数据库物理存储
数据库技术中的数据物理模型与存储模型(一)
数据库技术中的数据物理模型与存储模型随着信息技术的快速发展，数据库技术在各行各业的应用也越来越广泛。
而在数据库系统中，数据物理模型和存储模型是两个非常重要的概念。
本文将就这两个概念进行分析和讨论。
一、数据物理模型数据物理模型是将逻辑模型转换为计算机能够理解和处理的物理模型。
逻辑模型是建立在概念上的，它描述了实体、属性和关系之间的关系。
而数据物理模型则考虑到了计算机底层的存储和访问特性，为逻辑模型提供了具体的实现方法。
在数据库技术中，最常用的数据物理模型是关系模型。
关系模型使用表格的形式来表示数据，每个表格包含了多行和多列，每一行对应一个记录，每一列对应一个属性。
而逻辑模型中的实体则对应关系模型中的表，实体的属性则对应表的列。
除了关系模型之外，还有层次模型和网络模型等其他的数据物理模型。
层次模型使用树状结构来表示数据，每个节点对应一个实体或属性，通过父子关系来组织数据。
网络模型则使用图状结构来表示数据，节点之间通过连接关系来组织数据。
这些模型在某些特定场景下也有自己的优势和应用。
二、存储模型存储模型则是描述数据在计算机存储介质中的存储方式和组织形式。
数据库系统中常用的存储模型有平面存储和层次存储。
平面存储是将数据按照逻辑模型和物理模型的关系直接存储在磁盘上。
这种存储方式简单直接，但对数据的访问效率较低。
因为数据是分散存储在磁盘上的，每次访问数据都需要进行磁盘寻址和读取。
为了提高数据的访问效率，引入了层次存储模型。
层次存储模型通过将数据按照层次结构进行组织和存储，将磁盘上的数据按照固定大小的块进行划分，并建立索引来加快数据的访问。
这样一来，数据的访问可以通过索引的查找和块的读取来实现，大大提高了访问效率。
除了这两种存储模型之外，还有很多其他的存储模型，如索引存储模型和列存储模型等。
索引存储模型通过建立索引以加快数据的查询，使得数据库系统能够更快地定位到需要的数据。
而列存储模型则将同一个列的数据存储在一起，提高了数据的压缩比和查询速度。
物理存储和逻辑存储的关系
物理存储和逻辑存储的关系物理存储和逻辑存储是计算机存储系统中两个重要的概念，它们之间存在着密切的关系。
物理存储是指实际的硬件设备，如硬盘驱动器、固态硬盘、内存条等，这些设备用来存储数据和程序。
逻辑存储则是指对数据和程序的逻辑组织和管理方式，它与实际的硬件设备无关，而是涉及到数据的组织、访问和管理的逻辑结构。
首先，物理存储和逻辑存储之间的关系在于逻辑存储是建立在物理存储之上的。
逻辑存储是通过对物理存储进行抽象和管理，使得数据可以按照逻辑结构进行组织和访问。
例如，在计算机中，文件系统是一种逻辑存储的组织方式，它将数据以文件的形式存储在物理存储设备上，并提供了对这些文件的逻辑访问方式。
其次，逻辑存储的设计和管理是建立在对物理存储设备特性的理解和利用之上的。
逻辑存储需要考虑到物理存储设备的性能、容量、可靠性等特点，以便更好地利用物理存储设备的资源。
例如，虚拟内存是一种逻辑存储的管理方式，它通过将部分数据存储在物理存储设备上，以扩展计算机的内存容量，提高系统的性能。
另外，物理存储和逻辑存储之间的关系还体现在数据的存储和访问过程中。
逻辑存储通过文件系统、数据库管理系统等软件来管理数据的逻辑组织和访问方式，而这些数据最终是存储在物理存储设备上的。
因此，逻辑存储需要与物理存储设备进行交互，将数据存储在物理存储设备上，并通过物理存储设备提供的接口来访问和操作数据。
综上所述，物理存储和逻辑存储之间是密切相关的。
逻辑存储是建立在物理存储之上的，它通过对物理存储设备的抽象和管理，实现了对数据的逻辑组织和访问。
同时，逻辑存储的设计和管理也需要考虑到物理存储设备的特性，以便更好地利用物理存储设备的资源。
最终，数据的存储和访问过程也体现了物理存储和逻辑存储之间的密切关系。
【数据库下】第一章物理设计（数据库存储技术）
【数据库下】第⼀章物理设计（数据库存储技术）第⼀章物理设计（数据库存储技术）数据库设计主要有哪些环节？数据库逻辑设计后得到什么？⼆维表如何存储？主要学习⽬标表记录的存储⽅式表结构的存储⽅式思考问题操作系统的数据操作⽅式，CPU、内存、硬盘如何进⾏数据传输的？⽂件系统如何存储数据的？⼀、⽂件组织讨论:如何在物理存储介质上组织数据？1)数据在物理存储(磁盘)中如何组织?物理设计任务：考虑⽤⽂件表⽰逻辑数据模型（数据库模式）的不同⽅式。
⼀个数据库被映射到多个不同的⽂件(file) ，⽂件由操作系统来管理，这些⽂件被永久存储在磁盘上！⼀个⽂件在逻辑上被组织成记录的⼀个序列，记录被映射到磁盘块(block)上。
每个⽂件(file)被分成定长的存储单元-块，块是数据存储和传输的基本单位(默认⼀般是4-8KB)。
