逻辑存储结构-段区块

数据库逻辑存储结构数据库的物理存储结构对应一系列的物理文件,这部分主要描述的是数据存储的实际位置,不过数据如果存储,是以什么结构存储到数据文件中,则取决于数据库的逻辑存储结构.Oracle数据库在执行操作时,并不是以数据文件为单位,而是从逻辑上定义出一组结构,操作的数据可以一步步细分不同的存储单元,oracle 操作数据的过程,实际上就是对这些不同级别的存储单元进行维护和管理的过程.--数据库的存储结构分为:段(segment).区(extent)和数据块(block)段(segment):段是数据库内占用空间的对象.它们使用数据库中数据文件内的空间.一个tablespace对应多个segment,一个segment只能对应一个tablespace,但可以跨越对应tablespace下的datafiles--段类型:●表(table):是数据库中最重要的段,也是数据库内存储数据的最常用方法.表段用于存储非集簇且未分区的表中的数据.表段中的所有数据都必需存储在一个表空间内.●表分区(table partition):当一个表的规模很大,且并发操作非常频繁时,可以把这样表划分成若干个分区(partition).而每个分区驻留在不同的表空间.每个分区的存储参数都可以单独定义.可以通过把每个分区放在不同磁盘上以提高并行操作的能力,从而达到改进系统效率的目的.对于分区表,当一个分区损坏了并不影响其他分区的操作.提示:要使用分区表,必需使用oracle的企业版分区表的选项(partitioning),oracle提供了大批专门命令来管理和操作分区表.●簇(cluster):簇与表一样,是一种数据段类型.簇内的行是基于键列值存储的.一个簇可以包含一个或多个表.一个簇的表属于同一个段并且共享相同的存储特性.可以通过索引或者三列算法来访问集簇表内的行.提示:簇少用,这样可以减少管理和维护的负担,也可以使跨IT平台的移植变的更加容易.●索引(index):索引段的目的是加快基于某一特殊(索引关键字)的查询速度,这样查询可以很快查找到某一个表中所需数据的准确位置.一个特定索引的所有索引记录都记录在一个索引段中.如在吗果一个表有三个索引,那么就会有三个对应的索引段,SQL> conn erm/ermConnected.SQL> select * from tab;no rows selectedSQL> select segment_name,segment_type from user_segments; <==使用user_segments视图查看段类型(segment_type) no rows selectedSQL> create table t (id int primary key,name char(10)); <== 此表里有一个主键,建立主键自动创建索引.Table created.SQL> select segment_name,segment_type from user_segments;SEGMENT_NAME SEGMENT_TYPE------------------------------ ---------------SYS_C005144 INDEX <==t表主键的索引段T TABLE●索引分区(index partition):当在一个大型或超大型表上创建索引时,那这个索引也可能很大,所以也可以像分区表一样,将该索引划分为若干个分区,每个索引分区为一单独的段.这样一个索引可以分布在不同的表空间上.但每个索引分区(段)只能存放在一个表空间中.●索引表(index-organized table):如果用户的查询主要是基于索引关键字,那么在索引树的叶子节点中的数据行的地址部分可以存放真正的数据,这种存储结构称为索引表.索引表优点:可以大大的加快基于索引关键字的查询索引表缺点:索引表这种存储结构不适合DML(数据操纵语句)操作非常频分的表DML语言不隐含commit语句的,因此需要用户手动提交对数据库的修改.●临时段(temporary segment):当在SQL语句中使用了诸如ORDER BY,GROUP BY或DISTINCT等语句或关键字时,oracle就要试着在内存中进行排序,如果内存中排不下就把中间的结果写到磁盘上,该磁盘区就是临时段.●还原段(undo segment):还原段9i之前称为回滚段(rollback segment),用来存放事务(transaction)对数据库所做的改变.oracle涉及到一致性读操作.也就是当一个用户对一个表进行修改,而这时另一个用户对表做DML操作时,对任何数据块或索引块改变之前,所有的原始值都将存放到还原段中.这样做不但允许用户可以还原所做的变化,而且还可以在另一个用户对数据进行DML操作的同时,允许对该行数据进行读操作(读的是存放到还原段的原来的数据)●大对象段(LOB segment):大对象(LOB)数据类型是从8i开始引入的,用户存储例如大的正文文档,图像或音像信息的.