Oracle數(shù)據(jù)塊原理深入剖析-入門基礎(chǔ)時(shí)間:

數(shù)據(jù)塊(Oracle Data Blocks)，本文簡稱為“塊”，是Oracle最小的存儲(chǔ)單位，Oracle數(shù)據(jù)存放在“塊”中。一個(gè)塊占用一定的磁盤空間。特別注意的是，這里的“塊”是Oracle的“數(shù)據(jù)塊”，不是操作系統(tǒng)的“塊”。

　　Oracle每次請求數(shù)據(jù)的時(shí)候，都是以塊為單位。也就是說，Oracle每次請求的數(shù)據(jù)是塊的整數(shù)倍。如果Oracle請求的數(shù)據(jù)量不到一塊，Oracle也會(huì)讀取整個(gè)塊。所以說，“塊”是Oracle讀寫數(shù)據(jù)的最小單位或者最基本的單位。

　　塊的標(biāo)準(zhǔn)大小由初始化參數(shù)DB_BLOCK_SIZE指定。具有標(biāo)準(zhǔn)大小的塊稱為標(biāo)準(zhǔn)塊(Standard Block)。塊的大小和標(biāo)準(zhǔn)塊的大小不同的塊叫非標(biāo)準(zhǔn)塊(Nonstandard Block)。同一數(shù)據(jù)庫中，Oracle9i及以上版本支持同一數(shù)據(jù)庫中同時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)塊和非標(biāo)準(zhǔn)塊。Oracle允許指定5種非標(biāo)準(zhǔn)塊(Nonstandard Block)。

　　操作系統(tǒng)每次執(zhí)行I/O的時(shí)候，是以操作系統(tǒng)的塊為單位;Oracle每次執(zhí)行I/O的時(shí)候，都是以Oracle的塊為單位。

　　Oracle數(shù)據(jù)塊大小一般是操作系統(tǒng)塊的整數(shù)倍。

　　數(shù)據(jù)塊的格式(Data Block Format)

　　塊中存放表的數(shù)據(jù)和索引的數(shù)據(jù)，無論存放哪種類型的數(shù)據(jù)，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),空余空間(Free Space)和行數(shù)據(jù)(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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)被存放在這個(gè)塊中，那么，這些表的相關(guān)信息將被存放在“表目錄”中。

　　行目錄(Row Directory)：如果塊中有行數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)(Row Data)：是真正存放表數(shù)據(jù)和索引數(shù)據(jù)的地方。這部分空間是已被數(shù)據(jù)行占用的空間。

　　空余空間(Free Space)：空余空間是一個(gè)塊中未使用的區(qū)域，這片區(qū)域用于新行的插入和已經(jīng)存在的行的更新。

　　頭部信息區(qū)(Overhead)：我們把塊頭(header/Common and Variable),表目錄(Table Directory),行目錄(Row Directory)這三部分合稱為頭部信息區(qū)(Overhead)。頭部信息區(qū)不存放數(shù)據(jù)，它存放的整個(gè)塊的信息。頭部信息區(qū)的大小是可變的。一般來說，頭部信息區(qū)的大小介于84字節(jié)(bytes)到107字節(jié)(bytes)之間。

　　數(shù)據(jù)塊中自由空間的使用

　　當(dāng)往數(shù)據(jù)庫中插入(INSERT)數(shù)據(jù)的時(shí)候，塊中的自由空間會(huì)減少;當(dāng)對(duì)塊中已經(jīng)存在的行進(jìn)行修改(UPDATE)的時(shí)候(使記錄長度增加)，塊中的自由空間也會(huì)減少。

　　DELETE語句和UPDATE語句會(huì)使塊中的自由空間增加。當(dāng)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(gè)更小值的時(shí)候，Oracle會(huì)釋放出一部分自由空間。釋放出的自由空間并不一定是連續(xù)的。通常情況下，Oracle不會(huì)對(duì)塊中不連續(xù)的自由空間進(jìn)行合并。因?yàn)楹喜?shù)據(jù)塊中不連續(xù)的自由空間會(huì)影響數(shù)據(jù)庫的性能。只有當(dāng)用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)插入(INSERT)或者更新(UPDATE)操作，卻找不到連續(xù)的自由空間的時(shí)候，Oracle才會(huì)合并數(shù)據(jù)塊中不連續(xù)的自由空間。