⼀个块可以包括很多记录(假设⼀个记录总⽐块⼩；对⼤数据如图⽚等需单独处理和存储)，且⼀个记录的数据不能跨块存储。
讨论:每条记录如何进⾏组织？定长记录和变长记录各⾃的特点?定长记录：特点：查找记录较快，但记录更新较慢。
变长记录：特点：查找记录较慢，但记录更新较快。
⼆、（数据库）⽂件中记录的组织讨论：如何在物理存储介质上组织数据库数据？堆⽂件：（⼀个关系表的）记录在（⼀个）⽂件空间中任意放置。
注：对这种组织⽅式，在按给定属性值搜索记录时，需依次读出所有记录，并依次选出满⾜条件的所有记录，查找效率低。
顺序⽂件：按⼀定的顺序在⽂件中组织记录。
散列⽂件：按照散列函数计算值存放相应记录。
多表簇集⽂件：不同关系表⾥的记录存放在同⼀个⽂件中。
1、顺序⽂件组织1) 顺序⽂件在逻辑上是如何组织数据库数据(关系)的？2) 顺序⽂件的物理存储如何实现？顺序⽂件的逻辑组织⽅式：1)将关系中记录按“某属性/组-搜索码”顺序排列2)并⽤指针将记录依序连接特点：按搜索码搜索的效率⾼。
顺序⽂件的物理组织⽅式：1)将关系中记录按搜索码次序进⾏物理存储2)采⽤定长记录或变长记录⽅式3)⼀个记录的信息不能分存在两个物理块中3) 顺序⽂件存储的数据如何更新？删除和插⼊记录时的开销⼤(需⼤量移动记录)！改善⽅法(指针管理)2、多表聚集⽂件组织4) 什么是多表聚集⽂件，物理存储如何实现，有何好处？多表聚集⽂件组织：是指将多个关系的数据组织在⼀个⽂件中（它们的记录相互交织在⼀起）注意：实现多表聚集⽂件组织，需底层操作系统配合,实现对⽂件的管理(只有⼤型数据库系统才⽀持)。
数据库的结构层次
数据库的结构层次一、概述数据库是指存储、管理和组织数据的系统，它用于有效地存储和检索数据。
在数据库中，数据以结构化的方式进行组织和存储，以便用户可以方便地访问和管理数据。
数据库的结构层次是指在数据库系统中，数据的组织和管理方式按照一定的层次结构进行划分和管理。
本文将从底层到顶层，介绍数据库的结构层次。
二、物理层物理层是数据库结构的最底层，它定义了数据在物理存储介质上的存储方式和组织结构。
物理层的主要任务是将逻辑层的数据映射到磁盘上，并提供数据的存储和访问接口。
在物理层中，数据以文件和页的形式进行存储，数据库管理系统通过文件系统来管理这些文件和页。
三、存储层存储层是数据库结构的中间层，它定义了数据在内存中的存储方式和组织结构。
存储层的主要任务是将物理层的数据加载到内存中，并提供数据的读写接口。
在存储层中，数据以数据块的形式进行存储，每个数据块包含一定数量的数据记录。
数据库管理系统通过缓冲区管理器来管理这些数据块，以提高数据的访问效率。
四、逻辑层逻辑层是数据库结构的中间层，它定义了数据的逻辑结构和组织方式。
逻辑层的主要任务是将存储层的数据组织成表、视图、索引等逻辑结构，并提供数据的查询和操作接口。
在逻辑层中，数据以表的形式进行组织，表由多个字段组成，每个字段存储一个数据项。
数据库管理系统通过查询处理器来解析和执行用户的查询请求，以获取所需的数据。
五、模式层模式层是数据库结构的中间层，它定义了数据的整体结构和组织方式。
模式层的主要任务是将逻辑层的数据组织成模式，模式是数据库的逻辑结构的描述，它定义了表、视图、索引等逻辑结构之间的关系。
在模式层中，数据以模式的形式进行组织，模式包含了数据库的所有表、视图、索引等逻辑结构的定义。
数据库管理系统通过数据字典来管理和维护模式的信息。
六、外部层外部层是数据库结构的最顶层，它定义了用户对数据库的视图和访问权限。
外部层的主要任务是将模式层的数据组织成用户的视图，视图是用户对数据库的数据的逻辑表示。
数据是如何进行存储和管理
数据是如何进行存储和管理数据库中的数据存储和管理涉及到以下几个方面：1.数据模型：数据库中采用数据模型来组织和存储数据，常用的数据模型包括层次模型、网状模型和关系模型。
其中，关系模型是目前使用最广泛的数据模型，它以表格的形式存储数据，并使用关系操作来访问和操作数据。
2.数据存储：数据库中的数据存储在物理存储设备上，如磁盘、固态硬盘等。
数据库管理系统（DBMS）负责管理数据的存储、检索和处理。
DBMS提供了一组API和工具，可以用来操作数据库，包括查询、插入、更新和删除数据。
3.数据索引：索引是数据库中用于快速查找数据的机制。
数据库通过建立索引来提高数据检索效率。
常见的索引方法包括B树索引、位图索引、哈希索引等。
4.数据事务：数据库中的数据操作涉及到并发和事务处理问题。
事务是数据库中一系列操作的单位，它具有原子性、一致性、隔离性和持久性等特性。
数据库管理系统（DBMS）提供了事务处理机制，确保数据的一致性和可靠性。
5.数据安全：数据库中的数据安全问题至关重要。
DBMS提供了安全性控制和权限管理机制，以确保数据的安全性和完整性。
