数据库设计_5.物理设计

        一般来说，物理设计的主要工作步骤包括确定数据分布、存储结构和访问方式。

1.确定数据分布

         从企业计算机应用环境出发，需要确定数据是集中管理还是分布式管理，目前企业内部网及因特网的应用越来越广泛，数据大都采用分布式管理。对于数据如何分布需要从以下几个方面进行考虑。

        （1）根据不同应用分布数据。企业的不同部门一般会使用不同的数据，将与部门应用相关的数据存储在相应的场地，使得不同的场地上处理不同的业务，对于应用多个场地的业务，可以通过网络进行数据处理。

        （2）根据处理要求确定数据的分布。对于不同的处理要求，也会有不同的使用频度和相应时间，对于使用频度高、响应时间短的数据，应存储在高速设备上。

        （3）对数据的分布存储必然会导致数据的逻辑结构的变化，要对关系模式作新的调整，需要回到数据库逻辑设计阶段做必要的修改。

2.确定数据的存储结构

         存储结构具体指数据文件中记录之间的物理结构。在文件中，数据是以记录为单位存储的，可以采用顺序存储、哈希存储、堆存储和树存储等方式。在实际应用中，要根据数据的处理要求和变更频度选定合理的物理结构。

        为提高数据的访问速度，通常会采用索引技术。在物理设计阶段，要根据数据处理和修改要求，确定数据库文件的索引字段和索引类型。

3.确定数据的访问方式

         数据的访问方式是由其存储结构所决定的，采用什么样的存储结构，就使用什么样的访问方式。数据库物理结构主要有存储记录格式、记录在物理设备上的安排及访问路径（存取方法）等构成。

3.1存储记录结构设计

         存储记录结构包括记录的组成、数据项的类型、长度和数据项间的联系，以及逻辑记录到存储记录的映射。在设计记录的存储结构时，并不改变数据库的逻辑结构，但可以在物理上对记录进行分割。数据库中数据项的被访问频率是很不均匀的，基本上符合公认的“80/20规则”，即“数据库中检索的80%的数据由其中的20%的数据项组成”。

        当多用户同时访问常用数据项时，往往会因为访盘冲突而等待。若将这些数据分布在不同的磁盘组上，当多用户同时访问常用数据项时，系统可并行地执行I/O，从而减少访盘冲突，提高数据库的性能。可见对于常用关系，最好将其水平分割称多个片，分布到多个磁盘组上，以均衡各个磁盘组的负荷，发挥多磁盘组并行操作的优势，提高系统性能。

3.2存储记录布局

         存储记录的布局，就是确定数据的存放位置。存储记录作为一个整体，如何分布在物理区域上，是数据库物理结构设计的重要环节。采用聚簇功能可以大大提高按聚簇码进行查询的效率。聚簇不但可用于单个关系，也适用于多个关系。

        建立聚簇索引的原则如下。

        （1）聚簇码的值相对稳定，没有或很少需要进行修改。

        （2）表主要用于查询，并且通过聚簇码进行访问或连接是该表的主要应用。

        （3）对应每个聚簇码值的平均元组数既不太多，也不太少。

3.3存取方法的设计

        存取方法是为存储在物理设备（通常是外存储器）上的数据提供存储和检索的能力，是快速存取数据库中数据的技术。存取方法包括存储结构和检索机制两部分。 其中存储结构限定了可能访问的路径和存储记录；检索机制定义了每个应用的访问路径。数据库系统是多用户共享系统，对同一个关系建立多条存取路径才能满足多用户的多种应用要求。为关系建立多种存取路径是数据库物理设计的任务之一。

        在数据库中建立存取路径最普遍的方法是建立索引。确定索引的一般顺序如下。

        （1）首先可确定关系的存储结构，即记录的存放是无序的，还是按某属性（或属性组）聚簇存放。

        （2）确定不宜建立索引的属性或表。对于太小的表、经常更新的属性或表、属性值很少的表、过长的属性、一些特殊数据类型的属性（大文本、多媒体数据）和不出现或很少出现在查询条件中的属性不宜建立索引。

        （3）确定宜建立索引的属性。例如，关系的主码或外部码、以查询为主或只读的表、范围查询、聚集函数（Min、Max、Avg、Sum、Count）或需要排序输出的属性可以考虑建立索引。

        索引一般还需在数据库运行测试后，在加以调整。在RDBMS中，索引是改善存取路径的重要手段。使用索引的最大优点是可以减少检索的CPU服务时间和I/O服务时间，改善检索效率。但是，不能对进行频繁存储操作的关系建立过多的索引，因为过多的索引也会影响存储操作的性能。