第一章 物理設計（資料庫儲存技術）

資料庫設計主要有哪些環節？

資料庫邏輯設計後得到什麼？

二維表如何儲存？

主要學習目標

• 表記錄的儲存方式
• 表結構的儲存方式

思考問題

• 作業系統的資料操作方式，CPU、記憶體、硬碟如何進行資料傳輸的？
• 檔案系統如何儲存資料的？

一、檔案組織

討論:如何在物理儲存介質上組織資料？ 
1)資料在物理儲存(磁碟)中如何組織? 

物理設計任務：考慮用檔案表示邏輯資料模型（資料庫模式）的不同方式。

​ 一個資料庫被對映到多個不同的檔案(file) ，檔案由作業系統來管理，這些檔案被永久儲存在磁碟上！

​ 一個檔案在邏輯上被組織成記錄的一個序列，記錄被對映到磁碟塊(block)

​ 每個檔案(file)被分成定長的儲存單元-塊，塊是資料儲存和傳輸的基本單位(預設一般是4-8KB)。

​ 一個塊可以包括很多記錄(假設一個記錄總比塊小；對大資料如圖片等需單獨處理和儲存)，且一個記錄的資料不能跨塊儲存。

討論:每條記錄如何進行組織？ 
定長記錄和變長記錄各自的特點? 

定長記錄：

特點：
查詢記錄較快，但記錄更新較慢。

變長記錄：

特點：
查詢記錄較慢，但記錄更新較快。

二、（資料庫）檔案中記錄的組織

討論：如何在物理儲存介質上組織資料庫資料？  

• 堆檔案：

（一個關係表的）記錄在（一個）檔案空間中任意放置。
注：對這種組織方式，在按給定屬性值搜尋記錄時，需依次讀出所有記錄，並依次選出滿足條件的所有記錄，查詢效率低。

• 順序檔案 ：

  按一定的順序在檔案中組織記錄。

• 雜湊檔案：

  按照雜湊函式計算值存放相應記錄。

• 多表簇集檔案：

  不同關係表裡的記錄存放在同一個檔案中。

1、順序檔案組織

1) 順序檔案在邏輯上是如何組織資料庫資料(關係)的？ 
2) 順序檔案的物理儲存如何實現？

順序檔案的邏輯組織方式：
1)將關係中記錄按“某屬性/組-搜尋碼”順序排列
2)並用指標將記錄依序連線
特點：按搜尋碼搜尋的效率高。

順序檔案的物理組織方式：
1)將關係中記錄按搜尋碼次序進行物理儲存
2)採用定長記錄或變長記錄方式
3)一個記錄的資訊不能分存在兩個物理塊中

3) 順序檔案儲存的資料如何更新？

刪除和插入記錄時的開銷大(需大量移動記錄)！

改善方法(指標管理)

2、多表聚集檔案組織

4) 什麼是多表聚集檔案，物理儲存如何實現，有何好處？

多表聚集檔案組織：是指將多個關係的資料組織在一個檔案中（它們的記錄相互交織在一起）

​ 注意：實現多表聚集檔案組織，需底層作業系統配合,實現對檔案的管理(只有大型資料庫系統才支援)。

5)多表聚集檔案組織方式的優點和不足？

3、物理設計的任務

6) 實際應用中，物理設計到底做什麼？

​ 前面，介紹了大型資料庫管理系統(DBMS)支援的檔案中記錄的物理儲存方式，實際上都是由DBMS自動實現對使用者定義好的邏輯資料(關係)的自動儲存，似乎物理儲存對使用者是透明的，就像大家上機所感受的一樣。

資料庫應用設計人員還需要做物理設計工作嗎，如何做？

資料庫物理設計（應用開發中）的主要工作：
1）在定義關係模式時，需要確定採用定長還是變長記錄；
（通過確定採用的屬性型別，因有變長屬性）
2）對每個關係模式，需要確定影響記錄存放次序的搜尋碼；
（根據常用/重要的查詢要求，確定主碼或建聚集索引Cluster Index）
3）對每個關係模式，需要確定是否還需要建立輔助索引檔案；
（根據常用/重要的查詢要求，確定建哪些索引Index）
4）對具有連線條件的一組關係模式，需要確定是否採用多表聚集檔案儲存；
（根據多表連線上重要應用查詢快速訪問需要）
5）對應用的所有關係模式，需要確定應當劃分為多少個數據庫來儲存；
（根據關係模式間相關性、應用相關性、資料保密需要、資料庫備份需要等）
6）對每個資料庫，需要確定資料庫檔案存放的物理路徑（不同伺服器，不同介質）
（根據訪問效率需要、應用相關性、資料重要性等）

三、資料字典

討論：RDBMS管理什麼資料？  

1)什麼是元資料？
2)資料字典儲存什麼資訊？
3)資料字典儲存的作用？

資料庫儲存機制

討論：RDBMS元資料如何管理？  

一個簡單的ER圖示：

• 一個數據庫對應n個塊
• 一個數據庫多個表

Create database完成了什麼事情？
Create table？

這些sql語句是如何處理資料的？
Insert
Delete
Update

找到塊，插入，塊滿了，再申請一個塊
更新、刪除

Oracle的資料字典

四、資料庫緩衝區

1.資料庫緩衝區及作用

討論：資料庫緩衝區在改善資料訪問中的作用？
1)需要建立資料庫緩衝區嗎，為何能提高訪問效率？

2.資料庫緩衝區管理器

2)如何管理資料庫緩衝區？

3.緩衝區替換策略

3) 如何確定緩衝區中的無用區塊？

1、在檔案中，記錄有哪兩種方式表示，對於記錄的集合如何組織？
記錄分為定長記錄、變長記錄。
對於記錄的集合組織為堆檔案、順序檔案、雜湊檔案、多表聚集檔案。
堆檔案：一個關係表的記錄在一個檔案空間中任意放置。
順序檔案 ：按一定的順序在檔案中組織記錄。
雜湊檔案：按照雜湊函式計算值存放相應記錄。
多表簇集檔案：不同關係表裡的記錄存放在同一個檔案中。

2、什麼是元資料？元資料如何儲存？
一個關係資料庫需要維護關於關係的資料，如關係的模式等。一般來說，這樣的“關於資料的資料”稱為元資料。
關於關係的關係模式和其他元資料儲存在稱為“資料字典”或系統目錄的結構中。