开发者学堂课程【高校精品课-西安交通大学-数据库理论与技术：第六课】学习笔记，与课程紧密联系，让用户快速学习知识。
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第六课（三）
内容介绍
一． 顺序文件组织
二． 聚簇文件组织
三． 数据词典的存储
四． 对象到文件的映射
五． 持久性指针的管理
六． 磁盘的结构与特性
七． 基础回顾-计算机系统的存储体系
八． DBMS 数据存储与查询实现的基本思想
九． 数据库之表-记录与磁盘块的映射
十． 数据库之表-记录与磁盘块的映射
十一.Oracle DB 物理存储简介
十二.索引和散列
九． 数据库之表-记录与磁盘块的映射
（1）数据库概念与磁盘相关概念的映射示意
具体映射，本质上讲就是做一个映射的模式，逻辑的空间到这个物理地址空间的一个映射。
磁盘的基本组织呢就是盘面、磁道，扇区。一个磁盘块就是许多01组成的二进制的编码。这个信息读进来后，数据库怎么能够把这个信息解出来，这个校验信息就是格式信息，根据格式信息具体到哪个字段，从哪开始、什么类型。比如字符串，有8个字节，对应字符，如果是数值型，有数值格式；浮点型涉及到小数点，浮点；整形有整形的数据格式，要一定格式进行转化。
磁盘块可能是物理上规定相邻的，但逻辑上是没有规定的。到第五块，第八块有三个框，可能是逻辑上相邻的这一块。
这个表存放在三个块，这个转换过程，逻辑层面的叫表，表分成记录到属性，按照文件分配表，对应到框内的01的这种二进制数据序列，以一个块为单位进行存取，文件是通过文件分配给磁盘块，再到盘面、磁道、扇区，是它的物理的编码。
（2）数据库中记录的区分及记录内属性值的区分
记录的形式是定长记录还是变长记录，前面已经讲过，这里不多介绍。
（3）数据库中的记录 vs 磁盘块
记录是非跨块存储，还是跨块存储（靠指针连接）
非跨块存储就是一个记录只放在一个框。优点是效率高。比如这个地方还剩一块放不下，如果不换的话，在一个新的页面再放，就把这个空间给利用起来，但是这个记录就得分两部分。如果不跨的话，缺点就是浪费一些存储空间，但是磁盘块间无关联可并行。过来的话就不能进去，必须这个读完之后再读下面。
三号做完之后的空间把它弄起来，四号地内容又太多，放不下，那么只能放一部分空间，四号的剩余部分放到下面叫跨块。
跨块优点:空间节省，因为把这个这空间利用起来了。缺点是磁盘空间有关联，需串行，因为这个记录在右边。
（3） 数据库的表 vs 磁盘块
n 数据库-表所占磁盘块的分配方法
l 连续分配:数据块被分配到连续的磁盘块上(会存在扩展困难问题)
l 链接分配: 数据块中包含指向下一数据块的指针(访问速度问题)
l 按簇分配: 按簇分配，簇是若干连续的磁盘块，簇之间靠指针连
接;簇有时也称片段 Segment 或盘区 extent
按簇分配实际是上面两者的一个结合。联系起来了太多也不好，太少完全的这个随机放也不好。一般是若干个连续的页组成一个簇，或者叫区间或区段。一般的数据库里有一个区间大小，默认值是16，就是16个页一个区间。也可以把这个值改小一点，8个页。可以表达分配空间的时候是以区间为单位。
比如创建一个表，一次给16页。以区间为单位，再给16页。页是计量单位。
若干个连续在一起效率就会提高，但是不能太多，太多会造成空间浪费，所以它取折中。这就是一个折中的例子。
l 索引分配:索引块中存放指向实际数据块的指针
十． 数据库之表-记录与磁盘块的映射
（1） 数据组织与存取方法
要考虑不同因素，就是做增删改和查询操作的需求。数据库的文件组织和数据组织的没有一种是所有都适应的，要看不同的数据结构适应不同的操作。
如果以更新为主，增删改特别频繁，需要选择适应它的结构。以读为主要选择相应的结构，是它有不同的选择的。具体还需考虑：
l 更新将涉及数据存储空间的扩展与回收问题
l 检索将涉及扫描整个数据库的问题，大批量处理数据问题
l 不同的需求要求不同的数据组织方法和存取方法
l 文件组织(File Organization)指的是数据组织成记录、块和访问
结构的方式，包括把记录和块存储在磁盘上的方式，以及记录和块之间相互联系的方法
l 存取方法(Access Method)指的是对文件所采取的存取操作方法
涉及到最基本的比如握拳扫描，利用索引怎么快速定位
l 一种文件组织可以采取多种存取方法进行访问
（2）无序文件组织
（3）有序文件组织
以上两种不做详细介绍。
（4） 散列文件组织
l 特点:可以把记录按某属性或属性组的值,依据一个散列函数来计