常见的安全性控制措施包括用户认证、访问控制、加密存储等。
6.数据备份和恢复：数据库中的数据需要进行备份和恢复，以确保数据的可靠性和完整性。
DBMS提供了备份和恢复工具和技术，可以定期对数据进行备份，并在需要时进行恢复。
总之，数据库中的数据存储和管理是一个复杂的过程，涉及到多个方面和技术。
DBMS是实现这一过程的核心工具，它提供了各种功能来管理数据的存储、检索、操作和安全等。
数据库技术中的数据物理模型与存储模型(九)
数据库技术中的数据物理模型与存储模型在数据库技术领域中，数据物理模型和存储模型是两个重要的概念。
数据物理模型描述了数据在物理存储层面的组织结构和存储方式，而存储模型则关注数据在内存和磁盘之间的管理和访问策略。
本文将深入探讨这两个概念的重要性和应用。
1. 数据物理模型的概念与类型数据物理模型是将逻辑数据模型映射到物理存储层面的过程。
逻辑数据模型是指对现实世界中的概念及其关系进行抽象和建模的结果，如实体-关系模型（ER模型）或面向对象模型（OOM）。
而数据物理模型则将这些逻辑模型转化为数据库实例的存储结构。
常见的数据物理模型包括层次模型、网状模型和关系模型。
层次模型使用树状结构描述数据实体之间的关系，如父节点和子节点之间的层次关系；网状模型则通过指针相互链接描述数据之间的关系；而关系模型则基于表格的方式将数据以行和列的形式进行组织和存储。
2. 数据存储模型的概念与应用数据存储模型是数据库系统内部用于管理和组织数据的模型，它决定了数据在内存和磁盘之间的传输和存储方式。
存储模型的设计可以直接影响数据库系统的性能和扩展性。
两种常见的数据存储模型是B树和哈希表。
B树是一种平衡树结构，它可以高效地进行范围查询和插入操作，并且适用于大部分场景。
而哈希表是一种基于哈希函数的数据结构，它可以实现快速的键值查找。
哈希表在需要高效查找单个记录时非常有用，但对范围查询的支持较弱。
3. 数据物理模型与存储模型的关系数据物理模型和存储模型是紧密相关的。
数据物理模型决定了如何将逻辑数据模型映射到物理存储层面，而存储模型则定义了如何在数据库系统内部管理和组织这些物理存储结构。
例如，在关系数据库系统中，关系模型是最常见的物理模型，而B树是常用的存储模型。
关系模型将数据以行和列的形式存储，而B树可以高效地组织表格中的索引。
这种组合可以使得数据库系统能够高效地进行查询和插入操作。
然而，并不是所有的数据物理模型都适用于所有的存储模型。
例如，如果使用哈希表来管理数据存储，那么关系模型就不再适用，因为哈希表不支持范围查询。
数据库物理存储格式-概述说明以及解释
数据库物理存储格式-概述说明以及解释1.引言1.1 概述数据库物理存储格式是指数据库在磁盘上的实际存储方式和结构。
在数据库管理系统中，物理存储格式是为了有效地组织和管理数据而设计的。
它直接影响着数据库的性能、可扩展性和数据的访问速度。
数据库物理存储格式一般包括以下几个方面：1. 存储结构：数据库物理存储格式使用一种特定的数据结构来组织和存储数据。
常见的存储结构包括表空间、页、块等，它们按照一定规则组织数据，以提高数据的访问效率和存储空间的利用率。
2. 存储方式：数据库物理存储格式可以采用不同的存储方式来存储数据。
常见的存储方式有堆文件、索引文件、分区存储等。
不同的存储方式适用于不同的数据操作场景，可以提高查询效率、降低存储成本等。
3. 数据布局：数据库物理存储格式还涉及到数据在磁盘上的分布方式。
合理的数据布局可以减少数据的碎片化，提高数据的访问效率。
常见的数据布局包括顺序存储、散列存储、索引存储等。
4. 存储策略：数据库物理存储格式也包括一些存储策略的选择。
比如，可以选择不同的压缩算法来减少数据占用的存储空间；可以选择不同的缓存机制来提高数据的访问速度等。
总而言之，数据库物理存储格式是数据库管理系统在磁盘上实际存储数据的一种组织方式，它直接关系到数据库的性能和可用性。
在设计和选择数据库物理存储格式时，需要综合考虑数据访问模式、硬件环境、查询性能等多个因素，以便为用户提供高效、可靠的数据服务。
文章结构部分主要描述了整篇文章的组织结构和各个部分的内容概述。
本文的结构如下：1. 引言1.1 概述引导读者了解数据库物理存储格式的重要性及其在数据库系统中的作用。
介绍了物理存储格式对于数据的组织和存储效率的影响。
1.2 文章结构本部分将详细阐述本篇长文的组织结构，帮助读者理解全文的脉络和各个章节的内容。
1.3 目的阐明本文旨在提供关于数据库物理存储格式的全面介绍，为读者提供基本概念和知识，帮助读者理解数据库的底层存储结构和优化技术。
oracle数据库 物理储存结构和原理
oracle数据库物理储存结构和原理
