【云駐共創】深入理解GaussDB（for MySQL）數據庫中的文件組織與索引

摘要：GaussDB（for MySQL）是華為自研的最新一代高性能企業級分布式關系型數據庫，完全兼容MySQL。文件組織與索引方式作為數據庫性能重要指標，本文從其基本概念入手，講述文件組織與索引的一般概念，進而分析并展示其在GaussDB（for MySQL）中的應用。

1. 文件組織

在了解數據以文件的形式存儲之前，我們有必要先了解什么是文件組織。文件組織就是當文件存儲在磁盤上時，組織文件中的記錄所使用的方法，其組織的方式和方法制約著數據的存儲與訪問效率。我們知道數據庫是將數據存儲在外部存儲器中的，計算時需要將數據加載到內存后處理，不同的DBMS在讀取方式上也是幾乎迥異。所以每一個文件組織都會為某些操作的效率提高而想盡方法，但同時也消耗其他操作的性能。通過訪問層代碼，可以創建、刪除文件，向其中插入或者刪除記錄。還可以進行查詢操作，以一次訪問一個記錄的方式來遍歷文件上的所有記錄。文件層將文件中的記錄存儲于一組磁盤頁，并且跟蹤分配給每一個文件的所有頁以及頁的可用空間。

無序文件是最簡單的文件組織方式，也就是說文件的數據在文件頁中以任意的順序排列，每一個記錄有一個唯一標識符，rID，訪問者可通過rID檢索到某一條特定的記錄。該種文件組織方法要求文件管理器必須跟蹤分配給文件的所有頁面，處理數據時將數據讀入內存，而同時為了持久存儲，還需要將數據寫回磁盤，上述操作都是由稱為緩沖區管理器的軟件層實現的。當文件層需要處理某一頁數據時，向緩沖區管理器取出該頁，并指定rID，而如果所請求的頁面不在內存中，則將數據從磁盤讀入內存。磁盤上的空間是由磁盤空間管理器負責的，當文件層需要額外磁盤空間保存新記錄時，它就會請求磁盤空間管理器分配一個新的頁面以保存數據。當文件不再需要該磁盤頁時，他也會通過磁盤空間管理器釋放該空間。

2. 什么是索引

索引是一種為了提高數據檢索性能而采用的技術，在磁盤上組織數據記錄的一種數據結構，以優化某類數據檢索的操作。其具有如下特點：

● 索引時在保重的字段基礎上建立的一種數據庫對象，由數據庫管理員或表的擁有者負責創建和撤銷，而其他用戶不能隨意創建和撤銷。

● 索引的創建和撤銷對表本身不產生任何影響。

● 索引由系統自動選擇和維護。

我們知道在一般情況下，表中記錄的順序是由數據的輸入順序來決定的，并由記錄號標識，除非有記錄的插入或刪除，否則其順序總是保持不變的。如果創建了一個索引（非聚簇索引），便建立一個專門存放索引項的結構，該結構中保存索引項的邏輯順序，并且記錄指針指向的物理記錄。此時，表的存儲部分便由兩個部分組成，一部分用于存儲表的數據頁面，另一部分則是用于存放索引頁面。

索引頁面相對于數據頁面是小得多的，在數據查詢時，首先搜索索引頁面，從中找到所需數據的指針，然后再通過該指針在數據頁面找到讀取的數據。很明顯，當數據表規模較為龐大時，如果我們為該表建立了索引，那么我們就可以通過高效的查找算法找到該索引項，進而通過指針快速找到需要查找的數據，索引在很大程度上提高數據庫的查詢性能。

3. 索引的創建原則

缺少索引或者對索引創建不合理，都會對數據庫性能產生影響。創建索引具有如下原則和方法：

● 創建索引由專人完成。專人指的是數據庫管理員或表的管理者，專人根據應用環境的需要在數據庫中建立一個或多個索引，其他用戶是無權創建和撤銷索引的。

● 創建索引要取決于表的數據量。一般來收，基本表中記錄的數據量越多，數據量越長，我們是越有必要建立索引的。同時，對于查詢的頻率高，實時性強的表，我們也是要建立索引的。

