数据库的物理存储体系

物理存储介质

• 将不同性价比的存储器组织在一起，满足高速度、大容量、低价格需求。
• CPU与内存直接交换信息，按存储单元（存储字）进行访问
• 外存按存储块进行访问，其信息需先装入内存，才能被CPU处理

• 访问磁盘比访问内存慢了10的四次方倍。

• 文件在磁盘上的存储体系：文件分配表FAT—目录（文件夹）—磁盘块（簇）

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磁盘的结构与特性

• 磁盘由8个盘-16个盘面-磁道-扇区组成
• 磁盘的读写单位：簇/块（连续的若干个扇区）
• 磁盘读写时间：寻道时间+旋转时间+传输时间
• 物理存取算法考虑的关键：
  
  • 降低I/O次数
  • 降低排队等待时间
  • 降低寻道/旋转延迟时间
    （同一磁道连续存储/同一柱面不同磁道并行块存储/多个磁盘并行块存储）

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查询实现的基本思想

• RAID技术：
  并行读取多个磁盘——拆分文件（比特级拆分/块级拆分）
  可靠性：奇偶校验与纠错

• 数据库表与磁盘块的映射——通过索引实现。

• 磁盘块管理包括读写磁盘块（数据被组织成一个个磁盘块，块上是01串）

• 内存缓冲区管理包括对于内存空间的分配管理，以及调入调出内存页的策略管理，即调用磁盘块的读写函数。
• 文件管理：数据库表和内存页的映射通过索引实现。

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记录与表在磁盘上的存储

• 数据库记录在磁盘上的存储：
  定长记录——一条记录有固定长度的字节，按字节数区分记录。
  变长记录——加入标志/指针隔开记录的属性值。

• 记录可以跨块存储和非跨块存储
  非跨块存储——浪费一些存储空间，但磁盘块之间无关联可并行
  跨块存储（用指针连接）——节省一些存储空间，但磁盘块之间有关联需串行。

• 表所占磁盘块的分配方法
  连续分配：扩展困难问题
  链接分配：数据块中包含指针，访问速度问题
  按簇分配：簇是若干连续的磁盘块，簇之间靠指针连接。
  索引分配：索引块中存放指向实际数据块的指针

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数据库的文件组织方法

四种

* 特点 插入方法 删除方法 优点 缺点 改进措施 无序记录文件 记录可存储于任意空闲位置 插入到尾部；插入到有“删除标记”的空间 直接删除；标记“删除标记” 更新效率高 检索效率低；增删频繁造成空间浪费，因此需要周期性重组数据库 有序记录文件 记录按某属性（组）的顺序插入 插入到有“删除标记”的空间 查找然后删除 检索效率高（按存储排序的属性即排序字段检索时），可以采用折半查找法 更新效率低，因为更新时要移动其他记录 预留空间以放置新插入的元祖，称为溢出文件，是无序的。因此需要 周期性重组数据库 散列文件 按某属性的值依据一个散列函数计算存放位置（桶号） 计算桶号然后插入；插入到溢出桶 查找然后删除 检索和更新效率都有提高 桶满会溢出 链接法处理溢出，预留溢出桶 聚簇文件 将具有相同或相似属性的记录存放于连续的磁盘簇块中 查找然后删除 检索和更新效率都有提高