什么叫物理结构设计

物理结构设计

数据库的物理设计通常分为两步：

确定数据库的物理结构

对物理结构进行评价，评价的重点是时间和空间效率

1．确定数据库的物理结构

（1）确定数据的存储结构

确定数据库存储结构时要综合考虑存取时间、存储空间利用率和维护代价三方面的因素。这三个方面常常是相互矛盾的，例如消除一切冗余数据虽然能够节约存储空间，但往往会导致检索代价的增加，因此必须进行权衡，选择一个折中方案。

（2）设计数据的存取路径

在关系数据库中，选择存取路径主要是指确定如何建立索引。例如，应把哪些域作为次码建立次索引，建立单码索引还是组合索引，建立多少个为合适，是否建立聚集索引等。

（3）确定数据的存放位置

为了提高系统性能，数据应该根据应用情况将易变部分与稳定部分、经常存取部分和存取频率较低部分分开存放。

（4）确定系统配置

DBMS产品一般都提供了一些存储分配参数，供设计人员和DBA对数据库进行物理优化。初始情况下，系统都为这些变量赋予了合理的缺省值。但是这些值不一定适合每一种应用环境，在进行物理设计时，需要重新对这些变量赋值以改善系统的性能。

2．评价物理结构

数据库物理设计过程中需要对时间效率、空间效率、维护代价和各种用户要求进行权衡，其结果可以产生多种方案，数据库设计人员必须对这些方案进行细致的评价，从中选择一个较优的方案作为数据库的物理结构。

评价物理数据库的方法完全依赖于所选用的DBMS，主要是从定量估算各种方案的存储空间、存取时间和维护代价入手，对估算结果进行权衡、比较，选择出一个较优的合理的物理结构。如果该结构不符合用户需求，则需要修改设计。

数据库的物理结构设计指的是根据数据库的逻辑结构来选定RDBMS（如Oracle、Sybase等），并设计和实施数据库的存储结构、存取方式等。 确定数据库的物理结构包含下面四方面的内容： 1、确定数据的存储结构； 2、设计数据的存取路径； 3、确定数据...

Log File物理结构

从 ib_logfile0和 ib_logfile1这两个文件的物理结构可以看出，在Log Header部分还是有些许差异的， ib_logfile0会多一些额外的信息，主要是checkpoint信息。

并且每个Block的单位是512字节，对应到磁盘每个扇区也是512字节，因此redo log写磁盘是原子写，保证能够写成功，而不像index page一样需要double write来保证安全写入。

我们依次从上到下来看每个Block的结构

Log File Header Block

Log Goup ID，可能会配置多个redo组，每个组对应一个id，当前都是0，占用4字节

Start LSN，这个redo log文件开始日志的lsn，占用8字节

Log File Number，总是为0，占用4字节

Created By，备份程序所占用的字节数，占用32字节

另外在ib_logfile0中会有两个checkpoint block，分别是 LOG_CHECKPOINT_1/ LOG_CHECKPOINT_2，两个记录InnoDB Checkpoint信息的字段，分别从文件头的第二个和第四个block开始记录，并且只在每组log的第一个文件中存在，组内其他文件虽然没有checkpoint相关信息，但是也会预留相应的空间出来。这里为什么有两个checkpoint的呢？原因是设计为交替写入，避免因为介质失败而导致无法找到可用的checkpoint的情况。

Log blocks

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log block结构分为日志头段、日志记录、日志尾部

Block Header，占用12字节

Data部分

Block tailer，占用4字节

Block Header

这个部分是每个Block的头部，主要记录的块的信息

Block Number，表示这是第几个block，占用4字节，是通过LSN计算得来的，占用4字节

Block data len，表示该block中有多少字节已经被使用了，占用2字节

First Rec offet，表示该block中作为第一个新的mtr开始的偏移量，占用2字节

Checkpoint number，表示该log block最后被写入时的检查点的值，占用4字节

概念结构设计的任务是在需求分析阶段产生的需求说明书的基础上，按照特定的方法把它们抽象为一个不依赖于任何具体机器的数据模型，即概念模型。概念模型使设计者的注意力能够从复杂的实现细节中解脱出来，而只集中在最重要的信息的组织结构和处理模式上。概念模型具有以下的特点：l、概念模型是对现实世界的抽象和概括，它真实、充分地反映了现实世界中事物和事物之间的联系，能满足用户对数据的处理要求。2、由于概念模型简洁、明晰、独立于计算机，很容易理解，因此可以用概念模型和不熟悉计算机的用户交换意见，使用户能积极参与数据库的设计工作，保证设计工作顺利进行。3、概念模型易于更新，当应用环境和应用要求改变时，容易对概念模型修改和扩充。4、概念模型很容易向关系、网状、层次等各种数据模型转换。逻辑结构设计的任务是将基本概念模型图转换为与选用的数据模型相符合的逻辑结构。逻辑结构设计的步骤：概念模型、一般数据模型、特定持的数据模型、优化的数据模型。物理设计的任务是根据具体计算机系统(DBMS和硬件等)的特点，为给定的数据库模型确定合理的存储结构和存取方法。所谓的“合理”主要有两个含义：一个是要使设计出的物理数据库占用较少的存储空间，另一个对数据库的操作具有尽可能高的速度。

1、需求分析：了解用户的数据需求、处理需求、安全性及完整性要求；

2、概念设计：通过数据抽象，设计系统概念模型，一般为E-R模型；

3、逻辑结构设计：设计系统的模式和外模式，对于关系模型主要是基本表和视图；

4、物理结构设计：设计数据的存储结构和存取方法，如索引的设计；

5、系统实施：组织数据入库、编制应用程序、试运行；

6、运行维护：系统投入运行，长期的维护工作。

数据库设计的四个阶段是：

1、系统需求分析阶段：数据库设计的第一步，就是了解与分析用户需求，确定系统边界信息需求、处理需求、安全性和完整性需求，然后编写系统分析报告。

2、概念结构设计阶段：概念结构设计，就是将上一阶段通过需求分析得到的用户需求抽象为概念结构，或称为概念模型（整个过程，其实就是我们前面提到的自底向上的分析）。描述概念模型的有力工具是E-R模型。

3、逻辑结构设计阶段：数据库逻辑设计，则是将上一阶段的概念结构转换成特定DBMS所支持的数据模型的过程。

4、物理结构设计阶段：物理设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构。

数据库的设计过程大致可分为以下六个阶段：

1. 需求分析阶段

需求收集和分析，结果得到数据字典描述的数据需求（和数据流图描述的处理需求）。

2. 概念结构设计阶段

通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型，可以用E-R图表示。

3. 逻辑结构设计阶段

将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型（例如关系模型），并对其进行优化。

4. 数据库物理设计阶段

为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）。

5. 数据库实施阶段

运用DBMS提供的数据语言（例如SQL）及其宿主语言（例如C），根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。

6. 数据库运行和维护阶段

数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改。