4.1.2 数据库的逻辑结构

数据库的逻辑结构

相对于物理结构，数据库的逻辑结构有些复杂，从上到下可依次划分为：表空间（table space）、段（segment）、扩充（extent）、数据库块。

 

1. 表空间

 

表空间是一个逻辑单元，是数据库中存放表和索引数据的磁盘空间，包含多个物理上的数据文件，这些数据文件可以存放在不同的磁盘上。通过表空间，将系统对数据的存取、访问和物理上的数据文件割裂开来。

表空间对于数据库，就好似操作系统中的文件系统一样。在系统管理员创建好文件系统之后，用户可以方便地存放数据文件，随意地读写，不用关心文件在物理上如何存放。同样，使用表空间，用户操作数据库中的数据，就不必关心数据的实际存储方式了。

在一个数据库系统中，根据表空间的使用方式，一般会建立以下的表空间：

（1）系统表空间。存放数据字典等系统相关信息。

（2）用户表空间。存放用户表和索引的数据。

（3）临时表空间。存放临时表、排序及连接过程中的中间结果。

（4）日志表空间。存放系统产生的事务日志信息。

 

2. 段

 

段是表空间中磁盘空间的集合，和数据库中的表、索引密切相关。在一个表空间中，为一个表、索引分配的所有磁盘空间就组成一个段。每一个段都有一个特定的数据结构，存放在表空间中的所有表、索引都有一个对应的段存在。

向表中插入数据时（也同时引起索引中数据的插入），系统首先要检查该表中是否有可用空间。如果没有可用空间，系统就为该表分配新的磁盘空间，这些磁盘空间可以来自表空间所属的任何数据文件。因此，一个段所包含的磁盘空间可以在物理上不连续。

在正常情况下，一个表、索引就对应一个段。如果表、索引被分区，数据被分成几部分存放在几个表空间中，那么每一个表空间中的磁盘空间就组成表、索引的一个段。在这种情况下，一个表、索引就由多个段组成。

 

3. 扩充

 

扩充是一块连续的磁盘空间，是数据库中存储空间的分配单元，数据库系统按照此单位为需要磁盘空间的表、索引分配空间。

如果系统发现表、索引没有可用空间，就按照扩充的大小，为它分配新的磁盘空间。在进行空间分配时，系统从表、索引所在表空间中选择一个数据文件，检查该数据文件中是否有连续的空闲空间，可以满足扩充的空间要求。如果找到，就从该数据文件中分配扩充，否则就继续检查其它的数据文件。如果表空间的所有数据文件中，都不存在一块连续的磁盘空间，可以满足一个扩充的空间要求，那么空间分配失败，系统报错。

数据库系统以扩充为单位，对表、索引进行空间分配，主要是对以下几个方面进行考虑、平衡的结果：

（1）表、索引中的所有页应当相邻，以获取最好的系统性能。

（2）大多数表空间为多个表、索引所共享。

（3）一些表、索引的尺寸事先不能确定。

（4）表、索引中的数据在不同的时间、以不同的速度增长。

因为表、索引的尺寸无法确定，系统无法事先分配磁盘空间，只能在它们需要时进行分配。而使用数据库页进行空间分配，必然使多个表、索引的数据页大量交叉，数据的连续性将遭到破坏，进而极大地影响到系统的性能。基于这两个方面的考虑，数据库系统就以扩充作为磁盘分配的单元，一个扩充至少要包含8个数据页。

在表、索引中的数据被删除而释放了空间后，系统将检查释放的空间。如果连续的磁盘空间达到一个扩充的尺寸，系统就进行回收，从而该磁盘空间可以分配给其它的表、索引。

 

4. 数据库页

 

数据库页又称为数据库块、逻辑页、逻辑块，是数据库读写磁盘的单位，其页尺寸（也称为块尺寸）为操作系统页尺寸的倍数。

每一个操作系统平台，都有一个读写磁盘的页尺寸。操作系统使用这个尺寸，对磁盘进行数据的读、写操作。对特定的操作系统平台，这个页尺寸是固定的，用户无法修改。

数据库的页尺寸，是基于、但又不同于操作系统的页尺寸，它是数据库系统对磁盘读写的最小单位，是操作系统页尺寸的倍数。数据库以此为单位，请求磁盘中的数据。如果页尺寸为2K，则数据库系统可以一次从磁盘读取2K数据；如果页尺寸为4K，则可以一次读取4K数据。在创建数据库时，如果没有明确指定，数据库缺省就使用操作系统的页尺寸。

在一些数据库系统中，只允许使用一个页尺寸，在创建数据库时设定，然后就不能修改。而在另一些数据库系统中，可以设定单个表空间的页尺寸，不同表空间可以使用不同的页尺寸，从而系统对不同的数据文件、表空间进行操作时，可能需要使用不同的页尺寸读写磁盘上的数据。

如果数据库系统使用了多个页尺寸，就需要在内存中建立多个具有不同页尺寸的数据缓冲区。一个数据缓冲区，只能存放具有相同页尺寸表空间中的数据。如果没有对应页尺寸的数据缓冲区，表空间中的数据就无法被读取。

由于数据库系统是对用户数据的管理和维护，因此使用大的页尺寸可以提高数据的磁盘读些速度。