Oracle數(shù)據(jù)內(nèi)部的邏輯存儲(chǔ) ?

Oracle存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最小粒度（finest level of granularity）被稱為數(shù)據(jù)塊 （data block）（也叫做邏輯塊 （logical block），Oracle塊 （Oracle block）或頁 （page））。一個(gè)數(shù)據(jù)塊對應(yīng)于磁盤上數(shù)個(gè)字節(jié)（byte）的物理數(shù)據(jù)庫空間。

處于數(shù)據(jù)塊之上的邏輯數(shù)據(jù)庫空間是數(shù)據(jù)擴(kuò)展 （extent）。數(shù)據(jù)擴(kuò)展是為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)而分配的一組連續(xù)的數(shù)據(jù)塊。

位于數(shù)據(jù)擴(kuò)展之上的邏輯數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是段 （segment）。段由一組數(shù)據(jù)擴(kuò)展 （extent）構(gòu)成，這些數(shù)據(jù)擴(kuò)展位于同一表空間（tablespace）中，用于存儲(chǔ)各種邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如每個(gè)表（table）的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在其自身的數(shù)據(jù)段 （data segment）中，每個(gè)索引（index）的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在其自身的索引段 （index segment）中。如果表或索引是分區(qū)存儲(chǔ)（partitioned）的，則每個(gè)分區(qū)擁有自己的段。

Oracle為段（segment）分配空間時(shí)以數(shù)據(jù)擴(kuò)展（extent）為單位。當(dāng)段內(nèi)已有的數(shù)據(jù)擴(kuò)展沒有可用空間時(shí)，Oracle為此段分配一個(gè)新的數(shù)據(jù)擴(kuò)展。因?yàn)閿?shù)據(jù)擴(kuò)展是隨需分配的，所以一個(gè)段內(nèi)的數(shù)據(jù)擴(kuò)展在磁盤上未必是連續(xù)的。

這三者直接的關(guān)系如下圖

?

一個(gè)段（segment）以及屬于她的所有數(shù)據(jù)擴(kuò)展（extent）必須包含在同一表空間中。但在一個(gè)表空間內(nèi)，屬于同一個(gè)段的數(shù)據(jù)擴(kuò)展可以分布在多個(gè)數(shù)據(jù)文件（datafile）上，即段可以跨文件存儲(chǔ)。但是每個(gè)數(shù)據(jù)擴(kuò)展只能包含于同一個(gè)數(shù)據(jù)文件中。

在用戶分配一個(gè)新的數(shù)據(jù)擴(kuò)展（extent）時(shí)，其中的數(shù)據(jù)塊（data block）未必被同時(shí)分配。如果用戶是為某個(gè)數(shù)據(jù)庫對象分配數(shù)據(jù)擴(kuò)展 ，那么數(shù)據(jù)塊也同時(shí)被立即分配并加入可用塊列表（free list）中。如果數(shù)據(jù)擴(kuò)展并非專為某數(shù)據(jù)庫對象分配，那么數(shù)據(jù)塊只在 高水位線 ? （high water mark）移動(dòng)時(shí)才被分配。高水位線是段（segment）中已用和未用空間的邊界。

數(shù)據(jù)塊概述 ?

Oracle對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件（datafile）中的存儲(chǔ)空間進(jìn)行管理的單位是數(shù)據(jù)塊（data block）。數(shù)據(jù)塊是數(shù)據(jù)庫中最小的（邏輯）數(shù)據(jù)單位。與數(shù)據(jù)塊對應(yīng)的，所有數(shù)據(jù)在操作系統(tǒng)級的最小物理存儲(chǔ)單位是字節(jié)（byte）。每種操作系統(tǒng)都有一個(gè)被稱為塊容量 （block size）的參數(shù)。Oracle每次獲取數(shù)據(jù)時(shí)，總是訪問整數(shù)個(gè)（Oracle）數(shù)據(jù)塊，而不是按照操作系統(tǒng)塊的容量訪問數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)庫中標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)塊（data block）容量是由初始化參數(shù)? DB_BLOCK_SIZE ? 指定的。除此之外，用戶還可以指定五個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)塊容量（nonstandard block size，在10g R2 32bit版本中可以指定2k,4k,16k,32k四個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)塊容量）。數(shù)據(jù)塊容量應(yīng)該設(shè)為操作系統(tǒng)塊容量的整數(shù)倍（同時(shí)小于數(shù)據(jù)塊容量的最大限 制），以便減少不必要的I/O操作。Oracle的數(shù)據(jù)塊是Oracle可以使用和分配的最小存儲(chǔ)單位。

