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  • 数据库物理存储

    2020-12-26 21:37:30
    一、计算机系统的存储体系 1.1 什么是存储体系 1.1.1 数据组织的基础--存储体系 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...

    一、计算机系统的存储体系

    1.1 什么是存储体系

    1.1.1 数据组织的基础--存储体系

    • 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

    1.2 不同层次存储的访问时间上的差异

     

    1.3 操作系统如何管理磁盘和数据

    • 操作系统对数据的组织:FAT-目录(文件夹)-磁盘块/簇
    • FAT(文件分配表-File Allocation Table)

    1.4 操作系统对内存-缓冲区的管理

    1.4.1 内存管理

    • 一条记录的地址=存储单元的地址=内存地址=页面:页内偏移量
    • 页面(Page)=块(Block)
    • 内存页面的分配
    • 内存页面的置换

    二、磁盘的结构与特性

    2.1 磁盘及磁盘的容量

    • 盘面:磁道:扇区
    • 磁盘读写单位:Sector\rightarrow簇Cluster/块Block:连续的若干个扇区

    2.2 磁盘数据的访问

    2.2.1 磁盘数据读写时间

    • 寻道时间(约在1-20ms)
    • 旋转时间(约0-10ms)
    • 传输时间(每4KB页)

    2.2.2 物理存取

    • 降低了I/O次数
    • 降低排序等待时间
    • 降低寻道/旋转时间
      • 同一磁道连续块存储
      • 同一柱面不同磁道并行块存储
      • 多个磁盘并行块存储

    2.3 提高磁盘数据读写时间与存储可靠性的方法

    • RAID技术:Redundant Array of Independent Disk
      • 并行处理:并行读取多个磁盘
      • 可靠性:奇偶校验与纠错

    三、DBMS数据存储与查询实现的基本思想

    3.1 数据存储的映射关系示意图

    3.2 数据存储与查询实现的基本框架示意

    四、数据库之表-记录与磁盘块的映射

    4.1 数据库概念与磁盘相关概念的映射示意

    4.2 数据库中记录的区分及记录内属性值的区分

    • 数据库记录在磁盘上的存储
      • 定长记录,还是变长记录(靠分隔符区分开始与结束)

    4.3 数据库中的记录vs磁盘块

    • 记录是非跨块存储,还是块存储(靠指针连接)

    • 数据库-表所占磁盘块的分配方法
      • 连续分配:数据块被分配到连续的磁盘块上(会存在扩展困难问题)
      • 链接分配:数据块中包含指向下一数据块的指针(访问速度问题)
      • 按簇分配:按簇分配,簇是若干连续的磁盘块,簇之间靠指针连接;簇有时也称片段Segement或盘区extent
      • 索引分配:索引块中存放指向世纪数据块的指针

    五、数据库之文件组织方法

    5.1 数据组织与存取方法

    • 数据组织要考虑更新(增删改)和检索需求
      • 更新将涉及数据存储空间的扩展与回收问题
      • 检索将涉及扫描整个数据库的问题、大批量处理数据问题
      • 不同的需求要求不同的数据组织方法和存取方法
      • 文件组织指的是数据组织成记录、块和访问结构的方式,包括把记录和块存储在磁盘上的方式,以及记录和块之间相互联系的方法
      • 存取方法指的是对文件所采取的存取操作方法
      • 一种文件组织可以采取多种存取方法进行访问

    5.2 无序文件组织

    • 文件组织方法之一:无序记录文件(堆文件heap或pile file)
      • 特点:记录可存储于任意有空间的位置,磁盘上的存储记录是无序的。更新效率高,但检索效率可能低
      • 方法1:新纪录总是插入到文件尾部;删除记录时,可以直接删除改记录所在位置的内容,也可以在该记录前标"删除标记"
      • 方法2:在前者基础上,新增记录可以利用那些标记为“删除标记”的记录空间
      • 频繁删增记录时会造成空间浪费,所以需要周期性重新组织数据库
      • 数据库重组是通过移走被删除记录使有效记录连续存放,从而回收那些由删除记录而产生的未利用空间

