数据库原理与应用课件(数据库物理设计,系统运行与维护).ppt

数据库原理-第九课,1.数据库物理设计 2.系统维护与运行,1.数据库物理设计,物理设计任务：使逻辑结构在物理上得到实现，建立性能良好（读写速度快，空间利用率高等）的存储在介质上的数据库 1.选择存储结构 2.确定数据存放位置 3.存取路径,1.1选择存储结构,为保证数据的持久性，数据需要存储在磁盘和磁带等永久性介质中。 查询需要访问某一记录，首先必须读入内存，磁盘的访问速度与内存相差56个数量级。 为提高性能，DBMS使用一部分内存缓存常用数据，内存数量有限，要对其进行缓冲区管理。,1.1.1介质分类,现代计算机体系结构中，介质按照容量、访问速度等技术指标分成三部分 底部：容量大，价格低，速度慢 顶部：速度快，价格高，容量小,不同介质在保持数据的持久性上不同 挥发性介质：内存等一级存储介质，只在运行是保存数据，断电数据就消失。 持久性介质：磁盘、磁带等二、三级存储介质，断电后还能保持数据的有效性 程序运行期间可以使用一级存储介质数据 数据库数据必须保存在二、三级存储介质,1.1.2.磁盘,磁盘位于三级存储层次的第二级，相对容量较大，速度适中，是典型存储介质,磁盘逻辑,逻辑上看，一个盘面被划分成很多个间距很小的同心圆，叫做磁道 不同盘面上相同直径的磁道组成柱面 磁道划分成扇区（典型容量为512Byte） 扇区两种组织形式：每个磁道划分成相同数目的扇区，数据密度不同；不同数量的扇区，数据密度相同,磁盘I/O的性能,读写数据通过读写头完成，过程： 1. 移动磁盘臂，直到读写头位于数据所在的磁道正上方，具有寻道时间 2. 通过盘片旋转，使得读写头位于所读写数据的正上方，具有旋转时间 3. 读写头读取或写入数据，具有传输时间,访问时间=寻道时间+旋转时间+传输时间 寻道时间 与读写头所移动的距离成正比，典型值为几毫秒 旋转时间 是随机的，按照180度来计算，通常需要510毫秒 传输时间 才是与数量量相关的，典型值为几十M每秒,磁盘臂调度算法,规划多个读写请求服务顺序来减少总移动量，缩小读写磁盘的平均寻道时间。 电梯算法： 1.磁盘臂由里向外移动，完成读写请求 2.磁盘臂由外向里移动，完成读写请求 有固化在磁盘硬件中的驱动程序完成，该算法是衡量磁盘生产厂商的实力标准之一。,数据预存和按块传输,额外消耗（寻道时间+旋转时间）固定，因此读取少量的数据比读写大量的数据效率大大降低。 数据预存技术：读取指定数据的同时也预先读取与之相邻的一定范围内的数据，磁盘读写的最小单位是块，按块传输。不同文件系统的块的大小不固定，目前典型的块18KB之间,缓冲区管理,DBMS在执行查询时，首先将数据读入内存，由于磁盘和内存之间的访问速度相差56个数量级，如果每次数据访问都读写磁盘，必然使DBMS性能下降。而大量的数据暂存在内存中，内存量有限。 为解决这类问题，DBMS在内存开辟专用空间，称为缓冲区。,缓冲区,磁盘块,磁盘块,磁盘块,磁盘块,磁盘块,磁盘块,缓冲区,缓冲块,空闲位 用一个位表示缓冲块是否空闲，每个非空闲的缓冲块对应磁盘上的一个块，空闲位可以写入新的数据 脏位 用一个位来表示缓冲块中内容是否曾被修改，在被替换是需要写入磁盘，进行持久性存储 PIN值 防止替换正在处理的块；指定某些块常驻内存,缓冲区替换策略,缓冲区不足以容纳数据库中所有的数据，在缓冲区满的状况下，需要将PIN值为0的块替换出去。 如何选择被替换的块，将影响数据库运行中进行磁盘I/O的频率 最广泛的替换策略是 最近最少使用（LRU）替换策略,原理：系统未来对数据的访问由系统过去的访问情况预知，过去很少被访问的数据块，将来也不大可能被访问 SAMPLE：四个缓冲块，初始为0，依次访问1 4 8 1 5 2 3 2 4，LRU后的情况如下,4,4,8,1,8,1,5,1,5,2,1,5,3,5,3,2,1 4 8 1 5 2 3 2 4,记录的存储,数据库的数据按记录的形式加以组织，一条记录描述数据库的一个实体。由多个字段构成，每个字段描述实体的一个属性。 实体的属性有不同的域，记录的字段有不同的类型，整形、浮点型、日期型等存储空间不变，叫定长类型 变长字符串和文本，空间由实际的值决定，称为变长类型 记录分为：定长记录、变长记录,记录的内部格式,定长记录内部结构 变长记录内部结构,字段1 L1,字段2 L2,字段3 L3,字段4 L4,。,字段N LN,偏移0,偏移L1,L1+L2,字段1,$,字段2,$,字段3,$,字段4,$,字段5,$,字段1,字段2,字段3,字段4,字段5,记录的块格式,块是内外存交互的单位，记录必须存储在块中，一个块存放多条记录。块大小为B，记录长度为R，每块中有B-fR浪费。 若记录跨块存储，会导致多次磁盘I/O操作,记录1,记录2,记录3,头结构,使用中的项,未使用的项,超长记录的跨块存储,为了提高磁盘空间的利用率，允许记录跨块存储，块在物理上不连续，因此需要用一个链表维护同记录的不同部分。,文件的组织方式,顺序文件 按顺序读取记录，效率高。同时进行二分查找，性能上有很大的提高,文件的组织方式,聚集文件 允许多个表中记录存储在一个文件中，插入记录方便,2.DBMS设计,经过系统分析，概念逻辑物理设计后，使用熟悉的设计语言。 设计语言：面向过程的结构化程序设计方法；面向对象的事件驱动程序设计方法 程序编码结束，进行调试。整体测试，是否完成了系统分析时的要求。 Visual Foxpro为面向对象的设计语言,3.DBMS运行和维护,数据库维护分如下工作： 1.数据库的安全性、完整性控制和转储恢复 2.数据库性能的考核、分析和改进 3.数据库重组织和重构造 重组织：空闲空间回收，数据重排列 重构造：修改原设计的关系模式 构造变化过大时，需要结束软件的生命周期，重新设计数据库,4.主流DBMS设计语言,JAVA语言发明已有10年历史,在IBM、SUN等公司的推动下已经比较稳定与成熟，获得了大规模企业的普遍应用。时至今日，J2EE已经发展成为一个覆盖面广，效率高，易用性强的技术平台，吸引了400万开发者，在网络技术遍及全球的的今天，更有17.5亿台设备使用JAVA技术. 跨平台性是最大的优势，于2010年被ORACLE收购。 .NET则是微软公司目前主推的开发平台,是微软未来操作系统以及长远战略的基础。.NET的技术相对简单，入门较快。由于.NET拥有易学易用、开发迅速的特性，随着它的成熟和完善，使其受到越来越多企业的青睐。.NET在国内也取得了惊人的发展 众多企业纷纷采用.NET作为企业应用开发技术与平台，使用.NET项目之企业数量快速增长，甚至与JAVA一样被银行业、电信业所采用。,5.ASP.NET MVC介绍,模型(用M表示)：模型是负责表现底层数据库模式的业务对象，容纳MVC应用程序的数据/状态。 视图(用V表示)：视图指的是应用程序的UI，在