　　對(duì)于塊中的自由空間，Oracle提供兩種管理方式：自動(dòng)管理，手動(dòng)管理

　　行鏈接和行遷移(Row Chaining and Migrating)

　　行鏈接(Row Chaining)：如果我們往數(shù)據(jù)庫中插入(INSERT)一行數(shù)據(jù)，這行數(shù)據(jù)很大，以至于一個(gè)數(shù)據(jù)塊存不下一整行，Oracle就會(huì)把一行數(shù)據(jù)分作幾段存在幾個(gè)數(shù)據(jù)塊中，這個(gè)過程叫行鏈接(Row Chaining)。如下圖所示：

　　如果一行數(shù)據(jù)是普通行，這行數(shù)據(jù)能夠存放在一個(gè)數(shù)據(jù)塊中;如果一行數(shù)據(jù)是鏈接行，這行數(shù)據(jù)存放在多個(gè)數(shù)據(jù)塊中。

　　行遷移(Row Migrating)：數(shù)據(jù)塊中存在一條記錄，用戶執(zhí)行UPDATE更新這條記錄，這個(gè)UPDATE操作使這條記錄變長，這時(shí)候，Oracle在這個(gè)數(shù)據(jù)塊中進(jìn)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(shù)據(jù)移到一個(gè)新的數(shù)據(jù)塊。原來的數(shù)據(jù)塊中保留一個(gè)“指針”，這個(gè)“指針”指向新的數(shù)據(jù)塊。被移動(dòng)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(huì)影響數(shù)據(jù)庫的性能。Oracle在讀取這樣的記錄的時(shí)候，Oracle會(huì)掃描多個(gè)數(shù)據(jù)塊，執(zhí)行更多的I/O。

　　塊中自由空間的自動(dòng)管理

　　Oracle使用位圖(bitmap)來管理和跟蹤數(shù)據(jù)塊，這種塊的空間管理方式叫“自動(dòng)管理”。自動(dòng)管理有下面的好處：

　　◆易于使用

　　◆更好地利用空間

　　◆可以對(duì)空間進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整

　　塊中自由空間的手動(dòng)管理

　　用戶可以通過PCTFREE, PCTUSED來調(diào)整塊中空間的使用，這種管理方式叫手動(dòng)管理。相對(duì)于自動(dòng)管理，手動(dòng)管理方式比較麻煩，不容易掌握，容易造成塊中空間的浪費(fèi)。

　　PCTFREE參數(shù)用于指定塊中必須保留的最小空閑空間百分例。之所以要預(yù)留這樣的空間，是因?yàn)?/span>UPDATE時(shí)，需要這些空間。如果UPDATE時(shí)，沒有空余空間，Oracle就會(huì)分配一個(gè)新的塊，這會(huì)產(chǎn)生行遷移(Row Migrating)。

　　PCTUSED也是用于設(shè)置一個(gè)百分比，當(dāng)塊中已使用的空間的比例小于這個(gè)百分比的時(shí)候，這個(gè)塊才被標(biāo)識(shí)為有效狀態(tài)。只有有效的塊才被允許插入數(shù)據(jù)。