Oracle数据库的物理储存结构是由数据文件、控制文件和重做日志文件三部分组成的。
其中，数据文件是存储实际数据的文件，控制文件是用于记录数据库的结构信息和管理数据文件的文件，重做日志文件则是用于记录数据库中数据的变动情况，以便进行恢复操作。
Oracle数据库的数据文件是由一系列数据块组成的，每个数据块的大小可以配置为2KB、4KB、8KB、16KB等不同大小。
同时，Oracle 数据库在存储数据时采用了多种技术，包括行式存储和列式存储等，以提高数据的存储效率和检索效率。
在Oracle数据库中，数据文件的存储方式也非常灵活，可以采用裸设备方式、文件系统方式、ASM（Automatic Storage Management）方式等多种方式进行存储。
不同的存储方式具有各自的优缺点，可以根据实际需求进行选择。
除了数据文件之外，Oracle数据库的控制文件也非常重要。
控制文件不仅记录了数据库的结构信息，还记录了数据文件的位置、大小等信息，以便进行管理和维护。
同时，Oracle数据库还采用了多个控制文件的方式进行备份和恢复操作，以提高数据库的安全性和可靠性。
最后，Oracle数据库的重做日志文件也是非常重要的一部分。
重做日志文件记录了数据库中数据的变动情况，包括事务的开始、提交、回滚等操作，以便在系统故障或其他异常情况下进行恢复操作。
重做日志文件采用了循环缓冲区的方式进行存储和管理，同时还支持
多种模式的归档方式，以满足不同的业务需求。
数据库技术中的数据物理模型与存储模型(十)
一、引言数据库技术在现代信息系统中起着重要的作用，它不仅能够存储和管理大量的数据，还能够提供高效的数据访问和查询功能。
数据的存储和组织方式对数据库的性能和可扩展性起着至关重要的影响。
本文将探讨数据库技术中的数据物理模型和存储模型。
二、数据物理模型1. 数据物理模型的概念数据物理模型是数据库中数据在存储介质上的表示和组织方式。
它将逻辑模型中定义的实体、属性和关系映射为存储介质上的数据结构，以实现数据的高效存储和访问。
2. 常见的数据物理模型（1）堆表模型：堆表模型是最简单的数据物理模型，它将数据以无固定顺序的方式存储在磁盘上，每个记录的存储位置与其在逻辑模型中的插入顺序无关。
堆表模型适用于对数据的插入、删除和简单查询操作比较频繁的场景。
（2）索引模型：索引模型在堆表模型的基础上引入了索引结构，以加快数据的检索速度。
常见的索引结构有B+树和哈希表。
索引模型适用于对数据的查询操作较为频繁的场景。
（3）分区模型：分区模型将数据分割为多个逻辑上独立的子集，每个子集称为一个分区，分区可以基于数据的某个属性值进行划分。
分区模型可以提高数据的查询效率和并行处理能力，适用于大规模数据存储和处理的场景。
三、存储模型1. 存储模型的概念存储模型是数据库中数据在物理介质上的存储方式，它定义了数据在磁盘或其他介质上的布局和组织方式。
存储模型直接影响着数据库的性能、可靠性和扩展性。
2. 常见的存储模型（1）层次存储模型：层次存储模型将数据组织为树形结构，每个节点可以包含多个子节点，每个子节点又可以包含多个子节点。
层次存储模型适用于具有层次结构的数据，但对于复杂的查询操作可能效率较低。
（2）网状存储模型：网状存储模型将数据以网状结构存储，每个节点可以与多个其他节点建立关联。
网状存储模型适用于具有复杂关联关系的数据，但对于数据的管理和维护较为复杂。
（3）关系存储模型：关系存储模型是较为常见和广泛应用的存储模型，它将数据组织为关系表的形式，每个表由多个行和列组成。
什么是数据库物理结构和存储方式的描述
什么是数据库物理结构和存储方式的描述
数据库物理结构和存储方式的描述：
一、数据库物理结构：
1、数据文件：用来存放数据的文件，是数据库的核心部分；
2、索引：用来加快检索和排序的结构，以某个或者多个特定的数据列为关键字；
3、字典表：数据库的描述，存放表定义信息、索引定义信息、登录用户信息等；
4、日志文件：用来记录数据库发生的事件，比如创建新表、修改表结构等；
5、控制文件：控制数据库恢复操作，存放当前数据库的状态信息。
二、数据库存储方式：
1、%行存储方式：存储一行记录在一个块内，每一行包括一个字段；
2、集体存储方式：根据所查找的数据类型，将数据按照索引键组织存储；
3、哈希存储方式：将数据以哈希方式存放，用一个固定大小的独立块存储；
4、树存储方式：采用树形结构存储，将相关的数据组织为一个树的枝叶；
5、网络存储方式：采用基于记录指针网络模型，把可能关联的数据都归类到一个网络中。
数据库在物理设备上的存储结构与存取方法称为数据库的物
数据库系统设计与开发
北京邮电大学 计算机科学与技术学院
有序索引
有序索引: 索引项按搜索键值的顺序有序存储. 主索引: 顺序文件的记录顺序正是索引搜索键的顺序.
