數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理 第七章 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)3

第七章數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)之三AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫(kù)的物理設(shè)計(jì)什么是數(shù)據(jù)庫(kù)的物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)在物理設(shè)備上的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與存取方法稱(chēng)為數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)，它依賴(lài)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(guò)程，就是數(shù)據(jù)庫(kù)的物理設(shè)計(jì)。AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫(kù)的物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)的步驟確定數(shù)據(jù)庫(kù)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)間和空間效率目標(biāo)：提高速度、節(jié)約空間。AnIntroductiontoDatabaseSystem

數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)確定數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施物理模型邏輯模型AnIntroductiontoDatabaseSystem存儲(chǔ)記錄結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)訪(fǎng)問(wèn)方法的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)確定物理結(jié)構(gòu)AnIntroductiontoDatabaseSystem存儲(chǔ)記錄結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)存儲(chǔ)記錄結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括記錄的組成、數(shù)據(jù)項(xiàng)的類(lèi)型和長(zhǎng)度，以及邏輯記錄到存儲(chǔ)記錄的映射靈活的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：聚簇和索引聚簇：把屬性上具有相同值的元組集中存放在一個(gè)物理塊中。如果存放不下，可以存放在相鄰的物理塊中，該組屬性稱(chēng)為聚簇碼索引文件對(duì)存儲(chǔ)記錄重新進(jìn)行內(nèi)部連接，邏輯上改變了記錄的存儲(chǔ)位置，從而改變了訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)的入口點(diǎn)AnIntroductiontoDatabaseSystem關(guān)系模式存取方法選擇DBMS常用存取方法索引方法，目前主要是B+樹(shù)索引方法聚簇（Cluster）方法HASH方法(*)AnIntroductiontoDatabaseSystem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AnIntroductiontoDatabaseSystem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(xún)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AnIntroductiontoDatabaseSystem索引存取方法的選擇（續(xù)）關(guān)系上定義的索引數(shù)過(guò)多會(huì)帶來(lái)較多的額外開(kāi)銷(xiāo)維護(hù)索引的開(kāi)銷(xiāo)查找索引的開(kāi)銷(xiāo)AnIntroductiontoDatabaseSystem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(xún)速度，把這個(gè)或這些屬性（稱(chēng)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(chēng)為聚簇.許多關(guān)系型DBMS都提供了聚簇功能.AnIntroductiontoDatabaseSystem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.AnIntroductiontoDatabaseSystem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(lèi)型的查詢(xún)，可以提高查詢(xún)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)其中的建立了聚簇索引的列進(jìn)行修改操作AnIntroductiontoDatabaseSystem聚簇存取方法的選擇（續(xù)）聚簇的用途大大提高按聚簇屬性進(jìn)行查詢(xún)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(xún)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(mǎn)足查詢(xún)條件的元組，從而顯著地減少了訪(fǎng)問(wèn)磁盤(pán)的次數(shù)。AnIntroductiontoDatabaseSystem聚簇存取方法的選擇（續(xù)）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.AnIntroductiontoDatabaseSystem聚簇存取方法的選擇（續(xù)）聚簇的局限性聚簇只能提高某些特定應(yīng)用的性能建立與維護(hù)聚簇的開(kāi)銷(xiāo)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(wú)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)。AnIntroductiontoDatabaseSystem聚簇存取方法的選擇（續(xù)）聚簇的適用范圍既適用于單個(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(hù)經(jīng)常要按系別查詢(xún)學(xué)生成績(jī)單，這一查詢(xún)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。AnIntroductiontoDatabaseSystem聚簇存取方法的選擇（續(xù)）當(dāng)通過(guò)聚簇碼進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)或連接是該關(guān)系的主要應(yīng)用，與聚簇碼無(wú)關(guān)的其他訪(fǎng)問(wèn)很少或者是次要的時(shí)候，可以使用聚簇。尤其當(dāng)SQL語(yǔ)句中包含有與聚簇碼有關(guān)的ORDERBY，GROUPBY，UNION，DISTINCT等子句或短語(yǔ)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AnIntroductiontoDatabaseSystemHASH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(mǎn)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。AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置設(shè)計(jì)表和索引分別存放在不同的磁盤(pán)上數(shù)據(jù)庫(kù)的備份、日志文件備份可以存放在磁帶上AnIntroductiontoDatabaseSystem系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)考慮以下因素：同時(shí)使用數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶(hù)數(shù)同時(shí)打開(kāi)的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象數(shù)內(nèi)存分配參數(shù)緩沖區(qū)分配參數(shù)、存儲(chǔ)分配參數(shù)、時(shí)間片大小等AnIntroductiontoDatabaseSystem評(píng)價(jià)物理結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)內(nèi)容對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)過(guò)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(kù)的物理結(jié)構(gòu)AnIntroductiontoDatabaseSystem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(hù)需求，則需要修改設(shè)計(jì)AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施的工作內(nèi)容用DDL定義數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)入庫(kù)編制與調(diào)試應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫(kù)試運(yùn)行AnIntroductiontoDatabaseSystem一、定義數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)確定了數(shù)據(jù)庫(kù)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(yǔ)言（DDL）來(lái)嚴(yán)格描述數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。

