最新-一个内存数据库模型的设计与实现-PPT文档资料
空间数据库设计PPT课件
从一个类产生其子类的操作称为特化，反过来，从类产生超 类的操作成泛化。特化和泛化互为反操作。
另外，同一实体类型若干子类之间可能相交，也可能不相交 ，这取决于子类本身的定义。
土地利用
建筑物
d
o
图斑 线状地物 零星地物
住宅
农庄
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3）ER模型的操作：在利用ER模型进行数据设计 时，常常要对ER图进行各种变换，即ER模型的 操作。这些操作包括实体类型、联系类型各种 属性的分裂与合并、增加与删除、转位等。
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假设Li（i=1，2，…，n）为任一数据层，则一幅 完整的地图。L=L1∪L2 ∪…∪Ln，数据层L数据分层可以按①专题，②时间，③垂直高度等 方式来划分。
• 专题分层就是根据一定的目的和分类指标对底图 上专题要素进行分类，按类设层，每类作为一个 图层，对每一个图层赋予一个图层名。分类可以 从性质、用途、形状、尺度、色彩等五个方面因 素考虑。
一、空间数据库设计概念
• 数据库设计：
– 数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最 优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之 能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求 （信息要求和处理要求）
• 空间数据库设计：
– 空间数据库的设计是指在现在数据库管理系统的基 础上建立空间数据库的整个过程
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ER模型（ Entity Relationship Model）
ER模型即实体联系模型，它是概念设计的主要方法 和最常用的表达形式。
ER模型可以形象地用图表表示，称为ER图。 在ER图中，以矩形框表示实体类型，用椭圆表示实 体类型和联系类型的属性，所有类型和属性都以相应 的名称记入框内。联系类型和相关实体类型间以直线 相连，并在直线的两端标明联系的种类（?）。
第6章--数据库存储结构PPT课件
大约8～20 ms。
这两个时间平均在7～30 ms之间。
2021/3/12
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第6章 数据库存储结构
数据传输速度是指在磁盘上读写数据的速度，每
秒可达5 MB/S，800Mb/S 。
磁盘的可靠性是指磁盘的故障率。一般可以保证 磁盘在3～8万小时内不出故障。
2021/3/12
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第6章 数据库存储结构
跨块方式：即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。
以上提到的数据块的大小及组块方式，都是 DBMS设计者安排和实现的，不同系统设置都不一 样。
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第6章 数据库存储结构
4． 光存储器 光存储器是多媒体信息的主要存储设备，可存
② 先来先出(FIFO)替换策略
基本思想：将最先进入缓冲区中的块换出。
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第6章 数据库存储结构
6.3 记录的存储
1.记录的内部格式(课本100页) 定长记录: 变长记录：分割符、记录首部的偏移量。 2.块格式 块因子：f 块结构： 3.数据文件的重整 在文件范围的重整和块内重整 4.超长记录和记录的跨块存储 防止空间浪费、记录的长度超过块的大小。
储音频、图像一类的数据，同时已作为电子出版物 被公众广泛使用。光存储器是光盘只读存储器 （CD-ROM），其容量达到650MB，是软磁盘容量 的数百倍。CD-ROM驱动器的搜索时间为250ms， 旋转速度为400转每分钟，数据传输速度为150 KB/s。 其运行性能均低于磁盘设备。
还有DVD-ROM
删除一个记录平均要移动文件中的一半记录。 (2) 把文件中最后一个记录填补到被删记录位置。 相对上一种方法， 这种方式移动量较少。
数据仓库设计ppt课件
¨ 元数据库是数据仓库的灵魂。没有元数据库， 用户就无法对数据仓库数据进行良好的定义、组 织和管理。
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变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分