也称为聚簇索引 主索引的搜索键通常是主键, 但并非必要. 索引顺序文件: 带有主索引的顺序文件.
数据库系统设计与开发
北京邮电大学 计算机科学与技术学院
1数据库逻辑模式调整
将与平台无关的描述数据库逻辑结构的关系模式及其 视图转换为所选定的具体DBMS平台可支持的基本表和 视图，并利用DBMS提供的完整性机制设计定义在基本 表上的面向应用的业务规则。
（1) 实现目标数据库基本表和视图
遵循目标数据库的语法规则或变通
数据库系统设计与开发
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• 聚簇
– 为了提高某个属性（或属性组）的查询速度，把这 个或这些属性（称为聚簇码）上具有相同值的元组 集中存放在连续的物理块称为聚簇
– 许多关系型DBMS都提供了聚簇功能 – 聚簇存放与聚簇索引的区别
聚簇索引：索引项顺序与表中元组的物理顺序一 致。
➢数据库数据备份、日志文件备份等由于只在 故障恢复时才使用，而且数据量很大，可以 考虑存放在磁带上。
➢应用数据、索引和日志使用频繁，要求响应 时间短，必须放在支持直接存取的磁盘存储 介质上。
数据库系统设计与开发
北京邮电大学 计算机科学与技术学院
➢ 如果计算机有多个磁盘，可以考虑将表和索引分别放 在不同的磁盘上，在查询时，由于两个磁盘驱动器分 别在工作，因而可以保证物理读写速度比较快。
可以将大的基本表划分多个分区，每个分区作为一个 数据文件分别Fra bibliotek储在不同的磁盘上。
试述数据库物理设计的内容和步骤
试述数据库物理设计的内容和步骤
数据库物理设计是数据库设计的一个重要环节，它涉及到如何将逻辑设计转化为物理存储和管理的实现。
具体而言，数据库物理设计包括以下内容和步骤：
1. 数据库的存储结构设计：数据库的存储结构包括数据表、索引、视图、存储过程等，需要设计它们的物理存储结构，包括数据的存放方式、存储格式、数据组织方式等。
2. 数据库的分区与存储策略设计：为了提高数据库的性能，需
要对数据进行分区存储，可以根据数据的访问频率、访问方式等因素进行分区，同时需要制定存储策略，如数据备份、恢复、压缩等。
3. 数据库的安全设计：数据库需要保护数据的安全性，包括对
数据进行加密、身份验证、访问控制等，需要设计安全策略和措施，确保数据不被非法访问和篡改。
4. 数据库的性能优化设计：数据库的性能优化是数据库物理设
计的一个重要方面，需要考虑到查询性能、并发性能、事务处理性能等因素，设计相应的优化方案。
5. 数据库的容错与可用性设计：当数据库出现故障时，需要设
计容错和恢复策略，以保证数据库的可用性和数据完整性，如数据备份、故障转移、自动恢复等。
以上是数据库物理设计的主要内容和步骤，通过合理的物理设计，可以提高数据库的性能、安全性和可用性，保障数据的完整性和稳定性。
数据库物理模型
数据库物理模型
数据库物理模型是数据库管理系统的基础，是数据库实现概念模型的
结构。
它涉及到数据存储，数据结构，存储空间，数据完整性，数据操作等，构成了真正的数据库。
主要包括以下几个要素：。
1、数据存储：数据库物理模型需要安排合理的数据存储设备，如磁盘，软盘，磁带等，以及数据存储空间，数据组织方式等。
2、数据结构：数据库物理模型是基于数据模型而发展起来的，它涉
及到数据类型，数据层次结构，索引结构，联合结构等。
3、存储空间：存储空间是指将数据存储在磁盘上的实际空间，它涉
及到盘的空间分配，空闲盘空间管理等。
4、数据完整性：数据完整性是指数据在存储和使用过程中，不出现
偏差，实现数据一致性，保证数据可靠性。
5、数据操作：数据操作是指数据库物理模型需要提供的数据操作技术，服务技术等。
这些技术主要是为了正确执行数据的访问，查询，更新，删除等操作。
总的来说，数据库物理模型是数据库系统的最底层模型，它主要解决
的是如何存储和管理数据的问题，其基本功能是提供存储，安全，完整性
和可操作性。
什么是数据库物理结构和存储方式的描述
什么是数据库物理结构和存储方式的描述数据库物理结构和存储方式，是指在计算机中，对数据的实际物理组织和存储方式的定义，其重要性在于它决定了数据的存取技术，进而影响数据的访问速度。
据库物理结构的最常见形式是关系模型，它把数据存储成表格的形式，每一行代表一条记录，每一列代表一个字段，而每一个字段代表一个属性。
数据库物理结构还可以有其它形式，例如面向对象存储结构、XML 存储结构等。
比如面向对象存储结构，它把数据抽象成“数据对象”，每个数据对象含有不同的属性和方法，用于保存及操作数据。
XML存储结构把数据以树形结构的形式存储，一个节点对应一个数据对象，每个节点可以拥有属性及子节点，从而实现了数据之间的复杂关系。
除了数据库物理结构，数据的存储方式也是一个重要的问题。
数据存储正常情况下使用文件系统，它将数据存储到文件中通过操作系统读写文件来访问数据。
