ORACLE體系結構邏輯結構-表空間、段、區和數據塊

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1、Oracle的邏輯結構

Oracle的邏輯結構是一種層次結構。主要由：表空間、段、區和數據塊等概念組成。邏輯結構是面向用戶的，用戶使用Oracle開發應用程序使用的就是邏輯結構。數據庫存儲層次結構及其構成關係,結構對象也從數據塊到表空間造成了不一樣層次的粒度關係。

 

1.數據塊（Data Blocks）
1.1 數據塊是Oracle最小的存儲單位，Oracle數據存放在「塊」中。一個塊佔用必定的磁盤空間。特別注意的是，這裏的「塊」是Oracle的「數據塊」，不是操做系統的「塊」。
1.2 Oracle每次請求數據的時候，都是以塊爲單位。也就是說，Oracle每次請求的數據是塊的整數倍。若是Oracle請求的數據量不到一塊，Oracle也會讀取整個塊。因此說，「塊」是Oracle讀寫數據的最小單位或者最基本的單位。
1.3 塊的標準大小由初始化參數DB_BLOCK_SIZE指定。具備標準大小的塊稱爲標準塊(Standard Block)。塊的大小和標準塊的大小不一樣的塊叫非標準塊(Nonstandard Block)。
1.4 操做系統每次執行I/O的時候，是以操做系統的塊爲單位;Oracle每次執行I/O的時候，都是以Oracle的塊爲單位。
1.5 Oracle數據塊大小通常是操做系統塊的整數倍。

1.6  數據塊的格式(Data Block Format)
塊中存放表的數據和索引的數據，不管存放哪一種類型的數據，塊的格式都是相同的，塊由塊頭(header/Common and Variable),表目錄(Table Directory),行目錄(Row Directory),空餘空間(Free Space)和行數據(Row Data)五部分組成
    塊頭(header/Common and Variable)：存放塊的基本信息，如：塊的物理地址，塊所屬的段的類型(是數據段仍是索引段)。
    表目錄(Table Directory)：存放表的信息，即：若是一些表的數據被存放在這個塊中，那麼，這些表的相關信息將被存放在「表目錄」中。
    行目錄(Row Directory)：若是塊中有行數據存在，則，這些行的信息將被記錄在行目錄中。這些信息包括行的地址等。
    行數據(Row Data)：是真正存放表數據和索引數據的地方。這部分空間是已被數據行佔用的空間。
    空餘空間(Free Space)：空餘空間是一個塊中未使用的區域，這片區域用於新行的插入和已經存在的行的更新。
頭部信息區(Overhead)：咱們把塊頭(header/Common and Variable),表目錄(Table Directory),行目錄(Row Directory)這三部分合稱爲頭部信息區(Overhead)。頭部信息區不存放數據，它存放的整個塊的信息。頭部信息區的大小是可變的。通常來講，頭部信息區的大小介於84字節(bytes)到107字節(bytes)之間。


1.7  行連接和行遷移(Row Chaining and Migrating)
行連接(Row Chaining)：若是咱們往數據庫中插入(INSERT)一行數據，這行數據很大，以致於一個數據塊存不下一整行，Oracle就會把一行數據分做幾段存在幾個數據塊中，這個過程叫行連接(Row Chaining)。以下圖所示：
                                      
若是一行數據是普通行，這行數據可以存放在一個數據塊中;若是一行數據是連接行，這行數據存放在多個數據塊中。


行遷移(Row Migrating)：數據塊中存在一條記錄，用戶執行UPDATE更新這條記錄，這個UPDATE操做使這條記錄變長，這時候，Oracle在這個數據塊中進行查找，可是找不到可以容納下這條記錄的空間，無奈之下，Oracle只能把整行數據移到一個新的數據塊。原來的數據塊中保留一個「指針」，這個「指針」指向新的數據塊。被移動的這條記錄的ROWID保持不變。行遷移的原理以下圖所示：
                                       
