2011年計算機(jī)等考四級數(shù)據(jù)庫工程師復(fù)習(xí)資料(8)

　　8.緩沖區(qū)管理

　　數(shù)據(jù)存取層的下面是數(shù)據(jù)存儲層(簡稱存儲層)。存儲層的主要功能是存儲管理。包括緩沖區(qū)管理、內(nèi)外存交換、外存管理等。其中緩沖管理是最主要的。存儲層向存取層提供的接口是由定長頁面組成的系統(tǒng)緩沖區(qū)。系統(tǒng)緩沖區(qū)的設(shè)立是出于兩方面的原因:一是它把存儲層以上各系統(tǒng)成分和實在的外存設(shè)備隔離。外存設(shè)備的變更不會影響其它系統(tǒng)成分，使DBMS具有設(shè)備獨(dú)立性。二是提高存取效率。DBMS利用系統(tǒng)緩沖區(qū)滯留數(shù)據(jù)。當(dāng)存取層需要讀取數(shù)據(jù)時存儲子系統(tǒng)首先到系統(tǒng)緩沖區(qū)中查找。只有當(dāng)緩沖區(qū)不存在該數(shù)據(jù)時才真正從外存讀入該數(shù)據(jù)所在的頁面。當(dāng)存取層寫回一元組到數(shù)據(jù)庫中時，存儲子系統(tǒng)并不把它立即寫回外存，僅把該元組所在的緩沖區(qū)頁面作一標(biāo)志，表示可以釋放。只有當(dāng)該用戶事務(wù)結(jié)束或結(jié)束緩沖區(qū)已滿需要調(diào)入新頁時才按一定的淘汰策略把緩沖區(qū)中已有釋放標(biāo)志的頁面寫回外存。這樣可以減少內(nèi)外存交換的次數(shù)，提高存取效率。系統(tǒng)緩沖區(qū)可由內(nèi)存或虛存組成。由于內(nèi)存空間緊張，緩沖區(qū)的大小、緩沖區(qū)內(nèi)存和虛存部分的比例要精心設(shè)計。針對不同的應(yīng)用和環(huán)境按一定的模型進(jìn)行調(diào)整。既不能讓緩沖區(qū)占據(jù)太大內(nèi)存空間，也不能因空間太小而頻頻缺頁調(diào)頁，造成“抖動”，影響效率。緩沖區(qū)由控制信息和若干定長頁面組成。緩沖區(qū)管理模塊向上層提供的操作是緩沖區(qū)的讀(READBUF)、寫(WRITEBUF)。緩沖區(qū)內(nèi)部的管理操作有:查找頁、申請頁、淘汰頁。緩沖區(qū)管理調(diào)用OS的操作有:讀(READ)、寫(WEITE)。

　　9.數(shù)據(jù)庫的物理組織

　　數(shù)據(jù)庫是大量數(shù)據(jù)的有結(jié)構(gòu)的綜合性的集合，如何將這樣一個龐大的數(shù)據(jù)集合以最優(yōu)的形式組織起來存放在外存上是一個非常重要的問題。所謂“優(yōu)”應(yīng)包括兩方面:一是存儲效率高，節(jié)省存儲空間;二是讀取效率高，速度快、代價小。數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的基礎(chǔ)是文件，對數(shù)據(jù)庫的任何操作最終要轉(zhuǎn)化為對文件的操作。所以在數(shù)據(jù)庫物理組織中，基本的問題是如何設(shè)計文件組織或者利用操作系統(tǒng)提供的基本的文件組織方法。但是，在數(shù)據(jù)庫中表和文件不必具有一一對應(yīng)關(guān)系。這和操作系統(tǒng)中不一樣。DBMS可以建立只能自己讀寫的文件，在其中存儲多個表的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)系統(tǒng)是文件系統(tǒng)的發(fā)展。文件系統(tǒng)中每個文件存儲同質(zhì)實體的數(shù)據(jù)，各文件是孤立的，沒有體現(xiàn)實體之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的物理組織必須體現(xiàn)實體之間的聯(lián)系，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)———各種數(shù)據(jù)模型。因此數(shù)據(jù)庫中要存儲4個方面的數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)描述。即數(shù)據(jù)外模式、模式、內(nèi)模式。數(shù)據(jù)本身。數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。存取路徑。這4個方面的數(shù)據(jù)內(nèi)容都要采用一定的文件組織方式組織、存儲起來。

　　(1)數(shù)據(jù)字典(DD)的組織 有關(guān)數(shù)據(jù)的描述存儲在數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)字典中。數(shù)據(jù)字典的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量比較小(與數(shù)據(jù)本身比)、使用頻繁，因為任何數(shù)據(jù)庫操作都要參照數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容。數(shù)據(jù)字典在網(wǎng)狀、層次數(shù)據(jù)中常常用一個特殊的文件來組織。所有關(guān)于數(shù)據(jù)的描述信息存放在一個文件中。

　　(2)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)聯(lián)系的組織 關(guān)于數(shù)據(jù)自身的組織，DBMS可以根據(jù)處理的要求自己設(shè)計文件結(jié)構(gòu)，也可以從操作系統(tǒng)提供的文件結(jié)構(gòu)中選擇合適的加以實現(xiàn)。目前，操作系統(tǒng)提供的常用文件結(jié)構(gòu)有:順序文件、索引文件、索引順序文件、HASH文件(雜湊文件)和B樹類文件等等。數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)組織與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系是緊密結(jié)合的。在數(shù)據(jù)的組織和存儲中必須直接或間接、顯式或隱含地體現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，這是數(shù)據(jù)庫物理組織中主要考慮和設(shè)計的內(nèi)容。關(guān)系數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)了數(shù)據(jù)表示的單一性。實體及實體之間的聯(lián)系都用一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)———“表”來表示。在數(shù)據(jù)庫的物理組織中，每一個表通常可以對應(yīng)一種文件結(jié)構(gòu)。因此數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系兩者組織方式相同。

　　(3)存取路徑的組織 關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，存取路徑和數(shù)據(jù)是分離的，對用戶是隱蔽的。存取路徑可以動態(tài)建立、刪除。存取路徑的物理組織通常采用B樹類文件結(jié)構(gòu)和HASH文件結(jié)構(gòu)。在一個關(guān)系上可以建立若干個索引。有的系統(tǒng)支持組合屬性索引，即在兩個或兩個以上的屬性上建立索引。索引可以由用戶用CRETR INDEX語句建立，用DROP INDEX語句刪除。在執(zhí)行查詢時，DBMS查詢優(yōu)化模塊也會根據(jù)優(yōu)化策略自動地建立索引，以提高查詢效率。由此可見，關(guān)系數(shù)據(jù)庫中存取路徑的建立是十分靈活的。