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1、第第第第10101010讲讲讲讲: (: (: (: (第第第第10101010章章章章) ) ) ) 物理设计物理设计数据库存储技术数据库存储技术 重庆大学计算机学院重庆大学计算机学院重庆大学计算机学院重庆大学计算机学院 课程名称课程名称: : 数据库系统数据库系统 -12一一一一 文件组织文件组织文件组织文件组织p.255p.255p.255p.2551)数据在物理数据在物理存储存储(磁盘磁盘)中中如何组织如何组织? 每个文件每个文件(file)(file)被分成被分成定长的存储单元定长的存储单元- -块块(block)(block)，块是数据，块是数据存储和传输的基本单位存储和传输的基本
2、单位( (默认一般是默认一般是4-8KB)4-8KB)。一个块可以包括一个块可以包括很多记录很多记录( (假设一个记录总比块小；对大数据如假设一个记录总比块小；对大数据如图片需单独处理和存储图片需单独处理和存储) )，且一个记录的数据，且一个记录的数据不能跨块不能跨块存储存储一个一个数据库数据库被映射到多个不同的被映射到多个不同的文件文件(file)(file) ，文件由，文件由操作系统操作系统来管理，这些文件被永久存储在来管理，这些文件被永久存储在磁盘磁盘上！上！一个一个文件文件在逻辑上被组织成在逻辑上被组织成记录的一个序列记录的一个序列，记录被映射到，记录被映射到磁磁盘块盘块(block)
3、(block)上。上。物理设计任务：物理设计任务：考虑用考虑用文件文件表示逻辑数据模型表示逻辑数据模型( (数据库模式数据库模式) )的的不同不同方式方式。2)定长记录和定长记录和变长记录各自变长记录各自的特点的特点? 定长记录定长记录变长记录变长记录( (每个块每个块) )用于在块中组织记录！用于在块中组织记录！数组数组- -包含各记录的位置和大小包含各记录的位置和大小数组数组- -包含各变成字段的位置和大小包含各变成字段的位置和大小3二二二二 ( ( ( (数据库数据库数据库数据库) ) ) )文件中记录的组织文件中记录的组织文件中记录的组织文件中记录的组织讨论讨论2. 如何在物如何在物理
4、存储介质上组理存储介质上组织数据库数据？织数据库数据？ 1) 顺序文件在逻辑顺序文件在逻辑上是如何组织数据库上是如何组织数据库数据数据(关系关系)的？的？ 顺序文件的逻辑组织方式：顺序文件的逻辑组织方式：1)1)将关系中记录按将关系中记录按“某属性某属性/ /组组- -搜索码搜索码”排列排列2)2)并用指针将记录依序连接并用指针将记录依序连接特点：特点：按搜索码搜索的效率高按搜索码搜索的效率高顺序文件的物理组织方式：顺序文件的物理组织方式：1)1)将关系中记录按将关系中记录按搜索码搜索码次序进行物理存储次序进行物理存储2)2)采用采用定长记录定长记录或或变长记录变长记录方式方式3)3)一个记录
5、的信息不能分存在两个物理块中一个记录的信息不能分存在两个物理块中1.1.顺序文件组织顺序文件组织p.259p.2593) 顺序文件顺序文件存储的数据存储的数据如何更新？如何更新？删除和插入记录时的开销大删除和插入记录时的开销大( (大量移动记录大量移动记录) )！改善方法改善方法( (指针管理指针管理) )2) 顺序文件顺序文件的物理存储如的物理存储如何实现？何实现？删除记录删除记录插入记录插入记录但需定期执行重组！但需定期执行重组！42.2.2.2.多表聚集文件组织多表聚集文件组织多表聚集文件组织多表聚集文件组织p.260p.260p.260p.260二二 ( (数据库数据库) )文件中数据
6、的组织文件中数据的组织departmentinstructor 4) 什么是多表聚集什么是多表聚集文件，物理存储如何文件，物理存储如何实现，有何好处？实现，有何好处？多表聚集文件组织：是指将多个关系的数据组织在一个文件中多表聚集文件组织：是指将多个关系的数据组织在一个文件中 （它们的记录相互交织在一起）（它们的记录相互交织在一起）注意：实现多表聚集文件组织，需底层操作系统配合注意：实现多表聚集文件组织，需底层操作系统配合, ,实现对文件的管理实现对文件的管理( (只有大型数据库系统才支持只有大型数据库系统才支持) )( (优缺点优缺点分析分析) )department 和和 Instructo
7、r 的的 多表聚集文件！多表聚集文件！优点优点：Good for queries involving department instructor, and for queries involving one single department and its instructors不足不足：Bad for queries involving only department results in variable size records改进思路改进思路：Can add pointer chains to link records of a particular relation5* * * *
8、多表聚集文件组织的优缺点多表聚集文件组织的优缺点多表聚集文件组织的优缺点多表聚集文件组织的优缺点p.261p.261p.261p.2615)多表聚集文多表聚集文件组织方式的件组织方式的优点和不足？优点和不足？- -5二二 ( (数据库数据库) )文件中数据的组织文件中数据的组织63.3.3.3.物理设计的任务物理设计的任务物理设计的任务物理设计的任务前面，介绍了大型数据库管理系统前面，介绍了大型数据库管理系统(DBMS)(DBMS)支持的文件中记录的支持的文件中记录的物理存储方式，实际上都是由物理存储方式，实际上都是由DBMSDBMS自动实现对用户定义好的逻自动实现对用户定义好的逻辑数据辑数据
