《数据库存储管理》课件

数据库存储管理数据库存储管理是数据库管理系统的核心组成部分，负责数据的存储和组织它涵盖了数据的物理存储方式、数据组织结构和索引技术等关键内容by课程概述课程目标课程内容学习方法课程评价深入了解数据库存储管理的核本课程涵盖数据库存储管理的结合课堂讲解、案例分析和实以平时作业、期中考试和期末心概念和原理掌握数据库存各个方面，从基本概念到高级践操作，深入学习数据库存储考试的形式综合评价学生的学储管理的关键技术，包括磁盘技术，旨在帮助学生全面理解管理的原理和应用习成果存储结构、文件组织、索引技数据库存储管理的机制和应用术、缓冲管理等数据库系统的基本架构数据库系统通常由多个组件组成，包括数据库管理系统（）DBMS、数据库、用户界面和应用程序接口等是数据库系统的核心，负责管理数据库中的数据，并提供数DBMS据访问和操作的接口数据库是存储数据的集合，包含各种数据表、视图和索引等用户界面是用户与数据库系统交互的窗口，包括图形界面和命令行界面等应用程序接口（）允许应用程序访问和操作数据库中的数据API存储管理的基本概念数据存储数据访问数据库系统将数据存储在磁盘上数据库系统提供多种方法访问数，并通过文件组织方式管理数据据，包括顺序访问、索引访问、哈希访问等数据安全性数据性能数据库系统必须保证数据的完整数据库系统需要优化数据存储和性和一致性，防止数据丢失和非访问效率，以提高系统性能法访问磁盘存储结构磁盘阵列磁盘存储系统磁盘机柜多个磁盘组成阵列，提高数据吞吐量和可靠包含磁盘控制器、缓存、接口等，管理磁盘将多个磁盘系统集中放置，便于管理和维护性数据存储文件的存储文件以记录的形式存储在磁盘上，文件是数据库数据组织的最小单位文件通常采用线性结构、树状结构或哈希结构进行组织，以提高数据访问效率文件存储在磁盘上，需要分配连续或非连续的磁盘空间，以满足不同文件大小和访问模式的需求文件的分配策略连续分配链接分配12每个文件占用连续的磁盘块，每个文件使用链表结构分配，实现简单，但存在外部碎片问灵活，但访问速度较慢，存在题内部碎片问题索引分配混合分配34每个文件建立索引块，记录磁结合多种分配策略的优点，例盘块地址，克服了前两种策略如，连续分配文件头，链接分的缺点配文件内容文件的访问方法顺序访问随机访问12从文件开始依次读取数据，适直接访问文件中的任何位置，用于顺序存储的文件，例如文适用于存储结构灵活的文件，本文件例如数据库文件索引顺序访问3通过索引快速定位数据，适用于需要快速查找特定数据的文件，例如数据库索引文件树索引结构B树是一种平衡的多路搜索树，它专门用于磁盘存储系统B树结构的特性使其成为索引的理想选择，因为它可以有效地组织和检索磁盘上B的数据哈希索引结构哈希索引使用哈希函数将键值映射到索引中的特定位置哈希函数可以快速定位数据，提高检索速度哈希索引支持快速查找，但无法有效地进行范围查询聚簇索引和非聚簇索引聚簇索引非聚簇索引数据存储顺序和索引顺序一致，仅能有一个，提高数据检索效率索引和数据存储顺序不一致，可以有多个，提高数据查找效率索引的选择和维护选择合适的索引类型索引的维护根据查询模式、数据分布和数据更新频率等因素选择合适的索引定期维护索引，例如删除不再使用的索引、重建失效的索引、更类型，如树索引、哈希索引等新统计信息等B选择合适的索引类型可以有效提高查询效率，减少磁盘访问次数通过合理的索引维护，可以确保索引的有效性和效率，避免索引，降低数据检索时间膨胀或失效数据页的组织数据块的存储数据页的结构数据页是数据库存储系统的基本数据页通常包含页头信息、数据单元，通常存储在一个或多个连记录区和页尾信息，并包含相关续的磁盘块中，可以有效提高数数据记录的索引，方便快速定位据访问效率数据记录数据记录的管理数据记录在数据页内进行组织和管理，采用不同的数据记录管理方法，例如行存储或列存储，可以有效提高数据存储和访问效率数据页的访问与缓冲物理地址访问1数据页存储在磁盘上，需要通过物理地址访问缓冲池2数据页被加载到缓冲池，以提高访问速度缓冲池管理3缓冲池需要有效管理，以平衡内存和磁盘使用策略LRU4常用的缓冲池管理策略，以淘汰最久未使用的页面数据页访问和缓冲是数据库管理系统性能的关键缓冲池的有效管理可以显著提高数据页的访问速度缓冲池的管理策略策略策略策略策略LRU FIFOClock Optimal最近最少使用页面替换算法，先进先出页面替换算法，将最时钟页面替换算法，通过一个最优页面替换算法，选择未来根据页面的最近访问时间进行先进入缓冲池的页面替换出去循环队列来管理页面，并使用最长时间不会被访问的页面替判断，将最长时间未访问的页，适用于顺序访问模式一个引用位来标记页面是否被换，但无法在实际系统中实现面替换使用过缓冲池的性能优化减少磁盘次数I/O通过预读、等策略，减少磁盘访问次数，提高数据读取效率LRU优化缓冲池大小根据工作负载和数据访问模式，调整缓冲池大小，以平衡内存使用和性能配置参数优化调整缓冲池的预读块大小、脏页刷新频率等参数，提升性能磁盘空间的管理空间分配空间回收数据库系统需要管理磁盘空间，以确保数据存储的效率和完整性当数据被删除或更新时，会释放磁盘空间空间回收策略包括位空间分配策略包括连续分配、链接分配和索引分配等图法、空闲链表法等连续分配适用于顺序访问文件，链接分配适合非顺序访问文件，位图法通过位图记录磁盘空间的使用情况，空闲链表法则用链表索引分配则兼顾效率和灵活性记录空闲空间选择合适的空间回收策略可提高空间利用率磁盘碎片的整理碎片产生的原因1文件删除、更新和插入操作会造成磁盘空间碎片化，导致文件存储分散，影响读取效率碎片整理过程2数据库系统通过将分散的碎片空间合并，将数据移动到连续的磁盘空间，以提高存储效率碎片整理方法3压缩碎片移动数据，减少空闲空间•移动数据将数据移动到连续空间，消除碎片•数据库备份策略完整备份差异备份

