第4章数据存储与组织管理讲述.ppt

第4章 数据存储和组织管理 4.1 物理存储介质 4.1.1 存储介质的层次 4.1.2 磁盘的物理特性 （1）磁盘结构 4.1.2 磁盘的物理特性 （2）磁盘基本操作特性 磁盘读写的最小单位是扇区。但在操作系统或DBMS系统层次，磁盘读写的基本单位是磁盘块(block)。 不同系统块大小可能不同，大多数系统的块取4KB。 进行实际磁盘读写时，主存中必须有磁盘块缓冲区；在磁盘和主存之间传送一个磁盘块称为1次I/O操作。 读写一个块的时间: 寻道时间＋旋转延迟时间＋传输时间。 例4.1 假设有一个含3个盘片的硬盘，共有4个记录面，转速为4500转/分钟，盘面有效记录区域的外直径为30cm，内直径为10cm，记录位密度为250位/mm，磁道密度为8道/mm，每个磁道分16扇区，每扇区512字节。试计算： 1）磁盘的总磁道数 2）非格式化容量 3）平均速度传输速率。 例4.2 假设一种具有如下特性的硬盘：共有4个盘片，8个盘面；每个盘面有8192个磁道，每个磁道平均有256个扇区；每个扇区512个字节。试计算以下磁盘参数： 1）磁盘格式化容量。 2）若一个块大小为4096字节，求每个磁道能存放的块数。 3）如果磁盘数据区外径为3.5英寸、内径为1.5英寸， 求磁盘的径向密度。 4）假定扇区间隙占磁道长度的10%，则磁盘最内和最外磁道上的位密度分别是多少？ 5）若磁盘转速为3840转/分，即1/64秒转一周。磁头起落1次1毫秒，每移过500个磁道另加1毫秒，试计算读写一个块的平均时间。 4.1.3 磁盘故障及其处理策略 一、磁盘故障分类 磁盘故障通常有以下几种方式或类型： 间断性故障。 写故障。 部分介质损坏。 磁盘崩溃。 二、校验和技术 磁盘扇区通常会存储一些冗余位，以可帮助识别从扇区读出的内容是否正确。 最简单的校验和:是基于扇区内所有位的奇偶性。 通过增加奇偶位数，可降低检不出错误的概率。 若用n个位存储校验和,则漏检错误的概率仅为1/2 n 4.1.3 磁盘故障及其处理策略 一、磁盘故障分类 二、校验和技术 三、稳定存储技术 校验和技术能帮助检测读写故障或介质故障，但不能帮助我们纠正错误。 基于稳定存储(stable storage)的多副本策略，可能帮助我们一定程度上解决这个问题。 四、从崩溃的磁盘故障恢复：RAID技术 磁盘冗余阵列 的磁盘组织技术。 Redundant Array of Inexpensive Disks 几种常用的RAID级简介 1．RAID0级(nonredundant striping) 把数据分拆到多块磁盘并行存贮（位级拆分且没有任何冗余）。 在所有RAID级中，RAID0具有最好的写性能，但安全性最低。 2．RAID1级(mirrored disks) 为每一个磁盘配置一镜像磁盘，适合于安全性要求很高场合。有效容量利用率只有50℅，成本较高。 几种常用的RAID级简介 3．RAID2级(error-Correcting Codes错误-校正码) 采用若干数据盘拆存字节中的位(bits)，并对每个字节计算奇偶校验位，额外的校验位存储在冗余盘。 对有D个数据盘的磁盘阵列中，一次读写传输最少是D个块。较有利于传输数据量大的磁盘请求，不利于传输数据量小的磁盘请求。 4. RAID3级(Bit-Interleaved Parity位-奇偶交替) RAID2中因配置了较多的冗余校验盘，能自动解决坏盘检测问题，但也增大了代价。RAID3只使用一个冗余磁盘，即采用最低的安全性开销。 RAID2/3写操作都需要一个read-modify-write 的周期过程。 几种常用的RAID级简介 5．RAID4级(block-Interleaved Parity块-奇偶交替) 拆存单位是一个磁盘块。块级分存优点是能充分利用块设备工作特性，且能适应各种数据量传输的磁盘请求。 不论有多少个数据磁盘，RAID4只用一个冗余盘存储各数据盘中的奇偶校验数据。 6. RAID5级 是RAID4的改进。RAID4中校验数据块总是用一个固定盘来存储，而在RAID5中，校验块是交替分布在各磁盘上。 几种常用的RAID级简介 7．RAID6级(P+Q Redundancy) 使用RAID6的主要动机是：在很大的磁盘阵列中，仅能恢复一个坏盘显得安全性不足；同时出现两个坏盘，或在恢复过程中又出现坏盘的情况也必须考虑。 RAID6一般采用基于Hamming-Code编码的数据盘-校验盘组合方案，使得能同时恢复两个坏盘。 RAID6的故障恢复步骤 4.1.4 磁盘块存取的优化 在多数OS中，磁盘I/O请求是由文件系统和虚拟内存管理器产生的。 DB系统中，系统高层的页请求通