第6章数据物理组织与索引 重点

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第六章 1 定长记录
就是每条记录都是占用一定长度的字节数。记
录的排列也就是一张表格每行有相同的长度，以
一行为单元进行增加删除等修改操作。
Sn1 Sn2 Sn3 Sn4 000001 000002 000003 000004 甲 乙 丙 丁 162015/12/28
第六章
Snum 0903330001 Cnum C002 Score 53
丢失。
硬磁盘的特性：
6
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第六章
①硬磁盘的物理特性
硬磁盘的总容量为：
盘面数目×每盘面的磁道数×每磁道的盘块数×每盘块的字节数
磁盘是一种直接存储设备，可随机读写任一盘块。 盘块地址的形式是：
柱面号 磁头号 盘块号
图6.1
磁盘块地址形式示意图 7
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第六章
②磁盘的性能指标
为分布式软件的主要存储介质，可存储音频、 图像一类的数据 。
目前流行的光存储器是光盘只读存储器
(CD-ROM) 和 数 字 视 频 光 盘 只 读 存 储 器 （DVD-ROM）。 122015/12/28
第六章
6 快擦写存储器（Flash Memory）

快擦写存储器又称为“电可擦可编程只读存储
392015/12/28
第六章
图6.11
聚集文件例子
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第六章
4. HASH 文件
哈稀 (HASH) 文件又称为散列文件，是一种
支持快速存取的文件存储方法。
查 找 键 集 K
桶 地 址 集 B
主 文 件 记 412015/12/28 录
第六章
6.3 索引技术
K1
K2
K3 A(RK3)
度倍数，则必然在读这样的记录时要访问两个块。
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第六章 删除方法
1) 删除记录后，把记录依次上移。
缺点移动次数过多。
2) 把最后的记录补到删除的位置。
只需移动一次。
以上两个方法都需要移动结点，操作不灵
活，处于灵活的考虑必然会想到指针，就是第
三种方法。
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第六章 3) 把删除的结点用指针链接起来
主存储器简称为主存,或内存 。主存中的数
据在掉电或系统崩溃时,会全部丢失。 5
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第六章 3. 磁盘存储器（Magnetic-Disk Storage）
磁盘是目前最常用的外部存储器,由磁性材料
制成,数据存储在磁盘表面。
磁盘是一种大容量的可直接存取的外部存储
设备。在掉电或系统崩溃后,仍能保持数据不
第六章
图6.8
固定块和溢出块结构
322015/12/28
第六章
6.2.2
文 件 结 构
文件中记录的组织方式有无序文件、有序文
件、聚集文件和HASH 文件四种。
1.无序文件
无序文件也称为堆文件．无序文件的操作比
较简单，但查找效率比较低．
无序文件的删除操作比较复杂，常用的方法
主要有以下三种： 332015/12/28
它是利用一台磁盘阵列控制器来统一管理和
控制一组 ( 几台到几十台 ) 磁盘驱动器，组
成一个高度可靠的、快速的大容量磁盘系统。

实现途径有两个：
数据重复存储 和通过并行提高数据传输速度
RAID 按照其基本特性，可分为八级 。
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第六章
4 磁带
磁带是一种顺序存储设备 ,即磁带只能顺序访问，
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第六章
2. 有序文件
有序文件是指记录按某个（或某些）域的值的
大小顺序组织，一般最为常用的是按关键字的 升序或降序排列，即每个记录增加一个指针字 段，根据主键的大小用指针把记录链接起来。
文件中每个记录增加一个指针字段，根据查找
键的大小用指针把记录连接起来。 352015/12/28
织有两种方式，一种是把文件看成无结构的 流式文件，另一种是把文件看成有结构的纪 录式文件。记录式文件分为定长记录和变长 记录。 142015/12/28
第六章
6.2.1 文件组织方式
一个文件有逻辑地组织成为记录的一
个序列，这些记录映射在磁盘上，通 常把文件是为记录的集合。 本节讨论逻辑文件中的记录在物理文 件中如何实现。 文件记录分为两种：定长记录格式和 变长记录格式。
Snum 0903330001 0903330002 0903330004 0903330005 Cnum C002 C004 C001 C001 Score 53 75 85 92 Cnum C004 ︿ ︿ C003 Score 89 ︿ ︿ 76 Cnum C005 ︿ ︿ ︿ Score 65 ︿ ︿ ︿
3
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第六章
6.1数据库存储设备
计算机中存储介质主要包括两类 , 一级
存储器和二级存储器（外存）。
根据访问数据的速度 、 成本和可靠性 , 存储介质可分成以下六类: 4
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第六章 1．高速缓冲存储器（Cache）
简称为“高速缓存”，也就是一般说的Cache。
Cache访问速度快，但贵，容量小。 2. 主存储器（Main Memory）
第六章
字节串表示形式缺点：
①
②
每条记录长度不一，被删除后的位置难于使用。
记录要增长很难 。