件系统安全性较低，另外，对大型数据库来说，文件系统不能够给数据库带来高效的存储性能，而且数据存储空间受限。
为此，出现了一种新的存储技术--数据库管理系统（DBMS）。
- 1 -。
数据存储架构与技术
数据存储架构与技术随着信息时代的到来，数据的存储和管理变得愈发重要。
在大数据时代，如何高效地存储和处理海量数据成为了一个亟待解决的问题。
为了满足不同应用场景的需求，数据存储架构和技术也日益多样化和灵活。
本文将从存储架构的层次和各种常用的数据存储技术两个方面进行介绍。
一、存储架构的层次数据存储架构可以分为物理存储层、逻辑存储层和应用存储层三个层次。
1. 物理存储层物理存储层是指数据存储的硬件部分，包括磁盘、固态硬盘、存储区域网络（SAN）等。
其中，磁盘是最常见的物理存储介质，具有容量大、价格低廉的特点，适用于大规模数据存储。
固态硬盘则具有读写速度快、耐用性好等优势，适用于对性能要求较高的场景。
而SAN则是一种高速数据存储网络，可以连接多个服务器和存储设备，提供高可用性和高扩展性。
2. 逻辑存储层逻辑存储层是在物理存储层之上构建的，用于管理和组织存储的数据。
最常见的逻辑存储层是文件系统和数据库。
文件系统通过层次化的目录结构来管理文件和文件夹，提供了对文件的读写和访问的功能。
数据库则是一种结构化的数据存储方式，通过表、字段和索引等组织数据，提供了高效的数据检索和管理功能。
3. 应用存储层应用存储层是指根据具体的应用需求，对逻辑存储层进行进一步的封装和抽象，提供更高层次的数据访问接口。
例如，云存储服务提供商可以将底层的物理存储和逻辑存储层进行封装，为用户提供简单易用的云存储接口。
而大数据平台则可以通过分布式文件系统和分布式数据库等技术，对底层的存储进行水平扩展和高可用性的支持。
二、常用的数据存储技术除了存储架构的层次，数据存储技术也是数据存储的重要组成部分。
下面将介绍几种常用的数据存储技术。
1. 关系型数据库关系型数据库是一种基于表格的数据存储方式，采用结构化的数据模型和SQL语言进行数据管理。
它具有数据一致性、事务支持和高度可靠性等特点，适用于对数据完整性有严格要求的场景。
常见的关系型数据库有MySQL、Oracle等。
数据库技术中的数据物理模型与存储模型
数据库技术中的数据物理模型与存储模型数据物理模型和存储模型在数据库技术中起着重要的作用。
它们是数据库设计和实现的基础，决定了数据的组织和存储方式。
本文将介绍数据物理模型和存储模型的概念、不同的类型以及它们对数据库性能的影响。
一、数据物理模型数据物理模型是指数据库中数据在存储介质上的表示方式。
它定义了如何将逻辑数据模型转换为物理存储结构。
常用的数据物理模型有层次模型、网状模型和关系模型。
1. 层次模型层次模型是最早的数据物理模型之一，它将数据组织成一个树状结构。
在层次模型中，每个节点可以有多个子节点，但只能有一个父节点。
这种树状结构可用于表示各种层次关系，例如组织结构、产品分类等。
层次模型的优点是存取效率高，但缺点是不够灵活，对数据的修改和扩展不够方便。
2. 网状模型网状模型是在层次模型基础上发展起来的，它克服了层次模型的一些不足之处。
在网状模型中，一个节点可以有多个子节点和多个父节点。
这种灵活性使得网状模型适用于复杂的关系和连接。
但网状模型的缺点是结构较复杂，难以管理和维护。
3. 关系模型关系模型是目前应用最广泛的数据物理模型之一。
它使用二维表格的形式来组织和存储数据。
关系模型将数据拆分成多个表格，每个表格由行和列组成，行表示记录，列表示字段。
表格之间通过主键和外键建立关联关系。
关系模型具有结构简单、易于理解和维护的优点，因此被广泛应用于各种业务领域。
二、存储模型存储模型决定了数据库在存储介质上的物理结构和存储方式。
存储模型主要包括文件组织方式和索引结构。
1. 文件组织方式文件组织方式指定了数据在磁盘上的排列方式。
常见的文件组织方式有顺序文件、索引文件和散列文件。
顺序文件将记录按照某个字段的值排序存储，可以实现高效的顺序访问。
索引文件则维护了一个索引结构，可以快速定位和访问记录。
散列文件通过散列函数将记录映射到一系列桶中，可以实现快速的随机访问。
每种文件组织方式都有其适用的场景和特点。
2. 索引结构索引结构是存储模型的重要组成部分，用于加速数据的检索和查询。
数据库物理设计与数据存储结构优化
数据库物理设计与数据存储结构优化数据库是现代应用程序中最核心的组成部分之一，在业务应用中承担着数据存储和管理的重要职责。
数据库的物理设计和数据存储结构优化是保证数据库系统高效运行的关键因素之一。
本文将探讨数据库物理设计的相关原则和方法，并介绍常用的数据存储结构优化技术，旨在帮助读者更好地理解如何设计和优化数据库的物理层。
1. 数据库物理设计原则在进行数据库物理设计时，有几个重要的原则需要遵循，以确保数据库系统的运行效率和数据安全性。
