数据库管理系统的层次结构--物理组织

数据库管理系统的层次结构之物理组织

数据库实现的基础是文件，对数据库的任何操作最终要转化为对文件的操作。所以在数据库的物理组织中，基本问题是如何设计文件组织或者利用操作系统提供的基本的文件组织方法。
数据库系统是文件系统的发展。文件系统中每个文件存储同质实体的数据，各文件是孤立的，没有体现实体之间的联系。数据库系统中数据的物理组织必须体现实体之间的联系，支持数据库的逻辑结构–各种数据模型。
**数据库要存储：数据描述（数据外模式、模式、内模式）、数据本身、数据之间的联系、存取路径。**这些都要采用一定的文件组织方式组织、存储起来。

1、数据字典的组织

有关数据的描述存储在数据库的数据字典中。数据字段的特点是数据量比较小（与数据本身比）、使用频繁，因为任何数据库操作都要参照数据字典的内容。数据字典在网状、层次数据库中常常用一个特殊的文件来组织。所有关于数据的描述信息存放在一个文件中。
关系数据库中数据字典的组织通常与数据本身的组织相同。数据字典按不同的内容在逻辑组织为若干字典表对应一个屋里文件，由关系数据库管理系统负责存储组织和管理。

2、数据及数据联系的组织

目前，操作系统提供的常用文件结构有顺序文件、索引文件、索引顺序文件、hash文件（杂凑文件）和B树类文件等。
数据库中数据组织与数据之间的联系是紧密结合的。在数据的组织和存储中必须直接或间接、显示或隐含地体现数据之间的联系，这是数据库物理组织中主要考虑和设计的内容。
在网状和层次数据库中常用邻接法和连接法实现数据之间的联系。对应到物理组织方式中，就要在操作系统已有的文件结构上实现数据库的存储组织和存取方法。
举例： 在IMS数据库中，操作系统提供的低级存取方法有：顺序存取方法（SAM）、索引顺序存取方法（ISAM）、虚拟顺序存取方法（VSAM）和溢出顺序存取方法（OSAM）。IBS数据库管理系统在此基础上设计了层次顺序存取方法（HSAM）、层次索引存取方法（HISAN）、层次直接存取方法（HDAM）和层次索引直接存取方法（HISAM）4种数据库的存储组织的相应的存取方法。
其中，HSAM按照片段值的层次序列码的次序顺序存放各片段值，而层次序列码体现了数据之间的父子和兄弟联系。这是一种典型的按物理邻接方式实现数据之间联系的方法。在这种存取方法中，整个数据库中不同片段型的数据均存储在一个SAM文件中。
网状数据库中最常用的组织策略是各记录型分别用某种文件结构组织，记录型之间的联系–SET用指引元方式实现。即在每个记录型中增加数据库管理系统控制和维护的系统数据项–指引元，它和用户数据项并存于同一个记录中。
关系数据库实现了数据表示的单一性。实体及实体之间的联系都用一种数据结构–“表”来表示，因此数据和数据之间的联系两者组织方式相同。在数据库的物理结构中，与数据字典类似，可以一个表对应一个物理文件，由操作系统负责存储管理，也可以多个表对应一个物理文件，由关系数据库管理系统负责存储组织和管理。

3、存取路径的组织

在网状和层次数据库中，存取路径是用数据之间的联系来表示的，因此与数据结合并固定。在关系数据库中存取路径和数据是分离的，对用户是隐蔽的。存取路径可以动态建立与删除。存取路径的物理组织通常采用B树类文件结构和hash文件结构。在一个关系上可以建立若干个索引。索引由用户用CREATE INDEX语句来建立，用DROP INDEX删除。在执行查询数据库管理系统查询优化模块也会根据优化策略自动简历索引，以提高查询效率。

关系数据库中存取路径的建立是十分灵活的。