos:
SHOW
VARIABLES LIKE '%partition%';
Se puede
particionar una tabla de 5 maneras diferentes:
· Por Rango: para
construir las particiones se especifican rangos de valores.
ALTER
TABLE contratos
PARTITION
BY RANGE (YEAR (fechaInicio)) (
PARTITION
partDecada80 VALUES LESS THAN (1990),
PARTITION
partDecada90 VALUES LESS THAN (2000),
PARTITION
partDecada00 VALUES LESS THAN (2010),
PARTITION
partDefault VALUES LESS THAN MAXVALUE
);
La última
partición (partDefault) tendrá todos los registros que no entren en las
particiones anteriores. De esta manera nos aseguramos que la información
nunca dejará de insertarse en la tabla.
· Por
Listas: para construir nuestras particiones especificamos listas de
valores concretos.
ALTER
TABLE contratos
PARTITION
BY LIST (YEAR (fechaInicio)) (
PARTITION
partDecada80 VALUES IN (1980, 1981, 1982, 1983, 1984, 1985, 1986, 1987, 1988,
1989),
PARTITION partDecada90 VALUES IN (1990, 1991, 1992, 1993, 1994, 1995, 1996,
1997, 1998, 1999),
PARTITION partDecada00 VALUES IN (2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005,
2006,
2007,
2008, 2009),
PARTITION partDecada10 VALUES IN (2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015,
2016,
2017,
2018, 2019)
);
· Por Hash: MySQL
se encarga de distribuir las tuplas automáticamente usando una operación de
módulo. Sólo hay que pasarle una columna o expresión que resulte en un entero
(el hash) y el número de particiones que queramos crear.
ALTER
TABLE contratos
PARTITION
BY HASH (YEAR (fechaInicio))
PARTITIONS
7;
· Por Clave: similar
a la partición por hash, pero en este caso no necesitamos pasarle un entero;
MySQL utilizará su propia función de hash para generarlo. Si no se indica
ninguna columna a partir de la que generar el hash, se utiliza la clave
primaria por defecto.
ALTER
TABLE contratos
PARTITION
BY KEY ()
PARTITIONS
7;
· Compuesta: podemos
combinar los distintos métodos de particionado y crear particiones de
particiones
Borrar
Particiones
Lo bueno
de trabajar con particiones es que podemos borrar rápidamente registros sin
tener que recorrer toda la tabla e inmediatamente recuperar el espacio en
disco utilizado por la tabla.
Por
ejemplo si queremos borrar la partición más antigua simplemente ejecutamos:
ALTER
TABLE reports DROP PARTITION p201111;
Añadir
particiones
En el
ejemplo anterior las 2 últimas particiones creadas han sido:
PARTITION p201205 VALUES
LESS THAN (TO_DAYS ("2012-06-01")),
PARTITION
pDefault VALUES LESS THAN MAXVALUE
El problema
es que todos los INSERT que se hagan después de mayo de 2012 se insertarán en
pDefault.
La solución sería añadir particiones nuevas para cubrir los
próximos meses:
ALTER
TABLE reports REORGANIZE PARTITION pDefault INTO (
PARTITION
p201206 VALUES LESS THAN (TO_DAYS ("2012-07-01")),
PARTITION
pDefault VALUES LESS THAN MAXVALUE);
En el caso
que no tuviéramos una partición del tipo pDefault simplemente ejecutamos:
ALTER
TABLE reports ADD PARTITION (PARTITION p201206 VALUES LESS THAN (TO_DAYS
("2012-07-01")));
Consultar
Particiones
Para
consultar información de particiones creadas en una tabla así como también
los registros que contiene cada una ejecutamos:
SELECT
PARTITION_NAME, TABLE_ROWS FROM information_schema.PARTITIONS WHERE
TABLE_NAME='reports';
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3.1.5.-
Espacios Privados
Un
“espacio privado” permite que los administradores y redactores gestionen el
conjunto de datos del sitio. Algunas bases de datos tienen estos espacios
privados llamados comúnmente paneles de control, que son formularios que
aparecen al abrir la base de datos.