“分槽式页结构”：每块的开始设置一个“块
首部”，包含以下信息：块中的记录数目，指向
块中自由空间尾部的指针，登记每个记录近的开
始位置和大小的信息。
第六章
图6.5 分槽式页结构
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第六章
第六章
图6.9
顺序文件 362015/12/28
第六章

有序文件操作 删除：只需修改指针即可。同定长记录的方法三 插入： 1）定位：找到要插的位置。按查找键的顺序 2）插入：在找到记录的块内，如果自由空间有 空闲纪录，那么插入；若没有就插入到溢出块中。
在初始的时候，可以保持无力顺序和查找键的顺序
图6.6
变长记录的预留空间表示形式 292015/12/28
第六章
2）指针技术

解决记录长度差很大的方法，省去过多的
空间浪费。

每个定长记录后面增加指针指向在上一方 法中可以合并为同一记录的其他记录。

被指向的整体成为溢出块。
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第六章
图6.7 变长记录的指针表示方式 312015/12/28

不跨块方式： 一个数据块只包含若干完整记录，
不足以容纳一个记录的零头空间放弃不用。

跨块方式： 允许一个记录跨在不同数据块。这种
组块方式虽然可节省空间，但实现比较困难，用得 较少。 9
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第六章
④廉价磁盘冗余阵列

(Redundant Array of Inexpensive（或Indscendent） Disks，简称RAID)
器”，快闪存在掉电后仍能保持数据不丢失。

快闪存的缺陷是只能支持有限次擦写。而且不
能直接重写，必须先擦去整组存储器的内存，然
后再写数据进去。 132015/12/28
第六章
6.2
文
件
外存中，数据库以文件形式组织，而文
件又是由记录组成。文件结构由操作系统的
文件系统提供和管理。从文件的组织形式看，
分为逻辑结构和物理结构两种。逻辑文件组
（2） 变长记录的定长表示形式
1）预留空间技术

取所有记录中最长的一个记录的长度作
为存储空间的记录长度，来存储变长记录。
对于预留空间，仍如同定长格式的表格状。

缺点：如果每个记录的差别很大，就会造
成大量空间的浪费。 282015/12/28
第六章 例如图 6.4 的字节串表示形式可以用图 6.6 的 预留空间技术实现。该方法一般在大多数记录的长 度接近最大长度时才使用，否则使用时空间浪费很 大。
第六章 （ １）首先找到被删记录所在的磁盘块，然后读
到主存缓冲区，在缓冲区中删除记录，最后把 缓冲区内容写回到磁盘文件． （２）在每个记录的存储空间增加一个标志位， 标识记录删除与否，一般该标志常为空。删除 一个记录时，将此记录的标志位置“1”, 以后查
找记录时跳过有该标志的记录。
（３）常用于定长记录文件，删除一个记录时， 总是把文件末尾记录移到被删记录位置。
磁盘的性能用磁盘的容量、存取时间、数 据传输速度和可靠性四个参数衡量。
③ 内外存间的数据交换
访问的数据不在主存时 , 需通过外存加 载，所以内外存间要频繁地进行数据交换， 每交换一次数据，就称为一次 I/O 操作。 8 2015/12/28
第六章 数据块的长度不一定恰好等于记录的整数倍，通 常有两种 组块方式 ：
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第六章