算其应存放的位置:桶号(Bucket, 块号或簇号等)。检索效率和更新效率都有一定程度的提高
l 用于进行散列函数计算的属性通常称为散列字段(Hash field)，散
列字段通常也采用关系中的主码，所以又称散列码(hash key)
散列在数据结构里讲过，就是一个记录用散列函数进入到散列的位置，在位置里存放，但是这里有很多问题，比如溢出、碰撞等等一系列问题。比如讲到区块链的时候，区块链的很基本的散列，把这块内容散列出来以后，这个内容如果稍微变化一下，重新用散列函数进行散列，它可以知道内容有没有更改。现在散列主要是用来做数据组织，做查找，还有别的作用，这里不展开讲解。
l 不同记录可能被 hash 成同一桶号，此时需在桶内顺序检索出某
一记录
十一.Oracle DB 物理存储简介
(1) Oracle 数据库的数据组织
l Oracle 数据库组织为数据库(database)、表空间(tablespace)、
操作系统文件、table、段(segment)、盘区(extent)和基本数据块(data blocks)
数据组织的一个最大的单位叫数据库。库下面有表空间，库相当于一个仓库，表空间就相当于物理上的一个库房，这个逻辑上大面积的一块库房。表实际上是一个逻辑单位，它的数据一般放在表空间里。创建表的时候告诉它这个表放在哪个表空间里，数据放在一个空间里，索引放到一个空间里。也可以分开，也可以放在一起。
它的数据的组织分成一层一层的，这是关于这个的数据组织。
具体细节不做详细讲解。
(2) Oracle 数据库的数据组织相关的 SQL 命令
>Oracle 物理数据库相关的定义语句
>定义表空间时，需要考虑物理存储性能。注意参数的使用，参数的含义参见 Oracle 手册。
数据组织会反映到相应的语句当中，比如说 create 了一个表空间，可以考虑空间名字，还可以给它指定放在哪个数据文件。另外它还有很多参数，是在线的，还是离线的等等
十二.索引和散列
十二章参考的是数据库系统概念的第11章的内容。方法是简介+自学，还有补充内容。
本章内容特色：
涉及 DBMS 内部结构，对应用，系统和理论均重要。
体现数据库实现者和数据库使用者之间的重要知识差别。
涉及大量数据结构，算法细节。
着重介绍解决问题的思想和方法。
本章要解决的关键问题:
如何高效地实现逻辑地址空间到物理地址空间的映射
第一节 基本概念
第二节 索引
索引评价度量
有序索引
稠密索引文件
稀疏索引文件
多级索引
索引更新:删除
索引更新: 插入
辅助索引
主索引与辅助索引
B+-Tree 索引文件
第三节 散列
静态散列
动态散列
第四节 有序索引与散列的比较
第五节 SQL 中的索引定义
第六节 多键存取
第七节 网格文件
第八节 位图索引
基本概念
l 索引的目的就是加速对信息的查找。
日常生活当中有很多索引的例子，比如说图书录入卡片，去查书的时候是手工查找。图书馆有一个抽屉放盒子，拿出来一张卡片，在那个卡片上找，找到你要的书的号。比如要找什么类型的书，或者有标题，有作者的信息，根据这个进行查找。如果没有索引，在书库里漫无目的找，效率就会太低。一定要利用索引，知道这个书在哪个架子上，在哪个位置。索引的作用就是根据要找的信息了解要找的东西在什么地方。
l 搜索键：书的目录，书的标题或者作者的性别等信息。
这个搜索键用属性或属性集合，索引文件就是以这个形式，一个键值加一个指针叫键值对。数据库的很多设备有一大类本质上就是键值对，只不过不叫索引。索引基本的元素就是一个键值对，一个搜索键值对，一个指针。
l 索引文件比被索引的那个文件通常占的空间要小很多
这是从关系数据库角度讲的。索引相当于把表里的某一列的值单独拿到另外一个地方单独存，它比原来的表占的空间要小很多，还包含到记录的指纹信息。关键词：信息
l 两种基本索引:
有序索引:搜索键按顺序存储
散列索引:搜索键被“散列函数”一致地分配到若干“桶”中
l 原理：索引：用绳索（小、轻）牵引（大、重）
l 获得逻辑位置 RecPos 两法:
搜索匹配，数据量越多就越慢，成为性能瓶颈
索引(尽量在内存中，如:散列，B-树等)，以小博大，可以加速
从映射观点看索引：
位置信息的映射。比如要到图书馆去借书，需要干两件事，第一件事：“检”，要找到这个书。第二件事是“索”，就是办手续。要把它借出来需要要办个手续。这两者相比，哪一件事更耗时间？显然前面这个更耗费时间。图书馆越大，书越多，找书的时间会越长，如果没有索引，没有这些辅助手段，可能花的时间非常长。