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变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分
¨ （2）数据仓库与业务处理系统的接口设计 在确定了数据仓库的数据源以后，就需要考虑
数据仓库与作为数据源的业务处理系统的接口设计。
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变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分
¨ （1）拷贝中间件，主要有如下4种： ¨ A.代码发生器。 ¨ B.数据复制工具。 ¨ C.数据泵。 ¨ D.广义数据获取工具和设备。
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变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分
¨ （2）用于数据库访问的网关中间件：主要用于解 决数据仓库与数据源和客户端之间的网络协议不 同所造成的数据传输困难的问题。
3.2.2 数据仓库接口与中间件设计
1.数据仓库的数据源确定以及与业务处理系统接口 的设计
¨ （1）数据仓库的数据源确定 ¨ 要为数据仓库从数据源中抽取为管理决策分析
所使用的数据源，首先要对所抽取的数据源进行 正确的定义。数据源的定义要确定数据仓库主题 所需各数据源的详细情况，包括数据源所在计算 机平台、拥有者、数据结构、使用该数据源的处 理过程、数据仓库更新计划等。
数据库设计和物理存储结构PPT课件
数据库各组成部分
• 表上有几种控制（约束、规则、触发器、默认值和自定义用户数据类型）用于确保数据的有效性。表上可 以有索引（与书中的索引非常相似），利用索引可以快速地找到行。
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数据库逻辑组件
• 约束 •表 • 默认值 • 触发器 • 索引
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数据库逻辑组件
• 用户定义的数据类型 •键 • 用户定义函数 • 存储过程 • 视图
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数据库各组成部分
• 数据库由存储特定结构化数据集的表集合组成。表中包含行（有时称作记录或元组）和列（有时称作特性） 的集合。表中的每一列都设计为存储某种类型的信息（例如，日期、名称、美元金额或数字）。
数据库性能
• 在设计数据库时，必须确保数据库正确地、快速地执行所有重要的功能。有些性能问题可以在数据库进入 生成过程后解决，但另外一些性能问题则可能是数据库设计不良造成的，而且只有通过更改数据库的结构 和设计才能加以解决。
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数据库性能
• 在设计和实现数据库时，应找出数据库中的大表和数据库要执行的较复杂处理，在设计这些表时，对性能 应特别注意。还要考虑访问数据库的用户数增加对性能的影响。
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标识每个对象的信息类型
• 原始数据列 这些列存储有形信息（如名称），由数据库外部的源确定。
• 分类列 这些列对数据进行分类或分组，并存储有限选择范围的数据
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标识每个对象的信息类型
• 标识符列 这些列提供对存储在表中的每个项目进行标识的机制。这些列 的名称中有一个 id 或 number。 标识符列是用户和内部数据库处理访问表中的一行数据时所用 的主要组件。有时，可以在表中使用对象的有形 ID（如社会保 险号），但在大多数情况下，定义表时可以为行创建可靠的人 工 ID。
《一个内存数据库模型的设计与实现》
《一个内存数据库模型的设计与实现》一、引言随着大数据时代的到来，数据存储和处理的速度与效率成为了关键。
传统的关系型数据库在处理大量数据时，由于磁盘I/O 的瓶颈，往往无法满足实时性要求。
因此，内存数据库应运而生，以其快速的数据存取速度和高效的查询性能，在许多领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍一个内存数据库模型的设计与实现。
二、模型设计1. 数据结构内存数据库的数据结构是整个模型设计的核心。
我们采用哈希表和链表相结合的方式，以哈希表实现快速查找，以链表保证数据的有序性。
