数据库的存储结构Word文档格式.docx

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●磁盘（软盘）

容量低（一般有几M，优盘多到一两百M），价格中，速度较慢，数据不易丢失（除非物理性损坏）。

一般数据库不使用磁盘。

●磁带

容量低（但可在线更换，海量），价格低，速度最慢，且要按顺序存取，数据不易丢失（除非物理性损坏）。

按速度从高到低：

内存、硬盘、USB盘（移动硬盘和优盘）、光盘、软盘、磁带。

按在线容量从大到小：

硬盘、移动硬盘、内存、光盘、磁带、优盘、软盘。

物理块：

512byte/1K/2K/4K/8K

原因：

（1）减少I/O的次数；

（2）减少间隙的数目，提高硬盘空间的利用率。

ORACLE逻辑块与物理块（init.ora中db_block_size定义逻辑块大小）

缓冲块和缓冲区（即SGA中的DataBufferCache）

延迟写（delayedwrite）技术/预取（Prefetching）技术（ORACLE中由DBWR进程完成数据的读写）

5.2记录的存储结构

5.2.1记录的物理表示

1．PositionalTechnique

2．RelationalTechnique

3．CountingTechnique

5.2.2记录在物理块上的分配

不跨块组织（unspannedorganization）

跨块组织（spannedorganization）

5.2.3物理块在磁盘上的分配

1．连续分配法（continuousallocation）

2．链接分配法（linkedallocation）

3．簇集分配法（ClusteredAllocation）

4．索引分配法（IndexedAllocation）

5.2.4数据压缩技术

1．消零或空格符法（nullsuppression）

如：

#5表示5个空格，@6表示6个零等。

2．串型代替法（patternsubstitution）

3．索引法（indexing）

5.3文件结构和存取路径

5.3.1访问文件的方式

1．查询文件的全部或相当多的记录

2．查询某一特定记录

3．查询某些记录

4．范围查询

5．记录的更新

5.3.2数据库对文件的要求

5.3.3文件的基本类型

1．堆文件（heapfile）

方便（快）：

插入

不方便（慢）：

查找、删除

2．直接文件（directfile）

按散列键访问

其它访问方式

3．索引文件（indexedfile）

按索引键访问

其它访问方式，特别是更新时要进行索引维护。

●索引项=<

索引键，地址>

●primaryindexandsecondaryindex

●nondenseindexanddenseindex

●预查找功能

设要查询年龄为20岁或2l岁的四年级学生，如果学生文件在年龄和年级属性上建有索引，则可查出年龄为20岁的学生记录的集合S20，年龄为2l岁的学生记录的集合S21，四年级学生记录的集合Ss，于是，所需的学生记录的集合S应为：

S=（S20∪S21）∩Ss

●clusteringindex

●Btreeindex

动态平衡多叉（分）树

有B+树、B*树等，数据库管理系统中常用B+树实现索引。

B+树结构：

B+树动态平衡特性：

（1）每个结点最多有2k个键值；

（2）根结点至少有—个键值，其他结点至少有k个键值；

（3）除叶结点（即顺序集结点）无子女外，对于其他结点，若有J个键值，则有J+1个子女；

（4）所有叶结点都处于树的同一级上，即树始终保持平衡。

k值一般根据块的大小确定，使得B+树的结点最大不超过一个块，即一个结点占一个块（block）。

优点：

所有记录都具有相同的访问I/O次数（即树的高度+记录本身访问的I/O次数），（若k=20，树的高度为11，则至少可表示2010=1024X1010个记录）。

缺点：

索引维护需要代价，当记录更新引起索引变化时，最差的情况可能从底层一直影响到根结点，即整个树的变动。

第六章

查询处理和优化

6.1Introduction

1．代数优化

2．物理优化

3．规则优化

4．代价估算优化

6.2代数优化

例1设有S（供应商），P（零件），SP（供应关系）三个关系，关系模式如下：

S（SNUM，SNAME，CITY）

P（PNUM，PNAME，WEIGHT，SIZE）

SP（SNUM，PNUM，DEPT，QUAN）

设有查询Q：

SELECTSNAME

FROMS，P，SP

WHERES.SNUM=SP.SNUM

ANDSP.PNUM=P.PNUM

ANDS.CITY=‘NANJING’

ANDP.PNAME=‘BOLT’