    5.3 有序文件组织

    • 文件组织方法之二:有序记录文件(排序文件Sequential)
      • 特点:记录按某属性或属性组值的顺序插入,磁盘上存储的记录是有序的。检索效率可能高。
      • 用于存储排序的属性通常称为排序字段(Ordering field),通常,排序字段使用关系中的主码,所以又称排序码
      • 当按排序字段进行检索时,速度得到很大提高;但当按非排序字段检索时,速度可能不会提高很多
      • 有序记录文件的更新效率可能很低
      • 因为:在更新时要移动其他记录,为插入记录留出空间
      • 改进措施是可为将来有可能插入的元组预留空间(这可能造成空间浪费),或者再使用一个临时的无序文件(被称为溢出文件)保留新增的记录。
      • 当采取溢出文件措施时,检索操作既要操作主文件,又要操作溢出文件。
      • 所以需要周期性重新组织数据库
      • 数据库重组时间溢出文件合并到主文件中,并恢复主文件中红的记录顺序。

    5.4 散列文件组织

    • 文件组织方法之三:散列文件(Hash file)
      • 特点:可以把记录按某属性或属性组的值,依据一个散列函数来计算其应存放的位置:桶号(Bucket,块号或簇号等)。检索效率和更新效率都有一定程度的提高
      • 用于进行散列函数计算的属性通常称为散列字段,散列字段通常也采用关系中的主码,所以又称散列码
      • 不同记录可能被hash成同一桶号,此时需在桶内顺序检索出其一记录
      • 链接法处理溢出

    5.5 聚簇文件组织

    • 文件组织方法之四:聚簇文件组织
      • 聚簇:将具有相同或相似属性值的记录存放于连续的磁盘簇块中
      • 多表聚簇:将若干个相互关联的Table存储于一个文件中——这可提高多表情况下的查询速度
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  • 能给出数据库物理存储结构和物理存取方法的是什么? a.内模式 b.外模式 c.概念模式 d.逻辑模式 解析: 求职者应该掌握数据库三级模式, 为了有效地组织、管理数据,提高数据库的逻辑独立性和物理独立性,...

    考查对数据库系统的认识

    问:
        能给出数据库物理存储结构和物理存取方法的是什么?
        a.内模式
        b.外模式
        c.概念模式
        d.逻辑模式
        
    解析:
        求职者应该掌握数据库三级模式,
        为了有效地组织、管理数据,提高数据库的逻辑独立性和物理独立性,人们为数据所设计了一个严谨的体系结构,数据库领域公认的标准结构是三级模式结构,包括外模式、模式和内模式,根据对象不同,又可分为面向用户或应用程序员的用户级、面向建立和维护数据库人员的概念级、面向系统程序员的物理级。
        用户级对应外模式,概念级对应模式,物理级对应内模式,使不同级别的用户对数据库形成不同的视图。所谓视图,就是指不同用户观察、认识和理解数据的范围、角度和方法,是数据库在用户“眼中”的反映。很显然,不同级别用户所“看到”的数据库是不相同的。

        1.模式
            模式又称概念模式或逻辑模式,对应于概念级。它是由数据库设计者综合所有用户的数据,按照统一的观点构造的全局逻辑结构,是对数据库中全部数据的逻辑结构和特征的总体描述,是所有用户的公共数据视图。它是由数据库管理系统提供的数据模式描述语言(Data Description Language,DDL)来描述、定义的,反映了数据库系统的整体观。

        2.外模式
            外模式又称子模式,对应于用户级。它是某个或某几个用户所看到的数据库的数据视图,是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式是从模式导出的一个子集,包含模式中允许特定用户使用的那部分数据。用户可以通过外模式描述语言来描述、定义对应于用户的数据记录(外模式),也可以利用数据操纵语言(Data Manipulation Language, DML)对这些数据进行记录。外模式反映了数据库的用户观。

        3.内模式
            内模式又称存储模式,对应于物理级,它是数据库中全体数据的内部表示或底层描述,是数据库最低一级的逻辑描述,它描述了数据在存储介质上的存储方式的物理结构,对应着实际存储在外存储介质上的数据库。内模式由内模式描述语言来描述、定义,它是数据库的存储观。
            在一个数据库系统中,只有唯一的数据库,因而作为定义、描述数据库存储结构的内模式和定义、描述数据库逻辑结构的模式,也是唯一的,但建立在数据库系统之上的应用则是非常广泛、多样的,所以对应的外模式不是唯一的, 也不可能是唯一的。