在一个表中可以有一列或多列LOB数据类型.如果LOB类型的列很大.oracle就会将该列的值单独存放在另一个段中,该段就称为大对象段,在表中只包含一个指向相应大对象数据的指针(地址)●嵌套表(nested table):嵌套表是一种特殊表,该表中某一列又由一个用户定义的表组成,即表中套表,被称为嵌套表的内表呗存放在另外一个段中嵌套表少用●自举段(bootstrap segment):是在数据库被创建时由sql.bsq脚本创建,也被称作为高速缓存段.自举段DBA无法查询或修改,并且不需要dba维护.--存储子句优先级:●段级别定义了存储参数,将大于表空间定义的存储参数,但表空间一级的参数MINIMUM EXTENT或UNIFORM SIZ除外.●当段没有显示的定义存储参数,将默认为表空间一级做定义的参数●当表空间一级没有显示的定义存储参数,则使用oracle系统默认的存储参数注意事项:●如果指定了表空间的最小区(minimum extent)大小,则该大小适用于将来分配给该表空间内段的所有区.某些参数不能在表空间一级定义,而只能在段级别定义●如果对存储参数进行了修改,新的存储参数只适用于还没有分配的区--区的管理区是表空间内某个段使用的一块空间,它是由连续的oracle数据块组成.引入区的目的:为了提高系统的效率,利用区来进行磁盘空间分配可以大大的减少磁盘分配的次数.oralce的磁盘分配算法是一个递归算法.而递归算法效率本身就比较低,减少磁盘分配的次数,也就等于减少了该递归发`算法使用的次数.当段处于以下情况时分配区●当一个段被创建时(created)时●当一个段被扩展(extended)时●当一个段被改变时(altered)时当段处于以下情况时回收区●当一个段被删除(dropped)时●当一个段被改变时●当一个段被截断(truncated)时<==删除表数据,并且释放数据块空间创建表空间时,在该表空间中的数据文件就包含了一个文件头,这个头就是该数据文件的第一个或前几个数据块.段所使用的的连续磁盘空间被称作使用区(used extent)未使用的称作空闲区(free extent),当一些段释放了磁盘空间时,这些释放的区段就被添加到所在表空间中可以使用的空闲区中.--数据库块:oracle最小的存储单位就是数据库块,也称作oracle数据库块.oracle数据块是由一个或多个操作系统块组成,其大小在表空间创建时,设置DB_BLOCK_SZIE为默认oracle数据块的大小.可以使用命令在操作系统级别查看数据库参数文件里默认的db_block_size值或是从数据库里使用dba_tablespaces视图来查看当前数据块大小[oracle@fs11 ~]$ strings $ORACLE_HOME/dbs/spfilemfs.ora |grep -i db_block <==grep –i -i参数表示不区分大小写*.db_block_size=8192 或SQL> show parameter db_block_size <==在数据库里查看参数NAME TYPE VALUE------------------------------------ ----------- ------------------------------ 或db_block_size integer 8192SQL> select TABLESPACE_NAME,BLOCK_SIZE from dba_tablespaces; 在数据库里使用dba_tablespaces视图--数据块大小在8i前的版本中,oracle只能有一种数据块,其大小由DB_BLOCK_SIZE设定,9i版本开始,支持多种数据块大小,9i开始oracle数据库可使用一个标准数据块和4个非标准数据块.--标准数据块标准数据块的大小被用于系统表空间和临时表空间.数据库中标准数据块的大小是在数据库创建时,由初始化参数DB_BLOCK_SIZE设置,如果要修改标准块大小,只能重建数据库提示:除非有特别的说明,一般将最常用的数据块大小选为标准数据块大小,而且标准块大小还用作表空间默认块大小.如果没有说明,默认数据块的大小是是与操作系统相关的,在一般情况下这个默认值最合适.非标准数据块的大小为2的次方,其值在2-32kb之间,即2,4,8,16,32提示:虽然非标准块为2,4,8,16,32 共五种,但一般32位的windows或linux操作系统上oracle数据块使用的是8,所以在32位系统中,非标准DB_CACHE_SIZE参数用来执行标准块大小缓冲区的高速缓冲区大小,它的最小值为一个granule(颗粒)(4MB or 16MB) 默认值为48MB.该高速缓存的数据块大小为标准块大小,由DB_BLOCK_SIZE所定义.8i之前版本中的DB_BLOCK_BUFFERS初始化参数已被DB_CHCHE_SIZE初始化参数所取代.