數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計3

第七章數(shù)據(jù)庫設(shè)計之三AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計什么是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)與存取方法稱為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，它依賴于給定的計算機系統(tǒng)。為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)的過程，就是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計。AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計的步驟確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)對物理結(jié)構(gòu)進行評價，評價的重點是時間和空間效率目標：提高速度、節(jié)約空間。AnIntroductiontoDatabaseSystem

數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)評價數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫實施物理模型邏輯模型AnIntroductiontoDatabaseSystem存儲記錄結(jié)構(gòu)的設(shè)計訪問方法的設(shè)計數(shù)據(jù)存儲位置設(shè)計系統(tǒng)配置設(shè)計確定物理結(jié)構(gòu)AnIntroductiontoDatabaseSystem存儲記錄結(jié)構(gòu)的設(shè)計存儲記錄結(jié)構(gòu)的設(shè)計包括記錄的組成、數(shù)據(jù)項的類型和長度，以及邏輯記錄到存儲記錄的映射靈活的存儲結(jié)構(gòu)：聚簇和索引聚簇：把屬性上具有相同值的元組集中存放在一個物理塊中。如果存放不下，可以存放在相鄰的物理塊中，該組屬性稱為聚簇碼索引文件對存儲記錄重新進行內(nèi)部連接，邏輯上改變了記錄的存儲位置，從而改變了訪問數(shù)據(jù)的入口點AnIntroductiontoDatabaseSystem關(guān)系模式存取方法選擇DBMS常用存取方法索引方法，目前主要是B+樹索引方法聚簇（Cluster）方法HASH方法(*)AnIntroductiontoDatabaseSystem索引存取方法的選擇選擇索引存取方法的主要內(nèi)容

根據(jù)應(yīng)用要求確定對哪些屬性列建立索引對哪些屬性列建立組合索引對哪些索引要設(shè)計為唯一索引AnIntroductiontoDatabaseSystem索引存取方法的選擇（續(xù)）選擇索引存取方法的一般規(guī)則如果一個(或一組)屬性經(jīng)常在查詢條件中出現(xiàn)，則考慮在這個(或這組)屬性上建立索引(或組合索引)如果一個屬性經(jīng)常作為最大值和最小值等聚集函數(shù)的參數(shù)，則考慮在這個屬性上建立索引如果一個(或一組)屬性經(jīng)常在連接操作的連接條件中出現(xiàn)，則考慮在這個(或這組)屬性上建立索引AnIntroductiontoDatabaseSystem索引存取方法的選擇（續(xù)）關(guān)系上定義的索引數(shù)過多會帶來較多的額外開銷維護索引的開銷查找索引的開銷AnIntroductiontoDatabaseSystem聚簇存取方法的選擇什么是聚簇為了提高某個屬性（或?qū)傩越M）的查詢速度，把這個或這些屬性（稱為聚簇碼）上具有相同值的元組集中存放在連續(xù)的物理塊稱為聚簇.許多關(guān)系型DBMS都提供了聚簇功能.AnIntroductiontoDatabaseSystem建立聚簇索引（復(fù)習(xí)）聚簇索引建立聚簇索引后，基表中數(shù)據(jù)也需要按指定的聚簇屬性值的升序或降序存放。也即聚簇索引的索引項順序與表中元組的物理順序一致。例：

CREATECLUSTERINDEXStusnameONStudent(Sname)；

在Student表的Sname（姓名）列上建立一個聚簇索引，而且Student表中的記錄將按照Sname值的升序存放.AnIntroductiontoDatabaseSystem建立聚簇索引（復(fù)習(xí)）在一個基本表上最多只能建立一個聚簇索引聚簇索引的用途：對于某些類型的查詢，可以提高查詢效率聚簇索引的適用范圍很少對基表進行增刪操作很少對其中的建立了聚簇索引的列進行修改操作AnIntroductiontoDatabaseSystem聚簇存取方法的選擇（續(xù)）聚簇的用途大大提高按聚簇屬性進行查詢的效率例：假設(shè)學(xué)生關(guān)系按所在系建有索引，現(xiàn)在要查 詢信息系的所有學(xué)生名單。信息系的500名學(xué)生分布在500個不同的物理塊上時，至少要執(zhí)行500次I/O操作。如果將同一系的學(xué)生元組集中存放，則每讀一個物理塊可得到多個滿足查詢條件的元組，從而顯著地減少了訪問磁盤的次數(shù)。AnIntroductiontoDatabaseSystem聚簇存取方法的選擇（續(xù)）節(jié)省存儲空間聚簇以后，聚簇碼相同的元組集中在一起了，因而聚簇碼值不必在每個元組中重復(fù)存儲，只要在一組中存一次就行了.AnIntroductiontoDatabaseSystem聚簇存取方法的選擇（續(xù)）聚簇的局限性聚簇只能提高某些特定應(yīng)用的性能建立與維護聚簇的開銷相當(dāng)大對已有關(guān)系建立聚簇，將導(dǎo)致關(guān)系中元組移動其物理存儲位置，并使此關(guān)系上原有的索引無效，必須重建。當(dāng)一個元組的聚簇碼改變時，該元組的存儲位置也要做相應(yīng)移動。AnIntroductiontoDatabaseSystem聚簇存取方法的選擇（續(xù)）聚簇的適用范圍既適用于單個關(guān)系獨立聚簇，也適用于多個關(guān)系組合聚簇.

