【数据库下】第一章物理设计（数据库存储技术）

第⼀章 物理设计（数据库存储技术）数据库设计主要有哪些环节？数据库逻辑设计后得到什么？⼆维表如何存储？

主要学习⽬标表记录的存储⽅式表结构的存储⽅式思考问题

操作系统的数据操作⽅式，CPU、内存、硬盘如何进⾏数据传输的？⽂件系统如何存储数据的？⼀、⽂件组织

讨论:如何在物理存储介质上组织数据？ 1)数据在物理存储(磁盘)中如何组织?

物理设计任务：考虑⽤⽂件表⽰逻辑数据模型（数据库模式）的不同⽅式。

⼀个数据库被映射到多个不同的⽂件(file) ，⽂件由操作系统来管理，这些⽂件被永久存储在磁盘上！ ⼀个⽂件在逻辑上被组织成记录的⼀个序列，记录被映射到磁盘块(block)上。

每个⽂件(file)被分成定长的存储单元-块，块是数据存储和传输的基本单位(默认⼀般是4-8KB)。

⼀个块可以包括很多记录(假设⼀个记录总⽐块⼩；对⼤数据如图⽚等需单独处理和存储)，且⼀个记录的数据不能跨块存储。讨论:每条记录如何进⾏组织？ 定长记录和变长记录各⾃的特点?

定长记录：

特点：

查找记录较快，但记录更新较慢。

变长记录：

特点：

查找记录较慢，但记录更新较快。

⼆、（数据库）⽂件中记录的组织

讨论：如何在物理存储介质上组织数据库数据？

堆⽂件：

（⼀个关系表的）记录在（⼀个）⽂件空间中任意放置。

注：对这种组织⽅式，在按给定属性值搜索记录时，需依次读出所有记录，并依次选出满⾜条件的所有记录，查找效率低。

顺序⽂件 ：

按⼀定的顺序在⽂件中组织记录。散列⽂件：

按照散列函数计算值存放相应记录。多表簇集⽂件：

不同关系表⾥的记录存放在同⼀个⽂件中。1、顺序⽂件组织

1) 顺序⽂件在逻辑上是如何组织数据库数据(关系)的？ 2) 顺序⽂件的物理存储如何实现？顺序⽂件的逻辑组织⽅式：

1)将关系中记录按“某属性/组-搜索码”顺序排列2)并⽤指针将记录依序连接特点：按搜索码搜索的效率⾼。顺序⽂件的物理组织⽅式：

1)将关系中记录按搜索码次序进⾏物理存储2)采⽤定长记录或变长记录⽅式

3)⼀个记录的信息不能分存在两个物理块中

3) 顺序⽂件存储的数据如何更新？

删除和插⼊记录时的开销⼤(需⼤量移动记录)！改善⽅法(指针管理)

2、多表聚集⽂件组织

4) 什么是多表聚集⽂件，物理存储如何实现，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（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,实现对⽂件的管理(只有⼤型数据库系统才⽀持)。5)多表聚集⽂件组织⽅式的优点和不⾜？

3、物理设计的任务

6) 实际应⽤中，物理设计到底做什么？

前⾯，介绍了⼤型数据库管理系统(DBMS)⽀持的⽂件中记录的物理存储⽅式，实际上都是由DBMS⾃动实现对⽤户定义好的逻辑数据(关系)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。

数据库应⽤设计⼈员还需要做物理设计⼯作吗，如何做？数据库物理设计（应⽤开发中）的主要⼯作：

1）在定义关系模式时，需要确定采⽤定长还是变长记录；（通过确定采⽤的属性类型，因有变长属性）

2）对每个关系模式，需要确定影响记录存放次序的搜索码；（根据常⽤/重要的查询要求，确定主码或建聚集索引Cluster Index）3）对每个关系模式，需要确定是否还需要建⽴辅助索引⽂件；（根据常⽤/重要的查询要求，确定建哪些索引Index）

4）对具有连接条件的⼀组关系模式，需要确定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）

5）对应⽤的所有关系模式，需要确定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）6）对每个数据库，需要确定数据库⽂件存放的物理路径（不同服务器，不同介质）（根据访问效率需要、应⽤相关性、数据重要性等）

三、数据字典

讨论：RDBMS管理什么数据？

1)什么是元数据？

2)数据字典存储什么信息？3)数据字典存储的作⽤？

数据库存储机制

讨论：RDBMS元数据如何管理？ ⼀个简单的ER图⽰：

⼀个数据库对应n个块⼀个数据库多个表

Create database完成了什么事情？Create table？

这些sql语句是如何处理数据的？InsertDeleteUpdate

找到块，插⼊，块满了，再申请⼀个块更新、删除

Oracle的数据字典

四、数据库缓冲区1.数据库缓冲区及作⽤

讨论：数据库缓冲区在改善数据访问中的作⽤？1)需要建⽴数据库缓冲区吗，为何能提⾼访问效率？

2.数据库缓冲区管理器2)如何管理数据库缓冲区？

3.缓冲区替换策略

3) 如何确定缓冲区中的⽆⽤区块？

1、在⽂件中，记录有哪两种⽅式表⽰，对于记录的集合如何组织？记录分为定长记录、变长记录。

对于记录的集合组织为堆⽂件、顺序⽂件、散列⽂件、多表聚集⽂件。堆⽂件：⼀个关系表的记录在⼀个⽂件空间中任意放置。顺序⽂件 ：按⼀定的顺序在⽂件中组织记录。散列⽂件：按照散列函数计算值存放相应记录。

多表簇集⽂件：不同关系表⾥的记录存放在同⼀个⽂件中。

2、什么是元数据？元数据如何存储？

⼀个关系数据库需要维护关于关系的数据，如关系的模式等。⼀般来说，这样的“关于数据的数据”称为元数据。关于关系的关系模式和其他元数据存储在称为“数据字典”或系统⽬录的结构中。