第六章 数据库物理设计
数据库物理设计(共93张PPT)
班主任
管理
班级
上课
教室
指导
组成
宿舍
住宿 性别 拥有 学生
归档
档案材料
课程管理的E-R图
教室
开设
课程
选修
学生
讲授
成绩
教学
教科书
教师
6.3.3E-R图的集成（1）
• 不同设计人员进行局部视图设计，这导 致各分E-R图之间存在许多不一致的地方 ，因此着力消除冲突是主要工作与关键 所在
属性域冲突：属性值的类型、取值范围 、取值集合不同
2.班主任改为教师后，教室和学生之间的联系为两类，因为“指导”包含 在“教学”中，所以综合为教学联系
3.性别在学籍管理为实体，在课程管理中为属性，合并后只能作 为实体，否则无法与宿舍实体发生联系
4.二者中学生实体属性组成及次序都存在差异，应将所有属性综 合并重新调整次序。
6.3.3E-R图的修改与重构（1）
• 在多层数据流图中选择一个适当层次的 数据流图，让每一部分对应一个局部应 用，因为中层的数据流图能较好地反映 系统中各局部应用的子系统组成，所以 一般作为分E-R图的依据
• 参照数据流图，标定局部应用中的实体 、实体的属性、标识实体的码，确定实 体之间的联系及其类型。
6.3.2设计分E-R图（2）
数据库设计过程图
数据库运行和维护
数据库实施 数据库物理设计
逻辑结构设计
概念结构设计
需求分析
• 重点是调查、收集与分析用户在数据管 理中的信息要求、处理要求、安全性和 完整性要求
信息要求-用户需从库中获得信息的内容 和性质，存储哪些信息于库中
处理要求-要求完成的功能、响应时间、 方式是批处理还是联机处理
《数据库的物理设计》课件
磁盘存储器的结构
讲解硬盘的物理结构，如盘片、 磁头和扇区。
硬盘和RAM之间的交 换
介绍硬盘和随机访问存储器 （RAM）之间的数据交换过程。
索引技术
1 索引的概念和作用
解释索引在数据库中的作 用和重要性。
2 常见的索引类型
介绍主键索引、唯一索引 和聚集索引等常见的索引 类型。
3 索引的实现机制
讲解索引底层的实现原理 和数据结构，如B树和哈 希表。
展望未来数据库物理设计的发 展方向和趋势。
数据库安全性的威胁
介绍常见的数据库安全威胁，如 黑客攻击和内部威胁。
数据库安全性的保障措施
讲解保护数据库安全的措施，如 数据加密和访问控制。
总结
数据库物理设计的重 要性
总结数据库物理设计的重要性 和对数据库性能的影响。
ห้องสมุดไป่ตู้
物理设计的实际应用
探讨数据库物理设计在实际项 目中的应用案例。
未来数据库物理设计 发展趋势
数据库的物理设计
本课件将介绍数据库的物理设计，包括软件的三个主要层次、物理设计的重 要性以及目标和任务。
数据库物理结构
数据的物理表示
数据库中存储数据的方式，如二进制编码和数 据类型。
数据库文件组成
数据库文件的内部结构，包括表空间、数据文 件和日志文件。
存储管理
存储器层次结构
介绍存储器的层次结构，包括 寄存器、高速缓存和主存。
查询优化
1
查询优化的基本概念
介绍查询优化的目标和原则，如选择最佳执行计划。
2
查询优化的策略和技术
讲解查询优化器使用的算法和技术，如查询重写和索引选择。
3
最新查询优化技术
介绍最新的查询优化技术，如机器学习和人工智能的应用。
数据库的物理设计
(NAME=css_Data3, FILENAME= 'E:\css\data\cssecd2.ndf ')
LOG ON
(NAME=css_Log, FILENAME= 'F:\css\data\cslog.ldf ')
1.3 各个数据表(视图)的建立
-创建系基本信息表Depart CREATE TABLE Depart (
Dnum varchar(6) PRIMARY KEY, Dname nvarchar(10)not null, Director varchar(10) )
--创建班级基本信息表Classes CREATE TABLE Classes (
• 在一定配置基础上，SQL Server通常有一定的动管理可用的硬件资源的特点，从 而减少对大量的系统级手动调节任务的需求（以及从中所得的收益）。
数据库原理与应用
Clnum varchar(6) PRIMARY KEY, Clname nvarchar(10) not null, Dnum varchar(6), Bdate datetime, Description nvarchar(100), Constraint ClDnumFK foreign key(Dnum) References Depart(Dnum) ) ……….
