主存存取和磁盘存取原理笔记

前言

主存存取原理、磁盘存取原理、MySql 使用的B+/-Tree原理

数据库索引为什么采用B+Tree

1. 红黑树等数据结构能够用来实现索引
2. 文件系统及数据库系统广泛采用B-/B+ Tree 做为索引结构
3. MySql 广泛采用 B+Tree 实现
4. 索引自己很大，不可能所有存储内存，所以须要以索引文件的形式存储磁盘
5. 相对于内存读取，I/O存取的消耗要高几个数量级(两个,内存1s,磁盘100多s),所以索引的结构组织尽可能减小查找过程当中的磁盘I/O操做

主存存取原理

1. 主存基本就是随机读写存储器(RAM),简化之，以下：
   
2. 抽象角度看，主存是一系列的存储单元(晶体管)组成的矩阵,经过行地址和列地址能够定位惟一存储单元
   
3. 主存存取过程：当系统须要读取主存时，将地址信号放到地址总线,主存读到地址信号，后解析信号并定位指定存储单元，而后将此存储单元数据放到数据总线，供其它部件读取；
4. 写主存：系统将要写入单元地址和数据分别放在地址总线和数据总线，主存读取两个总线的内容，作相应的写操做

磁盘存储原理

1. 磁盘总体结构示意图：
   
2. 一个磁盘由大小相同且同轴的圆形盘片组成，圆盘能够转动，磁头能够沿磁盘半径方向运动(寻道)
   
3. 圆片被划分一系列同心圆，每一个同心环叫作一个磁道，全部半径相同的磁道组成一个柱面。磁道被沿半径线划分红一个个小段，每一个段叫作一个扇区
4. 为了读取这个扇区的数据，须要将磁头放到这个扇区上方，这个过程叫作寻道,花费时间叫作寻道时间，而后磁盘旋转将目标扇区旋转到磁头下，这个过程耗时叫旋转耗时。

局部性原理和磁盘预读

1. 因为存储介质的特性，磁盘自己存取就比主存慢不少，再加上机械运动耗费(寻道+ 旋转)，磁盘的存取速度每每是主存的几百分之一
2. 计算机科学著名的局部性原理：当一个数据被用到时，其附近的数据也一般会立刻被使用。(磁盘读取会有被预读，相好比寻道时间，只需不多的旋转时间就能完成磁盘顺序读取，减小IO操做。)
3. 预读的长度通常为页(page)的整数倍。页是计算机存储器的逻辑块，页的大小一般为4K。

4. 计算机存储缓存

5. 寄存器 64bit: CPU工做台,存放计算数据的地方
6. 一级缓存L1 4x 64K
7. 二级缓存L2 4x 256K
8. 三级缓存L3 8MB
9. 内存 4GB
10. 磁盘 500GB

B-/+ Tree 索引的性能分析

1. 巧妙地利用磁盘预读原理，将一个树节点大小设为一个页(4k)，使得每一个节点只须要一次IO 就能够彻底载入
2. 一般B-/+Tree的高(h)为3，而度(d)会很大，度越大索引性能越好
   
3. 存储引擎MylSAM 索引方式，key 域存储主键，data域存储值得地址，非汇集，索引文件和数据文件是分离的。
   

4. 存储引擎InnoDB，data域存储完整的数据逻辑。汇集型，数据文件自己就是索引文件。
   

   InnoDB 索引引擎主键的选择

5. 自增主键 pk 业务主键(身份证)
6. 自增主键，每次 insert 操做会按顺序添加到当前索引节点的后续位置，当一页写满，自动开辟一个新的页。

7. 非自增主键(身份证号或学号),因为每次插入主键的值都近似随机，所以每次新记录都会查到现有索引页的中间位置，不得不产生一次数据移动