本篇文章是对数据库存储基础知识的学习，本篇文章将从以下几个部分展开介绍。

• 存储器层次结构
• 磁盘存储器
• 块与记录组织
• 变长数据和记录
• 记录的修改

1. 存储器层次结构

我们从下向上看，每个部分的特点如下：

• 高速缓存：也叫 CPU 高速缓存，与 CPU 打交道，存储速度纳秒级别（ns），存储空间通常只有几MB；
• 主存储器：也叫内存，通常我们所说的 OOM 问题都是发生在这个层面上，存储容量大小一般以 GB 计算，当前服务器内存有的已经可以达到 TB 级别；
• 接下来是二级存储器，主要指的是磁盘存储器 ，其中上图上的虚拟存储器和文件系统，都是建立在磁盘存储器上的；
• 在网上是第三级存储器，一般指 CD、DVD 等存储，存储容量特别大，价格低廉。
  
  在这一章节的最后部分，老师介绍了“虚拟存储器”，大家可以通过下图来更详细了解虚拟存储器的特点：虚拟存储器是为了解决内存的缺陷，用虚拟地址映射虚拟存储器的磁盘空间来解决物理内存缺页等问题。
  

2. 磁盘存储器

这里说的磁盘存储器，也就是我们常上的 HDD 硬盘，是由盘面、磁头、柱面等组成的，通常的计算方法由图二的几个参数决定：


磁盘的性能主要受 寻道时延、旋转时延和存取时延影响。

想要提高访问速度的话，无非分为以下一些方法：

另外磁盘也存在一些故障问题，很多情况下对数据的危害还是很大的：

所以在日常使用过程中，会有很多校验机制保证数据的一致性，比如校验和 checksum 技术（经典的有奇偶校验和技术），再比如稳定存储，利用数据冗余的方式做一些数据容错，类似于数据库的多副本方式。

3. 块与记录组织

了解过数据库的朋友应该明白，像下图一样，关系数据模型中的数据是由记录组成的，每条记录又由多个字段组成；然后由多个数据记录组合成一个数据块，存储在底层存储上。

数据记录的类型，按照这么多年形成的共性规律，又分为定长类型（int、char等）和变长类型（varchar、text等）。记录的存储通常要以4字节为偏移量进行对齐。

一条完整的数据记录在存储时，通常会增加一个 header 部分，用来记录一些指针、长度和时间戳；

块的存储组织与记录也是一致的，也需要有一个块首部来存储一些元信息。

在块存储记录的过程中，记录是从后往前存储增加的，未使用空间是从前往后变化的，方便我们更好的管理数据。

4. 变长数据和记录

变长数据主要分为：大小变化的数据项（varchar）、重复字段、可变格式记录和大字段几种。

具有变长记录的数据存储如下图的 address，通常会将变长存在最后，然后通过指向 address的指针和记录长度，去取 address 部分的数据。

具有重复字段的记录跟变长字段的存储类似，也是通过指针地址和记录长度计算出数据位置后取出来；另外重复字段也存在另外一种存储方式（下面第二张图），通过定长和变长分开存储的方式，缺点是访问需要一次访问多个数据块。


具有可变长度的记录，例如 XML 格式，通常长度不是固定的，采用的是自解析的访问过程来访问数据，它会在记录存储时存上“字符串编码类型”、“长度”等编码方式。

针对大值类型，通常采用分片存储为多个的方式存储数据，在每个数据块的分片之前都记录一个“记录首部”，通过这些记录，把所有相关的片都连接起来，形成一个完整的数据。

BLOB 存储通常通过连续块存储或链表的方式存储在多个磁盘，提高检索效率。

5. 记录的修改

记录修改部分，主要分为三个点：

• 记录的插入
• 记录的删除
• 记录的更新

数据插入 主要分为三个步骤：首先找到空闲块，然后把数据插入到空闲位置，最后维护起 offset。

数据删除 通常采用打标记的删除方式，可以通过一个循环任务来将删除的数据进行清理。

数据修改 通常有两种方式，定长记录原地修改，变长记录标记删除然后开辟新空间插入新数据。

今天的内容大概就这些～

最后的最后，如果大家感兴趣，可以多关注和参与 OB 的活动：https://ask.oceanbase.com/t/topic/35601006。