例：假設(shè)用戶經(jīng)常要按系別查詢學(xué)生成績單，這一查詢涉及學(xué)生關(guān)系和選修關(guān)系的連接操作，即需要按學(xué)號連接這兩個關(guān)系，為提高連接操作的效率，可以把具有相同學(xué)號值的學(xué)生元組和選修元組在物理上聚簇在一起。這就相當(dāng)于把多個關(guān)系按“預(yù)連接”的形式存放，從而大大提高連接操作的效率。AnIntroductiontoDatabaseSystem聚簇存取方法的選擇（續(xù)）當(dāng)通過聚簇碼進行訪問或連接是該關(guān)系的主要應(yīng)用，與聚簇碼無關(guān)的其他訪問很少或者是次要的時候，可以使用聚簇。尤其當(dāng)SQL語句中包含有與聚簇碼有關(guān)的ORDERBY，GROUPBY，UNION，DISTINCT等子句或短語時，使用聚簇特別有利，可以省去對結(jié)果集的排序操作AnIntroductiontoDatabaseSystemHASH存取方法的選擇*選擇HASH存取方法的規(guī)則當(dāng)一個關(guān)系滿足下列兩個條件時，可以選擇HASH存取方法該關(guān)系的屬性主要出現(xiàn)在等值連接條件中或主要出現(xiàn)在相等比較選擇條件中該關(guān)系的大小可預(yù)知，而且不變；或該關(guān)系的大小動態(tài)改變，但所選用的DBMS提供了動態(tài)HASH存取方法。AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)存儲位置設(shè)計表和索引分別存放在不同的磁盤上數(shù)據(jù)庫的備份、日志文件備份可以存放在磁帶上AnIntroductiontoDatabaseSystem系統(tǒng)配置設(shè)計考慮以下因素：同時使用數(shù)據(jù)庫的用戶數(shù)同時打開的數(shù)據(jù)庫對象數(shù)內(nèi)存分配參數(shù)緩沖區(qū)分配參數(shù)、存儲分配參數(shù)、時間片大小等AnIntroductiontoDatabaseSystem評價物理結(jié)構(gòu)評價內(nèi)容對數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計過程中產(chǎn)生的多種方案進行細致的評價，從中選擇一個較優(yōu)的方案作為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)AnIntroductiontoDatabaseSystem評價物理結(jié)構(gòu)評價方法定量估算各種方案

存儲空間存取時間維護代價對估算結(jié)果進行權(quán)衡、比較，選擇出一個較優(yōu)的合理的物理結(jié)構(gòu)如果該結(jié)構(gòu)不符合用戶需求，則需要修改設(shè)計AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫的實施數(shù)據(jù)庫實施的工作內(nèi)容用DDL定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)入庫編制與調(diào)試應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫試運行AnIntroductiontoDatabaseSystem一、定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)確定了數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)后，就可以用所選用的DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言（DDL）來嚴格描述數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。

AnIntroductiontoDatabaseSystem二、數(shù)據(jù)裝載數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建立好后，就可以向數(shù)據(jù)庫中裝載數(shù)據(jù)了。組織數(shù)據(jù)入庫是數(shù)據(jù)庫實施階段最主要的工作。數(shù)據(jù)裝載方法人工方法計算機輔助數(shù)據(jù)入庫AnIntroductiontoDatabaseSystem三、編制與調(diào)試應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的設(shè)計應(yīng)該與數(shù)據(jù)設(shè)計并行進行。在數(shù)據(jù)庫實施階段，當(dāng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建立好后，就可以開始編制與調(diào)試數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序。調(diào)試應(yīng)用程序時由于數(shù)據(jù)入庫尚未完成，可先使用模擬數(shù)據(jù)。AnIntroductiontoDatabaseSystem四、數(shù)據(jù)庫試運行應(yīng)用程序調(diào)試完成，并且已有一小部分數(shù)據(jù)入庫后，就可以開始數(shù)據(jù)庫的試運行。數(shù)據(jù)庫試運行也稱為聯(lián)合調(diào)試，其主要工作包括：功能測試：實際運行應(yīng)用程序，執(zhí)行對數(shù)據(jù)庫的各種操作，測試應(yīng)用程序的各種功能。性能測試：測量系統(tǒng)的性能指標，分析是否符合設(shè)計目標。AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫運行與維護數(shù)據(jù)庫試運行結(jié)果符合設(shè)計目標后，數(shù)據(jù)庫就可以真正投入運行了。數(shù)據(jù)庫投入運行標著開發(fā)任務(wù)的基本完成和維護工作的開始。對數(shù)據(jù)庫設(shè)計進行評價、調(diào)整、修改等維護工作是一個長期的任務(wù)，也是設(shè)計工作的繼續(xù)和提高。應(yīng)用環(huán)境在不斷變化數(shù)據(jù)庫運行過程中物理存儲會不斷變化AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫運行與維護（續(xù)）在數(shù)據(jù)庫運行階段，對數(shù)據(jù)庫經(jīng)常性的維護工作主要是由DBA完成的，包括：

