数据库物理存储结构讲解
第2章 Oracle数据库的体系结构
因此，Oracle实例是由内存空间和Oracle 进程两部分组成。
Oracle实例结构图
1．系统全局区SGA
数据缓存区（database buffer cache） ：最近 使用过的数据 。 重做日志缓冲区（redo log buffer） ：记录了 用户对数据库执行的操作，被循环使用 。 共享池（shared pool） ：包含了库缓存区（ library cache）、数据字典缓存区（dictionary cache）、并行执行消息缓冲区（buffers for parallel execution messages），以及用于系 统控制的各种内存结构。
数据文件又可以分为以下几种：
系统数据文件 回滚数据文件 临时数据文件 用户数据文件 系统辅助数据文件 示例数据文件
2.1.2 日志文件
日志文件记录了用户对数据库的修改信息( 如增加、删除、修改)，名字通常为 REDO*.LOG格式。
日志文件也叫重做日志文件或重演日志文件 (Redo Log Files)。 日志组是日志文件的逻辑组织单元，每个日志 组中有一个或多个日志文件。 同一个日志组中的多个日志文件具有相同的信 息，它们是镜相关系
用户进程和服务进程之间的对应关系是由 Oracle数据库的工作模式决定的。数据库通 常有两种工作模式：
专用服务器模式 共享服务器模式
3．后台进程（background process）
Oracle实例启动时，为了保证该实例的正常使 用，系统将为该实例启动一些后台进程。 这些进程是操作数据库的基础，不管有没有用 户连接数据库，这些进程都会被启动。
物理结构设计
物理结构设计
物理结构设计一般包括如下方面：
1、文件结构：文件结构是物理结构设计的最基本内容，它是数据库物理结构的基础，要根据数据库的功能和要求确定文件结构，用以存储数据。
2、索引结构：索引是一种有序的数据结构，它可以提高数据的存取速度，常见的索引结构有散列表、B树和B+树。
3、存储过程：为了避免重复代码冗余，开发人员可以创建一些可以保存在数据库中的存储过程，他们可以为以后的查询和管理提供支持。
4、视图结构：视图是单独存储在数据库中的逻辑表，它可以让用户访问特定的数据，而不必有访问底层表格的权限，从而加强安全性。
5、分级结构：为了提高性能和可管理性，物理结构可以按照层次来组织，从而组成一个多层次的操作系统。
6、数据库对象：数据库对象指数据库中的表、视图、存储过程。
设计人员必须确定数据库对象中属性的类型和长度，并建立索引等，以保证数据的正确性。
《数据库》ppt课件
分布式存储、并行计算、数据挖掘等技术在大数据处理中的应用。
分布式数据库技术
分布式数据库概述
分布式数据库的定义、特点、架构和分类。
分布式数据库的关键技术
数据分区、数据复制、事务管理、负载均衡 等。
分布式数据库的应用场景
云计算、大数据处理、高可用性和可扩展性 应用等。
数据库技术的发展趋势与挑战
数据库技术的发展趋势
型、半结构化数据模型等。
概念数据模型（信息模型） 按用户的观点对数据和信息建模，如 实体-联系模型（E-R模型）。
物理数据模型
描述数据在存储介质上的组织结构， 它不但与具体的DBMS有关，而且还 与操作系统和硬件有关。
关系数据模型
关系数据结构
采用二维表来表示，简称表，由行和列组成。
关系操作
包括查询操作和插入、删除、修改等操作。查询操作又分为选择、 投影、连接操作。
将概念模型转换为数据库逻辑模型， 包括表结构、索引、视图、存储过程 等数据库对象的设计。
数据库管理工具与使用
常见数据库管理工
具
如SQL Server Management Studio、Oracle SQL Developer、 MySQL Workbench等，提供数 据库创建、管理、维护等功能。
04
数据库设计与管理
数据库设计概述
数据库设计的定义
01
数据库设计是指根据用户需求，运用数据库技术，设计
数据库结构、建立数据库及其应用系统的过程。
数据库设计的重要性
02
良好的数据库设计可以提高数据存储的效率，保证数据
的完整性和安全性，降低系统开发和维护的成本。
数据库设计的原则
03
包括一致性、完整性、安全性、可维护性、可扩展性等
基于MySQL数据库的物理存储格式的研究与解析汤敏丽
汤敏丽
（凯里学院，贵州 凯里 556011）
摘 要：MySQL 数据库是一个开源的数据库.MySQL 以其小巧灵活著称，其内部代码都是开源的，使用 MySQL 不仅仅 可以节约开发成本，而且还可以从开源的代码中学到很多开发精髓.为了更好的了解 mysql 的物理存储结构，我们直接研究了 MySQL 数据库的内核代码.本文主要是讲解 MySQL 数据库是物理存储格式以及如何进行数据解析.
