Oracle数据库的逻辑存储结构

oracle通过数据块管理数据文件中的存储空间。数据块是数据存储的最小单位。在操作系统中，数据都是以位的方式进行存储。 每个操作

本章主要介绍Oracle数据库的逻辑存储结构及其关系，包括以下内容
一、介绍data block，extent，segment
二、Data Block综述
三、Extent综述
四、Segment综述

一、介绍
数据块(Block)：数据块是oracle的存储单位，也叫逻辑块，oracle块，是物理磁盘的一个空间。
区(Extent)：一组数据块构成一个区。
段(Segment)：由一组区构成，被分配到一个特定的数据结构中，段只能存储于一个表空间中，不能跨越表空间存储
当构成一个段的所有区空间满了后，系统需要分配其他的区给该段以便存储数据，这些新增的区可能是临近的也可能不是临近的。
段以及构成段的所有区只能存在于一个表空间中，但是段是可以跨越数据文件的，而区是不能跨越数据文件的。
如果分配一个区到一个特定的场合，那么区所包含的数据块同时也被分配过去。
如果区没有被分配到一个特定的场合，那么他所对应的数据块只有在高水位线改变的时候才会被分配。
高水位线是段中使用和为使用空间的一个分界线。
二、数据块综述
oracle通过数据块管理数据文件中的存储空间。数据块是数据存储的最小单位。在操作系统中，数据都是以位的方式进行存储。
每个操作系统都有个block size，而oracle中的data block size是操作系统数据块大小的倍数。在oracle中，数据块的大小由
初始化参数db_block_size决定。

