數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用課件(數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計,系統(tǒng)運行與維護).ppt

數(shù)據(jù)庫原理-第九課,1.數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計 2.系統(tǒng)維護與運行,1.數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計,物理設(shè)計任務(wù)：使邏輯結(jié)構(gòu)在物理上得到實現(xiàn)，建立性能良好（讀寫速度快，空間利用率高等）的存儲在介質(zhì)上的數(shù)據(jù)庫 1.選擇存儲結(jié)構(gòu) 2.確定數(shù)據(jù)存放位置 3.存取路徑,1.1選擇存儲結(jié)構(gòu),為保證數(shù)據(jù)的持久性，數(shù)據(jù)需要存儲在磁盤和磁帶等永久性介質(zhì)中。 查詢需要訪問某一記錄，首先必須讀入內(nèi)存，磁盤的訪問速度與內(nèi)存相差56個數(shù)量級。 為提高性能，DBMS使用一部分內(nèi)存緩存常用數(shù)據(jù)，內(nèi)存數(shù)量有限，要對其進行緩沖區(qū)管理。,1.1.1介質(zhì)分類,現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)中，介質(zhì)按照容量、訪問速度等技術(shù)指標(biāo)分成三部分 底部：容量大，價格低，速度慢 頂部：速度快，價格高，容量小,不同介質(zhì)在保持?jǐn)?shù)據(jù)的持久性上不同 揮發(fā)性介質(zhì)：內(nèi)存等一級存儲介質(zhì)，只在運行是保存數(shù)據(jù)，斷電數(shù)據(jù)就消失。 持久性介質(zhì)：磁盤、磁帶等二、三級存儲介質(zhì)，斷電后還能保持?jǐn)?shù)據(jù)的有效性 程序運行期間可以使用一級存儲介質(zhì)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)必須保存在二、三級存儲介質(zhì),1.1.2.磁盤,磁盤位于三級存儲層次的第二級，相對容量較大，速度適中，是典型存儲介質(zhì),磁盤邏輯,邏輯上看，一個盤面被劃分成很多個間距很小的同心圓，叫做磁道 不同盤面上相同直徑的磁道組成柱面 磁道劃分成扇區(qū)（典型容量為512Byte） 扇區(qū)兩種組織形式：每個磁道劃分成相同數(shù)目的扇區(qū)，數(shù)據(jù)密度不同；不同數(shù)量的扇區(qū)，數(shù)據(jù)密度相同,磁盤I/O的性能,讀寫數(shù)據(jù)通過讀寫頭完成，過程： 1. 移動磁盤臂，直到讀寫頭位于數(shù)據(jù)所在的磁道正上方，具有尋道時間 2. 通過盤片旋轉(zhuǎn)，使得讀寫頭位于所讀寫數(shù)據(jù)的正上方，具有旋轉(zhuǎn)時間 3. 讀寫頭讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，具有傳輸時間,訪問時間=尋道時間+旋轉(zhuǎn)時間+傳輸時間 尋道時間 與讀寫頭所移動的距離成正比，典型值為幾毫秒 旋轉(zhuǎn)時間 是隨機的，按照180度來計算，通常需要510毫秒 傳輸時間 才是與數(shù)量量相關(guān)的，典型值為幾十M每秒,磁盤臂調(diào)度算法,規(guī)劃多個讀寫請求服務(wù)順序來減少總移動量，縮小讀寫磁盤的平均尋道時間。 電梯算法： 1.磁盤臂由里向外移動，完成讀寫請求 2.磁盤臂由外向里移動，完成讀寫請求 有固化在磁盤硬件中的驅(qū)動程序完成，該算法是衡量磁盤生產(chǎn)廠商的實力標(biāo)準(zhǔn)之一。,數(shù)據(jù)預(yù)存和按塊傳輸,額外消耗（尋道時間+旋轉(zhuǎn)時間）固定，因此讀取少量的數(shù)據(jù)比讀寫大量的數(shù)據(jù)效率大大降低。 數(shù)據(jù)預(yù)存技術(shù)：讀取指定數(shù)據(jù)的同時也預(yù)先讀取與之相鄰的一定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，磁盤讀寫的最小單位是塊，按塊傳輸。不同文件系統(tǒng)的塊的大小不固定，目前典型的塊18KB之間,緩沖區(qū)管理,DBMS在執(zhí)行查詢時，首先將數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存，由于磁盤和內(nèi)存之間的訪問速度相差56個數(shù)量級，如果每次數(shù)據(jù)訪問都讀寫磁盤，必然使DBMS性能下降。而大量的數(shù)據(jù)暫存在內(nèi)存中，內(nèi)存量有限。 為解決這類問題，DBMS在內(nèi)存開辟專用空間，稱為緩沖區(qū)。