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  • Oracle表空间、段、区和块简述

    2020-12-31 11:57:52 45

    Oracle学习过程中,存储结构,表段区块可能是每个初学者都要涉及到的概念。表空间、段、分区和数据块分别表示了Oracle进行数据存储的不同层次和结构。了解清楚这几个结构,有助于我们奠定一个稳固的学习基础,而且对于理解Oracle工作原理也有重要作用。

     

    本文采用从小到大,逐步拓展的方式介绍四个结构,并且与Schema、数据文件的区别进行对比。

     

    数据块(Block

     

    数据块BlockOracle存储数据信息的最小单位。注意,这里说的是Oracle环境下的最小单位。Oracle也就是通过数据块来屏蔽不同操作系统存储结构的差异。无论是Windows环境,还是Unix/Linux环境,他们的操作系统存储结构和方式、甚至字符排列的方式都是不同的。Oracle利用数据块将这些差异加以屏蔽,全部数据操作采用对Oracle块的操作,相当于是一个层次的抽象。

     

    Oracle所有对数据的操作和空间分配,实际上都是针对数据块Block的操作。我们从数据表中搜索出一行,实际中Oracle就会从内存缓冲区(或者硬盘)中读取到该行所在的数据块,再返回这数据块上的指定数据行。Oracle无论是在缓冲区,还是在硬盘,进行数据操作的虽小单位也就是数据块。

     

    数据块是有大小的,在一个数据库建立的时候,通过参数进行设置。注意,在Oracle数据库参数中,只有数据块大小的参数是建库之后不能进行修改的。数据块的大小,在一个数据库中可以支持多个,但是一般没有太大的意义,会给管理和调试带来一定的负担。

     

    数据块的大小是通过kb字节个数来指定的,默认为8KB。相关参数为db_block_size,下面是查看block大小的语句。

     

    SQL> show parameter db_block_size;

     

    NAME                                 TYPE        VALUE

    ------------------------------------ ----------- ------------------------------

    db_block_size                        integer     8192  //1024×8

     

    设置数据块的大小是依据不同类型的系统的。如果数据块设置比较大,那么一次读取的数据行较多,相应对SGA内存消耗比较大,特定查询引发的换入换出可能较多。如果设置的过小,频繁的IO逻辑物理读也会引起性能问题。

     

    与数据块有关系的另一个参数就是db_file_multiblock_read_count,表示一次从物理存储中读取的数据块数量。对一些数据挖掘系统,可以考虑调节此参数略大一些。

     

    接下来,我们看比block更高的一个单位,区extent

     

    extent

     

    extent是比数据块大一级的存储结构,表示的是一连串连续的数据块集合。我们知道,物理存储通常是随机的读写过程。即使在同一个文件里,我们也不能保证相同的一个信息是存储在绝对连续的物理存储空间的。Oracle数据存储同样如此。

     

    在进行存储数据信息的时候,Oracle将分配数据块进行存储,但是不能保证所有分配的数据块都是连续的结构。所以,出现分区extent的概念,表示一系列连续的数据块集合。

     

    视图dba_extents(或者all_extentsuser_extents)是我们研究分区结构和存储构成的重要手段。

     

    SQL> desc dba_extents;

    Name            Type         Nullable Default Comments                                                 

    --------------- ------------ -------- ------- ---------------------------------------------------------

    OWNER           VARCHAR2(30) Y         Owner of the segment associated with the extent          

    SEGMENT_NAME    VARCHAR2(81) Y         Name of the segment associated with the extent           

    PARTITION_NAME  VARCHAR2(30) Y         Partition/Subpartition Name, if any, of the segment      

    SEGMENT_TYPE    VARCHAR2(18) Y         Type of the segment                                       

    TABLESPACE_NAME VARCHAR2(30) Y         Name of the tablespace containing the extent             

    EXTENT_ID       NUMBER       Y         Extent number in the segment                             

    FILE_ID         NUMBER       Y         Name of the file containing the extent                   

    BLOCK_ID        NUMBER       Y         Starting block number of the extent                      

    BYTES           NUMBER       Y         Size of the extent in bytes                               

    BLOCKS          NUMBER       Y         Size of the extent in ORACLE blocks                      

    RELATIVE_FNO    NUMBER       Y         Relative number of the file containing the segment header

     

    从视图中,我们可以清晰看出分区的几个特点。

     

    首先分区是带有段特定性的。数据段segment是分区的上层组织单位,一个数据库对象对应一个segement,数据库对象是归属在不同的schemaowner)上的。所以,通过不同的数据段名称、不同的owner,乃至不同的tablespace表空间信息,就可以定位到数据区extent的信息描述。

     

    另一部分信息是关于该区extent的分配信息,如所在文件编号,起始数据块block编号和数据块数量等内容。

     

     

    数据段segment

     

    数据段是与数据库对象相对应,一般一个数据库对象对应一个数据段。多个extent是对应一个数据段,每个数据段实际上就是数据库一个对象的代表。从dba_segments视图中,可以比较清楚看清数据段的结构。

    SQL> desc dba_segments;

    Name            Type         Nullable Default Comments                                                                                                                              

    --------------- ------------ -------- -------

    OWNER           VARCHAR2(30) Y                Username of the segment owner                                                                                                         

    SEGMENT_NAME    VARCHAR2(81) Y                Name, if any, of the segment                                                                                                          

    PARTITION_NAME  VARCHAR2(30) Y         Partition/Subpartition Name, if any, of the segment                                                                                    

    SEGMENT_TYPE    VARCHAR2(18) Y     Type of segment:  "TABLE", "CLUSTER", "INDEX", "ROLLBACK",