        4.三级模式间的映射
            数据库的三级模式是数据库在3个级别(层次)上的抽象,使用户能够逻辑、抽象地处理数据,而不必关心数据的物理表示和存储。实际上,对于一个数据库系统而言,物理级数据库是客观存在的,是进行数据库操作的基础,概念级数据库中不过是物理数据库的一种逻辑的、抽象的描述(即模式),用户级数据库则是用户与数据库的接口,它是概念级数据库的一个子集(外模式)。
            用户应用程序根据外模式进行数据操作,通过外模式——模式映射,定义和建立某个外模式与模式间的对应关系,将外模式与模式联系起来,当模式发生改变时,只要改变其映射,就可以使外模式保持不变,对应的应用程序也可保持不变;另一方面,通过模式——内模式映射,定义建立数据的逻辑结构(模式)与存储结构(内模式)间的对应关系,当数据的存储结构发生变化时,只需改变模式内模式映射,就能保持模式不变,因此应用程序也可以保持不变。

    答:
        a

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  • 达梦数据库物理结构由.ini配置文件,控制文件,数据文件,重做日志文件、归档日志文件以及用于告警和事件跟踪的各类告警日志等组成。 1、.ini配置文件 配置文件是达梦数据库用来设置功能选项的一些文本文件的集合,...

    达梦数据库物理结构由.ini配置文件,控制文件,数据文件,重做日志文件、归档日志文件以及用于告警和事件跟踪的各类告警日志等组成。
    1、.ini配置文件
    配置文件是达梦数据库用来设置功能选项的一些文本文件的集合,配置文件以ini 为扩
    展名,它们具有固定的格式,用户可以通过修改其中的某些参数取值来达成如下两个方面的功能:启用/禁用特定功能项;针对当前系统运行环境设置更优的参数值以提升系统性能。
    1) dm.ini配置文件
    是达梦数据库最基础的配置文件,数据库服务启动,读取第一个文件是dm.ini,并根据dm.ini内的各项配置参数,启动数据库实例及装载数据库,主要可以配置内容可参考官方手册。
    当dm.ini 中的某参数值设置为非法值时,若设置值与参数类型不兼容,则参数实际取值为默认值;若设置值小于参数取值范围的最小值,则实际取值为最小值;若设置值大于参数取值范围的最大值,则实际取值为最大值。
    参数属性分为三种:静态、动态和手动。
    静态,可以被动态修改,修改后重启服务器才能生效;
    动态,可以被动态修改,修改后即时生效。动态参数又分为会话级和系统级两种。会话级参数被修改后,新参数值只会影响新创建的会话,之前创建的会话不受影响;系统级参数的修改则会影响所有的会话;
    手动,不能被动态修改,必须手动修改dm.ini 参数文件,然后重启才能生效。
    主要的参数及相关的操作介绍,后续会有章节详述。
    2) dmmal.ini
    dmmal.ini 是MAL 系统的配置文件,该文件用于配置同步复制,同步的所有节点该参数文件都应该一致。
    3) dmarch.ini
    dmarch.ini用于配置本地归档和远程归档的参数,开归档功能,必须配置此参数文件。
    4) dm_svc.conf
    dm_svc.conf 文件中包含数据库各接口及客户端需要配置的一些参数,属于监听及用户接入的参数配置。
    5) sqllog.ini
    sqllog.ini用于配置sql日志参数,当dm.ini参数SVR_LOG=1时,该参数开始生效
    sql日志可记录所有连入会话执行操作的sql语句,执行状态,报错信息等。

    另外,还有dmrep.ini、dmllog.ini、dmtimer.ini用于配置数据库复制节点、逻辑日志、定时器等。

    2、控制文件
    每个达梦数据库都有一个名为dm.ctl 的控制文件。控制文件是一个二进制文件,它记
    录了数据库必要的初始信息,其中主要包含以下内容:
    1) 数据库名称;
    2) 数据库服务器模式;
    3) OGUID 唯一标识;
    4)数据库服务器版本;
    5)数据文件版本;
    6)数据库的启动次数;
    7)数据库最近一次启动时间;
    8)表空间信息,包括表空间名,表空间物理文件路径等,记录了所有数据库中使用的表空间,数组的方式保存起来;
    9)控制文件校验码,校验码由数据库服务器在每次修改控制文件后计算生成,保证控制文件合法性,防止文件损坏及手工修改。

