数据库的物理设计
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
数据库物理结构设计
调整方法：通过数据库管理系统提供的工具或命令修改数据块大小
注意事项：调整数据块大小需要谨慎过大或过小都可能影响数据库的性 能和稳定性
调整数据库文件大小
确定数据库文件大小：根据实际需求确定数据库文件的大小。 调整数据库文件大小：在数据库管理系统中调整数据库文件的大小。 监控数据库文件大小：定期监控数据库文件的大小确保有足够的空间存储数据。 优化数据库文件大小：根据数据库的使用情况优化数据库文件的大小提高数据库的性能。
定义：网络附加存储是一种将存储设备通过以太网连接到计算机网络的 技术
特点：易于管理和维护支持多种操作系统可扩展性强
应用：适用于需要共享大量数据的企业环境如文件服务器、备份系统等
优点：易于部署和管理支持多种协议可扩展性强安全性高
缺点：性能受限于网络带宽可能存在数据安全问题
发展趋势：随着云计算和虚拟化技术的发展NS技术也在不断演进以满 足企业对数据存储和管理的需求。
案例三：某政府机构数据库物理结构设计
案例背景：某政 府机构需要建立 一个高效、可靠 的数据库系统以 支持其业务运营 和决策分析
案例目标：通过 对数据库物理结 构进行合理设计 提高数据库系统 的性能、可靠性 和安全性
案例实施：根据 业务需求和数据 特点对数据库的 存储结构、文件 组织、索引结构 等方面进行详细 设计并采用先进 的技术和工具进 行实现
数据库文件大小
数据库文件大小是指数据库在物理存储设备上所占用的空间大小 数据库文件大小受多种因素影响如数据量、索引、日志文件等 数据库文件大小可以通过数据库管理系统提供的工具进行查询和监控 数据库文件大小过大可能导致性能下降需要定期进行优化和维护
数据库中的物理设计与优化策略
数据库中的物理设计与优化策略数据库是一个存储和管理数据的关键工具，它能够提供高效的数据访问和操作。
在数据库的设计和优化过程中，物理设计和优化策略是不可或缺的部分。
本文将详细探讨数据库中的物理设计和优化策略，并介绍一些常用的技巧和方法。
一、物理设计物理设计是指将逻辑设计转化为实际的存储结构和计算机文件表示方式的过程。
在进行物理设计时，主要考虑以下几个方面：1. 存储结构选择存储结构的选择对数据库的性能有着重要的影响。
常见的存储结构包括堆文件、哈希文件和索引文件。
在选择存储结构时，需要考虑数据的访问模式、数据的大小和访问频率等因素。
2. 数据分区为了提高查询效率和降低存储开销，数据可以在物理上进行分区。
常见的数据分区方法包括水平分区和垂直分区。
水平分区是将表中的数据划分为多个子集，每个子集存储在不同的存储设备上。
垂直分区则是将表的列按照某种规则进行分割，每个分区只包含一部分列。
3. 索引设计索引是提高数据库查询效率的重要手段。
在进行索引设计时，需要考虑到索引的选择和建立。
常用的索引包括B树索引、哈希索引和位图索引。
在选择索引时，需要根据查询的特点和数据的分布情况进行优化。
4. 数据复制和冗余为了提高数据库的可用性和容错性，可以对数据进行复制和冗余。
数据复制是将数据存储在多个节点上，从而实现在某个节点失效时仍能使用其他节点的数据。
冗余是指在不同的地方存储相同的数据，以避免数据的丢失和损坏。
二、优化策略在进行数据库的物理设计后，还需要采取一些优化策略来进一步提高数据库的性能和效率。
以下是一些常用的优化策略：1. 查询优化查询是数据库中最常见的操作。
为了提高查询的效率，可以进行查询优化。
查询优化的方法包括使用合适的索引、优化查询语句、减少查询次数和使用缓存等。
2. 硬件优化硬件配置对数据库的性能有着直接的影响。
可以通过升级硬件、调整硬件参数和提高硬件利用率等方式来进行硬件优化。
例如，增加硬盘容量和带宽、提高CPU的运行速度和内存的大小等。
《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。