1.4 索引设计
• 本系统主要的业务目的是学生的选课，此过程访问最频繁的功能是集中在教学计划 的查询和选课信息表的查询上以及学生的学籍信息查询上。教学计划的制定基本上 是一次为主，基本查询功能是基于学年、学期和班级联合条件进行的，所以可以考 虑在Schedule表上建立聚簇索引： • Create Clustered Index StuCourseIndex on StuCourse(Clnum,Ynum,Term)
数据库物理设计的内容和步骤
数据库物理设计的内容和步骤数据库物理设计是啥玩意儿？简单来说，就是把你的数据放在一个地方，让它们井井有条地排列好，这样计算机才能轻松找到它们。
那么，这个过程是怎么进行的呢？别着急，我们一步一步来告诉你。
我们需要明确数据库的类型。
数据库有很多种，比如关系型数据库、非关系型数据库等等。
不同的数据库有不同的物理设计方法。
这里我们以关系型数据库为例，来看看它的物理设计过程。
1.1 确定数据结构在开始物理设计之前，我们首先要确定数据的结构。
这就像是给你的数据搭建一个框架，告诉计算机它们应该长成什么样子。
关系型数据库中，数据是由行和列组成的表格。
每一行代表一条记录，每一列代表一个属性。
所以，我们需要知道每个属性的数据类型(如整数、字符串等)以及属性之间的关系(如一对一、一对多等)。
1.2 选择存储引擎接下来，我们需要选择一个合适的存储引擎。
存储引擎是关系型数据库中负责将数据存储到磁盘上的软件。
不同的存储引擎有不同的性能特点和适用场景。
例如，InnoDB存储引擎适用于高并发、高可用的场景，而MyISAM存储引擎则适用于读密集型的应用。
1.3 创建表空间有了数据结构和存储引擎，我们就可以开始创建表空间了。
表空间是关系型数据库中用于存放数据的逻辑结构。
它可以是一个文件、一个分区或者一个分布式文件系统。
创建表空间时，我们需要考虑数据的容量、备份策略等因素。
1.4 分配磁盘空间在创建好表空间之后，我们需要为每个表分配磁盘空间。
这就像是给数据找一个家。
在关系型数据库中，每个表都有一个唯一的表名，我们可以通过这个表名找到对应的磁盘空间。
为了提高查询效率，我们通常会将经常访问的表放在离磁盘更近的位置。
2.1 建立索引为了提高查询速度，我们还需要为经常用于查询条件的列建立索引。
索引就像是一本字典，可以帮助我们快速找到需要的数据。
不过，索引也会占用额外的磁盘空间，并且在插入、更新和删除数据时会降低性能。
因此，我们需要权衡索引的大小和性能。
数据库设计物理设计
数据库设计物理设计（原创实用版）目录1.物理设计的概念和目的2.物理设计的主要步骤3.物理设计的关键技术4.物理设计的实际应用案例5.物理设计的发展趋势和未来展望正文数据库设计物理设计是指在逻辑设计的基础上，通过对数据存储结构、存储方式、存取路径、存储空间分配等方面的具体设计，使数据库能够在物理设备上实现高效、安全、可靠的存储和访问。
物理设计的目的是为了提高数据库的性能，包括查询速度、数据存储效率和系统可扩展性。
物理设计的主要步骤包括：数据存储选择、存储结构设计、存取路径设计、存储空间分配和物理优化。
数据存储选择需要根据数据的性质和访问模式，选择合适的存储设备和介质。
存储结构设计则是根据数据的存储需求和访问模式，设计合适的存储结构，如顺序存储、链式存储、索引存储等。
存取路径设计是为了优化数据的存取路径，提高数据的访问速度，通常采用 B 树、索引等技术。
存储空间分配需要合理分配数据存储空间，以提高存储效率和系统性能。
物理优化则是在物理设计的基础上，通过调整存储结构、存取路径等，进一步提高数据库的性能。
物理设计的关键技术包括：存储管理技术、索引技术、缓存技术、数据压缩技术等。