數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)

在Oracle中，不論數(shù)據(jù)塊中存儲(chǔ)的是表（table）、索引（index）或簇表（clustered data），其內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是類似的。下圖說明了數(shù)據(jù)塊的結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)塊頭（包含可變內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容）

標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容：數(shù)據(jù)塊頭中包含了此數(shù)據(jù)塊的概要信息，例如塊地址（block address）及此數(shù)據(jù)塊所屬的段（segment）的類型，例如，表或索引，該部分為?？勺儍?nèi)容：ITL(Interested Transaction List)用來記錄該塊所有發(fā)生的事務(wù)，一個(gè)itl可以看作是一個(gè)記錄，在一個(gè)時(shí)間，可以記錄一個(gè)事務(wù)（包括提交或者未提交事務(wù)）。當(dāng)然，如果這個(gè)事務(wù)已 經(jīng)提交，那么這個(gè)itl的位置就可以被反復(fù)使用了，因?yàn)閕tl類似記錄，所以，有的時(shí)候也叫itl槽位。 如果一個(gè)事務(wù)一直沒有提交，那么，這個(gè)事務(wù)將一直占用一個(gè)itl槽位，itl里面記錄了事務(wù)信息，回滾段的入口，事務(wù)類型等等。如果這個(gè)事務(wù)已經(jīng)提交，那 么，itl槽位中還保存的有這個(gè)事務(wù)提交時(shí)候的SCN號。

表目錄區(qū)

如果一個(gè)數(shù)據(jù)表在此數(shù)據(jù)塊中儲(chǔ)存了數(shù)據(jù)行，那么數(shù)據(jù)表的信息將被記錄在數(shù)據(jù)塊的表目錄區(qū)（table directory）中。

行目錄區(qū)

此區(qū)域包含數(shù)據(jù)塊中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)行的信息（每個(gè)數(shù)據(jù)行片斷（row piece） 在行數(shù)據(jù)區(qū)（row data area）中的地址）。 ? （一個(gè)數(shù)據(jù)塊中可能保存一個(gè)完整的數(shù)據(jù)行，也可能只保存數(shù)據(jù)行的一部分 ，所以文中使用row piece）

當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)塊（data block）的行目錄區(qū)（row directory）空間被使用后，即使數(shù)據(jù)行被刪除（delete），行目錄區(qū)空間也不會(huì)被回收。舉例來說，當(dāng)一個(gè)曾經(jīng)包含50條記錄的數(shù)據(jù)塊被清空 后，其塊頭（header）的行目錄區(qū)仍然占用100字節(jié)（byte）的空間。只有在數(shù)據(jù)塊中插入（insert）新數(shù)據(jù)時(shí)，行目錄區(qū)空間才會(huì)被重新利用。

管理開銷

數(shù)據(jù)塊頭（data block header），表目錄區(qū)（table directory），行目錄區(qū)（row directory）被統(tǒng)稱為管理開銷。其中 有些開銷的容量是固定的；而有些開銷的總?cè)萘渴强勺兊?ITL)。數(shù)據(jù)塊中固定及可變管理開銷的容量平均在84到107字節(jié)（byte）之間。

行數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)塊（data block）中行數(shù)據(jù)區(qū)（row data）包含了表或索引的實(shí)際數(shù)據(jù)。一個(gè)數(shù)據(jù)行可以跨多個(gè)數(shù)據(jù)塊（是行鏈接和行遷移下文會(huì)講到）

可用空間

在插入新數(shù)據(jù)行，或在更新數(shù)據(jù)行需要更多空間時(shí)（例如，原來某行最后一個(gè)字段為空（trailing null），現(xiàn)在要更新為非空值），將使用可用空間區(qū)（free space）中的空間。

如果一個(gè)數(shù)據(jù)塊（data block）屬于表或簇表的數(shù)據(jù)段（data segment），或?qū)儆谒饕乃饕危╥ndex segment），那么在其數(shù)據(jù)塊頭中還可能會(huì)存儲(chǔ)事務(wù)條目 。如果一個(gè)數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)行正在由? INSERT， ? UPDATE， ? DELETE，及 SELECT...FOR UPDATE 語句訪問，此數(shù)據(jù)塊中就需要保存事務(wù)條目。

