数据库物理存储
数据库技术中的数据物理模型与存储模型(一)
数据库技术中的数据物理模型与存储模型随着信息技术的快速发展，数据库技术在各行各业的应用也越来越广泛。
而在数据库系统中，数据物理模型和存储模型是两个非常重要的概念。
本文将就这两个概念进行分析和讨论。
一、数据物理模型数据物理模型是将逻辑模型转换为计算机能够理解和处理的物理模型。
逻辑模型是建立在概念上的，它描述了实体、属性和关系之间的关系。
而数据物理模型则考虑到了计算机底层的存储和访问特性，为逻辑模型提供了具体的实现方法。
在数据库技术中，最常用的数据物理模型是关系模型。
关系模型使用表格的形式来表示数据，每个表格包含了多行和多列，每一行对应一个记录，每一列对应一个属性。
而逻辑模型中的实体则对应关系模型中的表，实体的属性则对应表的列。
除了关系模型之外，还有层次模型和网络模型等其他的数据物理模型。
层次模型使用树状结构来表示数据，每个节点对应一个实体或属性，通过父子关系来组织数据。
网络模型则使用图状结构来表示数据，节点之间通过连接关系来组织数据。
这些模型在某些特定场景下也有自己的优势和应用。
二、存储模型存储模型则是描述数据在计算机存储介质中的存储方式和组织形式。
数据库系统中常用的存储模型有平面存储和层次存储。
平面存储是将数据按照逻辑模型和物理模型的关系直接存储在磁盘上。
这种存储方式简单直接，但对数据的访问效率较低。
因为数据是分散存储在磁盘上的，每次访问数据都需要进行磁盘寻址和读取。
为了提高数据的访问效率，引入了层次存储模型。
层次存储模型通过将数据按照层次结构进行组织和存储，将磁盘上的数据按照固定大小的块进行划分，并建立索引来加快数据的访问。
这样一来，数据的访问可以通过索引的查找和块的读取来实现，大大提高了访问效率。
除了这两种存储模型之外，还有很多其他的存储模型，如索引存储模型和列存储模型等。
索引存储模型通过建立索引以加快数据的查询，使得数据库系统能够更快地定位到需要的数据。
而列存储模型则将同一个列的数据存储在一起，提高了数据的压缩比和查询速度。
物理存储和逻辑存储的关系
物理存储和逻辑存储的关系物理存储和逻辑存储是计算机存储系统中两个重要的概念，它们之间存在着密切的关系。
物理存储是指实际的硬件设备，如硬盘驱动器、固态硬盘、内存条等，这些设备用来存储数据和程序。
逻辑存储则是指对数据和程序的逻辑组织和管理方式，它与实际的硬件设备无关，而是涉及到数据的组织、访问和管理的逻辑结构。
首先，物理存储和逻辑存储之间的关系在于逻辑存储是建立在物理存储之上的。
逻辑存储是通过对物理存储进行抽象和管理，使得数据可以按照逻辑结构进行组织和访问。
例如，在计算机中，文件系统是一种逻辑存储的组织方式，它将数据以文件的形式存储在物理存储设备上，并提供了对这些文件的逻辑访问方式。
其次，逻辑存储的设计和管理是建立在对物理存储设备特性的理解和利用之上的。
逻辑存储需要考虑到物理存储设备的性能、容量、可靠性等特点，以便更好地利用物理存储设备的资源。
例如，虚拟内存是一种逻辑存储的管理方式，它通过将部分数据存储在物理存储设备上，以扩展计算机的内存容量，提高系统的性能。
另外，物理存储和逻辑存储之间的关系还体现在数据的存储和访问过程中。
逻辑存储通过文件系统、数据库管理系统等软件来管理数据的逻辑组织和访问方式，而这些数据最终是存储在物理存储设备上的。
因此，逻辑存储需要与物理存储设备进行交互，将数据存储在物理存储设备上，并通过物理存储设备提供的接口来访问和操作数据。
综上所述，物理存储和逻辑存储之间是密切相关的。
逻辑存储是建立在物理存储之上的，它通过对物理存储设备的抽象和管理，实现了对数据的逻辑组织和访问。
