免费智能真题库 > 历年试卷 > 软件设计师 > 2012年下半年 软件设计师 上午试卷 综合知识
  第27题      
  知识点:   文件的结构和组织   磁盘   数据块   索引
  关键词:   磁盘   间接地址   数据        章/节:   计算机软件知识       

 
设文件索引节点中有8个地址项,每个地址项大小为4字节,其中5个地址项为直接地址索引,2个地址项是一级间接地址索引,1个地址项是二级间接地址索引磁盘索引块和磁盘数据块大小均为1KB。若要访问文件的逻辑块号分别为5和518,则系统应分别采用(27),而且可表示的单个文件最大长度是(28) KB。
 
 
  A.  直接地址索引和一级间接地址索引
 
  B.  直接地址索引和二级间接地址索引
 
  C.  一级间接地址索引和二级间接地址索引
 
  D.  一级间接地址索引和一级间接地址索引
 
 
 

 
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   知识点讲解    
   · 文件的结构和组织    · 磁盘    · 数据块    · 索引
 
       文件的结构和组织
        文件的结构是指文件的组织形式,从用户观点所看到的文件组织形式,称为文件的逻辑结构;从实现观点考察文件在辅助存储器上的存放方式,常称为文件的物理结构。
               文件的逻辑结构
               文件的逻辑结构可以分为两类:一类是有结构的记录式文件,它是由一个以上的记录构成的文件;另一类是无结构的流式文件,它是由一串顺序字符流构成的文件。
               (1)有结构的记录式文件。记录文件根据长度可分为定长和不定长两种。
               (2)无结构的流式文件。无结构的流式文件通常采用顺序访问方式,并且每次读写访问可以指定任意数据长度,其长度以字节为单位。
               文件的物理结构
               文件的物理结构是指文件的内部组织形式,也就是文件在物理存储设备上的存放方法。常用的文件物理结构有以下3种。
               (1)连续结构。连续结构也称为顺序结构。这是一种最简单的物理结构,它把逻辑上连续的文件信息依次存放在连续编号的物理块中。只要知道文件在存储设备上的起始地址(首块号)和文件长度(总块数),就能很快地进行存取。这种结构的缺点是不便于记录的增加或删除操作。
               (2)链接结构。链接结构也叫串联结构。它是将逻辑上连续的文件信息存放在不连续的物理块中,每个物理块设有一个指针指向其下一个物理块。只要指明文件的第一个物理块号,就可以利用链指针检索整个文件。
               (3)索引结构。采用索引结构将逻辑上连续的文件信息存放在不连续的物理块中,系统为每个文件建立一张索引表。索引表记录了文件信息所在的逻辑块号对应的物理块号,并将索引表的起始地址放在文件对应的文件目录项中。
               多个物理块的索引表分为两种组织方式,即链接文件和多重索引方式。
               UNIX文件系统采用的是3级索引结构,文件系统中inode是基本的构件,它表示文件系统树形结构的节点(注:树形结构也称为树型结构或树状结构)。UNIX有直接、一级间接、二级间接、三级间接4种寻址方式。
 
