DBMS-4 数据库存储

news2024/12/27 17:37:34

存储结构

一.表空间

1.概念：一张数据表在数据库空间中以一个表空间的形式存储。表空间由数据段、索引段、回滚段组成，分别记录一张表的不同信息。

2.层次信息

（1）一个表空间(TableSpace)由多个段(Segment)构成；

（2）一个段(Segment)由多个区(Extent)构成；

（3）一个区(Extent)由多个页(Page)构成；

（4）在页中，以记录为单位，存储表的信息。例如数据段对应的页中，每条记录对应表的一个元组数据。

二.表空间的扩张

1.如果一个区的所有页面都满时，要继续插入记录就需要申请新页面，扩张表空间。

2.每次表空间的扩张是以一个区(Extent)为单位，即每次扩张申请固定数量的区。原因是：为了便于连续读写，尽量让大数据存入一个区的连续页中，避免存入不同区的页中；以区为单位一次能申请到多个页，一个页存不下一段大数据，也能让剩余部分存入相同区的相邻页中。

页面组织

页面中存储的一条条记录就是最终的表数据，决定页面该以何种方式存储一条条记录就是页面组织。

一.定长记录

1.概念

定长记录要求记录中所有属性都是定长类型的。

2.页面内组织形式

记录上下页面在该区中的偏移量，以此来记录上下页面的位置。

3.增加记录

如果页面能容纳新纪录，则添加到页面的最后。

4.删除记录

定长记录的页面，其记录删除有四种组织方式

（1）删除记录，并依次将后续记录向前移动

（2）删除记录，并将最后一条记录移到当前的因删除而空出位置

（3）使用链表记录空闲位置，插入记录时可快速定位第一个空位

（4）使用Bitmap（最佳选择）

二.变长记录

1.概念

变长记录要求记录中有变长属性，但也可以同时存在定长属性。

2.页面内组织形式

（1）由于每条变长记录的长度不同，因此在页面内位置无法单元化，所以无法用bitmap来记录页面位置。

（2）变长记录采用slot来记录页面内每条记录的位置和每个空闲空间的位置，每个槽位记录的信息对应一条记录或一个空闲位置。slot = 起始位置 + 长度(或叫偏移量)。

（3）整个页面中，槽位从前往后存，每个槽位对应的记录从后往前存。形成：【槽位1，槽位2，。。。。。。，记录2，记录1】。好处是：空闲位置集中在中间，不会出现以下这种尴尬局面：【槽位1，槽位2，记录1，记录2，。。。。。。】，即没位置记录槽位了。

3.记录内组织形式

（1）对于变长字段：在一条记录内对应字段位置下存的实际上的"真实值的位置"。例如姓名字段的位置存的是"37，6"，表示从该条记录的第37个字节开始，往后的6个字节就是姓名字段的真实值。

（2）对于NULL值字段：在一条记录中是以bitmap的形式来管理的。例如该条记录有5个字段，则NULL值bitmap的大小就为5，如果字段值为NULL，则在bitmap中对应位置为1，否则为0；该条记录5个字段值均不为NULL，因此NULL值bitmap是00000。

4.修改记录

如果一条记录原长为80，修改后为100，但是原位置放不下该记录，则先将原记录删除，再寻找一个大小合适的空闲位置插入。

5.增加和删除记录

删除记录是只删除该条记录对应的槽位，对该条记录的实际位置空间不做回收。

只有当多次删除后，才会去移动聚拢每条记录的位置，重排页面空间，空出空闲位置。

三.定长记录 vs 变长记录

1.对于bitmap的使用不同

（1）定长记录：bitmap用于记录一个页面中每个位置是否有记录(即是否空闲)，该bitmap是页面级别的。

（2）变长记录：bitmap用于记录一条记录中每个字段是否为NULL值，该bitmap是记录级别的。

2.区别

（1）记录位置和空闲位置标识

定长记录：使用位图bitmap标识记录位置和空闲位置。使用索引定位记录：索引 = Page(页号) + Record(bitmap下标)。
变长记录：使用槽位slot标识记录位置和空闲位置。slot = 起始位置 + 偏移量。

（2）记录中对NULL值字段的表示

定长记录：一个字段无论是否为NULL值，都占据等长大小。
变长记录：使用bitmap记录字段是否为NULL值。

（3）删除和更新记录

四.页面组织思考

文件组织

一.概述

二.文件组织方式

1.堆表

（1）概念

（2）空闲空间管理

假设一个页面大小为8KB，那么该页面的空闲空间可能就有8KB，维护一个8KB=2^13的空闲空间需要16/8=2个字节。可如果我们采用空闲空间编码，就能实现用1个字节维护8KB的空闲空间。(255*32 = 2^8 * 2^5 = 2^13)

使用二级空闲空间数组加快查询效率，二级空闲空间数组每个槽位，是几个页面聚簇后，取它们一级空闲空间数组槽位的最大值。

2.顺序表

（1）概念

（2）增删

3.哈希表

4.B+树

5.多表聚簇

元数据存储

一.元数据概念

二.元数据存储

缓冲区

一.概述

1.缓冲区作用

2.缓冲区组成

二.缓冲区管理

1.流程

为什么日志必须同步刷入磁盘后，才可以返回提交成功，而数据和索引却可以异步刷入磁盘？

答：如果在内存中完成更新缓冲区页面、索引、日志，但未刷盘，就返回提交成功，此时断电后，数据直接丢失，无法复原，却还是返回了提交成功。但是先将日志刷入磁盘，再返回提交成功，此时断电，断电后可以根据磁盘的日志进行数据复原重做。而如果日志刷入磁盘前就断电，则不会返回提交成功，而是提交失败，此时就直接回滚。