存储管理技术用于管理数据库的存储空间，包括存储分配、存储回收和存储优化等。
索引技术用于提高数据库的查询速度，包括 B 树、哈希索引、全文索引等。
缓存技术用于提高数据库的访问速度，包括页缓存、行缓存、列缓存等。
数据压缩技术用于减小数据库的存储空间，提高存储效率，包括数据压缩、编码技术等。
物理设计的实际应用案例包括：金融行业的客户数据存储、电商行业的订单数据存储、医疗行业的病历数据存储等。
以金融行业的客户数据存储为例，需要设计合适的存储结构和存取路径，以满足频繁的客户信息查询和修改需求。
同时，还需要采用数据压缩和加密技术，保证数据的安全性和隐私性。
物理设计的发展趋势和未来展望包括：大数据时代的存储挑战、云计算环境下的数据存储需求、人工智能和机器学习对数据库物理设计的影响等。
数据库设计物理设计
数据库设计物理设计
数据库的物理设计主要包括以下几方面：
1. 硬件选择：选择适合数据库应用的硬件平台，包括服务器和存储设备。
考虑数据库的规模、性能要求和可靠性需求，选择合适的硬件配置。
2. 存储设备布局：根据数据库的大小和访问模式，确定数据存储的布局。
常见的存储布局包括磁盘阵列(RAID)、分区和表空间划分等。
3. 数据库文件组织方式：确定数据在物理磁盘上的组织方式，包括表空间、数据文件和日志文件等。
可以选择不同的组织方式来满足不同的访问需求，如堆文件组织方式、索引文件组织方式和哈希文件组织方式等。
4. 数据库缓存管理：通过设置数据库缓冲区大小和缓存调度策略来提高数据库的性能。
合理设置缓冲区大小可以避免频繁的磁盘读写，提高查询性能。
5. 数据库备份和恢复策略：制定数据库的备份和恢复策略，包括全量备份、增量备份和差异备份等。
根据业务需求和数据重要性确定备份频率和保留时间。
6. 数据库性能调优：通过对数据库的物理设计进行优化，提高数据库的性能。
可以通过建立合适的索引、优化查询语句和调整参数等方式来达到性能优化的目的。
7. 数据库安全性考虑：通过合理的物理设计来保护数据库的安全性，包括访问控制、权限管理和加密等。
确保只有授权用户可以访问数据库，并且数据在传输和存储过程中得到保护。
综上所述，数据库的物理设计是对数据库进行硬件选择、存储设备布局、文件组织方式、缓存管理、备份和恢复策略、性能调优和安全性考虑等方面的设计和优化。
这些设计和优化可以提高数据库的性能、可靠性和安全性，满足业务需求。
试述数据库物理设计的内容和步骤
试述数据库物理设计的内容和步骤
数据库物理设计是数据库设计的一个重要环节，它涉及到如何将逻辑设计转化为物理存储和管理的实现。
具体而言，数据库物理设计包括以下内容和步骤：
1. 数据库的存储结构设计：数据库的存储结构包括数据表、索引、视图、存储过程等，需要设计它们的物理存储结构，包括数据的存放方式、存储格式、数据组织方式等。
2. 数据库的分区与存储策略设计：为了提高数据库的性能，需
要对数据进行分区存储，可以根据数据的访问频率、访问方式等因素进行分区，同时需要制定存储策略，如数据备份、恢复、压缩等。
3. 数据库的安全设计：数据库需要保护数据的安全性，包括对
数据进行加密、身份验证、访问控制等，需要设计安全策略和措施，确保数据不被非法访问和篡改。
4. 数据库的性能优化设计：数据库的性能优化是数据库物理设
计的一个重要方面，需要考虑到查询性能、并发性能、事务处理性能等因素，设计相应的优化方案。
5. 数据库的容错与可用性设计：当数据库出现故障时，需要设
计容错和恢复策略，以保证数据库的可用性和数据完整性，如数据备份、故障转移、自动恢复等。
以上是数据库物理设计的主要内容和步骤，通过合理的物理设计，可以提高数据库的性能、安全性和可用性，保障数据的完整性和稳定性。