数据块包含了header（包含基本信息，比如块地址，段类型），table directory（），rowdirectory，free space，row data
其中header，table directory，row directory统称为overhead，overhead大小有些固定有些可变，平均下来overhead大小
在84--107bytes之间。
row data 包含 table data或者index data。row可以跨越block
free space分配给那些需要增加额外空间以便insert或者update 数据。
Free Space Management
可以手动或者自动管理。bitmap方式对空间进行管理。当创建本地化管理表空间后，段空间即为自动管理，同时在该表空间
创建的其他段也同样为自动管理。
当free space不连续时，向该段insert数据，oracle会对这些不连续的block进行压缩、接合处理，，这将降低数据库的性能，
因此仅到出现block不连续时，数据库才会做如此操作。
Row Chaining and Migrating
当一条记录特别大，一个block不足以存储时，oracle会把这条记录存储在多个block中，并且把这些block连接起来，当成一个block
处理，这种情况在long和long raw型中经常出现。
当一条记录存储在一个block中，现被update，该blcok的空闲空间被占满，那么oracle将把这条记录从以前的block中移动到一个
新的block中存储，row id将不会改变。
当以上两种情况发生时，I/O性能会降低，因为oracle查询这条记录时将扫描不止一个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定义一个数据块的最小空闲百分比。如在create table是设置了PCTFREE 20，那么这个segment中的每个数据块空间最多被insert占用到80%，剩下的20%，用来给update已经存在于该块中的数据用。
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定义一个数据块能被insert 时的该块最小的空间占用百分比。如在create table时设置了PCTUSED 40，那么只有当占用百分比小于40%时，该块才能再次被insert数据。
此时感觉PCTFREE和PCTUSED有些矛盾，且看下面的定义。
PCTFREE、PCTUSED一起作用
在一个新分配的块中能用于insert 的空间为块大小减去 块头（overhead）及PCTFREE空间的总和后剩下的空间。update可以使一个数据块的可用空间小于PCTFREE。
每个data segment或者index segment都有多个free list，只有那些空闲空间大于PCTFREE且使用空间小于PCTUSED的块才会存在于FREE list中，可被选用。当发起insert时，ORACLE会检查free list中第一个可用块，当该块的空闲空间不足以满足该insert,该块将被ORACLE从该free list中丢弃。当insert并发时，一个段有多样的freelist 可以减少对freelist的竞争。
当一个新的块被用来insert时，最多能被使用到80%的空间，剩下20%用来update已经存在于该块中的数据，当占用率到了80%以后，如果该块的使用率一直在40%以上，那么将不能在insert into 数据到该块中。只要当该块的使用率变化到40%以下时，该块才会出现在free list中，且该块才可能被再次insert into数据，且最多insert 到80%。
当delete或者update 发生后，oracle会检查该块的可用空间，如果可用空间小于PCTUSED时，该块将被放到freelist中的起始位置供该事务使用，当commit后，可以被其他的transaction使用。
三、extent 综述
extent是数据库分配存储空间的一个逻辑单位，extent组成segment，构成段的extent的空间被使用完后，数据块立即分配新的区给segment使用。
When Extents Are Allocated
当创建一个表时，Oracle会分配一个初始的且指定block数量的extent给这个segment，即便没有行数据被insert into 这个表，与初始区对应的数据块还是为这个表的行数据保留的。当初始区空间被占满，且需要更多的空间来满足需求时，oracle自动的分配incremental extent以满足需求。
Determine The Number and Size of Extent
Storage Parameter表达了每个段中区的定义。storage parameter适用各种类型的segment，他们控制了空闲空间是如何分配给段的，比如你可以确定一个数据表需要分配多大的空间做为了初始空间，或者你可以根据create table时指定的存储参数限制分配给段的区个数。如果没有给一个段指定存储参数，那么将适用tablespace 的一些默认存储参数。
不管区管理方式是否明确指定，由于本地化管理的方式在性能上由于数据字典管理方式，非system的永久表空间都是本地化方式管理（local managed）。
在建立表空间时如果指定uniform，则指定了表空间的区为统一的大小，如果指定autoallocate则表空间的区大小为系统自动管理，是可变的。
对于uniform的方式管理区，指定区大小也可以使用默认的区大小，默认区大小为1M，临时表空间只能使用这种方式对区进行管理。
对于system-manage的方式管理区，ORacle确定增加区的最佳大小为最小64K，永久使用的表空间都默认是对区进行自动管理的。
存储参数initial,next,minextents,pctincrease并不是在tablespace这一级指定，是在段这一级指定。
How Extents Are Allocated
根据是本地管理表空间还是数据字典管理表空间，oracle利用不同的运算法则来分配区。本地化管理表空间，Oracle为一个新的区分配空闲空间时，在表空间中的一个候选datafile中查找所需的临近的空闲空间的block数量，如果数量不能满足需求，那么将查找下一个datafile。注意，区是不能跨越数据文件的。
When Extents Are Deallocated
通常情况下，只有在drop对象时，所占用的空间才会被释放给相应的表空间。除非在以下情况：
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、当给回滚段指定了最佳大小时，oracle会周期性的释放回滚段的空间。
当区变成free时，如果是本地化管理表空间，oracle会修改位于数据文件中的位图（bitmap），如果是字典管理表空间oracle会更新数据字典。
Extents in nonclusterd Tables
当你对非聚簇执行delete 后，不会释放这个表所占用的extents，只有当你drop时ORacle才会回收所占用的extents给这个表空间的其他需要空间的段。
Extents in clusterd Tables
当对聚簇的一个表进行drop后，并不能释放分配给他的区，因为聚簇的数据并不是给一个表用的。还包括了其他表的数据。
Extents in materialized views and their logs
在物化视图及其日志中，对区的释放和表及聚簇方式一样。
Extents in index
drop index后，释放相应的区。
Extents in temporary Segments
Oracle 完成一个需要临时段的任务后，会自动释放这个临时段。当多重排序完成后，并不释放临时段，而是保持其对其他的排序可用。当一个事务完成后，Oracle会把临时段drop掉并且返回临时段所分配的空间给临时表空间。
Extents in Rollback Segments
Oracle会周期性的检查回滚段，看他们的大小是否超过了一个设定的最佳值，当超过最佳值后，Oracle自动的是否一个或多个区。
四、Segment综述
段是由区组成的，数据段由Oracle分配一个或者多个区组成，索引段也同样是由Oracle分配的一个或者多个区组成的。
本节包含以上内容：
数据段介绍
索引段介绍
临时段介绍
回滚段自动管理
Introduction to Data Segment
在Oracle数据库中，一个单一的数据段保存着所有的数据库，数据段有以下形式：
1、非分区表
2、分区表的分区
3、聚簇
当用CREATE创建一个表或者聚簇，Oracle为他们创建数据段。存储参数决定了构成数据段的区是如何分配的。可以用CREATE或者ALTER设置这些存储参数，这些存储参数影响了数据恢复和存储的效率。
Introduction to Index Segments
非分区索引有一个索引段，分区索引一个分区有一个索引段。用CREATE index 创建一个索引或者一个分区索引时，ORacle会自动创建一个索引段存储参数决定了索引段的区是如何分配的。可以设置这些存储参数，他们会影响数据恢复和存储的效率。
Introduction to Temporary Segments
当执行查询时，Oracle需要临时空间来供SQL的分解和执行。临时段是Oracle自动分配的磁盘空间。Oracle需要一个临时段作为数据库空间供排序用。当排序可以在内存中完成或者Oracle找到其他的方法利用索引完成，Oracle是不会创建临时段的。
需要临时段的操作：
1、create index
2、select....order by
3、select distinct ...
4、select ...group by
5、select ....union
6、select ....intersect
7、select ....minus
Oracle为临时表以及他们的临时索引分配临时段。与分配临时段给查询相比，分配临时段给临时表的方式是不一样的。
Introduction to UNDO Segments
ORACLE强烈推荐使用UNDO表空间来自动管理，而不是使用rollback segment来进行管理。可以查看v$undostat视图，监控和配置数据库系统所使用的undo space。