任务四 物理结构设计
一、核心定义与设计步骤
1. 定义
数据库物理结构设计是指对给定的逻辑数据模型，选取最适合应用环境的物理结构（包括存储结构与存取方法）的过程。
2. 基本步骤
物理设计分为两步：
- 确定数据库的物理结构：根据逻辑模型和应用需求，设计具体的存储与存取方案。
- 评价物理结构：重点从时间效率（响应速度）和空间效率（存储利用率）两个维度评估方案优劣，选择最优解。
二、子任务一：物理结构设计的核心内容
物理设计依赖于具体的数据库管理系统（DBMS），设计时需充分了解：
- 所用DBMS的内部特征，特别是其提供的存取方法和存储结构。
- 数据的特性、用途，以及应用环境的处理频率、响应时间要求。
通常关系数据库物理设计的内容包括：
- 为关系模式选择合适的存取方法。
- 设计关系、索引等数据库文件的物理存储结构。
三、子任务二：关系模式存取方法选择
为满足多用户共享数据的需求，需为关系建立多条存取路径，常见的存取方法有两种：
1. 索引存取方法
- 核心是确定对关系的哪些属性列建立索引、组合索引或唯一索引。
- 注意事项：
- 关系上的索引数量不宜过多，因为系统维护和查询索引都有性能开销。
- 更新频率很高的表不适合建立索引，否则每次更新都需修改索引，会大幅增加维护成本。
2. 聚簇存取方法
- 核心是将某个属性（或属性组，称为聚簇码）上具有相同值的元组，集中存放在连续的物理块中。
- 优势：
- 大幅提高按聚簇码进行查询的效率。
- 不仅适用于单个关系，也适用于经常进行连接操作的多个关系（可按连接属性值聚集存储）。
四、子任务三：确定数据库的存储结构
这一步需综合权衡存取时间、存储空间利用率、维护代价三个相互矛盾的因素，选择折中方案。
1. 确定数据的存放位置
为提升系统性能，需将数据按特性分开存放：
- 易变部分与稳定部分分离。
- 经常存取部分与存取频率较低部分分离。
2. 确定系统配置
利用关系数据库管理系统提供的系统配置变量和存储分配参数，进行物理优化。
3. 评价物理结构
综合衡量时间效率、空间效率、维护代价及用户需求，从多个设计方案中选出最优解。