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DBMS和操作系统的缓冲区管理 和操作系统的 和操作系统
相似点 1、操作系统的虚拟内存管理和数据库管理系统 的缓冲区管理都是为了提高系统的处理效率。 2、主要思想是必要时从磁盘读入数据页，并替 换掉主存中不再使用的页。
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DBMS和操作系统的缓冲区管理 和操作系统的缓冲区管理
区别： 1、DBMS能够预测引用模式，从而实现对于下 面几个页请求的预读取，而操作系统的虚存管 理则不能预取页面。 2、DBMS需要强制写回数据，而OS的缓冲写 回一般通过记录写请求来实现，是推迟的写回。
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FIFO（先进先出） （先进先出）
算法简述 当有数据库读写请求时，扫描缓冲池中的各个 帧，当发现Free frame时就把数据读入到该帧 中；但是如果遍寻之后没有发现空闲帧，则去 查找缓冲池，从中找出最先进入缓冲池的帧， 进行替换， 此算法的根本在于缓冲池优先保留进入缓冲池 时间较短的数据。
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LRU（最近最少使用） （最近最少使用）
下面用Oracle 9iCache管理的 实际例子来说明 LRU算法在实际 系统中的应用。
State 3 State 0
MRU端 端
State 1 State 2
A
MRU端 端
…… …… …… ……
LRU端 端
LRU端 端
B A
MRU端 端
LRU端 端
C B A
FIFO（先进先出） （先进先出）
State 0 State 1 State 2 State 3
A B A C B A M
x x
…… …… …… …… ……
…………
State m
C B A C B N
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State n
M x
x
……
Clock（“时钟”策略） （ 时钟”策略）
该算法是LRU的一个常用的、有效的近似算法。 算法实现： 1、为每一个缓冲区设置一个标志位，该位的值 为1时表示该帧被访问过，该位为0时表示该位可 以被替换。 2、按照顺时针轮转的方式查看标志位，选择最 近的一个标志为0的帧进行页面替换。
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LRU（最近最少使用） （最近最少使用）
最近最少使用策略是替换出最长时间没有读过 或写过的页面。 算法实现： 1、缓冲管理器中保持一张时间表，记录各缓冲 区块的访问时间情况。 2、每个数据库访问请求有一个表项，实时更新 最新的访问时间。
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LRU（最近最少使用） （最近最少使用）
算法简述 当有数据库读写请求时，扫描缓冲池中的各个 帧，当发现Free frame时就把数据读入到该帧 中；但是如果遍寻之后没有发现空闲帧，则去 查找缓冲池，从中找出“较不常使用”的帧， 进行替换，然后将该帧的最新访问时间进行更 新。 此算法的根本就是缓冲区尽可能的先保留使用 者最常使用的数据。
MRU端 端
右图中的表格是 Oracle中定义的
State m State n
M
MRU端 端 MRU端 端
x
x
……… …… … C B A
……
x
LRU端 端
1 LRU list表 表 3
LRU端 端
N M
x
C B
LRU端 端
FIFO（先进先出） （先进先出）
先进先出策略替换的是占用某一缓冲区时间最 长的页面，即最先进入的页面。 算法实现： 1、缓冲管理器中保持一张时间表，记录各缓冲 区块的访问时间情况。 2、每个数据库访问请求有一个表项，只记录该 帧最初装入缓冲区的时间。
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缓冲区管理——缓冲池 缓冲池 缓冲区管理
高层代码的页请求 正在访问的Frame Dirty Frame Free Frame 已访问完且未被 修改的数据
如果所需的页不再Buffer Pool中且Buffer Pool已满 则用替换策略进行调度
缓冲池 示意图
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缓 冲 区 管 理 流 程
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思考和引出
当我们要进行调页时，先查看了是否有空闲的 帧，此时会做一个判断，如果有，那么下面的 执行是比较简单的。 那么如果当前Buffer Pool中没有空闲帧的时候， 我们该怎样决定替换掉哪一个帧呢？？？
这就要引出我们的缓冲区替换策略！
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缓冲区替换策略 缓冲区替换策略 替换
选择不同的替换策略进行页面替换显然影响着数据库 的执行效率，现介绍集中比较主流的替换策略。 LRU：最近最少使用策略 FIFO：先进先出策略 Clock：“时钟”策略 系统控制
数据存储
——缓冲区管理 缓冲区管理
姓名：付田原 学号：2011020817 指导老师：陈梅老师
1、缓冲区概述 2、缓冲区管理 3、缓冲区替换策略 4、DBMS和操作系统缓冲区管理对比
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缓冲区概述
缓冲区：主存储器中用于存储磁盘块的拷贝的 部分，由固定数目的缓冲块构成。 缓冲区设置目的：减少磁盘和主存储器之间传 输的块的数目。提高数据传输效率。 缓冲区管理器：负责缓冲区空间分配的子系统。
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实际应用中的替换策略 实际应用中的替换策略
DBMS DB2 Sybase Informix Oracle Sql Server 所用策略 Clock LRU LRU Clock 缓冲区个数 允许有多个Buffer 允许有多个 Pool 允许有多个Buffer 允许有多个 Pool 单个Buffer Pool 单个 单个Buffer Pool 单个
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缓冲区概述
缓冲区管理器：在必要时把页面从磁盘取到 主存的软件层。 一些概念： 缓冲池（Buffer Pool）： 即页集，通过把缓 冲区划分为不同的缓冲池来进行管理。 帧（frame）：缓冲池中的每页。 页：磁盘上读写信息的基本单位，大小相等 的片。经典的页大小值是4KB或8KB。
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缓冲区管理结构
两种主要的缓冲区管理结构 1、缓冲区管理器直接控制主存。这种管理结构 在大多数关系型DBMS中使用。 2、缓冲区管理器在虚拟内存中分配缓冲区，并 由操作系统干预缓冲区分配。这种管理结构在 大多数“主存”DBMS和面向对象的DBMS中使 用。
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缓冲区管理结构
读/写 写 请求 缓冲区
缓冲区 管理器
此图展示的是 关系型DBMS 关系型 的缓冲区管理 策略， 策略，即： 缓冲区管理器 直接控制主存， 直接控制ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ存， 相应内存访问 磁盘块的请求。
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Clock（“时钟”策略） （ 时钟”策略）
算法执行过程
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Clock（“时钟”策略） （ 时钟”策略）
0 0 1 0
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1 0 1 1
系统控制
该策略严格说不是一种替换算法，它是一种辅 助性的替换规则。 目的是防止完全利用LRU或FIFO这样的严格 策略所引起的错误。 这种技术的根本在于强行指定某些重要的帧一 直保留在内存中（把其变为“钉定”的块）， 以防止其频繁的被替换，影响数据库系统的性 能。
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希望大家批评指正！ 希望大家批评指正！ 谢谢大家！ 谢谢大家！
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