物理数据库设计数据库是存储在物理设备上的逻辑数据库设.ppt

第八章 物理数据库设计 数据库是存储在物理设备上的。逻辑数据库设计工作完成后，需 要为逻辑数据模型选择适合应用环境的物理结构，即存储结构与 存取方法。这个选择工作就是数据库的物理设计。由于物理结构 依赖于给定的DBMS和和硬件系统，因此设计人员必须了解所用的 DBMS的内部特征，特别是存储结构和存取方法；了解应用环境， 特别是应用的处理频率和响应时间要求；以及了解外存设备特性。 数据库物理设计的任务是对给定的逻辑数据模型选取适合应用环 境的物理结构，即在逻辑设计的基础上，为每个关系模式选择合 适的存储结构和存取方法，使数据库的事务能够高效率地运行。 许多关系数据库大量地屏蔽了内部物理结构，留给用户参与设计 的余地不多。一般的RDBMS留给用户参与物理设计的内容大致是 索引、聚集和分区的设计。 物理数据库设计阶段的设计过程主要包括以下三方面工作： (1)分析影响物理数据库设计的因素； (2)为关系模式选择存取方法； (3)设计关系、索引等数据库文件的物理存储结构。,H,第一节 影响物理数据库设计的因素 有许多物理数据库设计策略，选择原则是事务响应时间最 小、存储空间复杂性最小和事务吞吐率最大。 选择存取方法需要考虑以下影响事务效率的因素： 与数据库查询事务有关的因素 ： 查询的关系； 查询条件所涉及的属性； 连接条件所涉及的属性； 查询的投影属性。 与数据库更新事务有关的因素： 被更新的关系； 每个关系更新操作的类型； 删除和修改操作条件所涉及的属性； 修改操作要改变的属性值。 每个事务在各个关系上运行的频率和时间约束。 由于在物理数据库设计阶段并不知道全部的数据库事务， 故上述信息不完全，所设计的物理数据库随着新事务的提 出要作适当的修改。,H1,第二节 为关系模式选择存取方法 存取方法是为存储在物理设备上数据提供快速存储和检索的能力。 有三类常用方法： (1)索引方法： 第九章介绍。 (2)HASH方法：第九章介绍。 (3)聚集方法： 这种方法对经常进行连接操作的若干个关系作专门的 存储。连接属性称为聚集键。这些关系具有相同聚集 键值的记录被物理地存储在一起。这种存储分布降低 了连接操作的访问磁盘次数。每个关系至多只能参与 一个聚集，但一个物理数据库可有多个聚集。 存取方法的选择实际上是下面的优化问题： 设Ti是在逻辑数据库上运行的事务集合， fi是各事务频率的集合； Cost()表示事务的运行开销，例如磁盘存取块数。 优化问题：为每个涉及的关系选择一个和数个存取方法， 最小化Cost=fi Cost(Ti),H2,一.索引存取方法的选择 索引设计是数据库物理设计的基本问题。有效的索引选择将提高 对数据库的存取效率。索引建立在关系的属性上，用于常用的查 询中。各种索引方法在第九章详述。这里介绍一个确定索引配置 方案的启发式算法： 首先根据前述的设计因素，用下边的策略确定候选索引： 若一个(或一组)属性经常出现在选择或连接操作的条件， 或作为投影属性使用，则可在这个(这组)属性上建立索引； 若一个属性经常作为最大值和最小值等聚集函数的参数， 可考虑在这个属性上建立索引。 然后，对每一个关系确定是否建立索引。若建立索引，要确定建 立多少个索引，这样就形成一个索引配置方案。计算每一个索 引配置方案对应的系统代价，即各事务运行开销的总和。 对多个方案的系统运行代价进行比较，从中选出最佳方案。,H21,二.HASH存取方法的选择 各种HASH方法在第九章详述 。 有些DBMS提供了HASH存取方法。 HASH方法的查询原理是按数据记录某些属性(称为HASH域)的 值用某种算法算出数据记录的存放地址。 选择HASH存取方法的规则是： 若一个关系的某属性子集经常出现在等值连接操作或等值比较 选择操作的条件中，而且满足下面两个条件之一，则可选择此法 如果关系的大小可以预知并且不变； 如果关系的大小动态改变，但DBMS提供了动态HASH存取方法. 