数据库设计-数据库物理设计
第六章 数据库设计
1
一、 确定数据库的物理结构 (1)确定数据的存储结构 确定数据库存储结构时要综合考虑存取时间、存储空间 利用率和维护代价三方面的因素。这三个方面常常是相互矛 盾的.例如消除一切冗余数据虽然能够节约存储空间，但往往 会导致检索代价的增加，因此必须进行权衡，选择一个折中 方案。 许多关系型DBMS都提供了聚簇功能，即为了提高某个属 性（或属性组）的查询速度，把在这个或这些属性上有相同 值的元组集中存放在一个物理块(数据页)中。
第六章 数据库设计 5
目前许多计算机都有多个磁盘，因此进行物理设计时可 以考虑将表和索引分别放在不同的磁盘上，在查询时，由于 两个磁盘驱动器分别在工作，因而可以保证物理读写速度比 较快。也可以将比较大的表分别放在两个磁盘上，以加快存 取速度，这在多用户环境下特别有效。此外还可以将日志文 件与数据库对象（表、索引等）放在不同的磁盘以改进系统 的性能。 （4）确定系统（参数）配置 DBMS产品一般都提供了一些存储分配参数，供设计人员和 DBA对数据库进行物理优化。初始情况下，系统都为这些变量 赋予了合理的缺省值。但是这些值不一定适合每一种应用环 境，在进行物理设计时，需要重新对这些变量赋值以改善系 统的性能。
6.5 数据库物理设计 数据库最终是要存储在物理设备上的。为一个给定的逻 辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（存储结构 与存取方法）的过程，就是数据库的物理设计。 物理结构依赖于给定的DBMS和和硬件系统，因此设计人 员必须充分了解所用DBMS的内部特征，特别是存储结构和存 取方法；充分了解应用环境，特别是应用的处理频率和响应 时间要求；以及充分了解外存设备的特性。 数据库的物理设计通常分为两步： .确定数据库的物理结构 .对物理结构进行评价，评价的重点是时间和空间效率
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【例】为sales数据库中的Product表创建一个 复合索引，依据字段CategoryID和Price进行 排序。
USE sales GO CREATE INDEX C_P_index ON Product (CategoryID, Price)
6.4.评价物理结构
数据库的物理设计过程中需要对时间效率、空间
聚簇就是为了提高查询速度，把在一个（或一组）属 性上具有相同值的元组集中地存放在一个物理块中。 如果存放不下，可以存放在相邻的物理块中。其中， 这个（或这组）属性称为聚簇码。 为什么要使用聚簇呢？
①使用聚簇以后，聚簇码相同的元组集中在一起了，因而聚 簇值不必在每个元组中重复存储，只要在一组中存储一次即 可，因此可以节省存储空间。 ②聚簇功能可以大大提高按聚簇码进行查询的效率。
第三类是HASH方法。
1.
6.1.3 文件结构
顺序文件组织
记录根据“搜索码”的值顺序存储。 一条记录可以放在文件中的任何地方，只要该地 方有空间存放这条记录。记录是没有顺序的。一 般一个关系就使用一个单独文件。 在记录的某个属性上计算一个散列函数。散列函 数的结果确定记录应放到文件的哪个块中。
SQL Server 2005 中常用的索引类型 ：
聚集索引
非聚集索引 唯一索引
复合索引
索引视图 全文索引 XML索引
使用SSMS创建索引
第一步：新建索引 第二步：设置索引信息
6.3 SQL中的索引定义
使用create index 命令创建索引，它的形式 为 create index <index name> on <relation name> (<attribute list>)
2.