1.1 数据冗余性最小化在数据库物理设计过程中，应该尽量减少数据冗余。
冗余数据不仅会占用额外的存储空间，还会增加数据的更新操作的复杂性。
通过合理的表结构设计和规范化处理，可以有效地减少数据冗余，提高数据库的性能和数据一致性。
1.2 数据访问效率高在数据库物理设计中，应该优化数据的访问效率。
针对常用的查询和报表等操作，可以设计适当的索引和物理存储结构，以提高数据的读取速度。
常用的优化方法包括使用组合索引、分区表和数据分片等。
1.3 数据安全性保障数据库物理设计的一个重要目标是确保数据的安全性和完整性。
通过使用密码加密、权限控制等安全机制，可以保护敏感数据不被未授权的人访问或篡改。
此外，还可以通过备份和恢复策略来防止数据丢失。
2. 数据库物理设计方法数据库物理设计的方法多种多样，下面简要介绍一些常用的方法。
2.1 按表规模划分存储文件根据表的规模和访问频率，可以将数据库的存储文件分为不同的组，每个组可以包含多个文件。
这样可以提高并发访问的能力，并增加数据的读取速度。
2.2 按表重要性划分存储空间在数据库中，存在一些重要的核心表，它们的数据变更和读取频率较高。
为了提高这些表的访问速度，可以将其存储在具有高速读写性能的存储设备上，如SSD硬盘。
2.3 利用表分区技术表分区是一种将大表分解成小块，从而提高查询效率和并发处理能力的技术。
根据表的业务特点和查询需求，可以选择合适的分区策略，如按时间、按范围或按哈希等。
数据库中数据组织的四个层次
数据库中数据组织的四个层次一、物理层（Physical Layer）物理层是数据库中数据组织的最底层，主要涉及数据在磁盘或其他存储介质上的物理存储方式。
物理层的设计和管理对于数据库的性能和存储空间的利用具有重要影响。
在物理层中，数据被以数据页（Data Page）的形式存储在磁盘上。
数据页是数据库中最小的存储单位，通常大小为2KB或4KB。
物理层的任务包括数据页的分配和释放、数据页的读写等。
为了提高磁盘读写的效率，物理层通常会采用一些技术，如页面缓存（Page Cache）技术和预读（Prefetch）技术。
二、逻辑层（Logical Layer）逻辑层是数据库中数据组织的第二个层次，它是对物理层的抽象和逻辑组织。
逻辑层定义了数据的组织结构、数据的访问方式以及数据的操作规则等。
在逻辑层中，数据被组织成表（Table）的形式，表由行（Row）和列（Column）组成。
行表示数据的记录，列表示数据的属性。
逻辑层通过定义表的结构和表之间的关系来描述数据的逻辑组织方式。
常用的逻辑模型有层次模型、网状模型和关系模型等。
逻辑层还定义了对数据的操作规则，如数据的查询、插入、修改和删除等。
通过使用结构化查询语言（Structured Query Language，简称SQL），用户可以在逻辑层对数据进行操作。
三、概念层（Conceptual Layer）概念层是数据库中数据组织的第三个层次，它是对逻辑层的进一步抽象和整合。
概念层定义了数据库的整体结构和数据之间的关系。
在概念层中，数据被组织成实体-关系模型（Entity-Relationship Model）的形式。
实体-关系模型使用实体、属性和关系来描述数据的结构和关系。
实体表示现实世界中的对象，属性表示实体的特征，关系表示实体之间的联系。
概念层还定义了数据库的完整性约束（Integrity Constraint），用于保证数据库中数据的一致性和有效性。
常见的完整性约束包括实体完整性、参照完整性和域完整性等。
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读写控制器
2、技术指标
• 盘片：一个硬盘由一组两面涂有磁粉的盘片组成。 • 磁道：为了在盘片上存储信息，必须把盘片分成 若干个同心圆，然后在其上存储信息，我们把这 些同心圆称为磁道。 • 扇区（扇段或盘块）：为了读取信息方便，我们 用扇形把磁道等分成若干段，我们称它们为扇段 （扇区或盘块）。磁盘上的所有扇段（不论扇段 的长短）都存储相同容量的信息，盘块大小与操 作系统有关，一般是512KB。盘块是OS寻址的最 小单位，既OS向磁盘读写数据的最小单位。
5.1.4 磁盘阵列
目前，数据库中的数据量越来越大，数据的 安全性要求越来越高。用单块磁盘存储数据 库数据已不满足要求。1987年,Gibson和Katz 在加洲大学伯克利分校发表文章，首先提出 了“磁盘阵列”概念。
5.1.4 磁盘阵列
独立冗余磁盘阵列最初叫做廉价冗余磁盘阵列 （Redundant Array of Inexpensive Disks），它是 由多个类型、容量、接口，甚至品牌一致的小容 量、独立的硬盘组成的阵列，而阵列综合的性能可 以超过单一昂贵大容量硬盘（SLED）的性能。由于 是对多个磁盘并行操作，所以RAID磁盘子系统与单 一磁盘相比它的输入输出性能得到了提高。服务器 会把RAID阵列看成一个单一的存储单元，并对几个 磁盘同时访问，所以提高了输入输出的速率。
