数据库物理存储

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