,緩沖區(qū),磁盤塊,磁盤塊,磁盤塊,磁盤塊,磁盤塊,磁盤塊,緩沖區(qū),緩沖塊,空閑位 用一個位表示緩沖塊是否空閑，每個非空閑的緩沖塊對應(yīng)磁盤上的一個塊，空閑位可以寫入新的數(shù)據(jù) 臟位 用一個位來表示緩沖塊中內(nèi)容是否曾被修改，在被替換是需要寫入磁盤，進行持久性存儲 PIN值 防止替換正在處理的塊；指定某些塊常駐內(nèi)存,緩沖區(qū)替換策略,緩沖區(qū)不足以容納數(shù)據(jù)庫中所有的數(shù)據(jù)，在緩沖區(qū)滿的狀況下，需要將PIN值為0的塊替換出去。 如何選擇被替換的塊，將影響數(shù)據(jù)庫運行中進行磁盤I/O的頻率 最廣泛的替換策略是 最近最少使用（LRU）替換策略,原理：系統(tǒng)未來對數(shù)據(jù)的訪問由系統(tǒng)過去的訪問情況預(yù)知，過去很少被訪問的數(shù)據(jù)塊，將來也不大可能被訪問 SAMPLE：四個緩沖塊，初始為0，依次訪問1 4 8 1 5 2 3 2 4，LRU后的情況如下,4,4,8,1,8,1,5,1,5,2,1,5,3,5,3,2,1 4 8 1 5 2 3 2 4,記錄的存儲,數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)按記錄的形式加以組織，一條記錄描述數(shù)據(jù)庫的一個實體。由多個字段構(gòu)成，每個字段描述實體的一個屬性。 實體的屬性有不同的域，記錄的字段有不同的類型，整形、浮點型、日期型等存儲空間不變，叫定長類型 變長字符串和文本，空間由實際的值決定，稱為變長類型 記錄分為：定長記錄、變長記錄,記錄的內(nèi)部格式,定長記錄內(nèi)部結(jié)構(gòu) 變長記錄內(nèi)部結(jié)構(gòu),字段1 L1,字段2 L2,字段3 L3,字段4 L4,。,字段N LN,偏移0,偏移L1,L1+L2,字段1,$,字段2,$,字段3,$,字段4,$,字段5,$,字段1,字段2,字段3,字段4,字段5,記錄的塊格式,塊是內(nèi)外存交互的單位，記錄必須存儲在塊中，一個塊存放多條記錄。塊大小為B，記錄長度為R，每塊中有B-fR浪費。 若記錄跨塊存儲，會導(dǎo)致多次磁盤I/O操作,記錄1,記錄2,記錄3,頭結(jié)構(gòu),使用中的項,未使用的項,超長記錄的跨塊存儲,為了提高磁盤空間的利用率，允許記錄跨塊存儲，塊在物理上不連續(xù)，因此需要用一個鏈表維護同記錄的不同部分。,文件的組織方式,順序文件 按順序讀取記錄，效率高。同時進行二分查找，性能上有很大的提高,文件的組織方式,聚集文件 允許多個表中記錄存儲在一個文件中，插入記錄方便,2.DBMS設(shè)計,經(jīng)過系統(tǒng)分析，概念邏輯物理設(shè)計后，使用熟悉的設(shè)計語言。 設(shè)計語言：面向過程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法；面向?qū)ο蟮氖录?qū)動程序設(shè)計方法 程序編碼結(jié)束，進行調(diào)試。整體測試，是否完成了系統(tǒng)分析時的要求。 Visual Foxpro為面向?qū)ο蟮脑O(shè)計語言,3.DBMS運行和維護,數(shù)據(jù)庫維護分如下工作： 1.數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性控制和轉(zhuǎn)儲恢復(fù) 2.數(shù)據(jù)庫性能的考核、分析和改進 3.數(shù)據(jù)庫重組織和重構(gòu)造 重組織：空閑空間回收，數(shù)據(jù)重排列 重構(gòu)造：修改原設(shè)計的關(guān)系模式 構(gòu)造變化過大時，需要結(jié)束軟件的生命周期，重新設(shè)計數(shù)據(jù)庫,4.主流DBMS設(shè)計語言,JAVA語言發(fā)明已有10年歷史,在IBM、SUN等公司的推動下已經(jīng)比較穩(wěn)定與成熟，獲得了大規(guī)模企業(yè)的普遍應(yīng)用。時至今日，J2EE已經(jīng)發(fā)展成為一個覆蓋面廣，效率高，易用性強的技術(shù)平臺，吸引了400萬開發(fā)者，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)遍及全球的的今天，更有17.5億臺設(shè)備使用JAVA技術(shù). 跨平臺性是最大的優(yōu)勢，于2010年被ORACLE收購。 .NET則是微軟公司目前主推的開發(fā)平臺,是微軟未來操作系統(tǒng)以及長遠戰(zhàn)略的基礎(chǔ)。.NET的技術(shù)相對簡單，入門較快。由于.NET擁有易學(xué)易用、開發(fā)迅速的特性，隨著它的成熟和完善，使其受到越來越多企業(yè)的青睞。.NET在國內(nèi)也取得了驚人的發(fā)展 眾多企業(yè)紛紛采用.NET作為企業(yè)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與平臺，使用.NET項目之企業(yè)數(shù)量快速增長，甚至與JAVA一樣被銀行業(yè)、電信業(yè)所采用。,5.ASP.NET MVC介紹,模型(用M表示)：模型是負責(zé)表現(xiàn)底層數(shù)據(jù)庫模式的業(yè)務(wù)對象，容納MVC應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)/狀態(tài)。 視圖(用V表示)：視圖指的是應(yīng)用程序的UI，在