同时，逻辑存储的设计和管理也需要考虑到物理存储设备的特性，以便更好地利用物理存储设备的资源。
最终，数据的存储和访问过程也体现了物理存储和逻辑存储之间的密切关系。
【数据库下】第一章物理设计（数据库存储技术）
【数据库下】第⼀章物理设计（数据库存储技术）第⼀章物理设计（数据库存储技术）数据库设计主要有哪些环节？数据库逻辑设计后得到什么？⼆维表如何存储？主要学习⽬标表记录的存储⽅式表结构的存储⽅式思考问题操作系统的数据操作⽅式，CPU、内存、硬盘如何进⾏数据传输的？⽂件系统如何存储数据的？⼀、⽂件组织讨论:如何在物理存储介质上组织数据？1)数据在物理存储(磁盘)中如何组织?物理设计任务：考虑⽤⽂件表⽰逻辑数据模型（数据库模式）的不同⽅式。
⼀个数据库被映射到多个不同的⽂件(file) ，⽂件由操作系统来管理，这些⽂件被永久存储在磁盘上！⼀个⽂件在逻辑上被组织成记录的⼀个序列，记录被映射到磁盘块(block)上。
每个⽂件(file)被分成定长的存储单元-块，块是数据存储和传输的基本单位(默认⼀般是4-8KB)。
⼀个块可以包括很多记录(假设⼀个记录总⽐块⼩；对⼤数据如图⽚等需单独处理和存储)，且⼀个记录的数据不能跨块存储。
讨论:每条记录如何进⾏组织？定长记录和变长记录各⾃的特点?定长记录：特点：查找记录较快，但记录更新较慢。
变长记录：特点：查找记录较慢，但记录更新较快。
⼆、（数据库）⽂件中记录的组织讨论：如何在物理存储介质上组织数据库数据？堆⽂件：（⼀个关系表的）记录在（⼀个）⽂件空间中任意放置。
注：对这种组织⽅式，在按给定属性值搜索记录时，需依次读出所有记录，并依次选出满⾜条件的所有记录，查找效率低。
顺序⽂件：按⼀定的顺序在⽂件中组织记录。
散列⽂件：按照散列函数计算值存放相应记录。
多表簇集⽂件：不同关系表⾥的记录存放在同⼀个⽂件中。
1、顺序⽂件组织1) 顺序⽂件在逻辑上是如何组织数据库数据(关系)的？2) 顺序⽂件的物理存储如何实现？顺序⽂件的逻辑组织⽅式：1)将关系中记录按“某属性/组-搜索码”顺序排列2)并⽤指针将记录依序连接特点：按搜索码搜索的效率⾼。
顺序⽂件的物理组织⽅式：1)将关系中记录按搜索码次序进⾏物理存储2)采⽤定长记录或变长记录⽅式3)⼀个记录的信息不能分存在两个物理块中3) 顺序⽂件存储的数据如何更新？删除和插⼊记录时的开销⼤(需⼤量移动记录)！改善⽅法(指针管理)2、多表聚集⽂件组织4) 什么是多表聚集⽂件，物理存储如何实现，有何好处？多表聚集⽂件组织：是指将多个关系的数据组织在⼀个⽂件中（它们的记录相互交织在⼀起）注意：实现多表聚集⽂件组织，需底层操作系统配合,实现对⽂件的管理(只有⼤型数据库系统才⽀持)。
数据库的结构层次
数据库的结构层次一、概述数据库是指存储、管理和组织数据的系统，它用于有效地存储和检索数据。
在数据库中，数据以结构化的方式进行组织和存储，以便用户可以方便地访问和管理数据。
数据库的结构层次是指在数据库系统中，数据的组织和管理方式按照一定的层次结构进行划分和管理。
本文将从底层到顶层，介绍数据库的结构层次。
二、物理层物理层是数据库结构的最底层，它定义了数据在物理存储介质上的存储方式和组织结构。
物理层的主要任务是将逻辑层的数据映射到磁盘上，并提供数据的存储和访问接口。
在物理层中，数据以文件和页的形式进行存储，数据库管理系统通过文件系统来管理这些文件和页。
三、存储层存储层是数据库结构的中间层，它定义了数据在内存中的存储方式和组织结构。
存储层的主要任务是将物理层的数据加载到内存中，并提供数据的读写接口。