Los
paneles de control sirven de "puerta principal" o
"recibidor" de una base de datos en el sentido de que dirigen a las
personas hacia determinadas tareas, como introducir o buscar datos. Sirven
también para mantener alejados a los usuarios de las tablas que contienen los
datos en tiempo real.
Cuando se
recibe una base de datos, se averiguar cómo están estructurados los datos,
revisar de manera general el panel de control. Puede ofrecer algún indicio
sobre las tareas que el diseñador de la base de datos consideró que
realizarían los usuarios habitualmente con los datos.
3.1.6.-
Espacios para Objetos
Los DBMS
se basan en archivos para almacenar datos, y estos archivos, o conjuntos de
datos, residen en medios de almacenamiento, o dispositivos. Una buena parte
del trabajo del DBA implicará la planificación para el almacenamiento real de
la base de datos.
El
rendimiento de la base de datos depende de la entrada y salida a disco. La
cantidad de datos almacenados es mayor que nunca antes, y los datos son
almacenados por más tiempo.
Algunos
DBMS permiten al tamaño de los archivos temporales de expandirse y contraerse
de forma automática. Dependiendo del tipo y la naturaleza de las operaciones
de base de datos en proceso, esta fluctuación puede provocar picos de uso del
disco.
Hay muchos
problemas de almacenamiento que deben ser resueltos antes de que un DBA pueda
crear una base de datos. Uno de los temas más importantes es la cantidad de
espacio para permitir la base de datos.
El cálculo
espacial debe tener en cuenta no sólo tablas, índices, sino también, y
dependiendo del DBMS, el registro de transacciones. Cada una de estas
entidades probablemente requerirá un archivo separado o conjunto de datos,
para el almacenamiento persistente.
El DBA
debe separar en diferentes discos a los archivos para:
· Mejorar el
rendimiento
· Separar índices
de datos
· Aislar los
logros en otro disco
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3.2 Segmentos
Los datos en la BD son almacenados físicamente en
bloques Oracle: la mínima unidad de espacio físico, y es un múltiplo del
bloque del SO (2 Kb usualmente). El tamaño del bloque Oracle se fija por el
parámetro DB_BLOCK_SIZE del fichero init.ora. Un tamaño grande de bloque
mejora la eficiencia del cache de E/S, pero el tamaño de la SGA aumentará
para contener los mismos DB_BLOCK_BUFFERS, lo que significa un problema de
memoria.
Una serie de bloques contiguos es una extensión,
que es una unidad lógica de almacenamiento. Una serie de extensiones es un
segmento. Cuando un objeto es creado, se reserva una extensión en su
segmento. Cuando el objeto crezca, necesitará más espacio y se reservarán más
extensiones.
Cada segmento tiene un conjunto de parámetros de
almacenamiento que controla su crecimiento:
initial: tamaño de la extensión inicial (10k).
next: tamaño de la siguiente extensión a asignar (10k).
minextents: número de extensiones asignadas
en el momento de la creación del segmento (1).
maxextents: número máximo de extensiones
(99).
pctincrease: Porcentaje en el que crecerá la
siguiente extensión antes de que se asigne, en relación con la última
extensión utilizada (50).
pctfree: porcentaje de espacio libre para actualizaciones
de filas que se reserva dentro de cada bloque asignado al segmento (10).
pctused: porcentaje de utilización del bloque por debajo
del cual Oracle considera que un bloque puede ser utilizado para insertar
filas nuevas en él.
tablespace: nombre del espacio de tablas
donde se creará el segmento.
Cuando se diseña una BD se ha de tener mucho
cuidado a la hora de dimensionar la BD y prever el crecimiento de las tablas.
A continuación se hacen algunas consideraciones sobre la gestión del espacio
para los diferentes segmentos.
Segmentos de Datos
El espacio del diccionario de datos se suele
mantener más o menos constante, aunque es crítico que tenga suficiente
espacio para crecer en el espacio de tablas SYSTEM. Así, hay que tener
cuidado de colocar las tablas de usuario, los índices, segmentos temporales y
los segmentos de rollback en otros espacios de tablas.
