数据库原理与应用课件(数据库物理设计,系统运行与维护)

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1、数据库原理-第九课1.数据库物理设计2.系统维护与运行1.数据库物理设计物理设计任务：使逻辑结构在物理上得到实现，建立性能良好（读写速度快，空间利用率高等）的存储在介质上的数据库1.选择存储结构2.确定数据存放位置3.存取路径1.1选择存储结构为保证数据的持久性，数据需要存储在磁盘和磁带等永久性介质中。查询需要访问某一记录，首先必须读入内存，磁盘的访问速度与内存相差5~6个数量级。为提高性能，DBMS使用一部分内存缓存常用数据，内存数量有限，要对其进行缓冲区管理。1.1.1介质分类现代计算机体系结构中，介质按照容量、访问速度等技术指标分成三部分底部：容量大，价格低，速度慢顶部：速度快，价格高，

2、容量小CACHE内存磁盘磁带光盘不同介质在保持数据的持久性上不同挥发性介质：内存等一级存储介质，只在运行是保存数据，断电数据就消失。持久性介质：磁盘、磁带等二、三级存储介质，断电后还能保持数据的有效性程序运行期间可以使用一级存储介质数据数据库数据必须保存在二、三级存储介质1.1.2.磁盘磁盘位于三级存储层次的第二级，相对容量较大，速度适中，是典型存储介质磁盘逻辑逻辑上看，一个盘面被划分成很多个间距很小的同心圆，叫做磁道不同盘面上相同直径的磁道组成柱面磁道划分成扇区（典型容量为512Byte）扇区两种组织形式：每个磁道划分成相同数目的扇区，数据密度不同；不同数量的扇区，数据密度相同磁盘I/O的性

3、能读写数据通过读写头完成，过程：1.移动磁盘臂，直到读写头位于数据所在的磁道正上方，具有寻道时间2.通过盘片旋转，使得读写头位于所读写数据的正上方，具有旋转时间3.读写头读取或写入数据，具有传输时间访问时间=寻道时间+旋转时间+传输时间寻道时间与读写头所移动的距离成正比，典型值为几毫秒旋转时间是随机的，按照180度来计算，通常需要5~10毫秒传输时间才是与数量量相关的，典型值为几十M每秒磁盘臂调度算法规划多个读写请求服务顺序来减少总移动量，缩小读写磁盘的平均寻道时间。电梯算法：1.磁盘臂由里向外移动，完成读写请求2.磁盘臂由外向里移动，完成读写请求有固化在磁盘硬件中的驱动程序完成，该算法是衡量

4、磁盘生产厂商的实力标准之一。数据预存和按块传输额外消耗（寻道时间+旋转时间）固定，因此读取少量的数据比读写大量的数据效率大大降低。数据预存技术：读取指定数据的同时也预先读取与之相邻的一定范围内的数据，磁盘读写的最小单位是块，按块传输。不同文件系统的块的大小不固定，目前典型的块1~8KB之间缓冲区管理DBMS在执行查询时，首先将数据读入内存，由于磁盘和内存之间的访问速度相差5~6个数量级，如果每次数据访问都读写磁盘，必然使DBMS性能下降。而大量的数据暂存在内存中，内存量有限。为解决这类问题，DBMS在内存开辟专用空间，称为缓冲区。缓冲区缓冲块缓冲块缓冲块缓冲块缓冲块缓冲块缓冲块缓冲块磁盘块磁盘

5、块磁盘块磁盘块磁盘块磁盘块缓冲区缓冲块空闲位用一个位表示缓冲块是否空闲，每个非空闲的缓冲块对应磁盘上的一个块，空闲位可以写入新的数据脏位用一个位来表示缓冲块中内容是否曾被修改，在被替换是需要写入磁盘，进行持久性存储PIN值防止替换正在处理的块；指定某些块常驻内存缓冲区替换策略缓冲区不足以容纳数据库中所有的数据，在缓冲区满的状况下，需要将PIN值为0的块替换出去。如何选择被替换的块，将影响数据库运行中进行磁盘I/O的频率最广泛的替换策略是最近最少使用（LRU）替换策略原理：系统未来对数据的访问由系统过去的访问情况预知，过去很少被访问的数据块，将来也不大可能被访问SAMPLE：四个缓冲块，初始为0

6、，依次访问148152324，LRU后的情况如下11414881525244481815152153532148152324记录的存储数据库的数据按记录的形式加以组织，一条记录描述数据库的一个实体。由多个字段构成，每个字段描述实体的一个属性。实体的属性有不同的域，记录的字段有不同的类型，整形、浮点型、日期型等存储空间不变，叫定长类型变长字符串和文本，空间由实际的值决定，称为变长类型记录分为：定长记录、变长记录记录的内部格式定长记录内部结构变长记录内部结构字段1L1字段2L2字段3L3字段4L4。。。字段NLN偏移0偏移L1L1+L2字段1$字段2$字段3$字段4$字段5$字段1字段2字段3字段

7、4字段5记录的块格式块是内外存交互的单位，记录必须存储在块中，一个块存放多条记录。块大小为B，记录长度为R，每块中有B-f×R浪费。若记录跨块存储，会导致多次磁盘I/O操作记录1记录2记录3头结构使用中的项未使用的项超长记录的跨块存储为了提高磁盘空间的利用率，允许记录跨块存储，块在物理上不连续，因此需要用一个链表维护同记录的不同部分。记录1记录2记录3记录4A记录5记录4B文件的组织方式顺序文件按