例如，若两个关系经常进行同名属性A上的自然连接操作，并且都 在A上建立了HASH存取结构。则由于两关系在A等值的记录存放 在相同的地址，故连接操作的磁盘动作次数较少，响应较快。,H22,三.聚集存取方法的选择 第一步 确定聚集关系组。 用以下规则确定候选聚集关系组： 对于经常相互连接的关系组、经常相等比较的单个关系、 在某属性(子集)上重复率高的单个关系，可考虑作为聚集 关系组。 取消候选聚集关系组中不必要的关系： 把候选组内满足下列条件之一的关系除去： (1)经常进行全关系扫描； (2)更新操作频繁于连接操作。 第二步 确定优化的聚集方案。 不同的候选组可能相交，即有共同的关系，但每个关系至多 只能属于一个聚集组，故需制定多个聚集方案，在每个方案 中，每个关系最多只属于一个聚集组。然后对多个聚集方案 进行优选，选择出操作代价最低的聚集方案。,H23,第三节 物理存储结构的设计 物理存储结构的设计的目的是确定关系、索引、聚集等 数据库对象的存储结构，使空间利用率最大且操作开销 最小。不同的DBMS有不同的存储结构设计方法。下边 简单介绍ORACLE数据库管理系统的设计方法。具体技 术细节可阅读各版本的详细说明。,H3,0. ORACLE管理磁盘空间的方法 1. 物理存储块的设计 2. 数据域和数据段的设计,物理数据块,物理数据块,(连续)数据域,含n个物理数据块,物理数据块,物理数据块,数据段(与数据库对象相对应),数据库分区,文件,文件,数据库分区,物理数据库,物理存储记录是元组及存储信息. 数据库对象存储结构设计主要是 数据段,数据域,数据块参数选择,存储记录 用户数据 管理信息 存储记录 用户数据 管理信息,存储记录 用户数据 管理信息 存储记录 用户数据 管理信息,存储记录 用户数据 管理信息 存储记录 用户数据 管理信息,存储记录 用户数据 管理信息 存储记录 用户数据 管理信息,H30,ORACLE管理磁盘空间的方法,数据段(与数据库对象相对应),数据段(与数据库对象相对应),(连续)数据域,含m个物理数据块,文件由OS管理, 文件中的数据由oracle管理,在PCTfree较小或PCTused较大的情况下，有下面的性能： 块空间利用率高，关系占用块少，有利于提高整体扫描速度； 记录的扩展容易引起元组的跨块，导致访问速度低。 这种情况适合于主要操作是查询而不是更新的关系。,H31,物理存储块的设计 这个环节的设计主要是合理地确定下边两个参数的值： (1)pctfree是数据块内为存储记录的扩展而预留的空间百分比。 当块内自由空间百分比大于此值时， 块内记录可以扩展，否则不能扩展。 (2)pctused是数据块内数据量不得低于的百分比。 当块内已用空间百分比小于此值时，块加入自由链， 可以对块注入新记录，否则不可以。 两个参数的关系是：PCTused+PCTfree1,已用空间 百分比,100,0,A,B,记录可增加,pctused,记录可扩展,pctfree,X,域,数据域和数据段的设计 设计工作主要是确定下边下列参数： initial:_extent：段内第一个数据域的容量； nest_ extent ： 段内第二个数据域的容量； min_ extent ： 段内开始时数据域的数目； pctincrease ： 段内从第三个域起容量增长的百分比。 当建立一个关系、索引、聚集等数据库对象时，首先分配 min_exetent个数据域，当存储的数据量不断增多时，系统 动态地为这个对象的数据段增添更多的数据域，这个过程 称为数据段的动态扩展。 为了提高系统效率，需要减少数据段的动态扩展，方法是： 估计数据库对象的初始容量并分配足够大的初始存储空间； 建立数据库对象时，选择适当的参数值为每个数据域分配 足够大的容量。,块,H32,块,块,块,域,块,块,块,块,域,块,块,块,块,数据段,