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数据块原理深入剖析

原创 Linux操作系统 作者:@oracle@_cu 时间:2009-03-05 17:09:56 0 删除 编辑

数据块(Oracle Data Blocks),本文简称为“块”,是Oracle最小的存储单位,Oracle数据存放在“块”中。一个块占用一定的磁盘空间。特别注意的是,这里的“块”是Oracle的“数据块”,不是操作系统的“块”。

    Oracle每次请求数据的时候,都是以块为单位。也就是说,Oracle每次请求的数据是块的整数倍。如果Oracle请求的数据量不到一块,Oracle也会读取整个块。所以说,“块”是Oracle读写数据的最小单位或者最基本的单位。

    块的标准大小由初始化参数DB_BLOCK_SIZE指定。具有标准大小的块称为标准块(Standard Block)。块的大小和标准块的大小不同的块叫非标准块(Nonstandard Block)。同一数据库中,Oracle9i及以上版本支持同一数据库中同时使用标准块和非标准块。Oracle允许指定5种非标准块(Nonstandard Block)。

    操作系统每次执行I/O的时候,是以操作系统的块为单位;Oracle每次执行I/O的时候,都是以Oracle的块为单位。
Oracle数据块大小一般是操作系统块的整数倍。

数据块的格式(Data Block Format)
    块中存放表的数据和索引的数据,无论存放哪种类型的数据,块的格式都是相同的,块由块头(header/Common and Variable),表目录(Table Directory),行目录(Row Directory),空余空间(Free Space)和行数据(Row Data)五部分组成,
    如下图所示。 
   
    块头(header/Common and Variable):存放块的基本信息,如:块的物理地址,块所属的段的类型(是数据段还是索引段)。 表目录(Table Directory):存放表的信息,即:如果一些表的数据被存放在这个块中,那么,这些表的相关信息将被存放在“表目录”中。

    行目录(Row Directory):如果块中有行数据存在,则,这些行的信息将被记录在行目录中。这些信息包括行的地址等。
    行数据(Row Data):是真正存放表数据和索引数据的地方。这部分空间是已被数据行占用的空间。
    空余空间(Free Space):空余空间是一个块中未使用的区域,这片区域用于新行的插入和已经存在的行的更新。

    头部信息区(Overhead):我们把块头(header/Common and Variable),表目录(Table Directory),行目录(Row Directory)这三部分合称为头部信息区(Overhead)。头部信息区不存放数据,它存放的整个块的信息。头部信息区的大小是可变的。一般来说,头部信息区的大小介于84字节(bytes)到107字节(bytes)之间。

 

数据块中自由空间的使用
    当往数据库中插入(INSERT)数据的时候,块中的自由空间会减少;当对块中已经存在的行进行修改(UPDATE)的时候(使记录长度增加),块中的自由空间也会减少。

    DELETE语句和UPDATE语句会使块中的自由空间增加。当使用DELETE语句删除块中的记录或者使用UPDATE语句把列的值更改成一个更小值的时候,Oracle会释放出一部分自由空间。释放出的自由空间并不一定是连续的。通常情况下,Oracle不会对块中不连续的自由空间进行合并。因为合并数据块中不连续的自由空间会影响数据库的性能。只有当用户进行数据插入(INSERT)或者更新(UPDATE)操作,却找不到连续的自由空间的时候,Oracle才会合并数据块中不连续的自由空间。

对于块中的自由空间,Oracle提供两种管理方式:自动管理,手动管理

行链接和行迁移(Row Chaining and Migrating)
行链接(Row Chaining):如果我们往数据库中插入(INSERT)一行数据,这行数据很大,以至于一个数据块存不下一整行,Oracle就会把一行数据分作几段存在几个数据块中,这个过程叫行链接(Row Chaining)。如下图所示: 
    
    如果一行数据是普通行,这行数据能够存放在一个数据块中;如果一行数据是链接行,这行数据存放在多个数据块中。

    行迁移(Row Migrating):数据块中存在一条记录,用户执行UPDATE更新这条记录,这个UPDATE操作使这条记录变长,这时候,Oracle在这个数据块中进行查找,但是找不到能够容纳下这条记录的空间,无奈之下,Oracle只能把整行数据移到一个新的数据块。原来的数据块中保留一个“指针”,这个“指针”指向新的数据块。被移动的这条记录的ROWID保持不变。行迁移的原理如下图所示: 
   

    无论是行链接还是行迁移,都会影响数据库的性能。Oracle在读取这样的记录的时候,Oracle会扫描多个数据块,执行更多的I/O。

块中自由空间的自动管理
    Oracle使用位图(bitmap)来管理和跟踪数据块,这种块的空间管理方式叫“自动管理”。自动管理有下面的好处:
 易于使用
 更好地利用空间
 可以对空间进行实时调整

块中自由空间的手动管理
    用户可以通过PCTFREE, PCTUSED来调整块中空间的使用,这种管理方式叫手动管理。相对于自动管理,手动管理方式比较麻烦,不容易掌握,容易造成块中空间的浪费。

    PCTFREE参数用于指定块中必须保留的最小空闲空间百分例。之所以要预留这样的空间,是因为UPDATE时,需要这些空间。如果UPDATE时,没有空余空间,Oracle就会分配一个新的块,这会产生行迁移(Row Migrating)。
PCTUSED也是用于设置一个百分比,当块中已使用的空间的比例小于这个百分比的时候,这个块才被标识为有效状态。只有有效的块才被允许插入数据。

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