AnIntroductiontoDatabaseSystem二、數(shù)據(jù)裝載數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)建立好后，就可以向數(shù)據(jù)庫(kù)中裝載數(shù)據(jù)了。組織數(shù)據(jù)入庫(kù)是數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)AnIntroductiontoDatabaseSystem三、編制與調(diào)試應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)應(yīng)該與數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)并行進(jìn)行。在數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施階段，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)建立好后，就可以開(kāi)始編制與調(diào)試數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用程序。調(diào)試應(yīng)用程序時(shí)由于數(shù)據(jù)入庫(kù)尚未完成，可先使用模擬數(shù)據(jù)。AnIntroductiontoDatabaseSystem四、數(shù)據(jù)庫(kù)試運(yùn)行應(yīng)用程序調(diào)試完成，并且已有一小部分?jǐn)?shù)據(jù)入庫(kù)后，就可以開(kāi)始數(shù)據(jù)庫(kù)的試運(yùn)行。數(shù)據(jù)庫(kù)試運(yùn)行也稱(chēng)為聯(lián)合調(diào)試，其主要工作包括：功能測(cè)試：實(shí)際運(yùn)行應(yīng)用程序，執(zhí)行對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的各種操作，測(cè)試應(yīng)用程序的各種功能。性能測(cè)試：測(cè)量系統(tǒng)的性能指標(biāo)，分析是否符合設(shè)計(jì)目標(biāo)。AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行與維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)試運(yùn)行結(jié)果符合設(shè)計(jì)目標(biāo)后，數(shù)據(jù)庫(kù)就可以真正投入運(yùn)行了。數(shù)據(jù)庫(kù)投入運(yùn)行標(biāo)著開(kāi)發(fā)任務(wù)的基本完成和維護(hù)工作的開(kāi)始。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)、調(diào)整、修改等維護(hù)工作是一個(gè)長(zhǎng)期的任務(wù)，也是設(shè)計(jì)工作的繼續(xù)和提高。應(yīng)用環(huán)境在不斷變化數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中物理存儲(chǔ)會(huì)不斷變化AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行與維護(hù)（續(xù)）在數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行階段，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)常性的維護(hù)工作主要是由DBA完成的，包括：

⒈數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)和恢復(fù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)和恢復(fù)是系統(tǒng)正式運(yùn)行后最重要的維護(hù)工作之一。DBA要針對(duì)不同的應(yīng)用要求制定不同的轉(zhuǎn)儲(chǔ)計(jì)劃，定期對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)和日志文件進(jìn)行備份。一旦發(fā)生介質(zhì)故障，即利用數(shù)據(jù)庫(kù)備份及日志文件備份，盡快將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到某種一致性狀態(tài)。AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行與維護(hù)（續(xù)）2.數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性、完整性控制DBA必須根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際需要授予不同的操作權(quán)限。在數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中，由于應(yīng)用環(huán)境的變化，對(duì)安全性的要求也會(huì)發(fā)生變化，DBA需要根據(jù)實(shí)際情況修改原有的安全性控制。由于應(yīng)用環(huán)境的變化，數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性約束條件也會(huì)變化，也需要DBA不斷修正，以滿(mǎn)足用戶(hù)要求。AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行與維護(hù)（續(xù)）⒊數(shù)據(jù)庫(kù)性能的監(jiān)督、分析和改進(jìn)在數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中，DBA必須監(jiān)督系統(tǒng)運(yùn)行，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出改進(jìn)系統(tǒng)性能的方法。利用監(jiān)測(cè)工具獲取系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中一系列性能參數(shù)的值。通過(guò)仔細(xì)分析這些數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前系統(tǒng)是否處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。如果不是，則需要通過(guò)調(diào)整某些參數(shù)來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)性能。AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行與維護(hù)（續(xù)）⒋數(shù)據(jù)庫(kù)的重組織和重構(gòu)造重組織數(shù)據(jù)庫(kù)適當(dāng)重構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)AnIntroductiontoDatabaseSystem小結(jié)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)過(guò)程需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物理設(shè)計(jì)實(shí)施運(yùn)行維護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)程中往往還會(huì)有許多反復(fù)。AnIntroductiontoDatabaseSystem小結(jié)（續(xù)）數(shù)據(jù)庫(kù)各級(jí)模式的形成數(shù)據(jù)庫(kù)的各級(jí)模式是在設(shè)計(jì)過(guò)程中逐步形成的需求分析階段綜合各個(gè)用戶(hù)的應(yīng)用需求（現(xiàn)實(shí)世界的需求）。概念設(shè)計(jì)階段形成獨(dú)立于機(jī)器特點(diǎn)、獨(dú)立于各個(gè)DBMS產(chǎn)品的概念模式（信息世界模型），用E-R圖來(lái)描述。AnIntroductiontoDatabaseSystem小結(jié)（續(xù)）在邏輯設(shè)計(jì)階段將E-R圖轉(zhuǎn)換成具體的數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品支持的數(shù)據(jù)模型如關(guān)系模型，形成數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模式。然后根據(jù)用戶(hù)處理的要求，安全性的考慮，在基本表的基礎(chǔ)上再建立必要的視圖（VIEW）形成數(shù)據(jù)的外模式。在物理設(shè)計(jì)階段根據(jù)DBMS特點(diǎn)和處理的需要，進(jìn)行物理存儲(chǔ)安排，設(shè)計(jì)索引，形成數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)模式。AnIntroductiontoDatabaseSystem小結(jié)（續(xù)）目前很多DBMS都提供了一些輔助工具（CASE工具），為加快數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)速度，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)需要選用。例如需求分析完成之后，設(shè)計(jì)人員可以使用ORACLEDESIGNER2000畫(huà)E-R圖，將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系數(shù)據(jù)模型，生成數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)；AnIntroductiontoDatabaseSystem小結(jié)（續(xù)）利用CASE工具生成的僅僅是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)雛形，比較粗糙，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)用戶(hù)的應(yīng)用需求進(jìn)一步修改該雛形，使之成為一個(gè)完善的系統(tǒng)。早期就選擇某種CASE工具固然能