同时，为了支持复杂查询和索引操作，我们还设计了B+树结构作为辅助索引。
2. 数据存储数据存储是内存数据库设计的重要环节。
我们采用分段式存储策略，将数据划分为多个段，每个段大小根据内存大小动态调整。
每个段内部采用紧凑的存储格式，以减少内存碎片。
3. 索引设计为了提高查询效率，我们设计了多种索引。
主键索引采用哈希表实现，辅助索引采用B+树结构。
同时，为了支持范围查询和排序操作，我们还设计了其他类型的索引。
三、功能实现1. 数据插入数据插入是内存数据库的基本操作之一。
我们通过哈希表快速定位到数据的位置，然后将其插入到相应的链表或B+树中。
为了保证数据的有序性，我们还需对链表或B+树进行排序操作。
2. 数据查询数据查询是内存数据库的核心功能。
我们首先通过主键索引或辅助索引定位到数据的位置，然后根据需求进行数据读取或查询操作。
为了提高查询效率，我们还支持复杂的查询语句和联合查询操作。
3. 数据更新与删除数据更新与删除操作需要维护数据的完整性和一致性。
在更新或删除数据时，我们首先通过索引定位到数据的位置，然后进行相应的更新或删除操作。
同时，为了保持数据的完整性，我们还需要对其他相关数据进行同步更新或删除操作。
四、性能优化1. 缓存策略为了提高性能，我们采用了缓存策略。
将经常访问的数据存储在内存中，减少磁盘I/O操作。
同时，我们还设计了智能的缓存替换算法，以保证数据的时效性和可用性。
内存数据库介绍精品PPT课件
内存数据库的特点
❖微秒级的查询响应 ❖并发处理 ❖完备的事务处理 ❖直接内存访问 ❖数据恢复机制 ❖与磁盘数据库同步
Network
... Application InmDB
Application
InmDB
libraries
libraries
ClientServer
In-Memory Database(s)
一组数据项，它们共享： 索引结构，排序方法和二级索引
文件
含有一个或者多个数据库，相对于环境命名。
Key/data对
❖ 在数据库中，数据以key/data对的方式保存。 ❖ key和data都是不透明的字节串：
▪ 应用程序定义key和data的含义。 ▪ 应用程序可以定义key的排序函数。 ▪ BDB完全不懂key和data的数据结构。 ❖ 在编程时，应用程序使用DBT封装其字节串和长度，其结构如下： ❖ typedef struct { void *data; u_int32_t size; u_int32_t ulen; u_int32_t dlen; u_int32_t doff; u_int32_t flags; } DBT; ❖ 在输入时size表示数据的大小，输出时ulen表示缓冲区的大小。
Transaction Logs
Checkpoint files
Application-Tier Platform
Байду номын сангаас
主要内存数据库产品
❖ Timesten(Oracle) ❖ Altibase(Altibase韩国) ❖ SolidDB(IBM) ❖FastDB(open source俄罗斯) ❖ eXtremeDB
▪ 内存数据库抛弃了磁盘数据管理的传统方式，基于全 部数据都在内存中重新设计了体系结构，并且在数据 缓存、快速算法、并行操作方面也进行了相应的改进， 所以数据处理速度比传统数据库的数据处理速度要快 很多，一般都在10倍以上。
《一个内存数据库模型的设计与实现》
《一个内存数据库模型的设计与实现》一、引言随着信息技术的发展，数据处理能力成为了各行各业的重要需求。
为了应对这一挑战，内存数据库技术应运而生。
内存数据库以其高速的查询性能、实时的数据处理能力等优势，在许多领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍一个内存数据库模型的设计与实现，以期为相关研究和应用提供参考。
二、模型设计1. 数据结构内存数据库的数据结构设计是模型设计的核心。
为了提高查询性能，我们采用了一种基于哈希表和链表的数据结构。
哈希表用于快速定位数据，链表则用于处理哈希冲突。
此外，我们还引入了分区表，将数据按照一定的规则划分到不同的分区中，进一步提高查询效率。
2. 存储管理内存数据库的存储管理需要解决数据在内存中的分配和回收问题。
我们采用了基于页的存储管理策略，将数据划分为若干个固定大小的页，页之间通过链表进行连接。
当需要插入或删除数据时，只需对相应的页进行操作，降低了内存管理的复杂度。
3. 索引机制为了提高查询效率，我们设计了一种基于B+树的索引机制。
B+树具有较好的平衡性和查询性能，能够有效地支持范围查询和排序操作。
同时，我们还采用了多级索引策略，根据数据的分布情况选择合适的索引级别，进一步提高查询性能。
三、实现方法1. 编程语言与工具我们采用C++作为开发语言，利用其高效的数据处理能力和丰富的内存管理机制。
