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索引页块碎片(Index Leaf Block Fragmentation)

原创 Oracle 作者:petermao118 时间:2019-03-12 18:34:00 0 删除 编辑



oracle的标准索引结构是B×tree结构,一个B×tree结构由三种block组成
根块(root block):在B×tree里有且只有一个block,所有访问索引都从这开始,root block下有很多child blocks。
分支块(Branch blocks):这是中间层,branch block是没有什么限制的,它是随着leaf block的增加而增加的,branch block一般是4层,如果多于4层,就影响性能了。在我们删除行时,branch block是不被删除的。
叶块(leaf block):叶块是最底层,上面存储着索引条目和rowid

索引和表数据是级联关系的,当删除表数据的时候,索引条目也会被自动删除,这样在index leaf
block就会产生碎片,这也就是在OLTP系统上有大量更新的表上不建议创建大量的索引,很影响性能
有的人说删除过的索引条目空间不会被再用,因为在应用中不会再有insert相同的数据。其实这个
说法不完全对的,除了半空叶块外,其他的删除的索引空间是可被再利用的。

eg:
本文的所有实验都是在如下平台测试:
SQL> select * from v$version;
BANNER
----------------------------------------------------------------
Oracle Database 10g Enterprise Edition Release 10.2.0.4.0 - Prod


SQL> create table test_idx as select seq_test.nextval id,2000 syear, a.* from dba_objects a;
表已创建。
SQL> insert into test_idx  select seq_test.nextval id,2001 syear, a.* from dba_objects a;
已创建50780行。
SQL> insert into test_idx  select seq_test.nextval id,2002 syear, a.* from dba_objects a;
已创建50780行。
SQL> commit;
提交完成。
SQL> desc test_idx
SQL> create unique index idx_test on test_idx(syear,id) ;
索引已创建。

SQL>  select segment_name , bytes/1024/1024 , blocks, tablespace_name , extents
        from dba_segments
        where segment_name = 'IDX_TEST';

SQL>  select object_name, object_id, data_object_id
          From dba_objects
          where object_NAME='IDX_TEST' ;

OBJECT_NAM  OBJECT_ID DATA_OBJECT_ID
---------- ---------- --------------
IDX_TEST        59545          59545

---------Used to join X$BH table(从x$bh查询缓存blocks,要用DATA_OBJECT_ID)

SQL>
查看系统现在缓存多少,这个要用sysdba用户执行
SQL> select count(*) from x$bh where obj=59545 ;
  COUNT(*)
----------
        17

 

查看执行计划:
SQL> set autot trace exp
SQL> select syear,id from test_idx where syear>=2000 and syear<=2002;
SQL>
执行一次查询,让oracle缓存相应的索引block
SQL> set autot trace statis
SQL> select syear,id from test_idx where syear>=2000 and syear<=2002;
已选择152340行。
SQL>
这个时候再看看oracle缓存了多少

SQL> select count(*) from x$bh where obj=59545 ;
  COUNT(*)
----------
       438

由原来的17增加到438

SQL> analyze index idx_test validate structure;
索引已分析
SQL> select height, blocks, lf_blks, lf_rows, br_blks, br_rows  , del_lf_rows From index_stats;

    HEIGHT     BLOCKS    LF_BLKS    LF_ROWS    BR_BLKS    BR_ROWS DEL_LF_ROWS
---------- ---------- ---------- ---------- ---------- ---------- -----------
         2        512        418     152340          1        417           0

SQL>
这个索引idx_test共有418个叶块都已经被缓存里了,和预期的是一样的,下面删除三分之一的数据

SQL> delete from test_idx where syear=2001;
SQL> commit;

清空数据缓存
SQL> alter system flush buffer_cache;
SQL> alter system flush buffer_cache;
SQL> alter system flush buffer_cache;

再次查询,发现缓存数有所下降了,从438到396

SQL> select count(*) from x$bh where obj=59545 ;
  COUNT(*)
----------
       396


再次执行查询,让其缓存索引块
SQL> set autot trace stat
SQL> select syear,id from test_idx where syear>=2000 and syear<=2002;
已选择101560行。

统计信息
----------------------------------------------------------
          0  recursive calls
          0  db block gets
       7186  consistent gets
        425  physical reads
          0  redo size
    1976416  bytes sent via SQL*Net to client
      74870  bytes received via SQL*Net from client
       6772  SQL*Net roundtrips to/from client
          0  sorts (memory)
          0  sorts (disk)
     101560  rows processed

SQL>
这次查询缓存的数量发现突然增加很多,从438增加到774
SQL> select count(*) from x$bh where obj=59545 ;
  COUNT(*)
----------
       774

突然增加这么多,推测是因为删除的那些空索引块需要重新从磁盘加载到buffer cache中,所以
缓存的会突然增加,用alter system flush buffer_cache不能完全清除data cache,下面我reboot
数据库,再来查看下

重启数据库是为了完全清空缓存的索引

SQL> shutdown immediate;
数据库已经关闭。
已经卸载数据库。
ORACLE 例程已经关闭。

SQL> startup
ORACLE 例程已经启动。
Total System Global Area  574619648 bytes
Fixed Size                  1297944 bytes
Variable Size             192938472 bytes
Database Buffers          373293056 bytes
Redo Buffers                7090176 bytes
数据库装载完毕。
数据库已经打开。

