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Last update: Oct.2009 Lecture Notes - Principles of Databases Systems. By Zhuoming Xu 第1部分 数据库系统引论 第5章 数据库的存储结构 2009. 10 目录 Contents 5.1 数据库存储结构 多级存储 物理结构 逻辑结构 5.2 关系数据库中表的典型存储机制 索引 散列 簇集 5.1 数据库存储结构 一、多级存储 目前，用内存作为数据库的存储介质是不合适的。 内存的容量尚不够存储全部的数据； 内存一般属易失存储器(Volatile Storage)，不适合用来存储持久数据 内存存储单位数据成本要比外存高得多 因此，主要采用多级存储器。 二级存储：内存－外存 三级存储 5.1 数据库存储结构 三级存储结构 第一级：主存储器 (main memory) 高速缓冲存储器 (cache) 主存储器 (memory) 第二级：磁盘存储器(secondary storage) 也称为：二级存储器 或 次级存储器。 第三级：辅助存储器(tertiary storage) 磁带存储器 自动光盘机 是一种辅助存储设备，也称三级存储器。 5.1 数据库存储结构 5.1 数据库存储结构 5.1 数据库存储结构 磁盘的I/O操作：首先根据给出的物理块地址定位，然后读/写指定磁盘块上的数据，其存取时间开销包括： 活动头的移动时间－寻道时间 磁盘片的旋转定位时间－等待时间 读/写数据时间－传输时间 物理块是磁盘与内存进行数据交换的基本单位，因此物理块的大小是设计DBMS的重要参数。 5.1 数据库存储结构 磁盘的存取速度与内存的存取速度不匹配，为了有效地支持数据库的数据读写、提高数据库性能。为此， DBMS必须在内存开辟若干大小等于物理块的缓冲块或缓冲区(Buffers)，并采用数据预取(Prefetching)和延时写(Delayed Writing)技术，减少 I/O操作。 即使外存（通常是硬盘）是非易失存储器，当系统（包括：OS、数据库系统本身、存储介质等）发生故障时，数据库不可避免地会遭受破坏，因此DBMS必须提供数据后备 (Backuping)功能。 5.1 数据库存储结构 二、物理结构 数据库以多个文件(Files)的形式进行组织，并物理地存储于硬盘介质上。存储空间及文件由DBMS的存储管理器进行管理。(OS的存储管理和文件系统可为DBMS提供底层支持)。 通常，一个数据库有三种文件： 数据文件(Data Files)： 用于存储数据库中的数据与元数据，一个数据库对应一个或多个数据文件。 日志文件(Log Files)： 用于保存用户存取数据库的日志记录，一个数据库对应一个或多个日志文件。 控制文件(Control Files)： 用于保存与数据库有关的若干参数(如：数据库名、数据库数据文件和日志文件的名字和位置，数据库的建立日期等)，一个数据库对应一个控制文件。 5.1 数据库存储结构 5.1 数据库存储结构 三、逻辑结构 数据库用户并非直接与数据库的物理结构(物理存储介质或物理文件)打交道，DBMS的存储管理器提供了物理←→逻辑的映像(Mapping)，使得用户直接面对数据库的逻辑结构。 逻辑结构涉及两个方面： ①数据库的存储空间如何逻辑地划分与组织（即逻辑存储空间）； ②用户如何使用数据库的数据（即用户模式及其对象）。 5.1 数据库存储结构 三、逻辑结构(cont.) 逻辑存储空间：（以Oracle为例介绍） 表空间(Table Space)：数据库的逻辑存储单位。一个数据库可包含一个或多个表空间；一个表空间可跨越多个磁盘分配。一般地，在数据库初始化时，系统总是自动建立一个缺省表空间(如Oracle中的SYSTEM表空间)，DBA事后可定义其他表空间。 段(Segment)：表空间中一种指定类型的逻辑存储结构。有： 数据段：每个表/簇集有一个数据段，用于存储其中的数据。 索引段：每个索引有一个索引段，用于存储索引数据。 回滚段：由DBA建立，用于临时存储要回滚（撤消）的信息，以便事务回滚。 临时段：当一个SQL语句需要临时工作区时，由DBMS建立，用完后再回收。 范围(Extent)：一个段由一组范围组成，范围是数据库存储空间分配的逻辑单位。 数据块(Data Block)：一个范围由一组连续的数据块所组成，数据块是DBMS进行I/O的最小物理单位，其大小可不同于OS的标准I/O块大小。 5.1 数据库存储结构的特点 三、逻辑结构(cont.) 用户模式及其对象 模式(Schema): 每个数据库用户对应一个模式。 模式对象(Schema Objects): 一个模式中包含的数据逻辑结构对象。如：表，视图，索引，簇