事務(wù)條目所需的存儲(chǔ)空間依據(jù)操作系統(tǒng)而定。在常見的操作系統(tǒng)中事務(wù)條目大約需要占用23字節(jié)（byte ）。

數(shù)據(jù)塊中的可用空間管理

數(shù)據(jù)庫中段的管理方式?jīng)Q定了數(shù)據(jù)塊中可用空間的管理方式。的可用空間可以被自動(dòng)管理。段內(nèi)的可用/已用空間以位圖（bitmap）形式記錄（自動(dòng)管理模式下），這與手動(dòng)管理采用free list以列表方式的管理不同。段空間自動(dòng)管理（Automatic segment-space management）具備以下優(yōu)勢：

1、空間利用效率更高，尤其針對每行數(shù)據(jù)容量差異大的表（或其他對象）

2、能夠更好地針對當(dāng)前數(shù)據(jù)的情況實(shí)時(shí)調(diào)整

3、易于使用

4、在RAC環(huán)境下能更好的提升性能和空間利用（個(gè)人認(rèn)為是因?yàn)榈谝缓偷诙c(diǎn)的優(yōu)勢在RAC環(huán)境下能更明顯的體現(xiàn)出來的原因。）

用戶可以在創(chuàng)建一個(gè)本地管理的表空間（locally managed tablespace）時(shí)選擇自動(dòng)段空間管理（automatic segment-space management）功能。這樣在此表空間內(nèi)創(chuàng)建的段都將默認(rèn)地設(shè)置為自動(dòng)段空間管理。

數(shù)據(jù)塊可用空間的有效性及優(yōu)化

有兩種SQL語句可以增加數(shù)據(jù)塊中的可用空間：分別是? DELETE ? 語句，和將現(xiàn)有數(shù)據(jù)值更新為占用容量更小值的? UPDATE 語句。在以下兩種條件下，上述兩中操作釋放的空間可以被后續(xù)的? INSERT ? 語句使用：

如果? INSERT ? 語句與上述兩種操作在同一事務(wù)（transaction）中，且位于釋放空間的語句之后，那么? INSERT ? 語句可以使用被釋放的空間。

如果? INSERT ? 語句與釋放空間的語句在不同的事務(wù)中（比如兩者是由不同的用戶提交的），那么只有在釋放空間的語句提交后，且插入數(shù)據(jù)必需使用此數(shù)據(jù)塊時(shí)， ? INSERT ? 語句才會(huì)使用被釋放的空間。

數(shù)據(jù)塊（data block）中被釋放出的空間未必與可用空間區(qū)（free space）相連續(xù)。Oracle在滿足以下條件時(shí)才會(huì)將釋放的空間合并到可用空間區(qū)：（1） ? INSERT ? 或? UPDATE ? 語句選中了一個(gè)有足夠可用空間容納新數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊，（2）但是此塊中的可用空間不連續(xù)，數(shù)據(jù)無法被寫入到數(shù)據(jù)塊中連續(xù)的空間里。Oracle只在 滿足上述條件時(shí)才對數(shù)據(jù)塊中的可用空間進(jìn)行合并，這樣做是為了避免過于頻繁的空間合并工作影響數(shù)據(jù)庫性能。

數(shù)據(jù)塊中行片段

Oracle 使用一個(gè)或多個(gè)行片斷（row piece）來存儲(chǔ)表的每一行數(shù)據(jù)的前255列。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)塊（data block）可以容納一個(gè)完整的數(shù)據(jù)行時(shí)（且表的列數(shù)小于等于 256），那么此行就可以使用一個(gè)行片斷來存儲(chǔ)。當(dāng)插入（insert）一個(gè)數(shù)據(jù)行，或更新（update）已有數(shù)據(jù)行時(shí)，數(shù)據(jù)行容量大于數(shù)據(jù)塊容量，那么 Oracle 將使用多個(gè)行片斷來存儲(chǔ)此行。大多數(shù)情況下，每個(gè)數(shù)據(jù)行只存儲(chǔ)于一個(gè)行片斷中，且在同一數(shù)據(jù)塊內(nèi)。