在存储层中，数据以数据块的形式进行存储，每个数据块包含一定数量的数据记录。
数据库管理系统通过缓冲区管理器来管理这些数据块，以提高数据的访问效率。
四、逻辑层逻辑层是数据库结构的中间层，它定义了数据的逻辑结构和组织方式。
逻辑层的主要任务是将存储层的数据组织成表、视图、索引等逻辑结构，并提供数据的查询和操作接口。
在逻辑层中，数据以表的形式进行组织，表由多个字段组成，每个字段存储一个数据项。
数据库管理系统通过查询处理器来解析和执行用户的查询请求，以获取所需的数据。
五、模式层模式层是数据库结构的中间层，它定义了数据的整体结构和组织方式。
模式层的主要任务是将逻辑层的数据组织成模式，模式是数据库的逻辑结构的描述，它定义了表、视图、索引等逻辑结构之间的关系。
在模式层中，数据以模式的形式进行组织，模式包含了数据库的所有表、视图、索引等逻辑结构的定义。
数据库管理系统通过数据字典来管理和维护模式的信息。
六、外部层外部层是数据库结构的最顶层，它定义了用户对数据库的视图和访问权限。
外部层的主要任务是将模式层的数据组织成用户的视图，视图是用户对数据库的数据的逻辑表示。
数据是如何进行存储和管理
数据是如何进行存储和管理数据库中的数据存储和管理涉及到以下几个方面：1.数据模型：数据库中采用数据模型来组织和存储数据，常用的数据模型包括层次模型、网状模型和关系模型。
其中，关系模型是目前使用最广泛的数据模型，它以表格的形式存储数据，并使用关系操作来访问和操作数据。
2.数据存储：数据库中的数据存储在物理存储设备上，如磁盘、固态硬盘等。
数据库管理系统（DBMS）负责管理数据的存储、检索和处理。
DBMS提供了一组API和工具，可以用来操作数据库，包括查询、插入、更新和删除数据。
3.数据索引：索引是数据库中用于快速查找数据的机制。
数据库通过建立索引来提高数据检索效率。
常见的索引方法包括B树索引、位图索引、哈希索引等。
4.数据事务：数据库中的数据操作涉及到并发和事务处理问题。
事务是数据库中一系列操作的单位，它具有原子性、一致性、隔离性和持久性等特性。
数据库管理系统（DBMS）提供了事务处理机制，确保数据的一致性和可靠性。
5.数据安全：数据库中的数据安全问题至关重要。
DBMS提供了安全性控制和权限管理机制，以确保数据的安全性和完整性。
常见的安全性控制措施包括用户认证、访问控制、加密存储等。
6.数据备份和恢复：数据库中的数据需要进行备份和恢复，以确保数据的可靠性和完整性。
DBMS提供了备份和恢复工具和技术，可以定期对数据进行备份，并在需要时进行恢复。
总之，数据库中的数据存储和管理是一个复杂的过程，涉及到多个方面和技术。
DBMS是实现这一过程的核心工具，它提供了各种功能来管理数据的存储、检索、操作和安全等。
数据库技术中的数据物理模型与存储模型(九)
数据库技术中的数据物理模型与存储模型在数据库技术领域中，数据物理模型和存储模型是两个重要的概念。
数据物理模型描述了数据在物理存储层面的组织结构和存储方式，而存储模型则关注数据在内存和磁盘之间的管理和访问策略。
本文将深入探讨这两个概念的重要性和应用。
1. 数据物理模型的概念与类型数据物理模型是将逻辑数据模型映射到物理存储层面的过程。
逻辑数据模型是指对现实世界中的概念及其关系进行抽象和建模的结果，如实体-关系模型（ER模型）或面向对象模型（OOM）。
而数据物理模型则将这些逻辑模型转化为数据库实例的存储结构。
常见的数据物理模型包括层次模型、网状模型和关系模型。
层次模型使用树状结构描述数据实体之间的关系，如父节点和子节点之间的层次关系；网状模型则通过指针相互链接描述数据之间的关系；而关系模型则基于表格的方式将数据以行和列的形式进行组织和存储。