1.

2.12定期备份整个数据库，速度慢，占用空间大备份自上次完整备份或增量备份以来更改的数据增量备份日志备份

33.

44.备份自上次备份以来更改的数据记录所有对数据库的更改，可以恢复到任意时间点数据库恢复策略备份恢复日志恢复故障转移备份可以帮助恢复丢失的数据定期备日志文件记录数据库操作，可以用于回故障转移机制可以将数据库副本切换到份数据，以便在发生故障时快速恢复数滚事务或恢复损坏的数据备用服务器，保证数据库的可用性据事务管理的基本概念原子性一致性隔离性持久性事务是一个不可分割的工作单事务执行前后的数据库状态必多个事务并发执行时，相互之事务一旦提交，其对数据库的位，要么全部执行，要么全部须是一致的，不会破坏数据库间不会互相干扰，保持数据的改变将永久保留，不会因为系不执行，确保数据完整性和一的完整性约束一致性统故障而丢失致性事务的属性ACID原子性一致性事务中的操作要么全部成功，要么全事务执行前后，数据库必须保持一致部失败，不会出现部分成功的情况状态，不会出现数据不一致的情况隔离性持久性多个并发事务之间相互隔离，不会互事务一旦提交，其对数据库的修改就相影响，每个事务仿佛在独立地执行永久保存，不会因为系统故障而丢失并发控制的基本原理数据一致性锁机制12多个事务并发访问数据库时，必须保证数据一致性，避免数锁机制是并发控制的主要手段，通过对数据加锁来防止多个据冲突导致错误结果事务同时访问相同数据事务隔离级别并发控制算法34不同隔离级别控制事务之间相互影响程度，提供不同程度的常见并发控制算法包括两阶段封锁协议、乐观并发控制等，数据一致性和并发性能用于协调事务之间的访问顺序锁机制锁机制锁机制是数据库并发控制的核心技术之一它通过对数据进行加锁，防止多个事务同时修改同一数据，从而保证数据的一致性锁机制可以分为两种类型共享锁（锁）和排他锁（锁）共S X享锁允许多个事务同时读取数据，但不能修改数据排他锁只允锁的类型许一个事务独占访问数据，其他事务无法读取或修改数据除了共享锁和排他锁之外，还有一些其他类型的锁，例如意向锁、更新锁等锁机制的实现需要考虑以下因素粒度、范围、模式、升级和降级等死锁的检测和避免死锁检测死锁避免死锁检测方法通过系统周期性地死锁避免方法在资源分配过程中检查资源分配情况，识别资源循，通过一些策略，例如银行家算环依赖关系如果检测到死锁，法，来确保系统不会进入死锁状系统需要选择一个或多个进程作态为牺牲者，释放其持有的资源，从而解除死锁预防死锁死锁预防方法通过限制资源的获取方式，例如要求进程在运行前获得所有需要的资源，避免产生资源循环依赖数据库存储安全性访问控制数据加密安全审计数据备份和恢复对不同用户和角色授予不同的对敏感数据进行加密，即使数记录所有数据库操作，便于追定期备份数据，并在必要时进访问权限，防止未经授权的访据被窃取也无法读取踪异常行为和安全事件行恢复，防止数据丢失问数据库存储性能优化索引优化查询优化选择合适的索引类型和索引键，以提高数据检优化查询语句，减少磁盘操作，提高查询I/O索效率速度缓冲池优化磁盘存储优化调整缓冲池大小，优化页面替换算法，减少磁选择合适的磁盘类型，合理分配磁盘空间，减盘访问次数少磁盘碎片数据库存储管理案例分析本节将深入探讨一些实际案例，展示如何将数据库存储管理的知识应用于实际场景中我们将分析一些常见的问题，如如何优化数据库的性能？如何确保数据的安全性和可靠性？如何进行数据库的备份和恢复？本课程总结和思考数据库存储管理索引和数据页12了解数据库存储管理的基本原理掌握索引结构和数据页访问方式缓冲池和磁盘管理事务管理34掌握缓冲池管理策略和磁盘空间优化理解事务的属性和并发控制机制ACID。