       磁盘
        在磁表面存储器中,磁盘的存取速度最快,且具有较大的存储容量,是目前广泛使用的外存储器。磁盘存储器由盘片、驱动器、控制器和接口组成。盘片的两面用来存储信息。驱动器用于驱动磁头(读/写头)沿盘面作径向运动以寻找目标磁道位置,驱动盘片以额定速率稳定旋转,通常是5400~15000r/min(Revolution Per Minute,RPM),并且控制数据的写入和读出。控制器接收主机发来的命令,将它转换成磁盘驱动器的控制命令,并实现主机和驱动器之间数据格式的转换及数据传送,以控制驱动器的读/写操作。一个控制器可以控制一台或多台驱动器。接口是主机和磁盘存储器之间的连接逻辑。
        磁盘存储器也称为硬盘存储器。硬盘存储器具有存储容量大,使用寿命长,存取速度较快的特点。硬盘存储器的硬件包括硬盘控制器(适配器)、硬盘驱动器以及连接电缆。硬盘控制器(Hard Disk Controller,HDC)对硬盘进行管理,并在主机和硬盘之间传送数据。硬盘控制器以适配卡的形式插在主板上或直接集成在主板上,然后通过电缆与硬盘驱动器相连。硬盘驱动器(Hard Disk Drive,HDD)中有盘片、磁头、主轴电机(盘片旋转驱动机构)、磁头定位机构、读/写电路和控制逻辑等。
        为了提高单台驱动器的存储容量,在硬盘驱动器内使用了多个盘片,它们被叠装在主轴上,构成一个盘组;每个盘片的两面都可用作记录面,所以一个硬盘的存储容量又称为盘组容量。
        硬盘的接口方式可以说是硬盘另一个非常重要的技术指标,这点从SCSI硬盘和IDE硬盘的巨大差价就能体现出来,接口方式直接决定硬盘的性能。现在最常见的接口有IDE(ATA)和SCSI两种,此外还有一些移动硬盘采用了PCMCIA或USB接口。
        .IDE(Integrated Drive Electronics):IDE接口最初由CDC、康柏和西部数据公司联合开发,由美国国家标准协会(ATA)制定标准,所以又称ATA接口。普通用户家里的硬盘几乎全是IDE接口的。IDE接口的硬盘可细分为ATA-1(IDE)、ATA-2(EIDE)、ATA-3(Fast ATA-2)、ATA-4(包括UItraATA、Ultra ATA/33、Ultra ATA/66)与Serial ATA(包括Ultra ATA/100及其他后续的接口类型)。基本IDE接口数据传输率为4.1Mb/s,传输方式有PIO和DMA两种,支持总线为ISA和EISA。后来为提高数据传输率、增加接口上能连接的设备数量、突破528MB限制及连接光驱的需要,又陆续开发了ATA-2、ATAPI和针对PCI总线的FAST-ATA、FAST-ATA2等标准,数据传输率达到了16.67MB/s。
        .小型计算机系统接口(Small Computer System Interface,SCSI):SCSI并不是专为硬盘设计的,实际上它是一种总线型接口。由于独立于系统总线工作,所以它的最大优势在于其系统占用率极低,但由于其昂贵的价格,这种接口的硬盘大多用于服务器等高端应用场合。
 
       数据块
        如前所述,文件的逻辑结构一般是字节流,即无结构。用户程序可以在这种字节流的基础上,构造自己所需的各种数据结构。由于文件是存放在磁盘等存储设备当中,而这些设备的访问单元并不是字节。例如,在磁盘中,是以扇区为单元来进行读写操作的。因此,对于文件系统而言,必须将用户提交的这种字节流(一个连续的逻辑地址空间)映射为磁盘所需要的扇区。为了实现设备的独立性,通常的做法是把磁盘空间划分为一个个大小相同的块,称为物理块,每个物理块包含若干个连续的扇区。同时把文件的字节流也分成大小相同的逻辑块。然后在文件系统的内部,以块为单位来进行操作,把每一个逻辑块保存在一个物理块当中。
 
       索引
        在数据库系统中,索引是一种可选结构,其目的是提高数据访问速度。利用索引可提高用户访问数据的速度,或直接从索引中独立检索数据。如果对索引的配置和使用进行了优化,那么索引能大大降低数据文件的I/O操作并提高系统性能。
        但是在为一个表创建索引之后,Oracle将自动维护这个索引。当用户在表中插入、更新或删除记录时,系统将自动更新与该表相关的索引。一个表可以有任意数量的索引,但一个表的索引越多,用户在该表中插入、更新或删除记录时所造成的系统开销也越大。其原因是无论何时更新表,系统都必须更新与之相关的索引。
        索引是建立在表的一个或多个字段之上的。索引的作用大小取决于该字段或字段集的选择性。所谓选择性,是指索引能降低数据集中的程度。如果表中与某个索引相关的字段值各不相同,那么该索引就有很好的选择性。一个选择性很差的索引的例子,是基于字段值仅为true/false的字段创建的索引,因为表中很多记录该字段的字段值都相同。一个索引可能只能帮助管理员降低检索的记录数,而不能惟一地确定一条记录。例如:如果为一个表的LastName字段创建了一个索引,现在用户需要搜索John Smith,那么这个索引将返回LastName字段值为Smith的所有记录,因而用户还不得不在返回的记录中搜索含John的记录。索引的选择性越好,就越有助于降低返回记录的数量,从而提高数据访问速度。下面介绍有效创建和使用索引的技巧和方法。
        . 索引和降低系统处理的数据量。
        索引的主要作用之一就是降低系统处理的数据量。对CPU使用和等待完成I/O操作的时间上,I/O操作引起的系统开销都是非常昂贵的。降低I/O操作可提高系统性能和处理能力。如果不使用索引,那么为了找到特定的数据,系统将不得不扫描表中的所有数据。
        例如如下查询语句:
        