有兩種情況會(huì)導(dǎo)致表中某行數(shù)據(jù)過大，一個(gè)數(shù)據(jù)塊（data block）無法容納。

第一種情況，行鏈接

當(dāng)一行數(shù)據(jù)被插入時(shí)一個(gè)數(shù)據(jù)塊就無法容納 ? 。在這種情況下Oracle將這行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在段內(nèi)的一個(gè)數(shù)據(jù)塊鏈 （chain）中。在插入數(shù)據(jù)量大的行時(shí)常會(huì)發(fā)生行鏈接（row chaining），例如一個(gè)包含數(shù)據(jù)類型為? LONG ? 或? LONG RAW? 列的數(shù)據(jù)行。此時(shí)行鏈接不可避免。當(dāng) Oracle 必須使用多個(gè)行片斷來存儲(chǔ)同一數(shù)據(jù)行時(shí)（且每個(gè)行片斷位于不同的數(shù)據(jù)塊內(nèi)），此行將在多個(gè)數(shù)據(jù)塊間構(gòu)成行鏈接 （Row Chaining）。

當(dāng)一個(gè)表超過 255 列時(shí)，每行第255列之后的數(shù)據(jù)將作為一個(gè)新的行片斷（row piece）存儲(chǔ)在相同的數(shù)據(jù)塊（data block）中，這被稱為塊內(nèi)鏈接 （intra-block chaining）。由多個(gè)行片斷組成的行進(jìn)行塊內(nèi)鏈接時(shí)，使用各行片斷的 rowid 進(jìn)行鏈接。當(dāng)一個(gè)行為塊內(nèi)鏈接時(shí)，用戶可以從同一數(shù)據(jù)塊中訪問此行的全部數(shù)據(jù)。如果一個(gè)數(shù)據(jù)行位于同一數(shù)據(jù)塊內(nèi)，那么訪問此行不會(huì)影響 I/O 性能，因?yàn)樵L問此行不會(huì)帶來額外的 I/O 開銷。

行遷移

原本存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)據(jù)塊（data block）內(nèi)的數(shù)據(jù)行，因?yàn)楦虏僮鲗?dǎo)致長度增長，而所在數(shù)據(jù)塊的可用空間也不能容納增長后的數(shù)據(jù)行 ? 。在這種情況下，Oracle將此行數(shù)據(jù)遷移到新的數(shù)據(jù)塊中。Oracle在被遷移數(shù)據(jù)行原來所在位置保存一個(gè)指向新數(shù)據(jù)塊的指針。被遷移數(shù)據(jù)行的 rowid 保持不變。

當(dāng)數(shù)據(jù)行發(fā)生鏈接（chain）或遷移（migrate）時(shí)，對其訪問將會(huì)造成 I/O 性能降低，因?yàn)镺racle為獲取這些數(shù)據(jù)行的數(shù)據(jù)時(shí)，必須訪問更多的數(shù)據(jù)塊（data block）。

PCTUSED、PCTFREE

在手動(dòng)管理的表空間（manually managed tablespaces）中，用戶可以使用? PCTFREE ? 和? PCTUSED? 這兩個(gè)存儲(chǔ)管理參數(shù)來控制對某段（segment）進(jìn)行插入和更新操作時(shí)，如何利用屬于此段的數(shù)據(jù)塊（data block）中的可用空間。用戶也可以在創(chuàng)建或修改索引時(shí)為其設(shè)定? PCTFREE ? 參數(shù)（索引存儲(chǔ)在索引段（index segment）中）。

PCTFREE

PCTFREE ? 參數(shù)用來設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)塊（data block）中至少需要保留 （reserve）多少可用空間（百分比值），為數(shù)據(jù)塊中已有數(shù)據(jù)更新時(shí)可能發(fā)生的數(shù)據(jù)量增長做準(zhǔn)備。例如，當(dāng)用戶用 ? CREATE TABLE ? 語句創(chuàng)建表時(shí)指定了以下參數(shù)： ? PCTFREE 20。

這個(gè)參數(shù)設(shè)定了此表對應(yīng)的數(shù)據(jù)段（data segment）中的每個(gè)數(shù)據(jù)塊（data block）至少保留20%的可用空間，以備塊中已有數(shù)據(jù)更新時(shí)使用。只要數(shù)據(jù)塊中行數(shù)據(jù)區(qū)與數(shù)據(jù)塊頭的容量之和不超過數(shù)據(jù)塊總?cè)萘康?0%，用戶就可以向其中插入新數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)行被放入行數(shù)據(jù)區(qū)（row data area），相關(guān)信息被寫入數(shù)據(jù)塊頭（overhead area）。下圖說明了? PCTFREE ? 的作用。

?