Además, es recomendable que el espacio de tablas
SYSTEM esté al 50% o 75% de su espacio disponible. Finalmente, asegurarse que
los usuarios no tienen privilegios de escritura en el espacio de tablas
SYSTEM.
Las tablas crecen proporcionalmente con el número
de filas, ya que se puede suponer que la longitud de las filas es constante.
Segmentos de Índice
Los índices crecen en tamaño en mayor proporción
que las tablas asociadas si los datos en la tabla son modificados
frecuentemente. La gestión del espacio es mejor si se mantienen los índices
de tablas grandes en espacios de tablas separados.
Segmentos de Rollback
Los segmentos de rollback almacenan la imagen
anterior a una modificación de un bloque. La información en el segmento de
rollback se utiliza para asegurar la consistencia en lectura, el rollback (el
valor en el segmento de rollback se copia en el bloque de datos) y la
recuperación.
Es importante comprender cuál es el contenido de
un segmento de rollback. No almacenan el bloque de datos modificado entero,
sólo la imagen previa de la fila o filas modificadas. La información del
segmento de roolback consiste en varias entradas llamadas undo. Por ejemplo,
si se inserta una fila en una tabla, el undo necesitará sólo el rowid de la
fila insertada, ya que para volver atrás la insercion sólo hay que realizar
un delete. En las operación de actualización, se almacenará el valor antiguo
de las columnas modificadas. El segmento de rollback asegura que la
información undo se guardan durante la vida de la transacción.
Un segmento de rollback como cualquier otro
segmento consiste en una serie de extensiones. Sin embargo, la mayor
diferencia entre un segmento de datos y otro rollback es que en este último
las extensiones se utilizan de manera circular. Así, habrá que tener cuidado
a la hora de fijar el tamaño del segmento de rollback para que la cabeza no
pille a la cola.
Segmentos Temporales
Los segmentos temporales se crean cuando se
efectuan las siguientes operaciones:
Si las tablas a ordenar son pequeñas la
ordenación se realiza en memoria principal, pero si la tabla es grande se
realiza en disco. El parámetro SORT_AREA_SIZE determina el lugar donde se
hace la ordenación. Incrementándole se reduce la creación de segmentos
temporales.
3.3 Definición de Memoria Compartida
Un servidor Oracle es un sistema que permite
administrar bases de datos y que ofrece un medio de gestión de información
abierto, completo e integrado.
Un servidor Oracle está constituido de una
instancia y una base de datos.
Instancia de Oracle
Una instancia de Oracle permite acceder a la base
de datos Oracle y permite abrir únicamente una sola base de datos.
La instancia de Oracle está compuesta de:
Procesos en segundo plano que administran y
aplican las relaciones entre las estructuras físicas y las estructuras de
memoria. Existen dos categorías:
· Procesos en Segundo Plano
Obligatorios: DBWN,
PMON, CKPT, LGWR, SMON
· Procesos en Segundo Plano
Facultativos: ARCn,
LMDn, RECO, CJQ0, LMON, Snnn, Dnnn, Pnnn, LCKn, QMNn
Estructuras de Memoria: compuestas básicamente de
dos áreas de memoria: el área de memoria asignada a la SGA (System Global
Area): asignada al inicio de la instancia y representa un componente
fundamental de una instancia de Oracle.
Está compuesta de varias áreas de memoria:
Área de Memoria Asignada a la PGA (Program Global
Area): Ésta
es asignada al inicio del proceso de servidor. Es reservada a cada proceso de
usuario que se conecte a la base de datos Oracle y liberada al final del
proceso.
El Proceso de Usuario: Es el programa que solicita una
interacción con la base de datos iniciando una conexión. Se comunica
únicamente con el proceso de servidor correspondiente.
El Proceso de Servidor
Representa el programa que entra directamente en
interacción con el servidor Oracle. Responde a todas las peticiones y envía
los resultados. Puede estar dedicado a un servidor cliente o compartido por
varios.
|
3.4 Definición de Múltiples Instancias de un DBMS
Cuando comenzamos a trabajar con Oracle una de
las primeras cosas que aprendemos es a diferenciar entre estos conceptos:
base de datos, instancia e instancia de base de datos.