提示:granule是一个连续虚拟内存分配单位,granule的大小取决于估算的SGA的总大小,这个总大小是根据SGA_MAX_SIZE的参数值计算的,如果估算的SGA的大小<128MB,则为4MB;否则为16MB.--非标准块大小使用以下动态参数配置附加高速缓存◆DB_2K_CACHE_SIZE 用于 2 KB blocks◆DB_4K_CACHE_SIZE 用于 4 KB blocks◆DB_8K_CACHE_SIZE 用于 8 KB blocks◆DB_16K_CACHE_SIZE 用于 16 KB blocks◆DB_32K_CACHE_SIZE 用于 32 KB blocks提示:数据块大小还受到IT平台的一些限制,如果使用的IT平台上最小块为2KB,那么就不能设置DB_2K_CACHE_SIZE;以此类推,IT平台设置了2,4,8,16,32,其中任意一个,那DB_nK_CACHE_SIZE就不能设置相同的值. DB_nK_CACHE_SIZ默认值为0--多种数据块大小的规则●一个分区对象的所有分区(partition)必需存在相同块大小的表空间中●所有临时表空间,包括被用作默认临时表空间的的永久表空间都必需是标准块大小●索引表的overflow(溢出)和外部LOB段可以存储在块大小与基表不同的表空间中.--创建非标准块大小的表空间通过在CRTATE TABLESPACE语句中使用BLOCKSIZE nK或BLOCKSIZE n子句来创建非标准块大小的表空间,n为整数,单位为字节,如果使用后缀为K,单位为KB.为了使用这一语句,必须首先设置DB_CACHE_SIZE和至少一个DB_nK_CACHE_SIZE参数,而且该子句中的正整数也必须与所对应的DB_nK_CACHE_SIZE参数中的正整数n相同.如果没有设置或不匹配会在创建非标准块表空间时报错SQL> show parameter db_block_sizeNAME TYPE VALUE------------------------------------ ----------- ------------------------------db_block_size integer 8192SQL> show parameter db_16NAME TYPE VALUE------------------------------------ ----------- ------------------------------db_16k_cache_size big integer 0SQL> create tablespace tbs2 datafile3 '/u01/app/oracle/oradata/mfs/tbs_01.dbf'4 size 10m blocksize 16k;create tablespace tbs*ERROR at line 1: 第 1 行出现错误:ORA-29339: tablespace block size 16384 does not match configured block sizesORA-29339: 表空间块大小 16384 与配置的块大小不匹配提示:能不创建非标准块就不创建,因为使用非标准块大小的表空间会增加内存的开销.--创建非标准块步骤:SQL> show parameter db_block_sizeNAME TYPE VALUE------------------------------------ ----------- ------------------------------db_block_size integer 8192SQL> show parameter db_16 <==查看db_nk_cache_size其中一个值NAME TYPE VALUE------------------------------------ ----------- ------------------------------db_16k_cache_size big integer 0SQL> alter system set db_16k_cache_size=4M; <==设置SQL> create tablespace tbs datafile '/u01/app/oracle/oradata/mfs/tbs_01.dbf' size 10m blocksize 16k;SQL> select tablespace_name,block_size,contents from dba_tablespaces;TABLESPACE_NAME BLOCK_SIZE CONTENTS------------------------------ ---------- ---------SYSTEM 8192 PERMANENTUNDOTBS1 8192 UNDO……USERS 8192 PERMANENTTBS 16384 PERMANENT <==创建的非标准块表空间的块大小--数据块结构●数据块头:包含块的一些属性信息,如块的物理位置,块所属的段的类型(如数据段,索引段,回滚段等)和事务槽.