如何在磁盘上布局 B-Tree 数据？

Posted 2023-03-11

【中文标题】如何在磁盘上布局 B-Tree 数据？

【英文标题】：How to lay out B-Tree data on disk?

【发布时间】：2017-04-06 01:30:43

【问题描述】：

我知道 B-Tree 如何在内存中工作，它很容易实现。然而，目前我完全不知道如何找到在磁盘上有效工作的数据布局，例如：

B 树中的条目数可以无限增长（或至少增加到 > 1000GB） 磁盘级复制操作已最小化 值可以有任意大小（即没有固定架构）

如果有人能提供有关在磁盘级别布局 B 树结构的见解，我将不胜感激。尤其是最后一个要点让我很头疼。我也很欣赏书籍的指针，但我见过的大多数数据库文献只解释了高级结构（即“这就是你在内存中的做法”），但跳过了磁盘布局的细节。

【问题讨论】：

你知道它是如何存储的吗？，你能分享你的学习吗？

遗憾的是没有。我仍然没有明确的答案。

【参考方案1】：

更新（oracle 索引内部的存档版本）：http://web.archive.org/web/20161221112438/http://www.toadworld.com/platforms/oracle/w/wiki/11001.oracle-b-tree-index-from-the-concept-to-internals

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OLD（原来的链接不存在了）： 关于 oracle 索引内部的一些信息：http://www.toadworld.com/platforms/oracle/w/wiki/11001.oracle-b-tree-index-from-the-concept-to-internals

注意事项：

数据库不直接基于 B-tree 实现索引，而是基于称为 B+ 树的变体。根据***：

B+ 树可以看成是 B 树，其中每个节点只包含键（不是键值对），并且在底部添加了一个额外的级别，带有链接的叶子。

一般来说，数据库使用面向块的存储，b+ 树比 b-tree 更适合。

这些块是固定大小的，并留有一些可用空间以适应未来值或键大小的变化。

块可以是叶子（保存实际数据）或分支（保存指向叶子节点的指针）

如何实现写入磁盘的玩具模型（用于简化算术的块大小为 10k）：

在磁盘上创建一个 10G 的文件（它有 1000 个块） 第一个块分配为根，下一个空闲块分配为叶子，叶子地址列表放入根中 新数据插入，当前叶节点填充值直到达到阈值 数据继续插入，下一个空闲的被分配为叶子块，叶子节点列表被更新
在多次插入之后，当前根节点需要子节点，因此下一个空闲块被分配为分支节点，它从根节点复制列表，现在根节点将只维护一个中间节点列表。 如果需要拆分节点块，则分配下一个空闲块作为分支节点，添加到根列表中，并在初始分支节点和新分支节点之间拆分叶子节点列表

当从大索引中读取信息时：可以去如下：

读取第一个/根块 (seek(0), read(10k))，它指向位于块 900 中的子节点 读取块 900 (seek(900*10k), read(10K)) 指向位于块 5000 中的子节点 读取块 5000 (seek(5000*10k), read(10K)) 指向位于块 190 中的叶节点 读取块 190 (seek(190*10k), read(10K)) 并从中提取感兴趣的值

一个非常大的索引可以拆分为多个文件，那么块的地址将是 (filename_id, address_relative_to_this_file)

【讨论】：

感谢指向 B+ 树的指针。这是我实际上打算做的，但基本原则应该非常相似。我知道块的概念，它基本上只是一个用于一起读取/写入的 N 位数据的容器，其中 N 通常是硬件磁盘读取块的大小，以最大限度地减少磁盘访问。我的问题正是关于这个“容纳未来变化的一些可用空间”。在实践中是如何做到的？

阅读文章，有很多内部相关的信息

@valentin 该链接不再有效。如果仍然可用，请您再次找到该文章并重新链接它吗？是这个吗？ blog.toadworld.com/2017/05/08/how-oracle-b-tree-indexes-work

有趣！所以我们可以插入、查找和更新（通过链接列表），但是如何删除记录呢？

【参考方案2】：

阅读 这肯定会有所帮助 http://www.geeksforgeeks.org/b-tree-set-1-introduction-2/

【讨论】：

链接的教程很好，但它涵盖了我已经知道的内容：如何在内存中进行操作。我要问的是，如何在磁盘级别执行此操作，即如何计算所需的节点偏移量、指针等。我问的是“序列化”或“线性化”结构。