        如果不使用索引,系统必须扫描整个emp表并检查表中每条记录的employee_id字段的值。如果emp表很大,那么这个操作可能意味着数量巨大的I/O读写和很长的处理时间。
        如果为emp表的employee_id字段创建了索引,那么系统将遍历该索引并找到用户所查询记录的ID。找到记录ID之后,只需一条额外的I/O操作就能检索到用户所需的数据。
        用于说明这个问题的最好例子,是只需查找一条记录的情况。在表的每条记录中,类似employee_id这样的字段的值可能在整个表中都是惟一的。这意味着查询结果值返回一条记录,这种查询的效率是非常高的。
        在某些情况下,索引必须返回大量数据。如下面的例子:
        
        这个查询语句很可能返回大量数据,因为索引操作返回了大量记录的ID,并且系统必须独立访问这些记录的ID,所以这种情况下,不使用索引可能比使用索引的效率更高,直接进行表扫描可能效率更高。不同情况下,采用哪种查寻方法更好,很大程度上取决于表的数据量和组织形式。
        对于不同的数据,在某些情况下位图索引可能非常有用,而在另外一些情况下,使用位图索引可能没有任何好处。
        . 索引和更新。
        如果对表创建了索引,那么更新、插入和删除表中的记录都将导致额外的系统开销。在系统提交这些操作之前,系统将会更新所有与该表相关的索引。这可能需要花费很长时间,并额外增加一定的系统开销。
        . 在字段选择性很低的情况下适用索引。
        在某些情况下,表中的某些字段的选择性可能很低。开发人员没必要为所有表创建索引,实事上,在某些情况下索引引起的问题比解决的问题更多。在很多情况下,需要反复试验,才能确定一个索引是否有助于提高系统性能。
        但是,位图索引能在字段选择性不高的情况下工作得很好。一个位图索引可以和其他位图索引联合使用,以降低系统检索的数据集。对于某些值为true/false、yes/no或其他小范围数据的字段,建立位图索引是非常合适的。请记住:位图索引所占用的空间,是随着与该索引相关的字段的不同值的数量的增加而增加的。
        如果决定创建一个索引,那么确定为哪些字段创建索引是非常重要的。对于不同的表,可能会选择一个或多个字段创建索引。可使用如下方法来确定在哪些字段上创建索引:
        ①选择那些最常出现在where子句中的字段。经常被访问的字段最可能受益于索引。
        ②经常用于连接表的字段是创建索引的必然候选字段。
        ③必须注意索引导致的查询语句性能的提高与更新数据时性能的降低之间的平衡。
        ④经常被修改的字段不适合创建索引,其原因是,更新索引将增加系统开销。
        在某些情况下,使用复合索引的效率可能比使用简单索引的效率更高。下面的一些例子说明了应当在何种情况下使用复合索引。
        ①某两个字段单独来看都不具有惟一性,但结合在一起却有惟一性,那么这种情况下,复合索引将工作得很好。例如:A字段和B字段都几乎没有惟一性值,但绝大多数情况下,字段A和B的某个特定组合却具有惟一性特点。那么在检索数据时,可在where子句重视and操作符来将这两个字段连接在一起。
        ②如果select语句中的所有值都位于复合索引中,那么Oracle将不会检索表,而直接从索引中返回数据。
        ③如果多个查询语句的where子句中作为查询条件的字段都不相同,但返回的记录相同,那么应当考虑利用这些字段创建一个复合索引。
        在创建索引之后,开发人员应当定期利用SQL TRACE工具或EXPLAIN PLAN来察看用户查询是否充分利用了索引。很有必要花费一定精力来试验使用索引和未使用索引在效率上的差别,以判断索引所耗费资源是否物有所值。
        应该删除那些不经常使用的索引。可使用alter index monitoring usage语句来跟踪索引的使用情况。还可以从系统表all_indexes、user_indexes和dba_indexes中查询用户访问索引的频率。
        如果为一个不适合创建索引的字段或表创建了索引,那么这可能会导致系统能力的下降。而如果创建的索引合理,那么这将降低系统的I/O操作并加快访问速度,从而大大提高系统性能。
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第27题    在手机中做本题