數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論-006d數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論AnIntroductiontoDatabaseSystem第六章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)(續(xù)-3)第六章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)6.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述6.2需求分析6.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.5數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)6.6數(shù)據(jù)庫實(shí)施6.7數(shù)據(jù)庫運(yùn)行與維護(hù)6.8小結(jié)6.5數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)什么是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與存取方法稱為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，它依賴于給定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。為一個(gè)給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個(gè)最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)的過程，就是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)。6.5數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)的步驟確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)對(duì)物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的重點(diǎn)是時(shí)間和空間效率如果評(píng)價(jià)結(jié)果滿足原設(shè)計(jì)要求則可進(jìn)入到物理實(shí)施階段，否則，就需要重新設(shè)計(jì)或修改物理結(jié)構(gòu)，有時(shí)甚至要返回邏輯設(shè)計(jì)階段修改數(shù)據(jù)模型。

數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫實(shí)施物理模型邏輯模型6.5數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)6.5.1數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法6.5.2關(guān)系模式存取方法選擇6.5.3確定數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)6.5.4評(píng)價(jià)物理結(jié)構(gòu)6.5數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)6.5.1數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法6.5.2關(guān)系模式存取方法選擇6.5.3確定數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)6.5.4評(píng)價(jià)物理結(jié)構(gòu)6.5.1數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法設(shè)計(jì)物理數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)備工作

1.充分了解應(yīng)用環(huán)境，詳細(xì)分析要運(yùn)行的事務(wù)，以獲得選擇物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)所需參數(shù)

2.充分了解所用RDBMS的內(nèi)部特征，特別是系統(tǒng)提供的存取方法和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法（續(xù)）選擇物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)所需參數(shù)數(shù)據(jù)庫查詢事務(wù)查詢的關(guān)系查詢條件所涉及的屬性連接條件所涉及的屬性查詢的投影屬性

數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法（續(xù)）選擇物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)所需參數(shù)(續(xù))數(shù)據(jù)更新事務(wù)被更新的關(guān)系每個(gè)關(guān)系上的更新操作條件所涉及的屬性修改操作要改變的屬性值

每個(gè)事務(wù)在各關(guān)系上運(yùn)行的頻率和性能要求數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法（續(xù)）關(guān)系數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容1.為關(guān)系模式選擇存取方法(建立存取路徑)2.設(shè)計(jì)關(guān)系、索引等數(shù)據(jù)庫文件的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)6.5數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)6.5.1數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法6.5.2關(guān)系模式存取方法選擇6.5.3確定數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)6.5.4評(píng)價(jià)物理結(jié)構(gòu)6.5.2關(guān)系模式存取方法選擇數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是多用戶共享的系統(tǒng)，對(duì)同一個(gè)關(guān)系要建立多條存取路徑才能滿足多用戶的多種應(yīng)用要求。物理設(shè)計(jì)的第一個(gè)任務(wù)就是要確定選擇哪些存取方法，即建立哪些存取路徑。關(guān)系模式存取方法選擇（續(xù)）DBMS常用存取方法索引方法，目前主要是B+樹索引方法聚簇（Cluster）方法HASH方法一、索引存取方法的選擇選擇索引存取方法的主要內(nèi)容

根據(jù)應(yīng)用要求確定對(duì)哪些屬性列建立索引對(duì)哪些屬性列建立組合索引對(duì)哪些索引要設(shè)計(jì)為唯一索引索引存取方法的選擇（續(xù)）選擇索引存取方法的一般規(guī)則如果一個(gè)(或一組)屬性經(jīng)常在查詢條件中出現(xiàn)，則考慮在這個(gè)(或這組)屬性上建立索引(或組合索引)如果一個(gè)屬性經(jīng)常作為最大值和最小值等聚集函數(shù)的參數(shù)，則考慮在這個(gè)屬性上建立索引如果一個(gè)(或一組)屬性經(jīng)常在連接操作的連接條件中出現(xiàn)，則考慮在這個(gè)(或這組)屬性上建立索引索引存取方法的選擇（續(xù)）關(guān)系上定義的索引數(shù)過多會(huì)帶來較多的額外開銷維護(hù)索引的開銷查找索引的開銷二、聚簇存取方法的選擇什么是聚簇為了提高某個(gè)屬性（或?qū)傩越M）的查詢速度，把這個(gè)或這些屬性（稱為聚簇碼）上具有相同值的元組集中存放在連續(xù)的物理塊稱為聚簇許多關(guān)系型DBMS都提供了聚簇功能聚簇存放與聚簇索引的區(qū)別建立聚簇索引（復(fù)習(xí)）聚簇索引建立聚簇索引后，基表中數(shù)據(jù)也需要按指定的聚簇屬性值的升序或降序存放。也即聚簇索引的索引項(xiàng)順序與表中元組的物理順序一致。例：CREATECLUSTERINDEXStusnameONStudent(Sname)；在Student表的Sname（姓名）列上建立一個(gè)聚簇索引，而且Student表中的記錄將按照Sname值的升序存放建立聚簇索引（復(fù)習(xí)）在一個(gè)基本表上最多只能建立一個(gè)聚簇索引聚簇索引的用途：對(duì)于某些類型的查詢，可以提高查詢效率聚簇索引的適用范圍