事务槽是在事务修改数据块中的数据行时使用的,头部从上往下增长●表目录:块中存储的数据为表数据,表目录中保存关于这个表的相关信息●行目录:块中存储的数据为表数据,表目录中保存数据行的相关信息提示:一个块中可能包含多条表记录,也可能只保存某条记录的一部分,这要视记录的长度及该块的空间分配情况而定.数据块头,表目录和行目录组成了块的头部信息,这部分并不存储数据库中的实际数据,而是用来记录该块的逻辑结构,而且这部分占用的空间并不是固定的,平均大概占用84-107个字节的空间.是从上往下增加●行记录(数据空间/已用空间):数据块中已被写入数据的区域,当数据被删除时,这部分空间会被转换成空闲空间.提示:行记录/行数据是从下往上插入到块中●空闲空间:当前块的可用空间,是块中尚未使用的存储空间.当对现有数据进行update或insert新数据到块中时,就是从这部分空间分配容量用来写入数据.如果执行update操作时,块中的空间已经不足以存储修改的数据,那么记录就将被保存到另外一个拥有足够空间的块中,而只在原块保留一条指向新块的rowid,这种现象就是行迁移(row migration)提示:数据块存储的数据不影响块的内部机构.不管块中存储的是什么数据类型,块的内部结构都是相同的.提示:最初,块内的空闲空间是连续的,但是,删除和更新会使块内的空闲空间产生碎片.oracle服务器可以在需要时合并块内的空闲空间.--数据块的空间管理●手动管理●自动管理(ASSM automatic segment space management)为了更有效的管理和控制oracle数据块的各个部分,oracle引入了4个参数这个四个参数可以用来控制数据块段的空间使用,也可以控制索引段中的空间.它们又被分为控制并行操作的参数和控制数据空间使用的参数两类控制并行操作的参数:INITRANS和MAXTRANS在了解这两个参数前,先了解下数据块中与事务有关的数据行和块头的结构在数据块中每一数据行的头部有一个锁位,该锁位只记录了该行在事务中所使用的事务槽号,而事务槽是在数据块头中,有关事务的控制信息都放在了事务槽中.oracle是通过每一行的锁位中事务槽号在数据块头中找到所对应的事务槽,并利用该槽中的信息来完成该数据行的事务控制.事务槽是用来存储与当前改变数据块的事务有关的信息.每一个事务只使用一个事务槽,即使这个事务正在修改行数据或多行索引记录.●INITRANS;定了创建数据块或索引块时事务槽的初始值.此参数用来保证最低水平的并行操作.对数据段默认值为1,对索引段默认值为2.如果该参数被设置被设置为8,那么oracle服务器就能在任何时候都保证在一个数据块中可以有最多8个并行的事务.●MAXTRANS;定义了创建数据块或索引块时事务槽的最大值.如果并行的事务很多,所需要的事务槽个数可能超过INITRANS所设定的初始值,oracle会在块头中分配更多的事务槽,其数量的上线就是MAXTRANS所定的值,默认值为255提示:并行操作与数据块哦你关键利用率是相互矛盾的,如果将INITRANS和MAXTRANS设置的过大,这样不仅并行操作改进了,而且系统的效率也有所提高,但是由于数据块头的加大而使在数据块中所存储的数据减小.意见:没必要就不要改变它们的默认值控制数据空间使用的参数:PCTFREE和PCTUSED,这两个参数来管理数据块--手工数据块的管理Oracle允许通过使用如下参数来手工配置数据块以便更有效的管理和控制数据块中的磁盘空间的使用(在这里的数据块既可以包括数据段的块,也包括索引段中的块)●PCTFREE:该参数定义在每个数据块中预留空间的百分比.这部分空间只是在数据块中的数据行进行修改操作(update)而造成的增长时使用.默认值为10%●PCTUSED:该参数用来定义每个数据块中已经使用的空间百分比.只有当一个数据块中所使用的空间低于这一参数所设定值时,oracle才将这一数据块放入空闲队列.默认值40%●FREELISTS:该参数用来在一个段中定义空闲队列(free list)的个数.空闲队列是一个数据块的列表,这些数据块将被用作插入操作的候选数据块.在默认情况下,创建一个段时只有一个空闲队列.根据需要可以通过设置FREELISTS参数在一个段中创建多个空闲队列使用这些参数目的是为了提高系统的效率参数使用说明当PCTFREE小于或等于20%时不能插入,而当PCTUSED=40%时可以插入数据--行迁移与行连接行迁移(row migration):举例说明,某个数据块中已经存放如了n行记录,其中某条记录需要进行更新操作,被更新的值较多,在写入到数据块时,发现该数据块中的空闲空间已经不足以存储更新后的行记录,在这种情况下oracle不得不把这行记录从原数据块中移出来,存储到另外一个具有足够空间的数据块中.