文章轉(zhuǎn)載自網(wǎng)管網(wǎng)：http://www.bitscn.com/pdb/oracle/200904/160356.html

ORACLE塊的分析
（一）
一直以來對(duì)“塊”的概念總是含混不清，從字面意義理解，只知道這是ORACLE存放數(shù)據(jù)的最小單位，然而它的內(nèi)部世界如何呢，本人打算從今天開始連載幾篇文檔，對(duì)它進(jìn)行深度分析。
通過很多文檔、資料，了解到了數(shù)據(jù)庫基本結(jié)構(gòu)魚刺圖：
基本上每個(gè)對(duì)象對(duì)應(yīng)一個(gè)段（ Segment），只有分區(qū)對(duì)應(yīng)多個(gè)段，這里的對(duì)象包括table，index，partition等等，段可以跨越多個(gè)數(shù)據(jù)文件。
每個(gè)段又有多個(gè)區(qū)（extent）來組成，這些區(qū)不能跨越多個(gè)數(shù)據(jù)文件，同時(shí)在系統(tǒng)使用過程中自動(dòng)擴(kuò)展。
最后是塊（block），所有的數(shù)據(jù)都是存放在塊中。為了適應(yīng)操作系統(tǒng)，每個(gè)塊在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的時(shí)候默認(rèn)了一個(gè)大小，這個(gè)大小一般是8K，同時(shí)在9I及其以 后的版本中增加了不同大小的塊參數(shù)，這將在以后的實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)。先說說這個(gè)8K大小的塊，一般來說，為了使得oracle運(yùn)行讀寫數(shù)據(jù)文件的時(shí)候有一個(gè)合理 的吞吐量，這里的塊大小，都跟操作系統(tǒng)塊大小設(shè)為整數(shù)倍，例如ntfs格式化的磁盤文件，每個(gè)物理塊大小為4，這里oracle的塊大小為8，即是代表每 讀取一個(gè)oracle塊，其實(shí)物理上也就是讀取了兩個(gè)操作系統(tǒng)塊。 這里主要指的是數(shù)據(jù)文件存放在塊設(shè)備上，在實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境中，大部分情況都是將數(shù)據(jù)庫安裝在裸設(shè)備（RAW）也叫做原始分區(qū)之上。關(guān)于RAW將在以后進(jìn)行 講解。
  
通過上面這段文字，我們可以了解到ORACLE基本的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，下一篇將針對(duì)塊的大小與存放數(shù)據(jù)大小來做實(shí)驗(yàn)。
（二）
上一節(jié)了解到了ORACLE的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，這節(jié)講一講塊的大小與數(shù)據(jù)存放之間的關(guān)系。
大家都知道了在ORACLE環(huán)境中，所有的對(duì)象都是存放在塊中，這個(gè)塊大小與存放的記錄之間到底存在怎樣的關(guān)系呢？
做一個(gè)實(shí)驗(yàn)看看：
創(chuàng)建一個(gè)表空間test
create tablespace test datafile '/oracle/oradata/test.dbf' size 100m;
創(chuàng)建一個(gè)用戶
create user test identified by test default tablespace test;
創(chuàng)建一個(gè)表
create table test.t1 (a1 number,a2 varchar2(100));
檢查段，可以發(fā)現(xiàn)在這個(gè)視圖中出現(xiàn)了名稱為T的段，段類型為TABLE，這個(gè)段里面分配了1個(gè)區(qū)，其中包含8個(gè)塊，大小為64K字節(jié)。
select segment_name,blocks,extents,bytes,segment_type,tablespace_name from dba_segments where owner='TEST';
SEGMENT_NAME     BLOCKS    EXTENTS      BYTES SEGMENT_TYPE       TABLESPACE_NAME
---------- ---------- ---------- ---------- ------------------ ----------
T                   8          1      65536 TABLE              TEST
檢查區(qū)，可以發(fā)現(xiàn)在這個(gè)視圖中出現(xiàn)了一個(gè)區(qū)，區(qū)號(hào)為0，包含8個(gè)塊，大小為64K字節(jié)。
select segment_name,segment_type,extent_id,blocks,bytes from dba_extents where owner='TEST';
SEGMENT_NAME SEGMENT_TYPE        EXTENT_ID     BLOCKS      BYTES
---------- ------------------ ---------- ---------- ----------
T          TABLE                       0          8      65536        
檢查塊，可以發(fā)現(xiàn)這里沒有載入到內(nèi)存的塊，由此斷定，在數(shù)據(jù)未寫入的時(shí)候，內(nèi)存中并沒有存放數(shù)據(jù)的塊。
select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where ts#=12;
未選定行
插入10行數(shù)據(jù)，進(jìn)行測試。
SQL> declare
  2  i number
  3  ;
  4  begin
  5  for i in 1..10 loop
  6  execute immediate 'insert into test.t values (:x,:y)' using i,i;
  7  end loop;
  8  end;
  9  /
PL/SQL 過程已成功完成。
再次查看v$bh視圖，檢查內(nèi)存中是否使用到了塊。
select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where ts#=12;
     FILE#     BLOCK#     CLASS# STATU        XNC       OBJD
