数据库：缓冲池和磁盘I/O

        关系型DBMS最重要的一个目标是确保表或者索引中的数据时随时可用的。为了尽可能实现这个目标，使用缓冲池来最小化磁盘活动。每个DBMS会根据对象类型（表或索引）及页的大小拥有多个缓冲池，每个缓冲池都足够大，可以存放许多页。

        缓冲池管理器将尽力确保经常使用的数据保存在池中，以避免一些不必要的磁盘读。索引或表页在或不在缓冲池中，访问的成本是不同的。

从缓冲池进行的读取

        如果一个索引或者表页在缓冲池中被找到，那么唯一的成本就是去处理这些索引或者表的记录。

从磁盘驱动器进行的随机I/O

        一个页包含了多条记录，我们可能需要页上所有行，或者其中部分行，又或者是其中某一行，但所花费的时间是相同的，约10ms。如果磁盘被重度使用，这一速度也将大幅降低，因为需要等待磁盘空闲下来。

        10ms是怎么得来的？假设有6ms是磁盘的实际繁忙时间，将页从磁盘服务器缓冲区移至数据库缓冲池花费1ms，剩余3ms是对于可能发生的排队时间的估算值。这些数字在实际情况中都可能有变化，但只需要记住10ms这一粗略但合理的数字即可。

从磁盘服务器缓存进行的读取

        现今的磁盘服务器都提供自己的内存（或缓冲区）以降低响应时间上的巨大成本。就像从数据库缓冲池读取一样，磁盘服务器会将频繁访使用的数据保留在内存（缓冲区）中，以降低高昂的磁盘读成本。

从磁盘驱动器进行的顺序读取

        在实际场景下，我们需要将多个页读取到缓冲池中，并按顺序处理他们。DBMS会意识到多个索引或表页需要被顺序的读取，且能识别出那些不在缓冲池的页。随后，它将发出多页I/O请求，每次请求的页的数量由DBMS决定。

        顺序的读取页有两个非常重要的优势：

        （1）同时读取多个页意味着平均读取每个页的时间将会减少，约0.1ms每页。

        （2）由于DBMS事先知道需要读取哪些页，所以可以在页被真正请求之前就提前将其读取进来，我们称其为预读。

辅助式随机读

        除了缓冲池和磁盘缓冲区可以降低随机读取的成本以外，还有其他一些场景也能降低这一成本，有时是自然发生的，有时是优化器有意为之的，我们把它们统称为辅助式随机读。

自动跳跃式顺序读

        如果一系列不连续的行被按照同一方向扫描，那么访问模式将会是跳跃式顺序的。于是，每行的平均I/O时间自然就比随机访问时间短，跳跃的距离越短则节省的时间越多。跳跃式顺序读的好处能够在两种情况下被放大：

        （1）磁盘服务器可能注意到对某一驱动器的访问时顺序的（或者几乎时顺序的），于是服务器开始向前提前读取多个页。

        （2）DBMS可能注意到SELECT语句正以顺序的或者几乎顺序的方式访问索引或表页，于是DBMS便开始向前提前读取多个页。

列表预读

        当表行和索引行访问的顺序不一致时，DB2 for z/OS能够先访问所有满足条件的索引行，然后按照表页的顺序对索引行进行排序后再访问表行。

数据块预读

        当表行和索引行的访问顺序不一致时，Oracle会使用数据块预读这一特性。DBMS先从索引片上搜集指针，然后再通过多重随机I/O来并行地读取表行。

辅助式顺序读

        当要扫描一张大表时，优化器可能会开启并行机制。例如，它可能会将一个游标拆分为多个用范围谓词限定的游标，每一个游标扫描一个索引片。当有多个处理器和磁盘驱动器可用时，所花费的时间将相应减少。

同步I/O和异步I/O

        术语同步I/O是指再进行I/O操作时，DBMS不能进行其他操作，它必须等待，直至I/O操作完成。

        异步I/O是指当上一步的页尚在处理时就被发起了，这一处理时间和I/O时间可能有很大一部分重叠。

        当DBMS请求一个页时，磁盘系统可能会将接下来一组页加载至磁盘缓冲区中（它预测这些页可能很快就会被请求到）。

        大部分的数据库写都是异步的，以达到对性能的影响最小化。这一方式导致的最主要的影响时加重了磁盘环境的负载，而这反过来会影响读I/O的性能。