同时，我们还使用了Redis作为辅助工具，用于测试和调试模型性能。
2. 模块划分与交互内存数据库模型实现了数据存储、查询、更新等基本功能。
我们将其划分为数据管理模块、索引管理模块、查询处理模块等几个部分。
各模块之间通过接口进行交互，保证了系统的可扩展性和可维护性。
3. 并发控制与优化为了支持并发操作，我们采用了乐观锁机制和读写分离策略。
乐观锁机制通过在数据更新时检查版本号来避免冲突；读写分离策略则将读操作和写操作分散到不同的服务器上执行，降低了系统负载。
此外，我们还对系统进行了性能优化，如采用缓存技术、压缩算法等，进一步提高系统的吞吐量和响应速度。
《一个内存数据库模型的设计与实现》
《一个内存数据库模型的设计与实现》一、引言随着信息技术的快速发展，数据库系统作为信息存储和管理的重要工具，其性能和效率成为人们关注的焦点。
内存数据库技术作为一种新型的数据库技术，因其高效的数据处理能力和快速的响应速度，受到了广泛关注。
本文将详细介绍一个内存数据库模型的设计与实现，以期为相关研究和实践提供参考。
二、背景与需求分析内存数据库模型的设计与实现，主要针对的是传统数据库在处理海量数据和高并发访问时，性能瓶颈日益凸显的问题。
为此，我们需要设计一种高效的内存数据库模型，以满足以下需求：1. 高性能：能够快速处理大量数据，满足高并发访问的需求。
2. 实时性：保证数据的实时性和一致性，支持数据的快速读写。
3. 可扩展性：支持动态扩展，以满足业务增长的需求。
4. 易用性：提供友好的接口和操作方式，降低使用门槛。
三、设计思路针对上述需求，我们设计了一个基于内存的数据库模型。
该模型采用哈希表和链表等数据结构，实现数据的快速存取。
同时，采用分布式架构，实现数据的分布式存储和查询。
具体设计思路如下：1. 数据结构选择：选用哈希表作为主要的数据结构，实现数据的快速查找和存取。
同时，为了解决哈希冲突，采用链表等数据结构进行辅助存储。
2. 内存管理：采用内存映射文件技术，将数据直接存储在内存中，提高数据的访问速度。
同时，通过内存回收机制，及时释放不再使用的内存空间。
3. 分布式架构：采用分布式架构，将数据分散存储在多个节点上，实现数据的分布式存储和查询。
通过负载均衡技术，实现高并发访问的负载均衡。
4. 事务处理：支持事务的原子性、一致性、隔离性和持久性，保证数据的一致性和可靠性。
5. 接口设计：提供友好的接口和操作方式，降低使用门槛。
同时，支持多种编程语言的访问和操作。
四、实现过程在实现过程中，我们首先设计了数据库的整体架构和各个模块的功能。
然后，根据设计思路，实现了以下功能：1. 数据存储：采用哈希表和链表等数据结构，实现数据的快速存取。
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荣垂田
2019/4/13
1
主要内容
1. 课题背景 2. 内存数据库概述 3. 现有系统分析 4. 内存数据库服务器的设计与实现 5. 客户端软件开发包的设计 6. 系统配置与管理工具的设计与实现 7. 测试
2019/4/13
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课题背景
随着电力系统的改革，电能量采集系 统的地位越来越重要，系统由单纯服务于 调度扩展到电力行业的计划、交易、营销 等专业，数据量由单纯的电量扩展到需量、 瞬时量、参变量等。 为适应电力系统的发展满足电力改革 的需求，决定在原有的电能量采集系统产 品的基础上，研发面向未来的新一代采集 系统。新系统要求系统的数据库具有高效 的、稳定的实时特性。
2019/4/13
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改进方案
电表 电表 。。。。。。。 电表 电表
电量采集装置
电量数据采集模块
原始数据
数据加工模块
内存数据库 原始数据
DMIS
加工数据
2019/4/13 8
内存数据库服务器的设计与实现
内 存 数 据 库 系 统 结 构
用来管理来自客户端的请求，此 实现客户端请求的分 部分用来实现多线程并发服务器， 析和处理，包括SQL 对于客户端的每个请求只要在服 语句的处理，内存数 务器允许的情况下都有一个线程 应用程序需要或更新 与之对应 据访问，索引的更新 应用程序 应用程序 应用程序 等 过的数据，在数据库 系统配置与数据管理客户端 内存数据库访问接口软件包 正常工作期间常驻内 存，如索引、数据库 记录所有对数据库数 由系统配置和客户 记录数据库的运行 内存数据库连接池 信息、数据字典等 配置与管理服务 据有影响的操作的相 端管理程序生成， 状况，如是否为初 关信息，这个文件能 是对内存数据库的 内存数据库访问引擎 次启动，是否有未 够保证所有更新的持 定制，对内存数据 更新到磁盘的数据 久化即更新到磁盘数 内存数据区 库的运行起决定性 系 及其数量等 统 据库，以及故障后的 数据 字典 的作用。 监 恢复