很少對(duì)基表進(jìn)行增刪操作很少對(duì)其中的變長列進(jìn)行修改操作聚簇存取方法的選擇（續(xù)）聚簇的用途1.大大提高按聚簇屬性進(jìn)行查詢的效率例：假設(shè)學(xué)生關(guān)系按所在系建有索引，現(xiàn)在要查詢信息系的所有學(xué)生名單。信息系的500名學(xué)生分布在500個(gè)不同的物理塊上時(shí)，至少要執(zhí)行500次I/O操作。如果將同一系的學(xué)生元組集中存放，則每讀一個(gè)物理塊可得到多個(gè)滿足查詢條件的元組，從而顯著地減少了訪問磁盤的次數(shù)。聚簇存取方法的選擇（續(xù)）2.節(jié)省存儲(chǔ)空間聚簇以后，聚簇碼相同的元組集中在一起了，因而聚簇碼值不必在每個(gè)元組中重復(fù)存儲(chǔ)，只要在一組中存一次就行了聚簇存取方法的選擇（續(xù)）聚簇的局限性1.聚簇只能提高某些特定應(yīng)用的性能2.建立與維護(hù)聚簇的開銷相當(dāng)大對(duì)已有關(guān)系建立聚簇，將導(dǎo)致關(guān)系中元組移動(dòng)其物理存儲(chǔ)位置，并使此關(guān)系上原有的索引無效，必須重建。當(dāng)一個(gè)元組的聚簇碼改變時(shí)，該元組的存儲(chǔ)位置也要做相應(yīng)移動(dòng)。聚簇存取方法的選擇（續(xù)）聚簇的適用范圍1.既適用于單個(gè)關(guān)系獨(dú)立聚簇，也適用于多個(gè)關(guān)系組合聚簇 例：假設(shè)用戶經(jīng)常要按系別查詢學(xué)生成績單，這一查詢涉及學(xué)生關(guān)系和選修關(guān)系的連接操作，即需要按學(xué)號(hào)連接這兩個(gè)關(guān)系，為提高連接操作的效率，可以把具有相同學(xué)號(hào)值的學(xué)生元組和選修元組在物理上聚簇在一起。這就相當(dāng)于把多個(gè)關(guān)系按“預(yù)連接”的形式存放，從而大大提高連接操作的效率。聚簇存取方法的選擇（續(xù)）2.當(dāng)通過聚簇碼進(jìn)行訪問或連接是該關(guān)系的主要應(yīng)用，與聚簇碼無關(guān)的其他訪問很少或者是次要的時(shí)，可以使用聚簇。尤其當(dāng)SQL語句中包含有與聚簇碼有關(guān)的ORDERBY，GROUPBY，UNION，DISTINCT等子句或短語時(shí)，使用聚簇特別有利，可以省去對(duì)結(jié)果集的排序操作聚簇存取方法的選擇（續(xù)）選擇聚簇存取方法1.設(shè)計(jì)候選聚簇對(duì)經(jīng)常在一起進(jìn)行連接操作的關(guān)系可以建立組合聚簇；如果一個(gè)關(guān)系的一組屬性經(jīng)常出現(xiàn)在相等比較條件中，則該單個(gè)關(guān)系可建立聚簇；如果一個(gè)關(guān)系的一個(gè)(或一組)屬性上的值重復(fù)率很高，則此單個(gè)關(guān)系可建立聚簇。即對(duì)應(yīng)每個(gè)聚簇碼值的平均元組數(shù)不太少。太少了，聚簇的效果不明顯。聚簇存取方法的選擇（續(xù)）2.檢查候選聚簇中的關(guān)系，取消其中不必要的關(guān)系從獨(dú)立聚簇中刪除經(jīng)常進(jìn)行全表掃描的關(guān)系；從獨(dú)立/組合聚簇中刪除更新操作遠(yuǎn)多于查詢操作的關(guān)系；從獨(dú)立/組合聚簇中刪除重復(fù)出現(xiàn)的關(guān)系當(dāng)一個(gè)關(guān)系同時(shí)加入多個(gè)聚簇時(shí)，必須從這多個(gè)聚簇方案(包括不建立聚簇)中選擇一個(gè)較優(yōu)的，即在這個(gè)聚簇上運(yùn)行各種事務(wù)的總代價(jià)最小。三、HASH存取方法的選擇選擇HASH存取方法的規(guī)則當(dāng)一個(gè)關(guān)系滿足下列兩個(gè)條件時(shí)，可以選擇HASH存取方法該關(guān)系的屬性主要出現(xiàn)在等值連接條件中或主要出現(xiàn)在相等比較選擇條件中該關(guān)系的大小可預(yù)知，而且不變；或該關(guān)系的大小動(dòng)態(tài)改變，但所選用的DBMS提供了動(dòng)態(tài)HASH存取方法。6.5數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)6.5.1數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法6.5.2關(guān)系模式存取方法選擇6.5.3確定數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)6.5.4評(píng)價(jià)物理結(jié)構(gòu)6.5.3確定數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)確定數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)的內(nèi)容1.確定數(shù)據(jù)的存放位置和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

