DATABASE SYSTEM CONCEPTS-Chapter10 Storage and File Structure

数据库系统概念导航🚀🚀🚀

🐻‍❄️Chapter1 Introduction
🦝Chapter2 Introduction to Relational Model
🐯Chapter3 Introduction to SQL
🐱Chapter4 Intermediate SQL
🐷Chapter6 Formal Relational Query Languages
🐼Chapter7 Entity-Relationship Model
🐨Chapter8 Relational Database Design
🐻Chapter10 Storage and File Structure ⇦ 当前位置🪂

物理存储介质概述

高速缓冲存储器
主存储器
快闪存储器电源关闭也可以保存数据
磁盘存储器
光学存储器
磁带存储器

基本存储最快的存储介质（cache和主存）
辅助存储基本存储的下一层介质
三级存储or脱机存储最底层的介质
易失性存储设备断电后将丢失所有内容
非易失性存储设备断电后将不会丢失所有内容

磁盘和快闪存储器

磁盘的物理特性
- 盘片
- 磁道
- 扇区磁道写入和读出信息的最小单位
- 读写头将信息磁化存储到扇区中
- 磁盘臂所有读写头安装在上面一起移动
- 柱面所有盘片的第几条磁道
- 磁盘控制器计算机系统和实际的磁盘驱动器硬件之间的接口
- 坏扇区的重映射
- 存储区域网
- 独立磁盘冗余阵列
- 网络附加存储NAS
磁盘性能的度量
- 访问时间
- 寻道时间平均寻道时间
- 旋转等待时间
- 数据传输率
- 平均故障时间
磁盘块访问的优化
- 虚拟地址≈快号
- 一个块是一个逻辑单元，包含固定数目的连续扇区
- 顺序访问
- 随机访问
- 缓冲(buffering)：从磁盘读取的块暂时存储在内存缓冲区
- 预读(read-ahead)：当一个磁盘块被访问时，相同磁道的连续块也读入内存缓冲区
- 调度(scheduling)：电梯算法
- 文件组织(file organization)
- 非易失性写缓冲区(nonvolatile write buffer)
- 日志磁盘：用于写顺序日志的磁盘，可以减少写等待时间
快闪存储
- NOR快闪允许随机访问内存中的单个字
- NAND快闪需要将整个数据页读取到主存储器
- NAND快闪便宜，存储容量高，使用更广泛
- 闪存的写入：不能直接覆盖，先擦除再重写，擦除块
- 转换表：逻辑到物理的页面映射存储到内存的转换表
- 损耗均衡：在物理块中均匀分布擦除操作的原则，因为物理页可能擦除过多而损坏
- 混合硬盘驱动器：结合了小容量闪存存储器的硬盘系统
RAID
- 目的：存储需求增长，为了提高性能和可靠性，易于管理和操作
- 独立磁盘冗余阵列
- 冗余
  - 存储正常情况下不需要的额外信息，这些信息可用于故障时重建恢复
  - 镜像：复制每一张磁盘
- 并行
  - 数据拆分：提高传输速率的手段
  - 比特级拆分：每个字节按比特分开，存储到多个磁盘上
  - 块级拆分：将块拆分到多个磁盘上
- RAID级别
- RAID级别的选择
  - 所需的额外磁盘存储带来的花费
  - 在I/O操作数量方面的性能需求
  - 磁盘故障时的性能
  - 数据重建过程中的性能
- 软件RAID：不改变硬件层只修改软件的RAID
- 硬件RAID：具有硬件支持的RAID

第三级存储

光盘
磁带
- 数字音频磁带DAT：几个GB
- 字线性磁带DLT：10~40GB
- Ultrium：100GB
- Amp螺旋扫描磁带：330GB
- 数据传输率在每秒几到几十MB
- 自动磁带机：存放大量磁道，并有少量可用于安装磁带的动器

文件组织

一个文件在逻辑上组织成为记录的一个序列
块：每个文件分成定长的存储单元，是存储分配和数据传输的基本单位
文件头：分配有一定数量的字节，包含有关文件的各种信息
定长记录
- 假设记录大小是固定的。
- 每个文件只包含一种特定类型的记录。
- 不同的文件用于不同的关系
- 用空闲链表来存储空余空间
变长记录
- 插槽页头(Slotted page header)包含以下内容：
  - 记录条目的数量
  - 块中空闲空间的结束位置
  - 每个记录的位置和大小
- 可以在页面内部移动记录，以保持它们的连续性，中间没有空白空间；页头中的条目必须更新
- 指针不应直接指向记录，而应指向页头中记录对应的条目
文件的记录组织
- 堆文件组织：一条记录可以放在文件中的有空间的任何地方（记录无顺序）
- 顺序文件组织：记录根据其搜索码的值顺序存储
  - 搜索码是任何一个属性或者属性的集合
  - 重组：使记录在物流上顺序存放
- 散列文件组织
  - 多表聚簇文件组织：在每一块中存储两个或者更多个关系的相关记录的文件结构