    3、数据文件
    数据文件以.dbf 为扩展名,它是数据库中最重要的文件类型,一个数据文件对应磁盘上的一个物理文件或者达梦分布式数据库中的一个逻辑文件,数据文件是真实数据存储的地方,每个数据库至少有一个与之相关的表空间。在实际应用中,一个表空间通常有多个数据文件,一个数据文件只从属于一个表空间。
    当数据文件空间用完时,它可以自动扩展。可以在创建数据文件时通过MAXSIZE
    参数限制其扩展量,当然,也可以不限制。但是,数据文件的大小最终会受物理磁盘大小的
    限制。在实际使用中,一般不建议使用单个巨大的数据文件,为一个表空间创建多个较小的
    数据文件是更好的选择。
    数据文件在物理上按照页、簇和段的方式进行管理,关于表空间、页、簇和段的概念将在下一章《达梦数据库基础知识(一)数据库逻辑结构》中介绍。

    4、重做日志文件
    重做日志(即REDO 日志)指在达梦数据库中添加、删除、修改对象,或者改变数据,数据库都会按照特定的格式,将这些操作执行的结果写入到当前的重做日志文件中。重做日志文件以log 为扩展名。每个数据库实例必须至少有2 个重做日志文件,默认两个日志文件为DAMENG01.log、DAMENG02.log,这两个文件循环使用。
    重做日志文件的作用有三个:
    1) 记录了数据库所有ddl和dml操作。数据库主备同步,DMHS数据库同步都是从源端数据库采集重做日志或归档日志数据库,然后在目标端应用;
    2) 可以避免数据提交后直接写入数据文件。对所有数据库来说,IO操作都是最昂贵的,先将操作提交至重做日志(log buff),然后在检查点将变更批量写入磁盘(数据文件),可极大提升数据库性能;
    3) 实例恢复和介质恢复。理想情况下,数据库系统不会用到重做日志文件中的信息。然而现实世界总是充满了各种意外,比如电源故障、系统故障、介质故障,或者数据库实例进程被强制终止等,数据库缓冲区中的数据页会来不及写入数据文件。这样,在重启DM 实例时,通过重做日志文件中的信息,就可以将数据库的状态恢复到发生意外时的状态。

    5、归档日志文件
    日志文件分为联机日志文件和归档日志文件。DM 数据库可以在归档模式和非归档模式下运行。非归档模式下,数据库会只将重做日志写入联机日志文件中进行存储;归档模式下,数据库会同时将重做日志写入联机日志文件和归档日志文件中分别进行存储。
    归档日志文件,就是在归档模式下,重做日志被连续写入到归档日志后,所生成了归档
    日志文件。归档日志文件以归档时间命名,扩展名也是 log。但只有在归档模式下运行时,数据库才会将重做日志写入到归档日志文件中。采用归档模式会对系统的性能产生影响,然而系统在归档模式下运行会更安全,当出现故障时其丢失数据的可能性更小,这是因为一旦出现介质故障,如磁盘损坏时,利用归档日志,系统可被恢复至故障发生的前一刻,也可以还原到指定的时间点,而如果没有归档日志文件,则只能利用备份进行恢复。
    6、告警日志文件
    1)事件日志文件
    数据库系统在运行过程中,会在log 子目录下产生一个“dm_实例名_日期”命名的事件日志文件。事件日志文件对数据库运行时的关键事件进行记录,如系统启动、关闭、内存申请失败、IO 错误等一些致命错误。事件日志文件主要用于系统出现严重错误时进行查看并定位问题。事件日志文件随着数据库服务的运行一直存在。事件日志文件打印的是中间步骤的信息,所以出现部分缺失属于正常现象。
    2) SQL 日志文件
    用户在dm.ini 中配置SVR_LOG 参数后就会打开SQL 日志。
    SQL 日志内容包含系统各会话执行的SQL 语句、参数信息、错误信息等。跟踪日志主要用于分析错误和分析性能问题,基于跟踪日志可以对系统运行状态有一个分析,比如,可以挑出系统现在执行速度较慢的SQL 语句,进而对其进行优化。
    打开SQL 日志会对系统的性能会有较大影响,一般用于查错和调优的时候才会打开,默认情况下系统是关闭跟踪日志的。
    3) 逻辑日志文件
    如果在数据库上配置了复制功能,复制源就会产生逻辑日志文件。逻辑日志文件是一个流式的文件,它有自己的格式,页,簇和段的管理之下。
    逻辑日志文件内部存储按照复制记录的格式,一条记录紧接着一条记录,存储着复制源端的各种逻辑操作。用于发送给复制目的端。
    4) 物理逻辑日志文件
    物理逻辑日志,是按照特定的格式存储的服务器的逻辑操作,专门用于DBMS_LOGMNR包挖掘获取数据库系统的历史执行语句。当开启记录物理逻辑日志的功能时,这部分日志内容会被存储在重做日志文件中。

