数据库在磁盘上的存储

1. 磁盘上的数据存储

首先弄清楚磁盘的几个概念

磁盘面：磁盘一般会由多个磁盘片组成，一般都控制在5片以内，每个磁盘片包含两个面。磁盘片从下向上从0开始，比如最下边的磁盘块是0面和1面，依次往上走。
磁头：通过磁性原理读取磁盘数据的部件，每个磁盘面都对应有个读/写磁头。

扇区和磁道：磁盘的物理读写是以扇区为基本单位，磁盘面从圆心向外有数万个同心圆环被称为磁道，每圈磁道又被等分为若干个弧段，这些弧段称之为扇区，每条磁道有数千个扇区，每个扇区的容量通常是512~4096字节。
柱面：每个盘面的磁头位于相同的扇区，磁头在给定时间访问到所有盘面上的所有扇区的集合成为柱面。
寻道：把读写磁头移动到磁盘上适当的磁道上的过程为寻道，这个过程所需的时间成为寻道时间。
块/簇：磁盘块/簇，是操作系统中最小的逻辑存储单位，是操作系统和磁盘打交道的最小单位。
   扇区是磁盘中的物理概念，而块/簇则是操作系统中的逻辑概念，由于扇区的容量小数目太多，在寻址时比较困难，所以操作系统将相邻的扇区组合在一起形成一个块，再对块进行整体操作。

为了访问数据，操作系统必须对磁盘进行三步操作：
   寻道——将磁头移动到适当的磁道上，这段时间成为寻道时间；
   旋转——一旦磁头到达正确磁道，就必须等待要访问的扇区转动到读写头下面，这段时间成为旋转延时；
   传输——传输一块数据块，这段时间成为数据传输时间。

2. 操作系统对数据的组织形式

   数据在磁盘上是以文件的形式进行存储，而这些文件并不总是能顺序地存储在磁盘上。操作系统把数据组织成一个个的文件存储在磁盘上，在读取数据时是按照磁盘块进行访问数据，通过FCB——目录或文件夹，找到起始磁盘块，再通过FAT——文件分配表，找到剩余的一系列磁盘块，就这样来还原一个文件的信息。
              
FAT：文件分配表，记录着文件和磁盘块之间的对应关系。每一个存储的磁盘块都对应文件分配表中的一个表项，表项中存储着具体的数据（如24），表示该磁盘块读完后的下一个磁盘块位置，通过FAT表我们可以找到该文件对应的一系列磁盘块。
FCB：目录或文件夹，文件的第一个磁盘块不是保存在文件分配表里的，而是保存在目录或文件夹中，里面有该文件名和对应起始磁盘块的位置。

3. 内存

操作系统与硬盘进行通信的基本单位是块，那同样，操作系统与内存也要进行通信，基本单位就是 “page”，即所谓的页，和 “块” 一样，也是一种逻辑概念。
内存是如何进行管理的？一块内存可以分为很多个内存页或内存块，一个数据必须先从磁盘块加载到内存中，然后才能被cpu处理。在使用内存时，操作系统会进行内存申请和分配。当程序需要的数据不在内存里，操作系统会进行内存页和磁盘块数据的交换。

4. DBMS数据存储与查询

数据库表记录和磁盘块之间的关系是怎样的呢？
数据库是一系列table的集合，每个table由一行一行的记录构成，每条记录又由多个属性构成。table的每一条记录，实际上对应磁盘上的一系列01串。表当中的数据存储在磁盘上后，我们要查找这些记录，就得知道具体的磁盘块位置，还要给出盘面、磁道（柱面）、扇区等一些基本的信息。为了找到这个磁盘块，就需要有一个映射，该映射就叫做索引。不同的数据库、不同的数据表可以建立多个索引，索引块中存放着指向实际数据块的指针，用来查找表记录对应的磁盘块，再根据具体索引找到对应的表记录。