ANDSP.QUAN>

10000；

代数优化的大致过程：

1．以SELECT子句对应投影操作，以FROM子句对应笛卡儿乘积，以WHERE子句对应选择操作，生成原始查询树。

2．应用变换原则

（2）、（6）、（7）、（9），尽可能将选择条件移向树叶方向。

3．应用连接、笛卡儿乘积的结合律，按照小关系先做的原则，重新安排连接（笛卡儿乘积）的次序。

4．如果笛卡儿乘积后还须按连接条件进行选择操作，可将两者组合成连接操作。

5．对每个叶结点添加必要的投影操作，以消除对查询无用的属性。

6.3依赖于存取路径的规则优化

6.3.1选择操作的实现和优化

1．相关因素

●选择条件

●可用的存取路径

●选取的元组数在整个关系中所占的比例有关

2．实现方法

（1）对于小关系，不必考虑其他存取路径，直接用顺序扫描。

例如对于六个物理块大小的关系，如果顺序搜索，则平均的I/O次数为3，不值得采用其他存取路径。

（2）如果无索引或散列等存取路径可用，或估计中选的元组数在关系中占有较大的比例（例如大于20％）且有关属性上无族集索引，则用顺序扫描。

（3）对于主键的等值条件，最多只有一个元组可以满足此条件，应优先采用主键上的索引或散列。

（4）对于非主键的等值条件，要估计中选的元组数在关系中所占的比例。

如果比例较小（例如小于20％），可以用无序索引，否则只能用簇集索引或顺序扫描。

（5）对于范围条件，一般先通过索引找到范围的边界，再通过索引的顺序集沿相应方向按索，例如对于条件Sage＞20，可先找到Sage＝20的顺序集结点，再沿顺序集向右搜索。

若中选的元组数在关系中所占比例较大，且无有关属性的簇集索引，则宜采用顺序扫描。

例如对于条件Sage＞15，因为大学生绝大部分是大于15岁的。

（6）对于用AND连接的合取选择条件。

若有相应的多属性索引，则优先采用多属性索引。

否则，可检查诸合取条件中有无多个可用二次索引的，若有，则用预查找法处理。

即通过二次索引找出满足各合取条件的tid集合，再求这些tid集合的交集。

然后取出交集中tid所对应的元组．并在取这些元组的同时，用合取条件中的其余条件检查。

凡能满足所有其余条件的元组，即为所选择的元组。

如果上述途径都不可行，但合取条件中有个别条件具有规则（3）、（4）、（5）中所述的存取路径，则可用此存取路径选择满足此条件的元组，再将这些元组用合取条件中的其他条件筛选。

若在诸合取的条件中，没有一个具有合适的存取路径．那只有用顺序扫描。

（7）对于用OR连接的析取选择条件，尚无好的优化方法，只能按其中各个条件分别选出一个元组集，再求这些元组集的并。

众所周知，并是开销大的操作，而且在OR连接的诸条件中，只要有一个条件无合适的存取路径，就不得不采用顺序扫描来处理这种查询。

因此，在查询语句中，应尽量避免采用析取选择条件。

（8）有些选择操作只要访问索引就可得到结果，例如查询索引属性的最大值、最小值、平均值等。

在此情况下，应优先利用索引、避免访问数据。

6.3.2连接操作的实现和优化

1.嵌套循环（nestedloop）法

RR.A=S.BS

外关系（outerrelation）

内关系（innerrelation）

2.利用索引或散列寻找匹配元组法

3.排序归并（sort-merge）法

下面是选用连接方法的启发式规则。

（1）如果两个关系都已按连接属性排序，则优先用排序归并法。

如果两个关系中已有一个关系按连接属性排序，另一个关系很小，也可考虑对此未排序的关系按连接属性排序，再用排序归并法连接。

（2）如果两个关系中有一个关系在连接属性上有索引（特别是簇集索引）或散列，则可令另一关系为外关系，顺序扫描，并利用内关系上的索引或散列寻找其匹配元组，以代替多遍扫描。

（3）如果应用上述两规则的条件都不具备，且两个关系都比较小，可以应用嵌套循环法。

（4）如果

（1）、

（2）、（3）规则都不适用，可用散列连接法。

6.3.3投影操作的实现

6.3.4集合操作的实现

6.3.5组合操作