⒈數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復(fù)轉(zhuǎn)儲和恢復(fù)是系統(tǒng)正式運行后最重要的維護工作之一。DBA要針對不同的應(yīng)用要求制定不同的轉(zhuǎn)儲計劃，定期對數(shù)據(jù)庫和日志文件進行備份。一旦發(fā)生介質(zhì)故障，即利用數(shù)據(jù)庫備份及日志文件備份，盡快將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到某種一致性狀態(tài)。AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫運行與維護（續(xù)）2.數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性控制DBA必須根據(jù)用戶的實際需要授予不同的操作權(quán)限。在數(shù)據(jù)庫運行過程中，由于應(yīng)用環(huán)境的變化，對安全性的要求也會發(fā)生變化，DBA需要根據(jù)實際情況修改原有的安全性控制。由于應(yīng)用環(huán)境的變化，數(shù)據(jù)庫的完整性約束條件也會變化，也需要DBA不斷修正，以滿足用戶要求。AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫運行與維護（續(xù)）⒊數(shù)據(jù)庫性能的監(jiān)督、分析和改進在數(shù)據(jù)庫運行過程中，DBA必須監(jiān)督系統(tǒng)運行，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，找出改進系統(tǒng)性能的方法。利用監(jiān)測工具獲取系統(tǒng)運行過程中一系列性能參數(shù)的值。通過仔細分析這些數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前系統(tǒng)是否處于最佳運行狀態(tài)。如果不是，則需要通過調(diào)整某些參數(shù)來進一步改進數(shù)據(jù)庫性能。AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫運行與維護（續(xù)）⒋數(shù)據(jù)庫的重組織和重構(gòu)造重組織數(shù)據(jù)庫適當(dāng)重構(gòu)造數(shù)據(jù)庫AnIntroductiontoDatabaseSystem小結(jié)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計過程需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計物理設(shè)計實施運行維護設(shè)計過程中往往還會有許多反復(fù)。AnIntroductiontoDatabaseSystem小結(jié)（續(xù)）數(shù)據(jù)庫各級模式的形成數(shù)據(jù)庫的各級模式是在設(shè)計過程中逐步形成的需求分析階段綜合各個用戶的應(yīng)用需求（現(xiàn)實世界的需求）。概念設(shè)計階段形成獨立于機器特點、獨立于各個DBMS產(chǎn)品的概念模式（信息世界模型），用E-R圖來描述。AnIntroductiontoDatabaseSystem小結(jié)（續(xù)）在邏輯設(shè)計階段將E-R圖轉(zhuǎn)換成具體的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品支持的數(shù)據(jù)模型如關(guān)系模型，形成數(shù)據(jù)庫邏輯模式。然后根據(jù)用戶處理的要求，安全性的考慮，在基本表的基礎(chǔ)上再建立必要的視圖（VIEW）形成數(shù)據(jù)的外模式。在物理設(shè)計階段根據(jù)DBMS特點和處理的需要，進行物理存儲安排，設(shè)計索引，形成數(shù)據(jù)庫內(nèi)模式。AnIntroductiontoDatabaseSystem小結(jié)（續(xù)）目前很多DBMS都提供了一些輔助工具（CASE工具），為加快數(shù)據(jù)庫設(shè)計速度，設(shè)計人員可根據(jù)需要選用。例如需求分析完成之后，設(shè)計人員可以使用ORACLEDESIGNER2000畫E-R圖，將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系數(shù)據(jù)模型，生成數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)；AnIntroductiontoDatabaseSystem小結(jié)（續(xù)）利用CASE工具生成的僅僅是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的一個雛形，比較粗糙，數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員需要根據(jù)用戶的應(yīng)用需求進一步修改該雛形，使之成為一個完善的系統(tǒng)。早期就選擇某種CASE工具固然能