資料庫物理設計：存取方法選擇、存儲結構規劃與運行維護全周期
物理設計目標：為邏輯模型選擇**最適合應用環境的物理結構** (存取方法 + 存儲結構)，平衡時間/空間/維護代價。
一、物理設計三步走
- 確定物理結構：存取方法 (索引/聚簇/Hash)、存儲結構 (表/索引/聚簇/日誌/備份位置)。
- 評價物理結構：定量估算存儲空間、存取時間、維護代價，權衡選優。
- 不滿足 → 重設計或回邏輯設計；滿足 → 進入實施。
二、關係模式存取方法選擇
1. 索引 (B+樹為主)
建立規則：
- 頻繁出現在 Where 條件 → 索引/組合索引。
- 頻繁作 Max/Min 參數 → 索引。
- 頻繁作 Join 條件 → 索引。
- 唯一性業務鍵 → Unique Index。
- **索引過多** → 維護開銷 (DML 慢)、優化器選擇開銷大。
2. 聚簇
將同一聚簇鍵值的元組**物理連續存放**。
- 優勢：範圍查詢/等值查詢大幅減少 I/O；節省空間 (鍵值不重複存)；Order By/Group By/Distinct 免排序。
- 劣勢：全表掃描變慢；更新聚簇鍵需移動行；建立/維護代價大；一表只能屬於一個聚簇。
- 適用：按聚簇鍵訪問為主、鍵值重複率高 (平均每鍵值多行)、多表預連接 (如 學號 聚簇 學生+選課)。
3. Hash
適用條件：
- 主為等值查詢/等值連接。
- 表大小可預知且固定，或 DBMS 支援動態 Hash。
三、存儲結構規劃原則
- 易變/穩定分離：熱數據與冷數據分檔案組/磁碟。
- 高頻/低頻分離：核心表、索引放高速磁碟 (SSD/RAID10)；日誌、備份、歸檔放大容量低速磁碟/磁帶。
- 並行 I/O：大表拆分不同磁碟；表與索引分離；Redo Log 獨立磁碟。
- DBMS 參數調優：緩衝區大小、並發用戶數、打開對象數等。
四、物理結構評價指標
| 維度 | 指標 | 衝突點 |
|---|
| 空間 | 存儲利用率、壓縮比 | 三者常相互制約：去冗餘省空間但增 Join；索引加速查詢但增空間/維護 |
| 時間 | 平均查詢響應、吞吐量、批次窗口 |
| 維護 | 重組頻率、備份窗口、統計收集耗時 |
必須**權衡折中**，選總代價最小方案。
五、實施與運行維護
- 分期分批入庫：先小量測試 → 試運行合格 → 大批量 → 漸增評價。
- 轉儲/恢復：試運行階段頻繁備份，防誤操作/故障。
- 正式運行 DBA 職責：備份恢復、安全/完整性、性能監控分析優化、重組織/重構造。
重組織 vs 重構造
- 重組織：不變邏輯/物理結構，回收碎片、減少指針鏈、調整存儲位置 (全量/增量)。
- 重構造：調整模式/內模式 — 增欄位、改類型、擴容、增減索引、改約束。
六、三級模式形成回顧
需求分析 → 概念設計 (E-R) → 邏輯設計 (關係模式 + View) → 物理設計 (索引/聚簇/存儲) → 內模式。每階段產出物為下階段輸入。
