存储技术与数据库物理设计

　　6.1 文件组织

　　6.1.1 数据库的物理结构

　　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;

　　6.2 文件结构与存取

　　6.2.1 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;

　　6.2.2 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;

　　6.2.3 聚集文件

　　1、 聚集文件是一种具有多种记录类型文件，存储了来自多个关系表的数据，每个关系表对应文件中的一种记录类型;

　　2、 当数据库中数据量效大时，对数据库查询需要多次访问磁盘文件，严重影响性能指标，为了降低多表操作时的磁盘访问次数，提高多表查询速度，可采用聚集文件;

　　3、 聚集文件将不同关系表中有关联关系的记录存储在同一磁盘块内，从而减少多表查询时磁盘块的访问次数，提高处理速度;

　　6.2.4 索引文件

　　是一种利用索引技术技术快速文件访问的文件组织和存取方法;

　　6.2.4 散列文件

　　是一种利用散列函数支持快速文件访问的文件组织和存取方法;