数据库的物理设计实施和维护
数据库的物理设计实施和维护一、引言数据库是现代应用程序的重要组成部分，它提供了数据存储和访问的功能。
在构建一个可靠的数据库系统时，物理设计和维护是非常重要的环节。
本文将探讨数据库的物理设计实施和维护的方法和技巧。
二、数据库的物理设计实施数据库的物理设计实施是将逻辑设计转化为实际的存储结构和文件组织方式的过程。
以下是一些常用的数据库物理设计实施方法：1. 数据类型选择在设计数据库时，选择适合的数据类型对提高查询效率和节省存储空间非常重要。
常见的数据类型有整数、浮点数、字符型等。
根据具体的需求和数据特点，选择合适的数据类型能够提高数据库的性能。
2. 索引设计索引对于数据库查询的性能提升至关重要。
在设计数据库时，需要根据查询的频率和条件，选择合适的字段作为索引。
常用的索引类型有B树索引和哈希索引等。
合理使用索引能够大大提高数据库的查询效率。
3. 分区设计当数据库中的数据量非常大时，可以考虑使用分区技术来提高数据库的性能。
分区将数据在物理上切分成多个区域，每个区域可以单独进行管理和查询。
常见的分区方法有范围分区和哈希分区等。
分区设计能够提高数据库的并发访问能力和查询效率。
4. 存储优化存储优化是数据库物理设计的一个重要方面。
通过合理设置数据块大小、页大小和缓冲区大小等参数，可以提高数据库的存储效率和读写性能。
此外，还可以使用压缩算法来减少存储空间的占用。
三、数据库的维护数据库的维护是保证数据库系统稳定运行的关键环节。
以下是一些常用的数据库维护技巧：1. 定期备份定期备份是保证数据库数据安全的重要手段。
通过定期备份数据库，可以在数据丢失或系统崩溃时快速恢复。
可以选择全量备份或增量备份的方式进行数据库的备份。
2. 定期优化定期优化是提高数据库性能的重要手段。
通过定期清理垃圾数据、重新组织索引和更新统计信息等操作，可以提高数据库的查询效率和响应速度。
3. 安全管理安全管理是保护数据库免受未授权访问和攻击的关键环节。
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。
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2019/1/9 16
§6.5数据的存储结构
外模式(子模式、用户模式)
• 是数据库用户看到自己的数据视图
模式(逻辑模式)
• 是数据库中全体数据的逻辑结构和特性的描述， 是所有用户的公共数据结构
内模式(物理模式、存储模式)
• 是数据库全体数据的内部表示或者底层描述，用 来定义数据的存储方式和物理结构
2019/1/9 9
§6.2数据库的物理组织
系统软件
与硬件密切相关：WINDOWS、UNIX、LINUX DBMS的选择与参数调整：缓冲区大小、检 查点的频率
数据库的高层设计
2019/1/9
逻辑设计：模式的规范化与数据划分… 物理设计：存储结构数据库的物理设计
Course_schema=(course_name, course_location, course_capacity) 水平划分
§6.5数据的存储结构
确定数据的存储结构的过程就是一个选择 什么样的DBMS的过程：
网状 层次 关系
• • • • 集中式 分布式 并行的 移动的
一旦DBMS确定之后，数据库 的存储结构就确定了。数据 库设计人员在这方面能做的 事情有限。有些DBMS也提供 了一定的灵活性，如create cluster、create index等
数据库与操作系统文件
数据库系统是文件系统的发展，数据库 实现的基础是操作系统的文件； 对数据库的任何操作最终都要转化为对 操作系统文件的操作。
物理组织的基本问题
如何设计数据库的文件组织 如何设计文件中记录的组织方式
2019/1/9 10
§6.2数据库的物理组织
举例
在 MS SQL Server 2000 中，一个数据库是由 三个操作系统文件构成的，它们分别是：