9、( (关系关系) )的自动存储，似乎物理存储对用户是透明的，就的自动存储，似乎物理存储对用户是透明的，就像大家上机所感受的一样。像大家上机所感受的一样。数据库应用设计人员还需要做物理设计工作吗，如何做？数据库应用设计人员还需要做物理设计工作吗，如何做？二二 ( (数据库数据库) )文件中数据的组织文件中数据的组织6) 实际应用中，实际应用中，物理设计到底物理设计到底做什么？做什么？数据库物理设计（应用开发中）的主要工作：数据库物理设计（应用开发中）的主要工作：1 1）在定义关系模式时，）在定义关系模式时，需要确定需要确定采用定长还是变长记录；采用定长还是变长记录； （通过确定采用的属性类型，因
10、有变长属性）（通过确定采用的属性类型，因有变长属性）2 2）对每个关系模式，）对每个关系模式，需要确定需要确定影响记录存放次序的搜索码；影响记录存放次序的搜索码； （根据常用（根据常用/ /重要的查询要求，确定主码或建聚集索引重要的查询要求，确定主码或建聚集索引Cluster IndexCluster Index）3 3）对每个关系模式，）对每个关系模式，需要确定需要确定是否还需要建立辅助索引文件；是否还需要建立辅助索引文件；（根据常用（根据常用/ /重要的查询要求，确定建哪些索引重要的查询要求，确定建哪些索引IndexIndex）4 4）对具有连接条件的一组关系模式，）对具有连接条件的一组关
11、系模式，需要确定需要确定是否采用多表聚集文件存储；是否采用多表聚集文件存储；（根据多表连接上重要应用查询快速访问需要）（根据多表连接上重要应用查询快速访问需要）5 5）对应用的所有关系模式，）对应用的所有关系模式，需要确定需要确定应当划分为多少个数据库来存储；应当划分为多少个数据库来存储； （根据关系模式间相关性、应用相关性、数据保密需要、数据库备份需要等）（根据关系模式间相关性、应用相关性、数据保密需要、数据库备份需要等）6 6）对每个数据库，）对每个数据库，需要确定需要确定数据库文件存放的物理路径（不同服务器，不同硬盘，不同介质）数据库文件存放的物理路径（不同服务器，不同硬盘，不同介质）
12、（根据访问效率需要、应用相关性、数据重要性等）（根据访问效率需要、应用相关性、数据重要性等）7三三三三 数据字典数据字典数据字典数据字典查询优化的基础查询优化的基础反映物理存储的情况反映物理存储的情况特点：关系数据库管理系统特点：关系数据库管理系统-RDBMS-RDBMS，采用自描述方式！，采用自描述方式！数据存储数据存储采用关系模式，采用关系模式，元数据存储元数据存储也采用关系模式！也采用关系模式！SQL ServerSQL Server中的系统数据库中的系统数据库2)数字典存储数字典存储什么信息？什么信息？1)什么是元什么是元数据？数据？3)数字典存储数字典存储的作用？的作用？是是RDBM
13、SRDBMS和和DBADBA管理管理数据库的基础手段数据库的基础手段8四四四四 数据库缓冲区数据库缓冲区数据库缓冲区数据库缓冲区1.1.数据库缓冲区及作用数据库缓冲区及作用P.262P.2621)1)需要建立数据库需要建立数据库缓冲区吗，为何能缓冲区吗，为何能提高访问效率？提高访问效率？1)CPU1)CPU处理信息快捷，但从磁盘读取记录缓慢处理信息快捷，但从磁盘读取记录缓慢. .2)2)缓冲区一次缓冲区一次I/OI/O读多硬盘上多个记录读多硬盘上多个记录( (按块按块),),可明显减少磁盘可明显减少磁盘I/OI/O开销开销( (连续读连续读- -节省时间节省时间) )；例如：查询索引学生的记录
14、；3)3)缓冲区中的记录，可能为多个应用所需要，缓冲区中的记录，可能为多个应用所需要，可明显减少磁盘可明显减少磁盘I/OI/O开销开销( (重复读重复读- -浪费时间浪费时间) )。例如：大家同时查询奥运会最新100米跑成绩92.2.2.2.数据库缓冲区管理器数据库缓冲区管理器数据库缓冲区管理器数据库缓冲区管理器P.262P.262P.262P.262应用程序应用程序位于内存中的位于内存中的数据库缓冲区数据库缓冲区位于硬盘上的位于硬盘上的数据库数据库( (表表) )应用请求数据应用请求数据 X X缓冲区管理器请求数据缓冲区管理器请求数据 X X返回数据返回数据 X X返回数据返回数据 X X2
15、)2)如何管理数据库如何管理数据库缓冲区？缓冲区？1)1)若若X X不在缓冲区中，则为其分配空间，不在缓冲区中，则为其分配空间，并向硬盘并向硬盘( (硬盘上物理数据库硬盘上物理数据库) )请求请求 X X；2)2)若缓冲区已满，则按某种测量策略清若缓冲区已满，则按某种测量策略清除部分块，清除前先将块中最新修改数除部分块，清除前先将块中最新修改数据回写到硬盘（数据库）据回写到硬盘（数据库）! !4 4）缓存区从硬盘（数据库）读取）缓存区从硬盘（数据库）读取 X;X;文字描述：文字描述：图表描述：图表描述：四四 数据库缓冲区数据库缓冲区103.3.3.3.缓冲区替换策略缓冲区替换策略缓冲区替换策略缓冲区替换策略P.263P.263P.263P.263四四 数据库缓冲区数据库缓冲区3)3) 如何确定如何确定缓冲区中的无缓冲区中的无用区块？用区块？数据库数据库: :外循环外循环数据库数据库: :内循环内循环