● 索引數量要適度。索引文件本身會占用文件目錄和存儲空間。索引過多會加重系統負擔，索引本身也需要維護，當基本表的數據進行調整時，也要對索引進行調整和更新，從而保證和基本表一致，所以如果索引過多，也會影像數據增刪改的速度。

3.1. 哪些情況下應該避免使用索引

● 包含太多重復值的字段

● 查詢中很少被引用的字段

● 值特別長的字段

● 查詢返回率特別高的字段

● 具有很多空值的字段

● 需要經常插、刪、改的字段

● 記錄較少的基本表

● 需要進行頻繁、大批量數據更新的基本表

4. 索引的類型與創建方法

索引的類型根據數據庫的功能決定，由DBA或表的擁有者負責創建和撤銷。通常索引分為聚簇索引、非聚簇索引、普通索引以及唯一索引四種類型。普通索引是GaussDB（for MySQL）的基本索引類型，允許在定義索引的列中插入重復值和空值。而唯一索引的列值必須是唯一的，但允許有空值，如果是組合索引，則列值的組合必須唯一，一個表是可以建立多個唯一索引的；主索引是一種特殊的唯一索引，一個表知能有一個主索引，而不允許有空值。

4.1. 三種在GaussDB（for MySQL）中創建普通索引的方法

直接創建普通索引

CREATE INDEX index_name ON table(column_name)

具體來說，在GaussDB（for MySQL）管理控制臺的操作如下：

修改表結構同時創建普通索引

ALTER TABLE table_name ADD INDEX index_name(column_name)

具體來說，在GaussDB（for MySQL）管理控制臺的操作如下：

創建表同時創建普通索引

CREATE TABLE NOT NULL | NULL, ......

NOT NULL|NULL,

PRIMARY_KEY(column_name),

INDEX index_name(column_name);

具體來說，在GaussDB（for MySQL）管理控制臺的操作如下：

4.2. 在GaussDB（for MySQL）中創建唯一索引

而唯一索引的創建方式與普通索引的創建方式是類似的，只需要在INDEX前加上UNIQUE參數即可。而需要注意的是，唯一索引要求索引列的取值是唯一的，具體如下圖所示：

根據索引的列數，我們還可以將索引分為單列索引和組合索引。具體如下圖所示：

創建組合索引

CREATE INDEX index_name ON table(column_name1, column_name2)

具體來說，在GaussDB（for MySQL）管理控制臺的操作如下：

5. 如何在GaussDB（for MySQL）查看與刪除索引

查看索引基本命令：

SHOW INDEX FROM [database_name].table_name

具體來說，在GaussDB（for MySQL）管理控制臺的操作如下：

索引與數據庫對象不同，它可以根據需要隨時創建，也可以將不需要的索引進行刪除，從而減少資源的占有量。刪除索引有兩種方式，基本方式為：

DROP INDEX index_name on table_name

具體來說，在GaussDB（for MySQL）管理控制臺的操作如下：

還可以修改表結構時刪除索引：

ALTER TABLE table_name DROP INDEX index_name

具體來說，在GaussDB（for MySQL）管理控制臺的操作如下：

6. 總結

本文分析了數據庫系統中文件組織與索引的一般概念，并介紹了GaussDB（for MySQL）數據庫的索引類型及其創建、刪除、查詢等方法。由于GaussDB對MySQL語法的兼容特性，極大降低了用戶的學習成本，做到輕松上手。通過本文，更加深入了解GaussDB（for MySQL）的索引使用機制，相信通過本文，用戶可更快更高效地在工作中使用GaussDB（for MySQL）的索引。

7. 參考資料

本文整理自華為云社區【內容共創】活動第15期。

https://bbs.huaweicloud.com/blogs/345822

任務23：華為云數據庫之文件組織與索引

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