2019/4/13
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DB_MANAGER 表信息[1..N] 库信息
Table_Information 表名 可容纳最大记录 数 表中当前记录数 表分得页数 表分得的第一页 表分得的最后页 互斥操作标志 表中字段数 表中脏数据量 表在映射文件中 的起始位置 表在映射文件中 的结束位置 是否建立了索引 的标识 脏数据文件(日志 文件)描述符 数据字典指针 数据字典指针
数据访问的实时性
随着实时交易、实时核算的需求，要求系统的数据采集、数据加 工、系统监控等子系统都要具有较高的实时性，也就是说数据采集后 要快速存入数据库以备各种统计、报表的数据加工之用；统计后的各 种报表要通过快速的数据访问呈现给用户。
数据库系统负荷
新一代的电量系统不仅为调度专业服务，还要为电力系统的其它 专业的系统提供数据，外系统对电量系统数据的访问必定增大电量系 统数据库的负荷。
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2019/4/13
现有系统的分析
当前电量采集系统分析
电表 电表 。。。。。。。 电表 电表
电量采集装置
电量数据采集模块
DMIS
数据加工模块
原始数据
加工数据
2019/4/13
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现有系统的分析
根据当前的形势分析，现有系统将面临以下的挑战
实时数据的存储
以某电网公司现有的电量数据为例，每天的电量表底数据、时段 电量数据、加工统计数据就有上百万条记录，若加上需量、瞬时量、 参变量等数据，每天的数据量可达到近千万级 。
2019/4/13
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内存数据库概述
内存数据库（MMDB Main Memory Database）与 磁盘数据库（DRDB Disk Resident Database）的区别
传统的磁盘数据库系统旨在处理永久、稳定的数据，强调维 护数据的完整性、一致性，其性能目标是提高系统的吞吐量， 尽可能多的处理事务。内存数据库则通过特殊的数据组织和 访问方式，提高内存和CPU 的利用率、数据的访问效率。 数据的访问方式不同 即使磁盘数据库有足够大的缓冲区，可以将所有的数据一次 换入到缓冲区，也仍然不会获得内存的所有优点，因为其索 引依然是按照访问磁盘来设计的。即使所有数据都在缓冲区， 每次的数据访问依然要计算数据的物理地址，检查是否在缓 冲区等
左子树
右子树
T-Node
2019/4/13
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内 存 数 据 库 的 工 作 流 程
2019/4/13
视 进 程 索引 库信息
磁盘数据库访问引擎 系统配置 运行记录 日志信息
系统物理数据库
2019/4/13
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物理数据组织与管理
内存数据的物理组织方式是内存数据库实现的基础， 其存储结构、索引结构、中间数据存储结构都必须 考虑内存直接存取这一特征。
本系统的数据采用段页式组织方式和行存储模型， 段是逻辑段，其空间不一定连续，每个段存放一个 关系，也即存放一个表的全部数据，每个段由不同 的页组成,页是空间分配和回收的基本单位。
2019/4/13 3
内存数据库概述
实现的可行性分析 随着半导体工艺的提高，内存的集成度越 来越高，计算机硬件也可以支持超大内存的 管理，这样将整个数据库或者数据库的一部 分常驻内存成为可能 现代的应用需求需要高性能的数据库提供 实时可靠的数据，像生产过程控制， CAD/CAM，指挥系统，航空航天，电力系 统等。使内存数据库有了的用武之地。
Normal Page 前一页 后一页
Data Page
记录1 当前页
……
库名称 分得总页数 库中包含的表数量 此项在映射文件的起 始位置 ……. 可包含的最大表数量
记录2
……
前一页 后一页 当前页
……
记录n-1 记录n
记录结构 前一个记录 记录体 后一条记录
2019/4/13
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内存数据库的索引结构
在本次设计的数据库中使 用由B Tree和AVL 树发展来 的T Tree索引. T Tree索引既 具有B Tree存储效率高的优 点也有AVL 树查找速度快的 优点 操作通常会引起以下情况： 插入引起节点溢出 删除引起节点合并 树的平衡处理
T-Tree
父节点指针 … … 平衡因子 最小值 数据指针1 … … 数据指针