如上图每条记录包含姓名、学号、班级三条信息。 在每条记录中对应的信息占相同的字节数，所以每 条记录的长度一定，构成了一个含有四条记录的定 长记录的文件。

存在的两个问题： 个位置；
① 删除：删除后是在其位置补充一个记录还是忽略这
② 长度：若物理上每个块的大小不等于每个记录的长

首先，文件增设“文件首部”，其中有一个指针指向
第一个被删除的记录位置，所有被删除记录的位置都用指 针链接起来，构成“空闲记录链表”。

缺点：这些被指针链接的记录被称为“被拴记录”，
若被删记录被删掉，则指向记录的指针称为“悬挂指针”， 所指空间称为“垃圾”，也就是别人无法使用而又被空闲 着。
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一致，以提高速度，若多次操作后变化很大，有必 要重新组织一次。 372015/12/28
第六章
3. 聚集文件
文件允许一个文件有多个关系的记录组成，
即记录类型文件。 例：可以把有关一个人的全部记录信息放在相
邻的位置，按人查找信息时就会很方便。
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第六章
图6.10 插入一个记录后的顺序文件
第六章
wk.baidu.com
插入方法
可以根据删除的方法而定，直接插入尾部，或插
到空位置。
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第六章
2
变长记录
实际应用中定长记录格式文件较多 , 但为了增强文
件的灵活性 , 在数据库系统中，有时需要文件中的
记录是变长格式。
变长记录的表示有字节串形式和定长形式两种。
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第六章
（1）变长记录的字节串表示形式
①尾标志法 把每个记录看成连续的字节串，然后在每 个记录的尾部附加 “ 记录尾标志符 ” （∧）, 表明记录结束。图 6.2 的定长记录文 件可以用图 6.4 的格式表示。
② 记录长度法
记录的开始加一个记录长度的字段来实现，
读取数据时以此作为记录结束与否的标志。
不能随机访问。
主要用于数据备份或数据归档。
磁带的可靠性较好，主要有两大用途：

作为磁盘的后援存储器，存储数据库文件 用来存储磁盘上存储不了的大型数据库文
的副本 件 , 数据库中不常用的数据库文件或历史数据可 以存储在磁带上。
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第六章
5 光存储器
光存储器是多媒体信息的主要存储设备，作
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第六章
Snum 0903330001 0903330002 0903330004
Cnum C002 C004 C001
Score 53 75 85
Cnum C004 ︿ ︿
Score 89
Cnum C005
Score 65 ︿
0903330005
C001
92
C003
76
︿
图6.4 变长记录的字节串表示形式 252015/12/28
0903330001
0903330001 0903330002 0903330004 0903330005 0903330005
C004
C005 4 C004 C001 C001 C003
89
65 75 85 92 76
图6.2
定长记录的文件 172015/12/28
第六章
图6.3
删除记录2，5，7后的文件结构
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第六章
2.稀疏索引
… …
Kn A(RKn)
A(RK1) A(RK2)
图6.16.索引结构
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第六章
图6.13
学生关系索引方式
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第六章
索引的组织方式主要有线性索引和树形索引两类 。
6.3.1
线性索引
线性索引可分为稠密索引和稀疏索引两种。
1.稠密索引
对主文件中每一个查找键值都建立一个索引记号 优点 :查找、更新数据记录方便, 存取速度快 缺点 :索引项多, 索引表大, 空间代价大 .
数据库系统原理
SHUJUKU XITONG YUANLI
中国计量学院信息学院
China Jiliang University 2011
SHUJUKU XITONG YUANLI
第六章
数据物理组织与索引
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2015/12/28
第六章
主要内容
6.1 数据库存储设备

6.2 文件
6.3 索引技术