不管是行連接仍是行遷移，都會影響數據庫的性能。Oracle在讀取這樣的記錄的時候，Oracle會掃描多個數據塊，執行更多的I/O。


1.8  數據塊中自由空間的使用
當往數據庫中插入(INSERT)數據的時候，塊中的自由空間會減小;當對塊中已經存在的行進行修改(UPDATE)的時候(使記錄長度增長)，塊中的自由空間也會減小。
DELETE語句和UPDATE語句會使塊中的自由空間增長。當使用DELETE語句刪除塊中的記錄或者使用UPDATE語句把列的值更改爲一個更小值的時候，Oracle會釋放出一部分自由空間。釋放出的自由空間並不必定是連續的。一般狀況下，Oracle不會對塊中不連續的自由空間進行合併。由於合併數據塊中不連續的自由空間會影響數據庫的性能。只有當用戶進行數據插入(INSERT)或者更新(UPDATE)操做，卻找不到連續的自由空間的時候，Oracle纔會合併數據塊中不連續的自由空間。
對於塊中的自由空間，Oracle提供兩種管理方式：自動管理，手動管理

塊中自由空間的自動管理:
 Oracle使用位圖(bitmap)來管理和跟蹤數據塊，這種塊的空間管理方式叫「自動管理」。自動管理有下面的好處：
◆易於使用
◆更好地利用空間
◆能夠對空間進行實時調整

塊中自由空間的手動管理:
用戶能夠經過PCTFREE, PCTUSED來調整塊中空間的使用，這種管理方式叫手動管理。相對於自動管理，手動管理方式比較麻煩，不容易掌握，容易形成塊中空間的浪費。
PCTUSED也是用於設置一個百分比，當塊中已使用的空間的比例小於這個百分比的時候，這個塊才被標識爲有效狀態。只有有效的塊才被容許插入數據。
PCTFREE參數用於指定塊中必須保留的最小空閒空間百分例，默認值爲10。之因此要預留這樣的空間，是由於UPDATE時，須要這些空間。若是UPDATE時，沒有空餘空間，Oracle就會分配一個新的塊，這會產生行遷移(Row Migrating)。


例如，假定在Create table語句中指定了pctfree爲20，則說明在該表的數據段內每一個數據塊的20%被做爲可利用的空閒空間，用於更新已在數據塊內存在的數據行其他80%是用於插入新的數據行，直到達到80%爲止。顯然，pctfree值越小，則爲現存行更新所預留的空間越少。所以，若是pctfree設置得過高，則在全表掃描期間增長I/O，浪費磁盤空間；若是pctfree設置得過低，則會致使行遷移。 
pctused參數設置了數據塊是不是空閒的界限。當數據塊的使用空間低於pctused的值時，此數據塊標誌爲空閒，該空閒空間僅用於插入新的行。若是數據塊已經達到了由pctfree所肯定的上邊界時，Oracle就認爲此數據塊已經沒法再插入新的行。例如，假定在Create table語句中指定pctused爲40，則當小於或等於39時，該數據塊纔是可用的。因此，可將數據塊填得更滿，這樣可節省空間，但卻增長了處理開銷，由於數據塊的空閒空間老是要被更新的行佔據，因此對數據塊須要頻繁地進行從新組織。比較低的pctused增長了數據庫的空閒空間，但減小了更新操做的處理開銷。因此，若是pctused設置太高，則會下降磁盤的利用率致使行遷移；若pctused設置太低，則浪費磁盤空間，增長全表掃描時的I/O輸出。pctused是與pctfree相對的參數。 
那麼，如何選擇pctfree和pctused的值呢？有個公式可供參考。顯然，pctfree和pctused的之和不能超過100。若二者之和低於100，則空間的利用與系統的I/O之間的最佳平衡點是：pctfree與pctused之和等於100%減去一行的大小佔塊空間大小的百分比。例如，若是塊大小爲2048字節，則它須要100個字節的開銷，而行大小是390字節（爲可用塊的20%）。爲了充分利用空間，pctfree與pctused之和最好爲80%。 
那麼，怎樣肯定數據塊大小呢？有兩個因素須要考慮： 
一是數據庫環境類型。例如，是DSS環境仍是OLTP環境？在數據倉庫環境（OLAP或DSS）下，用戶須要進行許多運行時間很長的查詢，因此應當使用大的數據塊。在OLTP系統中，用戶處理大量的小型事務，採用較小數據塊可以得到更好的效果。 
二是SGA的大小。數據庫緩衝區的大小由數據塊大小和初始化文件的db_block_buffers參數決定。最好設爲操做系統I/O的整數倍。


