哈工大数据库课件-第七讲数据库系统体系结构.ppt

第七章 数据库系统体系结构 物理存储介质 特性 数据存取速度 每单位数据的成本 可靠性 电源故障或系统崩溃时的数据丢失 介质故障 介质分类 易失介质（volatile storage） 电源关时数据丢失 非易失介质（non-volatile storage） 电源关时数据持久保留，包括二级和三级存储 物理存储介质 高速缓冲存储器（Cache） 最快最昂贵的存储介质，一般由操作系统来管理 主存储器（Main memory） 用于存放可被处理的数据的存储介质 快速访问，但一般不能存放整个数据库 如果发生电源故障或系统崩溃，主存储器中的数据会丢失 快闪存储器（Flash memory） EEPROM：电可擦可编程只读存储器 电源故障时数据会保存 读速度：0.1μs; 写速度：10μs 物理存储介质 磁盘存储器（Magnetic-disk storage） 用于长期联机数据存储 一般存放整个数据库 数据必须从磁盘移入主存才能访问 直接存取（direct-access） 按任意顺序存取数据 如果发生电源故障或系统崩溃，数据不会丢失 光盘存储（Optical storage） CD-ROM：只读，提供预先记录的数据 WORM：一次写，多次读，用于数据归档 物理存储介质 磁带存储（Tape storage） 用于数据的备份和归档 顺序访问（sequential-access） 速度慢 容量大 价格低 存储层次 存储层次 基本存储（primary storage） 快速但易失 cache, main memory 辅助存储（secondary storage） 非易失，相对快速 联机存储（on-line storage） flash memory, magnetic disks 三级存储（tertiary storage） 非易失，速度慢相对快速 脱机存储（off-line storage） magnetic tape, optical storage 磁盘结构 磁盘性能估计 访问时间 从发出请求到数据开始传输之间的时间 寻道时间（Seek time） 磁盘臂定位时间，即磁盘臂移动到正确的磁道所需时间 与移动距离成正比，平均寻道时间是最坏时间的1/3 旋转等待时间（Rotational latency ） 寻道结束后，等待被存取的扇区出现在读写头下面的时间 平均旋转等待时间是磁盘旋转一周时间的1/2 数据传输率 从磁盘获得数据或向磁盘存储数据的速率 平均故障时间（MTTF） 预期系统无故障连续运行的时间 是指基于全新磁盘发生故障的可能性 RAID 廉价磁盘冗余阵列（RAID） Redundant Arrays of Inexpensive Disks 是一种利用大量廉价磁盘进行磁盘组织的技术 价格上，大量廉价的磁盘比少量昂贵的大磁盘合算得多 性能上，使用大量磁盘可以提高数据的并行存取 可靠性上，冗余数据可以存放在多个磁盘上，因此一个磁盘的故障不会导致数据丢失 过去RAID是大而昂贵的磁盘的替代方法；今天，使用RAID是因为它的高可靠性和高数据传输率；因此 “I” 代表independent，而非inexpensive RAID 通过冗余提高可靠性 N个磁盘组成的集合中某个磁盘发生故障的概率比特定的单个磁盘发生故障的概率高很多 假定单个磁盘的MTTF是100,000小时 (约为11年)，则由100个磁盘组成的阵列的MTTF是1000小时(约为41天) 冗余（Redundancy） 存储额外的信息，以便当磁盘故障时能从中重建 镜像(Mirroring or shadowing) 一个逻辑磁盘由两个物理磁盘组成，写操作在每个磁盘上执行 如果其中一个发生故障，数据可以从另一个磁盘读出 只有第一个磁盘的故障尚未恢复，第二个磁盘也发生故障，这时才会发生数据丢失 假定一个磁盘的MTTF是100,000小时，修复时间是10小时，则镜像磁盘系统的MTTF是100,0002/（2*10）=500*106小时，约为57000年 RAID 通过并行提高性能 负载平衡多个小的存取操作（即页面存取），以提高这种存取操作的吞吐量 并行执行大的存取操作，以减少大的存取操作的响应时间 通过在多个磁盘上对数据进行拆分来提高传输率 比特级拆分（Bit-level striping） 将每个字节按比特分开，存储到多个磁盘上 例如，对于一个由8个磁盘组成的阵列，将每个字节的第i个比特位写到第i个磁盘上；它的存取速度是单个磁盘的8倍 对于由4个磁盘组成的阵列，将每个字节的第i个比特位和第i+4个比特位写到第i个磁盘上 块级拆分（Block-level striping） 对于由n个磁盘构成的阵列，文件的第i块 存放在第(i mod n) + 1个磁盘上 RAID RAID级别 镜