• “三分技术，七分管理，十二分基础数据”是 数据库建设的基本规律！
2019/1/9 1
第 6章
问题一
数据库的物理设计
应用系统的设计与数据库设计之间的 关系是什么？
2019/1/9
2
第 6章
传统上
数据库的物理设计
数据库设计只是应用系统设计的一部 分，《软件工程》课会讲述； 二者可以同时进行； 二者要相互参照、相互补充。
§6.2数据库的物理组织
物理组织的对象
元数据 数据 统计数据 索引 日志
物理组织的目标
存储效率要高，能节省存储空间； 存取效率要高，速度快、代价小，可节省存 取时间。
2019/1/9 12
§6.3物理设计的内容
物理设计的内容
确定数据的存储结构，选择DBMS…… 确定数据的物理分布(包括数据划分)； 为数据选择存取路径，即索引的设计； 调整和优化数据库的性能，如调整 DBMS 的某 些选项和参数的设置。
2019/1/9 7
§6.1数据库设计的六阶段
图示
需求收集和分析 设计概念结构 设计逻辑结构 数据模型优化 设计物理结构 物理实现 试验性运行 使用、维护数据库
评价设计，性能预测
2019/1/9 8
§6.1数据库设计的六阶段
数据库设计的三个主要阶段
概念设计、逻辑设计、物理设计
数据库的三级模式结构
• 主数据文件：*.MDF • 次数据文件：*.NDF • 日志文件：*.LDF
这些信息存储在sysfiles系统表中。 在 MS SQL Server 2000 中，一个表中的记录 按以下两种方式进行组织：
• 堆(Heap)：无序 • 具有簇集索引的表(B+树文件结构)：有序
2019/1/9 11
第 6章
数据库的物理设计
什么是数据库设计？
对于一个给定的应用环境，构造最优的数 据库模式，建立数据库及其应用系统，使 之能够有效地存储数据，满足用户的各种 需求(信息要求和处理要求)； 是建立数据库及其应用系统的技术，是信 息系统开发和建设的核心技术； 既是一项涉及多学科的综合性技术，又是 一项庞大的工程项目：
物理设计的特点
不直接面向最终用户； 一般的用户不需要了解物理设计的细节； 物理设计可以不考虑用户理解的方便性。
2019/1/9 13
§6.4物理设计的目标
主要的设计目标有
一是提高数据库的性能，特别是 满足主要应用的性能要求； 二是有效地利用存储空间。
在这两个目标中，第一个目标更 为重要，因为性能依然是当今数 据库系统的薄弱环节，而存储介 质却越来越便宜。
• 根据课程容量为小于30人、30-80人、80人以 上将相关的表划分成三个子表，以便排课。
垂直划分
• Course_schema=(course_name, course_location) • Course_schema=(course_name, course_capacity)
2019/1/9 6
2019/1/9 14
§6.5数据的存储结构
数据库文件组织及其结构：
按照数据、索引、日志来组织文件； 在逻辑上数据库文件是页的集合；
记录的组织与结构
文件中记录的组织有多种形式：
• 堆、散列、簇集、顺序、B树类
记录的存储结构：
定长记录 变长记录 混合记录
2019/1/9 15
§6.1数据库设计的六阶段
数据库设计的六个阶段
需求分析：数据、功能和性能 概念结构设计：E-R模型与E-R图 逻辑结构设计：将E-R图转换成关系表 数据库物理设计：存储结构与存取路径，数 据的划分与分布 数据库的实施：编程、测试和试运行 数据库运行与维护：监控与分析、备份与恢 复、重组织与重构造、安全性控制与完整性 控制等等
发展趋势
数据库设计是核心； 应用系统设计以数据库设计为中心， 围绕着数据库的设计而进行。
2019/1/9 3
第 6章
问题二
数据库的物理设计
数据库系统(DBS)或者说应用系统的 性能调整可以在几个层次上进行？
2019/1/9
4
第 6章
硬件
数据库的物理设计
不同的硬件：PC、小型机、大型机、机群 同一硬件：内存、CPU、硬盘大小、阵列