Una instancia es el conjunto de procesos que se
ejecutan en el servidor así como la memoria que comparten para ello.
Cuando se habla de base de datos, nos referimos a
los archivos físicos que componen nuestra base de datos.
Si queremos referirnos a los procesos que se
ejecutan en memoria como a los archivos de base de datos tendremos que
utilizar el término instancia de base de datos.
La instancia en Oracle describe varios procesos
residentes en la memoria del computador(es) y un área de memoria compartida
por aquellos procesos. En arquitecturas de bases de datos tales como,
Microsoft SQL Server e IBM BD2, la palabra instancia indica una colección de
bases de datos que comparten recursos de memoria en común, o sea, la relación
entre instancia y bases de datos es 1 a N. Pero la relación entre la
instancia de Oracle y la base de datos es 1 a 1 o n a 1. Cuando hay una
relación N a 1, la configuración es llamada RAC (Real Application CLuster),
donde la base de datos reside en discos compartidos y las instancias en
múltiples computadores anexados a la base de datos.
La instancia de Oracle es el motor que procesa
los requerimientos de datos desde la base de datos. Está compuesta por
procesos en primer plano, en segundo plano y un área de memoria compartida
(SGA).
 |
Una instancia de Oracle es un conjunto de
estructuras de memoria que están asociadas con los archivos de datos
(datafiles) en una máquina. Una base de datos es una colección de archivos
físicos.
Instancia de Oracle
La integran los procesos 'background' y la SGA.
Abre una y sólo una BDO, y permite acceder a ella.
Nota: con Oracle Real Application Cluster (RAC),
más de una instancia usarán la misma BD.
En la máquina donde reside el servidor Oracle, la
variable ORACLE_SID identifica a la instancia con la que estamos trabajando.
Vistas
En un Rac de Oracle, múltiples instancias
permiten el acceso a una única Base de datos. En un RAC las instancias corren
en múltiples Nodos (servidores), y acceden a un conjunto común de datafiles
que comprender a una 'Única' Base de datos."
En contraste, en un ambiente de una única
instancia, una base de datos Oracle es usada por sólo UNA Instancia corriendo
en el servidor. Por lo Tanto, los usuarios accediendo a la base de datos
pueden conectarse a ésta, sólo a través de ese 'Único' servidor.
En un Oracle RAC, una base de datos puede ser
montada por más de una instancia, y en cualquier punto, una instancia será
parte de sólo una Base de datos. El almacén no volátil para archivos de datos
que comprende la Base de datos es igualmente disponible a todos los nodos,
para el acceso de lectura y escritura. De lo anterior se desprende que un RAC
de Oracle necesita coordinar y regular el acceso “simultaneo” a los datos
desde múltiples servidores (nodos), por ende, debe existir una red privada
que sea eficiente, confiable y de alta rapidez, entre los nodos del clúster
para enviar y recibir datos
Crear Instancias MySQL
Tener dos instancias o más tiene entre otras las
siguientes justificaciones. Una se dedicará a desarrollo, para hacer las
modificaciones y pruebas necesarias y otra al de producción.
Proceso
Copiar la carpeta data que se encuentra en
nuestro caso en c:\MySQL, como data2
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Copiar y pegar la configuración de MySQL. Es
decir, del archivo my.ini (en linux my.cnf) generamos una copia que podría
llamarse my2.ini.
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Ahora con cuidado editamos my2.ini, procure no
tocar my,ini a menos que este seguro de lo que hace.
Iniciamos configurando el puerto por donde
escuchara MySQL la segunda instancia y la ruta de datos el archivo de datos.
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Iniciar Instancia desde Consola
Desde la consola de ms-dos en modo administrador.
[Tecla Win] + [X] y damos clic en Símbolo de Sistema (Administrador). Ahora
introduzca desde la línea de comandos:
 |
Establecer la Instancia como Servicio
Procederemos a instalar la nueva instancia como
servicio. Desde la consola de ms-dos en modo administrador. En windows 8
pulse la [Tecla Win] + [X] y damos clic en Símbolo de Sistema
(Administrador):
|
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