關(guān)系索引聚簇日志備份2.確定系統(tǒng)配置1.確定數(shù)據(jù)的存放位置影響數(shù)據(jù)存放位置和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的因素硬件環(huán)境應(yīng)用需求存取時(shí)間存儲(chǔ)空間利用率維護(hù)代價(jià)這三個(gè)方面常常是相互矛盾的例：消除一切冗余數(shù)據(jù)雖能夠節(jié)約存儲(chǔ)空間和減少維護(hù)代價(jià)，但往往會(huì)導(dǎo)致檢索代價(jià)的增加必須進(jìn)行權(quán)衡，選擇一個(gè)折中方案。確定數(shù)據(jù)的存放位置（續(xù)）基本原則根據(jù)應(yīng)用情況將易變部分與穩(wěn)定部分存取頻率較高部分與存取頻率較低部分分開存放，以提高系統(tǒng)性能確定數(shù)據(jù)的存放位置（續(xù)）例：數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)備份、日志文件備份等由于只在故障恢復(fù)時(shí)才使用，而且數(shù)據(jù)量很大，可以考慮存放在磁帶上。如果計(jì)算機(jī)有多個(gè)磁盤，可以考慮將表和索引分別放在不同的磁盤上，在查詢時(shí)，由于兩個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器分別在工作，因而可以保證物理讀寫速度比較快。確定數(shù)據(jù)的存放位置（續(xù)）例（續(xù)）：可以將比較大的表分別放在兩個(gè)磁盤上，以加快存取速度，這在多用戶環(huán)境下特別有效?？梢詫⑷罩疚募c數(shù)據(jù)庫對(duì)象（表、索引等）放在不同的磁盤以改進(jìn)系統(tǒng)的性能。2.確定系統(tǒng)配置DBMS產(chǎn)品一般都提供了一些存儲(chǔ)分配參數(shù)

同時(shí)使用數(shù)據(jù)庫的用戶數(shù)同時(shí)打開的數(shù)據(jù)庫對(duì)象數(shù)使用的緩沖區(qū)長度、個(gè)數(shù)時(shí)間片大小數(shù)據(jù)庫的大小裝填因子鎖的數(shù)目等等確定系統(tǒng)配置（續(xù)）系統(tǒng)都為這些變量賦予了合理的缺省值。但是這些值不一定適合每一種應(yīng)用環(huán)境，在進(jìn)行物理設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境確定這些參數(shù)值，以使系統(tǒng)性能最優(yōu)。