2、技术指标
假如磁盘有20个盘面，每面上有200个磁道。每个磁道上有 17个扇段。 ⑴ 柱面编号：由内向外依此编为 0、1、2 ．．． 199。 ⑵ 磁道编号：磁道编号按柱面号顺序进行编号。0 柱面的20 个盘面上的磁道从上到下编为：0、1、2、．．．、19， 1 柱面的20个盘面上的磁道从上到下编为： 20、21、．．．、39，依此类推。 ⑶ 盘块编号：盘块编号按磁道号顺序编写。0 号磁道上的 17个扇段依此编为 0、1、2、．．．、16，1 号磁道上的17 个扇段编为 17、18、．．．、33,依此类推。
3、磁盘文件
操作系统对存储到磁盘中的数据，采用文 件形式进行管理。每个文件有一个文件名， 数据存储在文件中。 操作系统为每个磁盘创建一个文件分配表 结构如下：
文件名 起始盘块号 终止盘块号
3、磁盘文件
3、磁盘文件
一个文件包含多个盘块，盘块之间指针链 接起来。一个盘块只存储一个文件的数据， 既一个盘块不能存储不同文件文件的数据。 当用户要访问文件时，操作系统首先从磁 盘的文件分配表中找到此文件，然后根据文 件分配表的信息将该文件的盘块调入内存， 操作系统从磁盘往内存调数据的最小单位是 一个盘块（扇区）。
第五章 内容
• 5.1 存储介质 介绍 • 5.2 存储结构 • 5.3 索引技术
5.1 存储介质
• 一个数据库最终要存储到计算机的存储设 备中。因此，我们首先介绍一下数据库系 统所涉及到的计算机存储设备。
5.1.1 存储介质层次
一个数据库在运行过程中，涉及多种存储 设备。我们按存储器中数据被DBMS使用的 顺序，把存储器分为三级。 ⑴ 内存作为一级存储器，存放DBMS当前正 在使用或正要使用的数据库数据。 ⑵ 硬磁盘作为二级存储器，存放整个数据 库，这些数据可能随时被DBMS调入内存。
RAID 0示意图
1010001101011010
阵列控制器
物理盘A 10100011
物理盘B 01011010
2、RAID 1
它是通过磁盘数据镜像实现数据冗余，在成 对的独立磁盘上产生互 为备份的数据。当原 始数据繁忙时，可直接从镜像拷贝中读取数 据，因此RAID 1可以提高读取性能。RAID 1 是磁盘阵列中单位成本最高的，但提供了很 高的数据安全性和可用性。当一个磁盘失效 时，系统可以自动切换到镜像磁盘上读写， 而不需要重组失效的数据。
1、内存
⑶ 磁盘、磁带、光盘等作为三级存储器，存 放数据库的备份，当磁盘中的数据库遭到破 坏时，用数据库的备份来恢复。 如图所示：
存储器分三级结构图
一级
DBMS
二级
三级
DBMS数 据缓存区
磁盘中的数据 库
备份介质中的数 据库
5.1.2 内存
内存中存放系统正在使用或正要使用的数 据。内存由操作系统来管理。操作系统为数 据库在内存中开辟一块区域，用来存放数据 库的数据和日志。如图所示：
5.1.2内存中的数据库示意图
内存
数据库的数据缓冲区
数据页 数据页
…
数据页
数据库的日志缓冲区
5.1.3 硬磁盘
硬磁盘又称温切斯特盘（Winchester），它 的工作原理是：在一个塑料盘片上上小磁 粉颗粒，颗粒有磁时表示“1”、无磁时表 示”0” 结构如图所示：
1、磁盘结构
磁头 磁道
扇区
柱面
5.1.4 磁盘阵列
RAID技术主要包含RAID 0～RAID 7等数个 规范，它们的侧重点各不相同，具体如下：
1、RAID 0
RAID 0连续以位或字节为单位分割数据，并 行读/写于多个磁盘上，因此具有很高的数据 传输率，但它没有数据冗余，因此并不能算 是真正的RAID结构。RAID 0只是单纯地提高 性能，并没有为数据的可靠性提供保证，而 且其中的一个磁盘失效将影响到所有数据。 因此，RAID 0不能应用于数据安全性要求高 的场合。
RAID 1 示意图
1010001101011010
阵列控制器
物理盘A 1010001101011010
物理盘B 1010001101011010
3、RAID 0+1
这种模式其实是RAID 0和RAID 1的组合，它 至少需要四块盘。先由两块盘够成RAID 0阵 列，再把两个RAID 0阵列构成RAID 1阵列。 优点是：既可提高数据的可靠性，又可适当 提高读写速度。
2、技术指标
• 柱面：我们把由所有盘面上相同磁道所够 成的哪一部分存储空间，称为一个柱面。 • 磁盘容量：盘片总数×2×每个盘面的磁道 数×磁道的盘块数×每个盘块的字节数 • 在磁盘上定位数据：操作系统通过（柱面 号，磁头号，盘块号）三个参数来定位磁 盘上的数据。OS对整个盘的盘块进行统一 编址，编址的方法是：
RAID 0+1示意图
1010001101011010
阵列控制器