Oracle資料庫的邏輯儲存結構

本章主要介紹Oracle資料庫的邏輯儲存結構及其關係，包括以下內容 
一、介紹data block，extent，segment 
二、Data Block綜述 
三、Extent綜述 
四、Segment綜述 

一、介紹 
資料區塊(Block)：資料區塊是oracle的儲存單位，也叫邏輯塊，oracle塊，是物理磁碟的一個空間。 
區(Extent)：一組資料區塊構成一個區。 
段(Segment)：由一組區構成，被分配到一個特定的資料結構中，段只能儲存於一個資料表空間中，不能跨越資料表空間儲存 
當構成一個段的所有區空間滿了後，系統需要分配其他的區給該段以便儲存資料，這些新增的區可能是臨近的也可能不是臨近的。 
段以及構成段的所有區只能存在於一個資料表空間中，但是段是可以跨越資料檔案的，而區是不能跨越資料檔案的。 
如果分配一個區到一個特定的場合，那麼區所包含的資料區塊同時也被分配過去。 
如果區沒有被分配到一個特定的場合，那麼他所對應的資料區塊只有在高水位線改變的時候才會被分配。 
高水位線是段中使用和為使用空間的一個分界線。 
二、資料區塊綜述 
oracle通過資料區塊管理資料檔案中的儲存空間。資料區塊是資料存放區的最小單位。在作業系統中，資料都是以位的方式進行儲存。 
每個作業系統都有個block size，而oracle中的data block size是作業系統資料區塊大小的倍數。在oracle中，資料區塊的大小由 
初始化參數db_block_size決定。 