2. 数据存储模型的概念与应用数据存储模型是数据库系统内部用于管理和组织数据的模型，它决定了数据在内存和磁盘之间的传输和存储方式。
存储模型的设计可以直接影响数据库系统的性能和扩展性。
两种常见的数据存储模型是B树和哈希表。
B树是一种平衡树结构，它可以高效地进行范围查询和插入操作，并且适用于大部分场景。
而哈希表是一种基于哈希函数的数据结构，它可以实现快速的键值查找。
哈希表在需要高效查找单个记录时非常有用，但对范围查询的支持较弱。
3. 数据物理模型与存储模型的关系数据物理模型和存储模型是紧密相关的。
数据物理模型决定了如何将逻辑数据模型映射到物理存储层面，而存储模型则定义了如何在数据库系统内部管理和组织这些物理存储结构。
例如，在关系数据库系统中，关系模型是最常见的物理模型，而B树是常用的存储模型。
关系模型将数据以行和列的形式存储，而B树可以高效地组织表格中的索引。
这种组合可以使得数据库系统能够高效地进行查询和插入操作。
然而，并不是所有的数据物理模型都适用于所有的存储模型。
例如，如果使用哈希表来管理数据存储，那么关系模型就不再适用，因为哈希表不支持范围查询。
数据库物理存储格式-概述说明以及解释
数据库物理存储格式-概述说明以及解释1.引言1.1 概述数据库物理存储格式是指数据库在磁盘上的实际存储方式和结构。
在数据库管理系统中，物理存储格式是为了有效地组织和管理数据而设计的。
它直接影响着数据库的性能、可扩展性和数据的访问速度。
数据库物理存储格式一般包括以下几个方面：1. 存储结构：数据库物理存储格式使用一种特定的数据结构来组织和存储数据。
常见的存储结构包括表空间、页、块等，它们按照一定规则组织数据，以提高数据的访问效率和存储空间的利用率。
2. 存储方式：数据库物理存储格式可以采用不同的存储方式来存储数据。
常见的存储方式有堆文件、索引文件、分区存储等。
不同的存储方式适用于不同的数据操作场景，可以提高查询效率、降低存储成本等。
3. 数据布局：数据库物理存储格式还涉及到数据在磁盘上的分布方式。
合理的数据布局可以减少数据的碎片化，提高数据的访问效率。
常见的数据布局包括顺序存储、散列存储、索引存储等。
4. 存储策略：数据库物理存储格式也包括一些存储策略的选择。
比如，可以选择不同的压缩算法来减少数据占用的存储空间；可以选择不同的缓存机制来提高数据的访问速度等。
总而言之，数据库物理存储格式是数据库管理系统在磁盘上实际存储数据的一种组织方式，它直接关系到数据库的性能和可用性。
在设计和选择数据库物理存储格式时，需要综合考虑数据访问模式、硬件环境、查询性能等多个因素，以便为用户提供高效、可靠的数据服务。
文章结构部分主要描述了整篇文章的组织结构和各个部分的内容概述。
本文的结构如下：1. 引言1.1 概述引导读者了解数据库物理存储格式的重要性及其在数据库系统中的作用。
介绍了物理存储格式对于数据的组织和存储效率的影响。
1.2 文章结构本部分将详细阐述本篇长文的组织结构，帮助读者理解全文的脉络和各个章节的内容。
1.3 目的阐明本文旨在提供关于数据库物理存储格式的全面介绍，为读者提供基本概念和知识，帮助读者理解数据库的底层存储结构和优化技术。
oracle数据库 物理储存结构和原理
oracle数据库物理储存结构和原理
Oracle数据库的物理储存结构是由数据文件、控制文件和重做日志文件三部分组成的。
其中，数据文件是存储实际数据的文件，控制文件是用于记录数据库的结构信息和管理数据文件的文件，重做日志文件则是用于记录数据库中数据的变动情况，以便进行恢复操作。