    知识来源:https://eco.dameng.com

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  • 2、 一个文件在磁盘上占有一定的物理存储空间,文件中的每个逻辑记录被映射存储到某个特定的磁盘块上,一个文件在物理上可以看作是由存放文件记录的一系列磁盘块组成,称为物理文件;3、 文件的逻辑记录与磁盘间的映....

    2015计算机四级考试《数据库》知识:数据库的物理结构

    1 数据库的物理结构

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    1、 数据库中的应用数据是以文件形式存储在外存上的,文件在逻辑上被组织成记录的序列,即每个DB文件可看作是逻辑记录的集合;

    2、 一个文件在磁盘上占有一定的物理存储空间,文件中的每个逻辑记录被映射存储到某个特定的磁盘块上,一个文件在物理上可以看作是由存放文件记录的一系列磁盘块组成,称为物理文件;

    3、 文件的逻辑记录与磁盘间的映射关系是由操作系统或DBMS来管理的,当需要对一个文件的逻辑记录进行操作时,先要根据这种映射关系找到该逻辑记录所在的磁盘块,然后再进行操作。

    4、 从数据库物理结构角度需要解决如下问题:

    (1) 文件的组织;

    (2) 文件的结构;

    (3) 文件的存取;

    (4) 索引技术;

    6.1.2 文件组织

    1、 数据库与文件的对应关系

    (1) 在外存中,数据库以文件形式组织,文件由逻辑记录组成,记录由多个域组成;

    (2) 一个关系数据库包括一张或多张关系表,关系表与文件的对应关系有如下方式:

    (A) 每张关系表单独用一个文件来存储,由DBMS通过OS的文件管理功能来管理;

    (B) 现代中大型DBMS是由OS直接分配一块大的磁盘空间,DBMS将该磁盘空间作为数据库磁盘文件直接管理,DB的所有关系表都存储在该文件中;

    (1) 关系表在逻辑上由一系列元组组成,元组由多个属性组成,每个元组可以用磁盘文件中的一个逻辑记录来存储,记录包括多个域,对应元组的多个属性;

    2、文件记录格式:

    (1) 数据库文件通常采用两种逻辑记录格式:定长记录格式和变长记录格式;

    2 文件结构与存取

    1 堆文件

    1、 堆文件也称无序文件,记录随机在存储在文件物理空间是,新插入的记录存储在文件的末尾;

    2、 堆文件常常用作存储那些将来使用,但目前不清楚如何使用的记录,为了实现文件记录的有效存取,堆文件经常与附加的存取路径一起使用;

    3、 查找操行平均需要搜索(B+1)/2个磁盘块,效率比较低;

    4、 插入操作十分简单,先读文件头,找到最末磁盘地址,将最末磁盘块读入内存,将需插入的新记录写入磁盘块的.末端,最后将修改过的磁盘块写回磁盘;

    5、 删除比较复杂,可以先找到被删除记录所在的磁盘块,读入内存后在内存缓冲区删除记录,最后再写回磁盘;也可以在每个记录的磁盘空间增加一个删除标志位,当需要删除记录时,将标示位置1;

    2.2 顺序文件

    1、 顺序文件按照文件记录在查询码上的取值的大小顺序排列各个记录;

    2、 顺序文件的每个记录中有一个指针字段,根据查询码大小用指针将各个记录按序连接起来;

    3、 文件建立时,应尽量使记录的物理顺序与查找码的顺序一致,以减少访问磁盘块的次数;

    4、 根据查询条件对顺序文件进行查询时,如查询条件定义在查找码上,则使用二分法查找技术快速找到记录,如条件不在查找码上,则必须从头到尾依次扫描磁盘块,与堆文件一致,所以顺序文件的访问效率也不高;

    5、 顺序文件插入工作包括定位和插入:

    (1) 定位:在指针链中找到插入的位置,即插入记录在哪个记录的前面;

    (2) 插入:如有自由空间,则在该位置插入新记录,如没有自由空间,则只能插入溢出块中,重新调整记录指针链关系,保证记录顺序;

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关系数据库没有物理存储