在物理設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)系統(tǒng)配置變量的調(diào)整只是初步的，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)還要根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況做進(jìn)一步的調(diào)整，以期切實(shí)改進(jìn)系統(tǒng)性能。6.5數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)6.5.1數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法6.5.2關(guān)系模式存取方法選擇6.5.3確定數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)6.5.4評(píng)價(jià)物理結(jié)構(gòu)6.5.4評(píng)價(jià)物理結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)內(nèi)容對(duì)數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的多種方案進(jìn)行細(xì)致的評(píng)價(jià)，從中選擇一個(gè)較優(yōu)的方案作為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)6.5.4評(píng)價(jià)物理結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)方法定量估算各種方案

存儲(chǔ)空間存取時(shí)間維護(hù)代價(jià)對(duì)估算結(jié)果進(jìn)行權(quán)衡、比較，選擇出一個(gè)較優(yōu)的合理的物理結(jié)構(gòu)如果該結(jié)構(gòu)不符合用戶需求，則需要修改設(shè)計(jì)第六章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)6.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述6.2需求分析6.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.5數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)6.6數(shù)據(jù)庫實(shí)施6.7數(shù)據(jù)庫運(yùn)行與維護(hù)6.8小結(jié)6.6數(shù)據(jù)庫的實(shí)施數(shù)據(jù)庫實(shí)施的工作內(nèi)容用DDL定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)入庫編制與調(diào)試應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫試運(yùn)行數(shù)據(jù)庫實(shí)施定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)裝載

數(shù)據(jù)庫試運(yùn)行數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)物理模型編制與調(diào)試應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一、定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)確定了數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)后，就可以用所選用的DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言（DDL）來嚴(yán)格描述數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。

定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)（續(xù)）例，對(duì)于前面的例子，可以用SQL語句如下定義表結(jié)構(gòu)：CREATETABLE學(xué)生

(學(xué)號(hào)CHAR(8),

……………);CREATETABLE課程

(

……………);……………

定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)（續(xù)）

接下來是在這些基本表上定義視圖：

CREATEVIEW.... (

…………… );

……………

如果需要使用聚簇，在建基本表之前，應(yīng)先用CREATECLUSTER語句定義聚族。二、數(shù)據(jù)裝載數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建立好后，就可以向數(shù)據(jù)庫中裝載數(shù)據(jù)了。組織數(shù)據(jù)入庫是數(shù)據(jù)庫實(shí)施階段最主要的工作。數(shù)據(jù)裝載方法人工方法計(jì)算機(jī)輔助數(shù)據(jù)入庫數(shù)據(jù)裝載（續(xù)）人工方法：適用于小型系統(tǒng)步驟1)篩選數(shù)據(jù)。需要裝入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通常都分散在各個(gè)部門的數(shù)據(jù)文件或原始憑證中，所以首先必須把需要入庫的數(shù)據(jù)篩選出來。2)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式。篩選出來的需要入庫的數(shù)據(jù)，其格式往往不符合數(shù)據(jù)庫要求，還需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換有時(shí)可能很復(fù)雜。

3)輸入數(shù)據(jù)。將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中。

4)校驗(yàn)數(shù)據(jù)。檢查輸入的數(shù)據(jù)是否有誤。數(shù)據(jù)裝載（續(xù)）計(jì)算機(jī)輔助數(shù)據(jù)入庫：適用于中大型系統(tǒng)步驟1)

篩選數(shù)據(jù)2)輸入數(shù)據(jù)。由錄入員將原始數(shù)據(jù)直接輸入計(jì)算機(jī)中。數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)應(yīng)提供輸入界面。3)校驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)采用多種檢驗(yàn)技術(shù)檢查輸入數(shù)據(jù)的正確性。數(shù)據(jù)裝載（續(xù)）4)

轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的要求，從錄入的數(shù)據(jù)中抽取有用成分，對(duì)其進(jìn)行分類，然后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式。抽取、分類和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)的主要工作，也是數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)的復(fù)雜性所在。5)綜合數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)一步綜合成最終數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)裝載（續(xù)）如果數(shù)據(jù)庫是在老的文件系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，則數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)只需