?

PCTUSED

PCTUSED ? 參數(shù)用于決定一個(gè)數(shù)據(jù)塊（data block）是否可被用于插入新數(shù)據(jù)，她的依據(jù)是數(shù)據(jù)區(qū)（row data）與數(shù)據(jù)塊頭（overhead）的容量之和占數(shù)據(jù)塊全部容量的最大百分比。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)塊中的可用空間比例小于? PCTFREE? 參數(shù)的規(guī)定時(shí)，Oracle就認(rèn)為此數(shù)據(jù)塊無法被用于插入新數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)塊中的占用容量比例小于? PCTUSED? 參數(shù)的限定。 ? 在數(shù)據(jù)塊中的可用空間PCTFREE重新大于且占用容量比例大于 PCTUSED 參數(shù)的限定之前，Oracle只在更新數(shù)據(jù)塊內(nèi)已有數(shù)據(jù)時(shí)才會(huì)使用此數(shù)據(jù)塊的可用空間，插入操作不使用該數(shù)據(jù)塊的可用空間 ? 。例如，當(dāng)用戶用 ? CREATE TABLE ? 語句創(chuàng)建表時(shí)指定了以下參數(shù)：PCTUSED 40。

在例子中，當(dāng)此表的某數(shù)據(jù)塊占用容量比例高于40%時(shí)，Oracle不會(huì)將此數(shù)據(jù)塊用于插入新數(shù)據(jù)行（假設(shè)此數(shù)據(jù)塊的可用空間曾經(jīng)低于? PCTFREE ? 的限定）。 下圖說明了? PCTUSED ? 的作用。

?

?

在新分配的數(shù)據(jù)塊中（data block），可用于插入（insert）數(shù)據(jù)的空間等于數(shù)據(jù)塊總?cè)萘繙p去數(shù)據(jù)塊頭（block overhead）再減去預(yù)留可用空間（ ? PCTFREE ? ）。而更新（update）數(shù)據(jù)塊內(nèi)已有數(shù)據(jù)可使用數(shù)據(jù)塊中的所有可用空間。因此，更新操作能夠使數(shù)據(jù)塊內(nèi)的可用空間低于的? PCTFREE ? 限制，因?yàn)檫@些空間是專為更新操作而預(yù)留的。

在每個(gè)數(shù)據(jù)段（data segment）與索引段（index segment）中，選擇段的手動(dòng)方式時(shí)，ORACLE管理著一個(gè)或多個(gè)可用塊列表（free list）--其中列出了所有屬于此段的數(shù)據(jù)擴(kuò)展（extent），且可用空間比例大于? PCTFREE? 限定的數(shù)據(jù)塊。這些塊可以被插入（insert）操作使用。 ? 當(dāng)用戶提交了 INSERT 語句后，Oracle從free list列表中選擇第一個(gè)有效的數(shù)據(jù)塊使用。如果此數(shù)據(jù)塊的可用空間不夠容納? INSERT 語句提交的數(shù)據(jù)，且此塊的占用容量已經(jīng)超過 ? PCTUSED 的限定，Oracle就將其從可用塊列表中移出。一個(gè)段可以同時(shí)使用多個(gè)可用塊列表，以減少對一個(gè)表進(jìn)行并發(fā)插入時(shí)產(chǎn)生的競爭。

當(dāng)用戶提交了? DELETE 或? UPDATE 語句后，Oracle處理語句并檢查相關(guān)數(shù)據(jù)塊中的占用空間比例是否小于? PCTUSED 的規(guī)定。如果滿足，那么這個(gè)數(shù)據(jù)塊就被放入當(dāng)前事務(wù)正在使用的可用塊列表（free list）的頭部，如果當(dāng)前事務(wù)還需要寫入數(shù)據(jù)，此塊將被首先使用。當(dāng)事務(wù)提交后，此數(shù)據(jù)塊中的可用空間還可被其他事務(wù)使用。

在段的手動(dòng)管理模式下塊的空間管理可參見下圖

Oracle數(shù)據(jù)塊的概念總結(jié)