MyISAM 存储引擎一个表生成了 3 个文件，扩展名分别 是.frm,.myd,.myi.Frm 扩展名结尾的是表定义文件.Myd 扩展 名结尾的是数据文件，myi 扩展名结尾的是索引文件. 下面
我们一一介绍三个文件的文件格式. 3.3.1 FRM 文件格式
在 源 码 中 我 们 能 够 找 到 FRM 创 建 文 件 的 代 码 ， sql/, create_frm()里记录了如何创建一个 FRM 文件 的详细过程.open_table_def 函数是读取 frm 表定义信息的函 数. 其中调用了 open_binary_frm 函数是其主要的实现关键. 该 函 数 在 \sql\ 文 件 里 . 函 数 原 型 如 下 ：static int open_binary_frm (THD *thd, TABLE_SHARE *share, uchar *head,File file) .在 \sql\ 创建 frm 的文件的函数 create_frm.函数原型如下：
数据库物理模型设计与实现
数据库物理模型设计与实现数据库是现代软件系统中不可或缺的重要组成部分，而数据库物理模型设计与实现是构建高效、可靠数据库系统的关键步骤。
本文将详细介绍数据库物理模型设计与实现的过程，包括设计原则、数据表结构、索引优化以及物理存储方案等内容。
一、设计原则在进行数据库物理模型设计之前，我们首先需要了解一些设计原则。
以下是一些常用的数据库物理模型设计原则：1. 规范化：通过规范化的设计可以最大程度地减少数据冗余，提高数据存储效率和数据一致性。
因此，在设计数据库物理模型时，需要合理运用第一范式（1NF）、第二范式（2NF）和第三范式（3NF）等规范化原则。
2. 性能优化：考虑到数据库查询及更新的性能，可以采取一些策略，如合理选择数据类型、建立索引以及优化查询语句等。
这些措施可以有效提高数据库的读写性能。
3. 数据完整性：作为数据库设计的一个基本原则，确保数据的完整性是非常重要的。
在设计数据库物理模型时，需要定义合适的约束条件，如主键约束、外键约束、唯一约束等，来保证数据的完整性和一致性。
二、数据表结构设计数据库物理模型的核心部分是数据表结构的设计。
在进行数据表结构设计时，需要考虑以下几个方面：1. 列的定义：在设计数据库表时，需要明确定义每个列的数据类型、长度以及是否允许为空等属性。
合理选择数据类型可以节省存储空间，提高查询效率。
2. 主键设计：主键是用来唯一标识每一条记录的字段。
在设计数据表结构时，需要选择合适的字段作为主键，并对该字段进行主键约束，以确保数据的唯一性。
3. 外键关系：在设计多个数据表之间的关系时，可能需要使用外键来建立表与表之间的关联关系。
外键约束能够确保数据的引用完整性，防止出现不一致的数据。
三、索引优化索引是提高数据库查询性能的关键因素之一。
通过合理设计和优化索引可以加速查询的速度。
以下是一些索引优化的措施：1. 主键索引：对于定义了主键的字段，系统会自动为该字段创建主键索引。
主键索引能够快速定位到具体的记录。
数据库三级模式结构中内模式对应基本表
数据库三级模式结构中内模式对应基本表数据库三级模式结构是指外模式、概念模式和内模式三个层次的结构。
外模式是从用户的角度看到的数据库的逻辑结构，概念模式是数据库管理员视角下的全局视图，而内模式则是数据库存储的实际物理结构。
内模式与基本表之间有着密不可分的关系，本文就来分析一下内模式在数据库三级模式结构中所对应的基本表。
首先，内模式是数据库的存储层次，是指数据库物理上的存储结构和存储方式。
在内模式中，数据库管理系统将数据库中所有数据存储在磁盘上，以便省略磁盘的读写操作时间，提高数据访问速度。
此外，内模式还包括了数据库中的存储文件格式、索引方式等详细信息。
