Oracle數據塊原理深入剖析

轉自:http://database.51cto.com/art/200903/113373.htm

數據塊(Oracle Data Blocks),本文簡稱爲“塊”,是Oracle最小的存儲單位,Oracle數據存放在“塊”中。一個塊佔用一定的磁盤空間。特別注意的是,這裏的“塊”是Oracle的“數據塊”,不是操作系統的“塊”。

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。如果Oracle請求的數據量不到一塊,Oracle也會讀取整個塊。所以說,“塊”是Oracle讀寫數據的最小單位或者最基本的單位。

塊的標準大小由初始化參數DB_BLOCK_SIZE指定。具有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同的塊叫非標準塊(Nonstandard Block)。同一數據庫中,Oracle9i及以上版本支持同一數據庫中同時使用標準塊和非標準塊。Oracle允許指定5種非標準塊(Nonstandard Block)。

操作系統每次執行I/O的時候,是以操作系統的塊爲單位;Oracle每次執行I/O的時候,都是以Oracle的塊爲單位。
Oracle數據塊大小一般是操作系統塊的整數倍。

數據塊的格式(Data Block Format)

塊中存放表的數據和索引的數據,無論存放哪種類型的數據,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,
如下圖所示。 

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(是數據段還是索引段)。 表目錄(Table Directory):存放表的信息,即:如果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):如果塊中有行數據存在,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):我們把塊頭(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。一般來說,頭部信息區的大小介於84字節(bytes)到107字節(bytes)之間。

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少;當對塊中已經存在的行進行修改(UPDATE)的時候(使記錄長度增加),塊中的自由空間也會減少。

DELETE語句和UPDATE語句會使塊中的自由空間增加。當使用DELETE語句刪除塊中的記錄或者使用UPDATE語句把列的值更改成一個更小值的時候,Oracle會釋放出一部分自由空間。釋放出的自由空間並不一定是連續的。通常情況下,Oracle不會對塊中不連續的自由空間進行合併。因爲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)操作,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

行鏈接和行遷移(Row Chaining and Migrating)

行鏈接(Row Chaining):如果我們往數據庫中插入(INSERT)一行數據,這行數據很大,以至於一個數據塊存不下一整行,Oracle就會把一行數據分作幾段存在幾個數據塊中,這個過程叫行鏈接(Row Chaining)。如下圖所示: 


如果一行數據是普通行,這行數據能夠存放在一個數據塊中;如果一行數據是鏈接行,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操作使這條記錄變長,這時候,Oracle在這個數據塊中進行查找,但是找不到能夠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。行遷移的原理如下圖所示: 

無論是行鏈接還是行遷移,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。

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

◆可以對空間進行實時調整

塊中自由空間的手動管理

用戶可以通過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,容易造成塊中空間的浪費。

PCTFREE參數用於指定塊中必須保留的最小空閒空間百分例。之所以要預留這樣的空間,是因爲UPDATE時,需要這些空間。如果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)。
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。只有有效的塊才被允許插入數據。

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