不过oracle并不是简单的将记录移走,因为有些对象如索引仍然保存着该条记录对应的位置,而从块中移动记录并不会触发索引的自动维护,为了确保该记录的实际存储位置发生迁移后,通过索引还能找到该条记录,oracle在移走该记录的是同时,还会在原块保留地址的一个指向.也就是留一个指针.行迁移造成的影响.当通过索引访问那条记录时,原来根据索引中记录的rowid即可通过一次I/O找到目标,不过现在只能找到目标数据的一个地址指针,因此不得不通过再一次I/O找到记录所在的新的位置,相当于查询时I/O负载提高了1倍行迁移的记录在数据库中比较高,那么系统的性能就会被明显拖累,因此降低数据库中的行迁移现象,是数据库调优的一项重要操作,通过适当设置块的PCTFREE参数值,可以在一定程度上降低产生迁移的机率,但并不可能完全杜绝.行连接(row chaining):当表中记录的长度超出了块大小时,就必然会产生行连接的情况.如当前块大小设置为8KB,如果某个表包含2个VARCHAR2(4000)的列并写满数据,对于这种记录,一个块无论如何也是放不下的,记录必然会被存储到多个块中.这种情况下,oracle就要在块中标记出该行记录连接的另一个块的位置.对于表中的列较多,或者含有大类型字段都极有可能出现这种情况,可以视为正常存储现象--自动管理块大小/自动管理段空间自动的段空间管理是一种在数据库段内部管理空闲空间的方法.该方法使用位图而不是使用空闲队列来追踪段内的空闲和使用空间.特点:●管理上的便利,因为PCTUSED,PCTFREE和FREELISTS等参数都是自动管理的●较好的空间利用,这种方法中所有对象,特别是行的尺寸变化很大的对象的空间利用率会更有效●并行插入(insert)操作性能有较大改进,改进了对并发访问变化的运行时调整限制:不能用于包含LOB的表空间1.自动的段空间管理,是使用位图(一个字节有8位,每个位两种状态0和1)来管理磁盘空间2.在一个自动管理的表空间中所有的位图管理段包含了一个位图,3.该位图描述了段中每一块与可获得可用空间相关的状态.4.这个位图存放在一组单独的数据块中,这组数据块被称为位图块(BMBs)5.插入新的一行时,服务器检索位图以找到一个具有足够空间的块6.当块中的可用空间数量发生变化时,位图中就会反映出它的新状态.--创建自动管理段空间*注意*自动的段空间管理,只能在表空间一级,而且是本地管理的表空间才能开启自动的段空间管理.在创建表空间时,在创建本地管理表空间命令中加入SEGMENT SPACE MANAGEMENTAUTO子句就可以完成自动段空间爱你管理配置SQL> create tablespace tbs2 datafile '/u01/app/oracle/oradata/mfs/tbs2_01.dbf' size 10M2 extent management local uniform size 1m segment space management auto;SQL> select tablespace_name,block_size,extent_management,segment_space_management2 from dba_tablespaces where lower(TABLESPACE_NAME)='tbs2';TABLESPACE_NAME BLOCK_SIZE EXTENT_MAN SEGMEN------------------------------ ---------- ---------- ------TBS2 8192 LOCAL AUTOSQL> select tablespace_name,block_size,extent_management,segment_space_management from dba_tablespaces;TABLESPACE_NAME BLOCK_SIZE EXTENT_MAN SEGMEN------------------------------ ---------- ---------- ------SYSTEM 8192 LOCAL MANUALUNDOTBS1 8192 LOCAL MANUAL……TBS 16384 LOCAL AUTOTBS2 8192 LOCAL AUTO因为数据字典dba_tablespaces的segment_space_management一列值为AUTO说明此表空间是一个自动管理的表空间--高水位线(High-warter mark, HWM)在Oracle数据的存储中，可以把存储空间想象为一个水库，数据想象为水库中的水。