对于内模式所对应的基本表，通常包括了数据库中的所有物理记录和各种数据元素。
每个基本表都是由特定的属性和记录组成的，同时也包括了特定的数据类型、范围和约束条件。
例如，在一个HRM系统中，Employee基本表包括了所有员工的姓名、电话、邮箱、员工编号、工资等数据，可以通过内模式中的存储文件格式同步到数据库文件。
此外，在内模式所映射的基本表中，也会涉及到一些数据库管理的技术细节，如数据块的物理组织、索引文件的设计和维护等等。
这些技术细节都是基于物理存储器（如磁盘）的，因此内模式与基本表之间的关系也是物理上的。
最后，需要注意的是，内模式与基本表的对应关系是数据库三级模式结构中一个必不可少的环节，对数据的存储、存取和管理都具有重要的影响。
如果内模式和基本表之间没有严格的对应关系，那么数据库就很难保持数据的一致性、完整性和准确性。
因此，在设计数据库的时候，要特别注意内模式和基本表之间的关系，保证它们之间的逻辑完整性和物理一致性。
综上所述，内模式在数据库三级模式结构中所对应的基本表是数据库设计的核心之一。
通过内模式，数据库管理系统实现了数据的物理存储和存取，同时也实现了数据的约束和安全性。
因此，在设计数据库时，一定要注意内模式与基本表之间的对应关系，确保数据库的稳定性、安全性和可维护性。
是对数据物理结构和存储方式的描述,是数据在数据库内部的表示方式。
是对数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。
数据物理结构和存储方式指的是数据在数据库内部的实现方式。
数据库管理系统采用不同类型的数据结构和数据存储技术来存储和管理数据，以提高数据访问效率并确保数据的完整性和安全性。
数据库物理结构包含数据文件、表空间、段、区、页等多个层次。
每个层次都采用不同的数据存储方式和技术来实现数据的存储和管理。
例如，数据文件是数据库物理结构的最基本层次，它采用磁盘媒介来存储数据，并通过数据库管理系统的缓存机制来提高数据访问效率。
表空间是数据库中数据的管理单位，它是由一组数据文件组成的逻辑存储单元。
表空间可以采用多种不同的存储方式，例如堆表空间、索引表空间、临时表空间等。
不同的存储方式会对数据的访问效率产生不同的影响。
段是表空间中的逻辑存储单位，它用来存储同一类型的数据对象。
段也可以采用多种不同的存储方式，例如堆段、索引段、分区段等。
不同的存储方式可以根据不同的应用场景来提高数据访问效率。
区是段的子单位，它是由一组连续的数据页组成的逻辑存储单元。
不同的数据存储技术有不同的数据页大小和页格式，这些差异会对数据访问效率产生影响。
例如，B树索引采用固定大小的页来存储索引数据，而哈希索引采用变长的页来存储索引数据。
数据物理结构和存储方式的设计可以根据不同的应用场景来满足不同的需求。
例如，在高并发的在线交易系统中，可以采用分区表和索引来提高数据访问效率；在大数据量的决策支持系统中，可以采用数据仓库来实现数据的快速查询和分析。
综上所述，数据物理结构和存储方式是数据库内部的实现方式，它决定了数据的存储和访问效率。
数据库管理系统需要根据不同的应用场景来进行数据物理结构和存储方式的设计，以提高数据的处理效率和保证数据的安全性。
7.5 物理结构设计
数据查询与数据更新
• 对于数据库查询事务，需要得到如下信息：
（1）要查询的关系； （2）查询条件(即选择条件)所涉及的属性； （3）连接条件所涉及的属性； （4）查询的投影属性。 对于数据更新事务，需要得到如下信息： （1）要更新的关系； （2）每个关系上的更新操作的类型； （3）删除和修改操作所涉及的属性； （4）修改操作要更改的属性值。