    "DEFERRED ROLLBACK", "TEMPORARY","SPACE HEADER", "TYPE2 UNDO"  or "CACHE"

    TABLESPACE_NAME VARCHAR2(30) Y                Name of the tablespace containing the segment                                                                                         

    HEADER_FILE     NUMBER       Y                ID of the file containing the segment header                                                                                           

    HEADER_BLOCK    NUMBER       Y                ID of the block containing the segment header                                                                                          

    BYTES           NUMBER       Y                Size, in bytes, of the segment                                                                                                        

    BLOCKS          NUMBER       Y                Size, in Oracle blocks, of the segment                                                                                                

    EXTENTS         NUMBER       Y                Number of extents allocated to the segment                                                                                             

    INITIAL_EXTENT  NUMBER       Y         Size, in bytes, of the initial extent of the segment                                                                                  

    NEXT_EXTENT     NUMBER       Y   Size, in bytes, of the next extent to be allocated to the segment                                                                     

    MIN_EXTENTS     NUMBER       Y                Minimum number of extents allowed in the segment                                                                                       

    MAX_EXTENTS     NUMBER       Y                Maximum number of extents allowed in the segment                                                                                      

    PCT_INCREASE    NUMBER       Y   Percent by which to increase the size of the next extent to be allocated                                                              

    FREELISTS       NUMBER       Y   Number of process freelists allocated in this segment                                                                                  

    FREELIST_GROUPS NUMBER       Y   Number of freelist groups allocated in this segment                                                                                   

    RELATIVE_FNO    NUMBER       Y      Relative number of the file containing the segment header                                                                             

    BUFFER_POOL     VARCHAR2(7)  Y      The default buffer pool to be used for segments blocks           

     

    segment_type列的comment信息中,可以看出数据段的类型是多样的。任何种类的数据库对象,本质上都是一种数据段。数据表、索引、回滚、聚集这些都是数据段的一种表现形式。同时,数据段是在数据对象创建的时候就已经创建出来,随着对象体积的增大,而不断分配多个extents进行管理。

     

    另一部分信息可以从dba_segments中读出的,就是该数据对象分配的空间大小和数据块、分区个数。使用这个视图,可以方便的获取到指定schema的所有对象大小。

     

    SQL> select owner,sum(bytes)/1024/1024 as vol, sum(blocks) as totalblocks,sum(extents) as totalextents from dba_segments group by owner having wner='SYS';

     

    OWNER             VOL TOTALBLOCKS TOTALEXTENTS

    ------------------------------ ---------- ----------- ------------

    SYS                 585.5       74944         3248

     

    上面查询,说明SYSschema,所占用空间585.5MB,包括74944个数据块和3248个分区。

     

    一个对象创建出来之后,在segment层次上是分配一个分区extent和八个数据块block

     

    有一个问题需要注意,通常我们的数据段是与数据对象相关。一个数据对象对应一个segment。但是,分区表的时候,一个分区要对应一个segment对象。还有就是,segment对象是可以指定存储在那个表空间里,实现存储划分的基础也就在于此。不同类型的segment划分建立在不同的表空间里,才有可能存放在不同的文件中,最后分布在不同的物理存储。

     

    分区实际上就是存在分开存储的可能。一般一个对象是不会跨物理存储进行存放的,分区表是对应的多个segment。所以,分区表分开存储空间是可能的。

     

     

    表空间tablespace

     

    TableSpace是存储结构中的最高层结构。建立一个表空间的时候,是需要指定存储的文件。一个表空间可以指定多个数据文件,多个文件可以在不同的物理存储上。也就是说,表空间是可以跨物理存储的。但是有一点就是,表空间下一级对象数据段的存储,是不能指定存储在那个文件里的。所以,要想让数据对象访问IO负载均衡,需要指定不同的数据对象在不同的表空间里。这也就是为什么将数据表和索引建立在不同的表空间的原因。

     

    表空间通过v$tablespace进行访问。

     

    SQL> desc v$tablespace;

    Name                        Type         Nullable Default Comments

    --------------------------- ------------ -------- ------- --------

    TS#                         NUMBER       Y                        

    NAME                        VARCHAR2(30) Y                        

    INCLUDED_IN_DATABASE_BACKUP VARCHAR2(3)  Y                        

    BIGFILE                     VARCHAR2(3)  Y                        

    FLASHBACK_ON                VARCHAR2(3)  Y                        

    ENCRYPT_IN_BACKUP           VARCHAR2(3)  Y                         

     

    相对于前面的结构视图,表空间视图的结构要简单的多,只是一些描述信息。其中两个参数需要注意一下。

     

    一个是bigfile,是一个标志位,标志表空间是不是所谓的大文件表空间。大文件表空间是在10g中推出的一个新特性,处于性能考虑,可以设置表空间为大文件表空间,存储超过百T的数据,但是要求数据文件只能有一个。另一个是flashback_on,表示表空间的闪回特性是否开启。

     

     

    要注意,数据表段区块的概念集合,很容易与schema的结构相混淆。schema是一个组织概念,是来自于经典数据库理论范畴。在oracle中,Schema就是一个组织概念,一个user对应的就是一个schemaschema是逻辑对象的集合组织,同表空间等概念不是一个层面的。

     

    在一个schema里,是可以将对象建立在任何数据表空间内的,只有一个默认表空间的概念default tablespace。指定默认表空间是在创建用户的时候指定的。

     

    分清几个核心概念和各自的区别关系,就能更好的理解Oracle运行的各种机制。


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