資料區塊包含了header（包含基本資料，比如塊地址，段類型），table directory（），rowdirectory，free space，row data 
其中header，table directory，row directory統稱為overhead，overhead大小有些固定有些可變，平均下來overhead大小 
在84--107bytes之間。 
row data 包含 table data或者index data。row可以跨越block 
free space分配給那些需要增加額外空間以便insert或者update 資料。 
Free Space Management 
可以手動或者自動管理。bitmap方式對空間進行管理。當建立本地化管理資料表空間後，段空間即為自動管理，同時在該資料表空間 
建立的其他段也同樣為自動管理。 
當free space不連續時，向該段insert資料，oracle會對這些不連續的block進行壓縮、接合處理，這將降低資料庫的效能， 
因此僅到出現block不連續時，資料庫才會做如此操作。 
Row Chaining and Migrating 
當一條記錄特別大，一個block不足以儲存時，oracle會把這條記錄儲存在多個block中，並且把這些block串連起來，當成一個block 
處理，這種情況在long和long raw型中經常出現。 
當一條記錄儲存在一個block中，現被update，該blcok的空閑空間被佔滿，那麼oracle將把這條記錄從以前的block中移動到一個 
新的block中儲存，row id將不會改變。 
當以上兩種情況發生時，I/O效能會降低，因為oracle查詢這條記錄時將掃描不止一個block 
PCTFREE PCTUSED 
The PCTFREE parameter sets the minimum percentage of a data block to be 
reserved as free space for possible updates to rows that already exist in that block. 
PCTFREE定義一個資料區塊的最小空閑百分比。如在create table是設定了PCTFREE 20，那麼這個segment中的每個資料區塊空間最多被insert佔用到80%，剩下的20%，用來給update已經存在於該塊中的資料用。 
The PCTUSED parameter sets the minimum percentage of a block that can be used 
for row data plus overhead before new rows are added to the block. 
PCTUSED定義一個資料區塊能被insert 時的該塊最小的空間佔用百分比。如在create table時設定了PCTUSED 40，那麼只有當佔用百分比小於40%時，該塊才能再次被insert資料。 
此時感覺PCTFREE和PCTUSED有些矛盾，且看下面的定義。 
PCTFREE、PCTUSED一起作用 
在一個新分配的塊中能用於insert 的空間為塊大小減去 塊頭（overhead）及PCTFREE空間的總和後剩下的空間。update可以使一個資料區塊的可用空間小於PCTFREE。 
每個data segment或者index segment都有多個free list，只有那些空閑空間大於PCTFREE且使用空間小於PCTUSED的塊才會存在於FREE list中，可被選用。當發起insert時，ORACLE會檢查free list中第一個可用塊，當該塊的空閑空間不足以滿足該insert,該塊將被ORACLE從該free list中丟棄。當insert並發時，一個段有多樣的freelist 可以減少對freelist的競爭。 
當一個新的塊被用來insert時，最多能被使用到80%的空間，剩下20%用來update已經存在於該塊中的資料，當佔用率到了80%以後，如果該塊的使用率一直在40%以上，那麼將不能在insert into 資料到該塊中。只要當該塊的使用率變化到40%以下時，該塊才會出現在free list中，且該塊才可能被再次insert into資料，且最多insert 到80%。 
當delete或者update 發生後，oracle會檢查該塊的可用空間，如果可用空間小於PCTUSED時，該塊將被放到freelist中的起始位置供該事務使用，當commit後，可以被其他的transaction使用。 
三、extent 綜述 
extent是資料庫分配儲存空間的一個邏輯單位，extent組成segment，構成段的extent的空間被使用完後，資料區塊立即分配新的區給segment使用。 
When Extents Are Allocated 
當建立一個表時，Oracle會分配一個初始的且指定block數量的extent給這個segment，即便沒有行資料被insert into 這個表，與初始區對應的資料區塊還是為這個表的行資料保留的。當初始區空間被佔滿，且需要更多的空間來滿足需求時，oracle自動的分配incremental extent以滿足需求。 
Determine The Number and Size of Extent 
Storage Parameter表達了每個段中區的定義。storage parameter適用各種類型的segment，他們控制了空閑空間是如何分配給段的，比如你可以確定一個資料表需要分配多大的空間做為了初始空間，或者你可以根據create table時指定的儲存參數限制分配給段的區個數。如果沒有給一個段指定儲存參數，那麼將適用tablespace 的一些預設儲存參數。 
不管區管理方式是否明確指定，由於本地化管理的方式在效能上由於資料字典管理方式，非system的永久資料表空間都是本地化方式管理（local managed）。 
在建立資料表空間時如果指定uniform，則指定了資料表空間的區為統一的大小，如果指定autoallocate則資料表空間的區大小為系統自動管理，是可變的。 
對於uniform的方式管理區，指定區大小也可以使用預設的區大小，預設區大小為1M，暫存資料表空間只能使用這種方式對區進行管理。 
對於system-manage的方式管理區，ORacle確定增加區的最佳大小為最小64K，永久使用的資料表空間都預設是對區進行自動管理的。 
儲存參數initial,next,minextents,pctincrease並不是在tablespace這一級指定，是在段這一級指定。 
How Extents Are Allocated 
根據是本地管理資料表空間還是資料字典管理資料表空間，oracle利用不同的運演算法則來分配區。本地化管理資料表空間，Oracle為一個新的區分配空閑空間時，在資料表空間中的一個候選datafile中尋找所需的臨近的空閑空間的block數量，如果數量不能滿足需求，那麼將尋找下一個datafile。注意，區是不能跨越資料檔案的。 
When Extents Are Deallocated 
通常情況下，只有在drop對象時，所佔用的空間才會被釋放給相應的資料表空間。除非在以下情況： 
1、truncate ......drop storage 
2、alter table table_name deallocate unused; 
SQL> select sum(blocks) from dba_extents where segment_name='CLUB_BOOK_INFO_BAK1230'; 
SUM(BLOCKS) 
----------- 
        2432 
SQL> alter table club_book_info_bak1230 deallocate unused; 
Table altered. 
SQL> select sum(blocks) from dba_extents where segment_name='CLUB_BOOK_INFO_BAK1230'; 
SUM(BLOCKS) 
----------- 
        2336 
3、當給復原段指定了最佳大小時，oracle會周期性的釋放復原段的空間。 
當區變成free時，如果是本地化管理資料表空間，oracle會修改位於資料檔案中的位元影像（bitmap），如果是字典管理資料表空間oracle會更新資料字典。 
Extents in nonclusterd Tables 
當你對非聚簇執行delete 後，不會釋放這個表所佔用的extents，只有當你drop時ORacle才會回收所佔用的extents給這個資料表空間的其他需要空間的段。 
Extents in clusterd Tables 
當對聚簇的一個表進行drop後，並不能釋放分配給他的區，因為聚簇的資料並不是給一個表用的。還包括了其他表的資料。 
Extents in materialized views and their logs 
在物化視圖及其日誌中，對區的釋放和表及聚簇方式一樣。 
Extents in index 
drop index後，釋放相應的區。 
Extents in temporary Segments 
Oracle 完成一個需要臨時段的任務後，會自動釋放這個臨時段。當多重排序完成後，並不釋放臨時段，而是保持其對其他的排序可用。當一個事務完成後，Oracle會把臨時段drop掉並且返回臨時段所分配的空間給暫存資料表空間。 
Extents in Rollback Segments 
Oracle會周期性的檢查復原段，看他們的大小是否超過了一個設定的最佳值，當超過最佳值後，Oracle自動的是否一個或多個區。 
四、Segment綜述 
段是由區組成的，資料區段由Oracle分配一個或者多個區組成，索引段也同樣是由Oracle分配的一個或者多個區組成的。 
本節包含以上內容： 
資料區段介紹 
索引段介紹 
臨時段介紹 
復原段自動管理 
Introduction to Data Segment 
在Oracle資料庫中，一個單一的資料區段儲存著所有的資料庫，資料區段有以下形式： 
1、非分區表 
2、分區表的分區 
3、聚簇 
當用CREATE建立一個表或者聚簇，Oracle為他們建立資料區段。儲存參數決定了構成資料區段的區是如何分配的。可以用CREATE或者ALTER設定這些儲存參數，這些儲存參數影響了資料恢複和儲存的效率。 
Introduction to Index Segments 
非分區索引有一個索引段，分區索引一個分區有一個索引段。用CREATE index 建立一個索引或者一個分區索引時，ORacle會自動建立一個索引段��儲存參數決定了索引段的區是如何分配的。可以設定這些儲存參數，他們會影響資料恢複和儲存的效率。 
Introduction to Temporary Segments 
當執行查詢時，Oracle需要臨時空間來供SQL的分解和執行。臨時段是Oracle自動分配的磁碟空間。Oracle需要一個臨時段作為資料庫空間供排序用。當排序可以在記憶體中完成或者Oracle找到其他的方法利用索引完成，Oracle是不會建立臨時段的。 
需要臨時段的操作： 
1、create index 
2、select....order by 
3、select distinct ... 
4、select ...group by 
5、select ....union 
6、select ....intersect 
7、select ....minus 
Oracle為暫存資料表以及他們的臨時索引分配臨時段。與分配臨時段給查詢相比，分配臨時段給暫存資料表的方式是不一樣的。 
Introduction to UNDO Segments 
ORACLE強烈推薦使用UNDO資料表空間來自動管理，而不是使用rollback segment來進行管理。可以查看v$undostat視圖，監控和設定資料庫系統所使用的undo space。