上述这些信息是确定关系存取方法的依 据。除此之外，还需要知道每个事务在 各关系上运行的频率，某些事务可能具 有严格的性能要求。例如，某个事务必 须在20秒内结束。这种时间约束对于 存取方法的选择有重大的影响。需要了 解每个事务的时间约束。 值得注意的是，在进行数据库物理结构 设计时，通常并不知道所有的事务，上 述信息可能不完全。所以，以后可能需 要修改根据上述信息设计的物理结构， 以适应新事务的要求。
3. 聚簇存取方法的选择
• •
为了提高某个属性（或属性组）的查询速度，把这个或这些属性上具有相同值得元 祖集中存放在连续的物理块中称为聚簇。该属性（或属性组）称为聚簇码。 这就相当于把多个关系按"预连接"的形式存放，从而大大提高连接操作的效率。一 个数据库可以建立多个聚簇，一个关系只能加入一个聚簇。选择聚簇存取方法，即 确定需要建立多少个聚簇，每个聚簇中包括哪些关系。 • 下面先设计候选聚簇，一般来说： (1)对经常在一起进行连接操作的关系可以建立聚簇； (2)如果一个关系的一组属性经常出现在相等比较条件中，则该单个关系可建立聚簇； (3)如果一个关系的一个(或一组)属性上的值重复率很高，则此单个关系可建立聚簇。 即对应每个聚簇码值的平均元组数不是太少。太少了，聚簇的效果不明显。 然后检查候选聚簇中的关系，取消其中不必要的关系： (1)从聚簇中删除经常进行全表扫描的关系； (2)从聚簇中删除更新操作远多于连接操作的关系； (3)不同的聚簇中可能包含相同的关系，一个关系可以在某一个聚簇中但不能同时加 入多个聚簇。要从这多个聚簇方案(包括不建立聚簇)中选择一个较优的，即在这个聚 簇上运行各种事务的总代价最小。
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7.3.2 数据文件的管理
创建数据文件 修改数据文件的大小 改变数据文件的可用性 改变数据文件的名称或位置 删除数据文件 查询数据文件的信息 利用OEM管理数据文件
取消ORCL数据库USERS表空间的数据文件 USERS02.DBF的自动增长方式。
ALTER DATABASE DATAFILE 'D:\ORACLE\PRODUCT\10.2.0\ORADATA\ ORCL\USERS02.DBF ' AUTOEXTEND OFF;
7.3 数据文件及其管理
数据文件概述 数据文件的管理
7.3.1数据文件概述
数据文件的内容
用于保存数据库中所有 数据的文件。 临时数据文件是一种特殊的数据文件，其存储内容是临时性的，
在一定条件下自动释放。 Oralce数据库中的每个数据文件都具有两个文件号，称为绝对
文件号和相对文件号，用于唯一地确定一个数据文件。其中，绝 对文件号用于在整个数据库范围内唯一标识一个数据文件；相对 文件号用于在表空间范围内唯一标识一个数据文件。
数据库物理存储结构讲解
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
本章内容
7.1项目导入——规划人力资源管理系统数据库物 理存储结构
7.2 Oracle数据库系统结构 7.3数据文件及其管理 7.4控制文件 7.5重做日志文件 7.6归档重做日志文件
本章要求
理解Oracle数据库的系统结构 掌握数据文件的管理 掌握控制文件的作用及其管理 掌握重做日志文件的工作方式及其管理 掌握数据库归档模式设置及归档管理
（2）修改数据文件大小
方法
设置数据文件为自动增长方式。 手工改变数据文件的大小。
设置数据文件为自动增长方式
创建时设置数据文件为自动增长 创建后修改数据文件为自动增长
AUTOEXTEND ON NEXT …MAXSIZE…|UNLIMITED
手工改变数据文件的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ小
ALTER DATABASE DATAFILE…RESIZE…
修改ORCL数据库USERS表空间的数据文件 USERS02.DBF为自动增长方式 。