 2．數據區（Extent）
是一組連續的數據塊。當一個表、回滾段或臨時段建立或須要附加空間時，系統老是爲之分配一個新的數據區。一個數據區不能跨越多個文件，由於它包含連續的數據塊。使用區的目的是用來保存特定數據類型的數據，也是表中數據增加的基本單位。在Oracle數據庫中，分配空間就是以數據區爲單位的。一個Oracle對象包含至少一個數據區。設置一個表或索引的存儲參數包含設置它的數據區大小。

 

3．段（Segment）
是由多個數據區構成的，它是爲特定的數據庫對象（如表段、索引段、回滾段、臨時段）分配的一系列數據區。段內包含的數據區能夠不連續，而且能夠跨越多個文件。使用段的目的是用來保存特定對象。 
一個Oracle數據庫有4種類型的段： 
　　數據段：數據段也稱爲表段，它包含數據而且與表和簇相關。當建立一個表時，系統自動建立一個以該表的名字命名的數據段。 
　　索引段：包含了用於提升系統性能的索引。一旦創建索引，系統自動建立一個以該索引的名字命名的索引段。 
　　回滾段：包含了回滾信息，並在數據庫恢復期間使用，以便爲數據庫提供讀入一致性和回滾未提交的事務，即用來回滾事務的數據空間。當一個事務開始處理時，系統爲之分配回滾段，回滾段能夠動態建立和撤銷。系統有個默認的回滾段，其管理方式既能夠是自動的，也能夠是手工的。 
　　臨時段：它是Oracle在運行過程當中自行建立的段。當一個SQL語句須要臨時工做區時，由Oracle創建臨時段。一旦語句執行完畢，臨時段的區間便退回給系統。



 4．表空間（tablespace）
是數據庫的邏輯劃分。任何數據庫對象在存儲時都必須存儲在某個表空間中。表空間對應於若干個磁盤文件，即表空間是由一個或多個磁盤文件構成的。表空間至關於操做系統中的文件夾，也是數據庫邏輯結構與物理文件之間的一個映射。每一個數據庫至少有一個表空間（system tablespace），表空間的大小等於全部從屬於它的數據文件大小的總和。

（1）系統表空間（system tablespace）
是每一個Oracle數據庫都必須具有的。其功能是在系統表空間中存放諸如表空間名稱、表空間所含數據文件等數據庫管理所需的信息。系統表空間的名稱是不可更改的。系統表空間必須在任什麼時候候均可以用，也是數據庫運行的必要條件。所以，系統表空間是不能脫機的。 
系統表空間包括數據字典、存儲過程、觸發器和系統回滾段。爲避免系統表空間產生存儲碎片以及爭用系統資源的問題，應建立一個獨立的表空間用來單獨存儲用戶數據。

（2）SYSAUX表空間 
是隨着數據庫的建立而建立的，它充當SYSTEM的輔助表空間，主要存儲除數據字典之外的其餘對象。SYSAUX也是許多Oracle 數據庫的默認表空間，它減小了由數據庫和DBA管理的表空間數量，下降了SYSTEM表空間的負荷。

（3）臨時表空間 
相對於其餘表空間而言，臨時表空間（temp tablespace）主要用於存儲Oracle數據庫運行期間所產生的臨時數據。數據庫能夠創建多個臨時表空間。當數據庫關閉後，臨時表空間中全部數據將所有被清除。除臨時表空間外，其餘表空間都屬於永久性表空間。

（4）撤銷表空間 
用於保存Oracle數據庫撤銷信息，即保存用戶回滾段的表空間稱之爲回滾表空間（或簡稱爲RBS撤銷表空間（undo tablespace））。在Oracle8i中是rollback tablespace，從Oracle9i開始改成undo tablespace。在Oracle 10g中初始建立的只有6個表空間sysaux、system、temp、undotbs一、example和users。其中temp是臨時表空間，undotbs1是undo撤銷表空間。

（5）USERS表空間
用戶表空間，用於存放永久性用戶對象的數據和私有信息。每一個數據塊都應該有一個用戶表空間，以便在建立用戶是將其分配給用戶。