Oracle数据库的数据文件是由一系列数据块组成的，每个数据块的大小可以配置为2KB、4KB、8KB、16KB等不同大小。
同时，Oracle 数据库在存储数据时采用了多种技术，包括行式存储和列式存储等，以提高数据的存储效率和检索效率。
在Oracle数据库中，数据文件的存储方式也非常灵活，可以采用裸设备方式、文件系统方式、ASM（Automatic Storage Management）方式等多种方式进行存储。
不同的存储方式具有各自的优缺点，可以根据实际需求进行选择。
除了数据文件之外，Oracle数据库的控制文件也非常重要。
控制文件不仅记录了数据库的结构信息，还记录了数据文件的位置、大小等信息，以便进行管理和维护。
同时，Oracle数据库还采用了多个控制文件的方式进行备份和恢复操作，以提高数据库的安全性和可靠性。
最后，Oracle数据库的重做日志文件也是非常重要的一部分。
重做日志文件记录了数据库中数据的变动情况，包括事务的开始、提交、回滚等操作，以便在系统故障或其他异常情况下进行恢复操作。
重做日志文件采用了循环缓冲区的方式进行存储和管理，同时还支持
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读写控制器
2、技术指标
• 盘片：一个硬盘由一组两面涂有磁粉的盘片组成。 • 磁道：为了在盘片上存储信息，必须把盘片分成 若干个同心圆，然后在其上存储信息，我们把这 些同心圆称为磁道。 • 扇区（扇段或盘块）：为了读取信息方便，我们 用扇形把磁道等分成若干段，我们称它们为扇段 （扇区或盘块）。磁盘上的所有扇段（不论扇段 的长短）都存储相同容量的信息，盘块大小与操 作系统有关，一般是512KB。盘块是OS寻址的最 小单位，既OS向磁盘读写数据的最小单位。
5.1.4 磁盘阵列
目前，数据库中的数据量越来越大，数据的 安全性要求越来越高。用单块磁盘存储数据 库数据已不满足要求。1987年,Gibson和Katz 在加洲大学伯克利分校发表文章，首先提出 了“磁盘阵列”概念。
5.1.4 磁盘阵列
独立冗余磁盘阵列最初叫做廉价冗余磁盘阵列 （Redundant Array of Inexpensive Disks），它是 由多个类型、容量、接口，甚至品牌一致的小容 量、独立的硬盘组成的阵列，而阵列综合的性能可 以超过单一昂贵大容量硬盘（SLED）的性能。由于 是对多个磁盘并行操作，所以RAID磁盘子系统与单 一磁盘相比它的输入输出性能得到了提高。服务器 会把RAID阵列看成一个单一的存储单元，并对几个 磁盘同时访问，所以提高了输入输出的速率。
2、技术指标
假如磁盘有20个盘面，每面上有200个磁道。每个磁道上有 17个扇段。 ⑴ 柱面编号：由内向外依此编为 0、1、2 ．．． 199。 ⑵ 磁道编号：磁道编号按柱面号顺序进行编号。0 柱面的20 个盘面上的磁道从上到下编为：0、1、2、．．．、19， 1 柱面的20个盘面上的磁道从上到下编为： 20、21、．．．、39，依此类推。 ⑶ 盘块编号：盘块编号按磁道号顺序编写。0 号磁道上的 17个扇段依此编为 0、1、2、．．．、16，1 号磁道上的17 个扇段编为 17、18、．．．、33,依此类推。
3、磁盘文件
操作系统对存储到磁盘中的数据，采用文 件形式进行管理。每个文件有一个文件名， 数据存储在文件中。 操作系统为每个磁盘创建一个文件分配表 结构如下：
文件名 起始盘块号 终止盘块号
3、磁盘文件
3、磁盘文件