堆文件组织
3.
散列文件组织
6.2 索引与散列
6.2.1 索引的概念
数据库系统中索引有两种基本的索引类型：
顺序索引：基于值的顺序排序。 散列索引：基于将值平均分布到若干散列桶中。一 个值所属的散列桶是由一个函数决定的，该函数称 为散列函数。
6.2.2 散列（HASH）的概念 散列方法的主要思想是根据结点的关键码值来 确定其存储地址：
通常情况下，这些配置变量包括：同时使用数据库的用户数， 同时打开的数据库对象数，使用的缓冲区长度、个数，时间 片大小、数据库的大小，装填因子，锁的数目等等，这些参 数值影响存取时间和存储空间的分配。
6.1.2 数据存储
数据库管理系统一般都提供多种存取方式。常用 的存取方法有三类。
第一类是索引方法，目前主要是B+树索引方法； 第二类是聚簇方法；
⒉ 设计数据的存取路径
在关系数据库中，选择存取路径主要是指确定如 何建立索引。
例如，应把哪些域作为建立聚集索引 等。
3.确定数据的存放位置
为了提高系统性能，数据应该根据应用情况将易 变部分与稳定部分、经常存取部分和存取频率较低 部分分开存放。
第六章 数据库物理设计
6.1.1 物理设计的步骤
数据库的物理设计通常分为两步：
确定数据库的物理结构
对物理结构进行评价，评价的重点是时间和空间效
率
一、 确定数据库的物理结构
⒈ 确定数据的存储结构
确定数据库存储结构时要综合考虑存取时间、存 储空间利用率和维护代价三方面的因素。
这三个方面常常是相互矛盾的，例如消除一切冗余数据 虽然能够节约存储空间，但往往会导致检索代价的增加， 因此必须进行权衡，选择一个折中方案。
效率、维护代价和各种用户要求进行权衡。
评价数据库物理主要是从定量估算各种方案的存
储空间、存取时间和维护代价入手，对估算结果
进行权衡、比较，选择出一个较优的合理物理结 结。
以关键码值K为自变量，通过一定的函数关系h(K)(称 为散列函数)，计算出对应的函数值来，把这个值解 释为结点的存储地址，将结点存入到此存储单元中。
检索时，用同样的方法计算地址，然后到相应的单元 里去取要找的结点。通过散列方法可以对结点进行快 速检索。
6.3 SQL中的索引定义
索引是对数据库表中一个或多个列的值进行排 序的结构。 数据库中的索引是由表中的一列或多列字段值 以及相应的指向表中物理标识这些值的数据页 的逻辑指针构成的。
建立索引参照以下原则：
在经常检索的列上创建索引（如经常在where子句中出现得列）。 在表的主键、外键上创建索引。 在经常用于表间连接的字段上建立索引。
一般而言，如下情况的列不考虑在其上创建索引：
在查询中几乎不涉及的列。 很少有唯一值的列（即包含太多重复值得列，如性别字段）。 数据类型为text、ntext或image的列。 只有较少行数的表没有必要创建索引。 当写的性能比查询更重要时，应少建或不建索引。
例如，数据库数据备份、日志文件备份等由于只在故障 恢复时才使用，而且数据量很大，可以考虑存放在磁带 上。 将表和索引分别放在不同的磁盘上，在查询时，由于两 个磁盘驱动器分别在工作，因而可以保证物理读写速度 比较快。
⒋ 确定系统配置
DBMS产品一般都提供了一些存储分配参数，供设计 人员和DBA对数据库进行物理优化。
attribute list 是构成索引搜索码的关系属性列表。
【例】 为sales数据库中的Product表创建一个 唯一聚集索引，依据字段ProductID进行排序。
USE sales GO CREATE UNIQUE CLUSTERED INDEX ProID_index ON Product (ProductID)