【5A版】数据存储与组织管理.ppt

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1、第2部分关系数据库系统实现第4章数据存储和组织管理高级数据库系统及其应用第4章数据存储和组织管理物理存储介质4.1磁盘空间管理4.2文件的页组织4.3页表示格式4.4记录表示格式4.5DB元信息及其组织管理4.6DB缓冲区管理4.74.1物理存储介质4.1.1存储介质的层次4.1.2磁盘的物理特性4.1.3磁盘故障及其处理策略4.1.4磁盘块存取的优化4.1.1存储介质的层次4.1.2磁盘的物理特性（1）磁盘结构硬盘容量＝盘面数×每盘面磁道数×每磁道扇区数×每扇区字节数4.1.2磁盘的物理特性（2）磁盘基本操作特

2、性磁盘读写的最小单位是扇区。但在操作系统或DBMS系统层次，磁盘读写的基本单位是块(block)。不同系统块大小可能不同，大多数系统的块取4KB。进行实际磁盘读写时，主存中必须有磁盘块缓冲区；在磁盘和主存之间传送一个磁盘块称为1次I/O操作。读写一个块的时间:寻道时间＋旋转延迟时间＋传输时间。例4.1假设有一个含3个盘片的硬盘，共有4个记录面，转速为4500转/分钟，盘面有效记录区域的外直径为30cm，内直径为10cm，记录位密度为250位/mm，磁道密度为8道/mm，每个磁道分16扇区，每扇区512字节。试计算

3、：1）磁盘的总磁道数2）非格式化容量3）平均速度传输速率。例4.2假设一种具有如下特性的硬盘：共有4个盘片，8个盘面；每个盘面有8192个磁道，每个磁道平均有256个扇区；每个扇区512个字节。试计算以下磁盘参数：1）磁盘格式化容量。2）若一个块大小为4096字节，求每个磁道能存放的块数。3）如果磁盘数据区外径为3.5英寸、内径为1.5英寸，求磁盘的径向密度。4）假定扇区间隙占磁道长度的10%，则磁盘最内和最外磁道上的位密度分别是多少？5）若磁盘转速为3840转/分，即1/64秒转一周。磁头起落1次1毫秒，每移过

4、500个磁道另加1毫秒，试计算读写一个块的平均时间。4.1.3磁盘故障及其处理策略一、磁盘故障分类磁盘故障通常有以下几种方式或类型：间断性故障。写故障。部分介质损坏。磁盘崩溃。二、校验和技术磁盘扇区通常会存储一些冗余位，以可帮助识别从扇区读出的内容是否正确。最简单的校验和:是基于扇区内所有位的奇偶性。通过增加奇偶位数，可降低检不出错误的概率。若用n个位存储校验和,则漏检错误的概率仅为1/2n4.1.3磁盘故障及其处理策略一、磁盘故障分类二、校验和技术三、稳定存储技术校验和技术能帮助检测读写故障或介质故障，但不能帮

5、助我们纠正错误。基于稳定存储(stablestorage)的多副本策略，可能帮助我们一定程度上解决这个问题。四、从崩溃的磁盘故障恢复：RAID技术磁盘冗余阵列的磁盘组织技术。RedundantArrayofInexpensiveDisks几种常用的RAID级简介1．RAID0级(nonredundantstriping)把数据分拆到多块磁盘并行存贮（位级拆分且没有任何冗余）。在所有RAID级中，RAID0具有最好的写性能，但安全性最低。2．RAID1级(mirroreddisks)为每一个磁盘配置一镜像磁盘，适合

6、于安全性要求很高场合。有效容量利用率只有50℅，成本较高。几种常用的RAID级简介3．RAID2级(error-CorrectingCodes错误-校正码)采用若干数据盘拆存字节中的位(bits)，并对每个字节计算奇偶校验位，额外的校验位存储在冗余盘。对有D个数据盘的磁盘阵列中，一次读写传输最少是D个块。较有利于传输数据量大的磁盘请求，不利于传输数据量小的磁盘请求。4.RAID3级(Bit-InterleavedParity位-奇偶交替)RAID2中因配置了较多的冗余校验盘，能自动解决坏盘检测问题，但也增大了代价

7、。RAID3只使用一个冗余磁盘，即采用最低的安全性开销。RAID2/3写操作都需要一个read-modify-write的周期过程。几种常用的RAID级简介5．RAID4级(block-InterleavedParity块-奇偶交替)拆存单位是一个磁盘块。块级分存优点是能充分利用块设备工作特性，且能适应各种数据量传输的磁盘请求。不论有多少个数据磁盘，RAID4只用一个冗余盘存储各数据盘中的奇偶校验数据。6.RAID5级是RAID4的改进。RAID4中校验数据块总是用一个固定盘来存储，而在RAID5中，校验块是交替

8、分布在各磁盘上。☆RAID4磁盘读写过程读块过程：直接读出相应数据盘中的目标块即可。写块过程：除了写目标数据盘外，还要修改冗余盘上对应块数据。写单个块需要一个read-modify-write的周期过程。校验盘对应块新数据＝(当前数据盘当前块原数据XOR当前数据盘当前块新数据)XOR校验盘对应块原数据几种常用的RAID级简介7．RAID6级(P+QRedundancy)使