一个文件包含多个盘块，盘块之间指针链 接起来。一个盘块只存储一个文件的数据， 既一个盘块不能存储不同文件文件的数据。 当用户要访问文件时，操作系统首先从磁 盘的文件分配表中找到此文件，然后根据文 件分配表的信息将该文件的盘块调入内存， 操作系统从磁盘往内存调数据的最小单位是 一个盘块（扇区）。
第五章 内容
• 5.1 存储介质 介绍 • 5.2 存储结构 • 5.3 索引技术
5.1 存储介质
• 一个数据库最终要存储到计算机的存储设 备中。因此，我们首先介绍一下数据库系 统所涉及到的计算机存储设备。
5.1.1 存储介质层次
一个数据库在运行过程中，涉及多种存储 设备。我们按存储器中数据被DBMS使用的 顺序，把存储器分为三级。 ⑴ 内存作为一级存储器，存放DBMS当前正 在使用或正要使用的数据库数据。 ⑵ 硬磁盘作为二级存储器，存放整个数据 库，这些数据可能随时被DBMS调入内存。
RAID 0示意图
1010001101011010
阵列控制器
物理盘A 10100011
物理盘B 01011010
2、RAID 1
它是通过磁盘数据镜像实现数据冗余，在成 对的独立磁盘上产生互 为备份的数据。当原 始数据繁忙时，可直接从镜像拷贝中读取数 据，因此RAID 1可以提高读取性能。RAID 1 是磁盘阵列中单位成本最高的，但提供了很 高的数据安全性和可用性。当一个磁盘失效 时，系统可以自动切换到镜像磁盘上读写， 而不需要重组失效的数据。
1、内存
⑶ 磁盘、磁带、光盘等作为三级存储器，存 放数据库的备份，当磁盘中的数据库遭到破 坏时，用数据库的备份来恢复。 如图所示：
存储器分三级结构图
一级
DBMS
二级
三级
DBMS数 据缓存区
磁盘中的数据 库
备份介质中的数 据库
5.1.2 内存
内存中存放系统正在使用或正要使用的数 据。内存由操作系统来管理。操作系统为数 据库在内存中开辟一块区域，用来存放数据 库的数据和日志。如图所示：
5.1.2内存中的数据库示意图
内存
数据库的数据缓冲区
数据页 数据页
…
数据页
数据库的日志缓冲区
5.1.3 硬磁盘
硬磁盘又称温切斯特盘（Winchester），它 的工作原理是：在一个塑料盘片上上小磁 粉颗粒，颗粒有磁时表示“1”、无磁时表 示”0” 结构如图所示：
1、磁盘结构
磁头 磁道
扇区
柱面
5.1.4 磁盘阵列
RAID技术主要包含RAID 0～RAID 7等数个 规范，它们的侧重点各不相同，具体如下：
1、RAID 0
RAID 0连续以位或字节为单位分割数据，并 行读/写于多个磁盘上，因此具有很高的数据 传输率，但它没有数据冗余，因此并不能算 是真正的RAID结构。RAID 0只是单纯地提高 性能，并没有为数据的可靠性提供保证，而 且其中的一个磁盘失效将影响到所有数据。 因此，RAID 0不能应用于数据安全性要求高 的场合。
RAID 1 示意图
1010001101011010
阵列控制器
物理盘A 1010001101011010
物理盘B 1010001101011010
3、RAID 0+1
这种模式其实是RAID 0和RAID 1的组合，它 至少需要四块盘。先由两块盘够成RAID 0阵 列，再把两个RAID 0阵列构成RAID 1阵列。 优点是：既可提高数据的可靠性，又可适当 提高读写速度。
2、技术指标
• 柱面：我们把由所有盘面上相同磁道所够 成的哪一部分存储空间，称为一个柱面。 • 磁盘容量：盘片总数×2×每个盘面的磁道 数×磁道的盘块数×每个盘块的字节数 • 在磁盘上定位数据：操作系统通过（柱面 号，磁头号，盘块号）三个参数来定位磁 盘上的数据。OS对整个盘的盘块进行统一 编址，编址的方法是：
RAID 0+1示意图
1010001101011010
阵列控制器