数据库存储结构 LN
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第6章 数据库存储结构
主要内容
6.1 数据库存储设备 6.2 文件组织 6.3 文件结构 6.4 索引技术
2020/6/13
2
6.1数据库存储设备
计算机中有两级存储,分别是主存和辅存 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:
2020/6/13
3
1．高速缓冲存储器（Cache） 简称为“高速缓存”，也就是一般说的
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,仍能保持数据不丢失。
硬磁盘的特性：
2020/6/13
5
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6.2 定长记录的文件
2020/6/13
15
图6.3 删除记录2，5，7后的文件结构
2020/6/13
16
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：
1. 删除：删除后是在其位置补充一个记录还是忽略 这个位置；
2020/6/13
Sn1 Sn2 Sn3 Sn4
000001 000002 000003 000004
甲 乙 丙 丁
14
Snum S003 S001 S005 wenku.baidu.com004 S006 S003 S002 S004 S003
Cnum 1 2 4 1 3 2 2 2 3
Scor e60 83 80 85 75 80 85 60 40
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 。
2020/6/13
9
4 磁带
磁带是一种顺序存储设备 ,即磁带只能顺序访问， 不能随机访问。
2020/6/1是3 别人无法使用而又被空闲着。
19
6.2.1.2. 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。 6.2.2 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。
Cache。Cache访问速度快，但贵，容量小。 2. 主存储器（Main Memory） 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。
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4
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。
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21
Snum Cnum Scor Cnum Scor Cnum Scor
图6.1 磁盘块地址形式示意图
2020/6/13
6
②磁盘的性能指标
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。
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7
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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20
6.2.2.1 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。
2020/6/13
8
④廉价磁盘冗余阵列
(Redundant Array of Inexpensive（或 Indscendent） Disks，简称RAID)
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6.2 文件组织
外存中，数据库以文件形式组织，而文件 又是由记录组成。记录在物理文件中的实 现就是本节讨论的内容。
文件组织的两种方式：定长格式和变长格 式。
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13
6.2.1 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。
就是第三种方法。
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3. 把删除的结点用指针链接起来
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
2. 长度：若物理上每个块的大小不等于每个记录的 长度倍数，则必然在读这样的记录时要访问两个
块。
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6.2.1.1 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，
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，存储数据库文件的 副本
用来存储磁盘上存储不了的大型数据库文件, 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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5 光存储器
光存储器是多媒体信息的主要存储设备，作为分 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 (CDROM) 。
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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。
主要内容
6.1 数据库存储设备 6.2 文件组织 6.3 文件结构 6.4 索引技术
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6.1数据库存储设备
计算机中有两级存储,分别是主存和辅存 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:
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3
1．高速缓冲存储器（Cache） 简称为“高速缓存”，也就是一般说的
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,仍能保持数据不丢失。
硬磁盘的特性：
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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6.2 定长记录的文件
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图6.3 删除记录2，5，7后的文件结构
2020/6/13
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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：
1. 删除：删除后是在其位置补充一个记录还是忽略 这个位置；
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Sn1 Sn2 Sn3 Sn4
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Snum S003 S001 S005 wenku.baidu.com004 S006 S003 S002 S004 S003
Cnum 1 2 4 1 3 2 2 2 3
Scor e60 83 80 85 75 80 85 60 40
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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4 磁带
磁带是一种顺序存储设备 ,即磁带只能顺序访问， 不能随机访问。
2020/6/1是3 别人无法使用而又被空闲着。
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6.2.1.2. 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。 6.2.2 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。
Cache。Cache访问速度快，但贵，容量小。 2. 主存储器（Main Memory） 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。
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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。
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Snum Cnum Scor Cnum Scor Cnum Scor
图6.1 磁盘块地址形式示意图
2020/6/13
6
②磁盘的性能指标
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。
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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 ：
2020/6/13
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6.2.2.1 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。
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④廉价磁盘冗余阵列
(Redundant Array of Inexpensive（或 Indscendent） Disks，简称RAID)
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6.2 文件组织
外存中，数据库以文件形式组织，而文件 又是由记录组成。记录在物理文件中的实 现就是本节讨论的内容。
文件组织的两种方式：定长格式和变长格 式。
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6.2.1 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。
就是第三种方法。
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3. 把删除的结点用指针链接起来
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
2. 长度：若物理上每个块的大小不等于每个记录的 长度倍数，则必然在读这样的记录时要访问两个
块。
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6.2.1.1 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，
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，存储数据库文件的 副本
用来存储磁盘上存储不了的大型数据库文件, 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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10
5 光存储器
光存储器是多媒体信息的主要存储设备，作为分 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 (CDROM) 。
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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。