---------- ---------- ---------- ----- ---------- ----------
         1      28089          4 xcur           0      11038
         1      28090          1 xcur           0      11038
哈哈，果然出現(xiàn)了數(shù)據(jù)，說明在數(shù)據(jù)插入的表的時(shí)候在內(nèi)存中已經(jīng)載入了分配的塊，同時(shí)在這些塊中寫入了數(shù)據(jù)，這里占用了兩個(gè)塊，塊號(hào)分別為28089，28090，其中我們可以根據(jù)CLASS#來判斷出他們屬于不同類型。
（三）
這一節(jié)緊接著上一節(jié)來說。
上一節(jié)通過實(shí)驗(yàn)，我們了解到，塊的創(chuàng)建和讀取流程，不過只是針對(duì)一個(gè)會(huì)話的，現(xiàn)在我們來看看在一個(gè)會(huì)話中插入數(shù)據(jù)之后，同時(shí)在另外一個(gè)會(huì)話查詢數(shù)據(jù)，這樣的情況會(huì)對(duì)塊有什么影響。
打開一個(gè)新的會(huì)話， 然后執(zhí)行如下命令：
查詢表，由于插入數(shù)據(jù)的事務(wù)沒有提交，這里在另外的會(huì)話中就看不到任何數(shù)據(jù)，深深體現(xiàn)了ORACLE的多版本一致性
select * from test_gao.t;
未選定行
查詢視圖v$bh，看是否有了變化
select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where ts#=12;
      FILE#     BLOCK#     CLASS# STATU        XNC       OBJD
---------- ---------- ---------- ----- ---------- ----------
         1      28089          4 xcur           0      11038
         1      28090          1 cr             0      11038
         1      28090          1 cr             0      11038
         1      28090          1 xcur           0      11038
果然和上一節(jié)查詢出來的結(jié)果不同，多了紅色字體標(biāo)識(shí)出來的兩行，大家可以看到這兩行的STATUS字段值為cr，什么是cr呢？它是Consistency Read（一致性讀取）的縮寫。從這里可以看出28090這個(gè)塊被兩個(gè)會(huì)話進(jìn)行了操作。
在第一個(gè)會(huì)話中回滾事務(wù)會(huì)發(fā)生什么呢？看下面的操作：
會(huì)話1：執(zhí)行rollback
SQL> rollback;
回退已完成。
再次查詢v$bh視圖，看看什么情況
  select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where objd=11038;
     FILE#     BLOCK#     CLASS# STATU        XNC       OBJD
---------- ---------- ---------- ----- ---------- ----------
         1      28089          4 xcur           0      11038
         1      28090          1 cr             0      11038
         1      28090          1 cr             0      11038
         1      28090          1 xcur           0      11038
結(jié)果還是一樣，說明在事務(wù)回滾之后，塊還是處于一致讀取的狀態(tài)。
（四）
我們繼續(xù)上一節(jié)的話題。
關(guān)閉數(shù)據(jù)庫實(shí)例
SQL> shutdown immediate
數(shù)據(jù)庫已經(jīng)關(guān)閉。
已經(jīng)卸載數(shù)據(jù)庫。
重新打開數(shù)據(jù)庫
SQL>startup
ORACLE 例程已經(jīng)啟動(dòng)。

Total System Global Area  253214492 bytes
Fixed Size                   454428 bytes
Variable Size             117440512 bytes
Database Buffers          134217728 bytes
Redo Buffers                1101824 bytes
數(shù)據(jù)庫裝載完畢。
數(shù)據(jù)庫已經(jīng)打開。
檢查v$bh視圖
select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where objd=11038;
未選定行
說明在沒有進(jìn)行塊中數(shù)據(jù)的相關(guān)操作的時(shí)候，并沒有從物理文件中提取塊到內(nèi)存。
執(zhí)行查詢或者插入、更新的SQL語句
SQL> insert into test.t values (200,200);
已創(chuàng)建 1 行。
再次檢查v$bh視圖
SQL> select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where objd=11038;
     FILE#     BLOCK#     CLASS# STATU        XNC       OBJD
---------- ---------- ---------- ----- ---------- ----------
         1      28089          4 xcur           0      11038
         1      28090          1 xcur           0      11038
總結(jié)：在沒有進(jìn)行物理I/O的時(shí)候,v$bh視圖中不會(huì)出現(xiàn)相關(guān)的塊信息，同時(shí)證明此視圖中存放的乃是數(shù)據(jù)文件塊放到內(nèi)存中的“塊”信息。