ALTER DATABASE DATAFILE 'D:\ORACLE\PRODUCT\10.2.0\ORADATA\ORCL\ USERS02.DBF ' AUTOEXTEND ON NEXT 512K MAXSIZE UNLIMITED;
ALTER TABLESPACE USERS ADD DATAFILE 'D:\ORACLE\PRODUCT\10.2.0\ORADATA\ ORCL\USERS02.DBF' SIZE 10M;
向ORCL数据库的TEMP表空间中添加一个大小为 5 MB的临时数据文件。
ALTER TABLESPACE TEMP ADD TEMPFILE 'D:\ORACLE\PRODUCT\10.2.0\ORADATA\ ORCL\TEMP02.DBF' SIZE 5M;
7.2 Oracle数据库系统结构
Oracle 数据库系统结构由数据库实例和物理存储 结构组成。
在Oracle数据库的存储结构包括物理存储结构和 逻辑存储结构。
物理存储结构主要用于描述Oracle数据库外部数据的 存储，即在操作系统中如何组织和管理数据，与具体 的操作系统有关；
逻辑存储结构主要描述Oracle数据库内部数据的组织 和管理方式，与操作系统没有关系。
7.1 项目导入——规划人力资源管理系统 数据库物理存储结构
能够分配足够的存储空间存储数据
合理创建一些数据文件，设置文件的大小、扩展 方式，并分配到不同的磁盘上。
合理规划控制文件、重做日志文件的数量、存放 位置，既能形成冗余，避免数据丢失，又能提高 系统的I/O性能。
为了保证人力资源管理系统在出现介质故障时能 完全恢复，需要将数据库设置为归档模式，进行 归档路径等的设置。
归档文件：用于保存已经写满的重做日志文件；
初始化参数文件：用于设置数据库启动时的参数初始值；
跟踪文件：用于记录用户进程、数据库后台进程等的运行 情况；
口令文件：用于保存具有SYSDBA，SYSOPER权限的用 户名和SYS用户口令；
警告文件：用于记录数据库的重要活动以及发生的错误；
备份文件：用于存放数据库备份所产生的文件。
（1）创建数据文件
数据文件依附于表空间而存在，创建数据文件就 是向表空间添加文件
在创建数据文件时应该根据文件数据量的大小确 定文件的大小以及文件的增长方式。
语法
ALTER TABLESPACE…ADD DATAFILE ALTER TABLESPACE…ADD TEMPFILE
向ORCL数据库的USERS表空间中添加一个大小 为10 MB的数据文件。
数据文件与表空间的关系
一个表空间可以包含几个数据文件 一个数据文件只能从属于一个表空间
数据文件的管理策略
由于对数据库的操作最终转换为对数据文件的操作， 因此在数据库运行过程中对数据文件进行频繁的读写 操作。为了提搞I/O效率，应该合理的分配数据文件 的存储位置。
把不同存储内容的数据文件放置在不同的硬盘上，可 以并行访问数据，提高系统读写的效率。
为ORCL数据库的USERS表空间添加一个自动增 长的数据文件。
ALTER TABLESPACE USERS ADD DATAFILE 'D:\ORACLE\PRODUCT\10.2.0\ORADATA\ORCL\ USERS03.DBF' SIZE 10M AUTOEXTEND ON NEXT 512K MAXSIZE 50M;
物理存储结构是逻辑存储结构在物理上的、可见的、 可操作的、具体的体现形式。
表空间 逻
辑
结
段
构
区
块
数据库
数据文件
控制文件
物
理
结 重做日志文件
构
OS 块
Oracle数据库物理存储结构
数据文件：用于存储数据库中的所有数据；
控制文件：用于记录和描述数据库的物理存储结构信息；
重做日志文件：用于记录外部程序（用户）对数据库的改 变操作；