执行查询,使索引缓存
SQL> select syear,id from test_idx where syear>=2000 and syear<=2002;
已选择101560行。

再来看缓存的多少
SQL> select count(*) from x$bh where obj=59545 ;
  COUNT(*)
----------
       425

我可以从查询结果中看到,缓存结果425和删除前的438,没有太大的变化,而我删除了三分之一的
数据,按理论说应该缓存的表很少了啊,我们在查看现在的叶块是多少

SQL> analyze index idx_test validate structure;
索引已分析

SQL> select height, blocks, lf_blks, lf_rows, br_blks, br_rows  , del_lf_rows from index_stats;

    HEIGHT     BLOCKS    LF_BLKS    LF_ROWS    BR_BLKS    BR_ROWS DEL_LF_ROWS
---------- ---------- ---------- ---------- ---------- ---------- -----------
         2        512        418     152340          1        417       50780


从结果来看,叶块和删除前一样418没有变化,这就进一步证明索引叶block虽然被删除了,但是并没有
释放空间,而查询语句并不会跳过这些删除的索引块,所以这些碎片对性能产生很多的影响。

那如何完全删除索引叶块呢?
SQL> alter index idx_test rebuild nologging online;
索引已更改。

SQL> analyze index idx_test validate structure;
索引已分析

SQL> select height, blocks, lf_blks, lf_rows, br_blks, br_rows  , del_lf_rows fr
om index_stats;
    HEIGHT     BLOCKS    LF_BLKS    LF_ROWS    BR_BLKS    BR_ROWS DEL_LF_ROWS
---------- ---------- ---------- ---------- ---------- ---------- -----------
         2        384        276     101560          1        275           0
SQL>

SQL> select count(*) from x$bh where obj=59545 ;
  COUNT(*)
----------
       139

SQL>
通过以上结果可以看到删除的索引叶块的空间被释放了
在删除了2001年后 在insert2003年的

SQL>  insert into test_idx  select seq_test.nextval id,2003 syear, a.* from dba_objects a;
已创建50781行。

SQL> commit;
提交完成。

SQL>   select segment_name , bytes/1024/1024 ,
  2             blocks, tablespace_name , extents
  3     from dba_segments
  4   where segment_name = 'IDX_TEST';
--------------------------------------------------------------------------------
SEGMENT_NAME BYTES/1024/1024     BLOCKS TABLESPACE_NAME                   EXTENTS
--------------- ---------- ------------------------------ ----------
IDX_TEST              4        512 USERS                                  19

SQL> analyze index idx_test validate structure;
索引已分析

SQL> select height, blocks, lf_blks, lf_rows, br_blks, br_rows  , del_lf_rows from index_stats;
    HEIGHT     BLOCKS    LF_BLKS    LF_ROWS    BR_BLKS    BR_ROWS DEL_LF_ROWS
---------- ---------- ---------- ---------- ---------- ---------- -----------
         2        512        403     152341          1        402           0
SQL>

从查询结果来看,索引的总的块数为512,在delete和insert后没有增长,说明索引删除的空间
被重用了啊
什么是半空叶块(Half Empty Leaf Blocks)

一个叶块( Leaf Block)是用索引键值初始化的,当某些键值被删除后,这个叶块即包含删除的
索引键值,也包含未删除的索引键值,这时这个块就被称为”Half Empty Leaf Blocks“。

下面还是以test_idx为例

SQL>  insert into test_idx  select seq_test.nextval id,2005 syear, a.* from dba_objects a ;
已创建50781行。

SQL>  insert into test_idx  select seq_test.nextval id,2005 syear, a.* from dba_objects a ;
已创建50781行。

SQL>  insert into test_idx  select seq_test.nextval id,2005 syear, a.* from dba_objects a ;
已创建50781行。

SQL>  insert into test_idx  select seq_test.nextval id,2005 syear, a.* from dba_objects a ;
已创建50781行。

SQL> commit;
提交完成。


SQL>   select segment_name , bytes/1024/1024 ,
               blocks, tablespace_name , extents
       from dba_segments
     where segment_name = 'IDX_TEST';
--------------------------------------------------------------------------------
SEGMENT_NAME BYTES/1024/1024     BLOCKS TABLESPACE_NAME                   EXTENTS
--------------- ---------- ------------------------------ ----------
IDX_TEST                     1152 USERS                                  24


SQL> delete from test_idx where syear=2005 and mod(id,2)=0;
已删除101562行。

SQL> commit;
提交完成。

在重新插入101562行数据

SQL>  insert into test_idx  select seq_test.nextval id,2006 syear, a.* from dba_objects a ;
已创建50781行。

SQL>  insert into test_idx  select seq_test.nextval id,2006 syear, a.* from dba_objects a ;
已创建50781行。

SQL>  select segment_name , bytes/1024/1024 ,
               blocks, tablespace_name , extents
       from dba_segments
     where segment_name = 'IDX_TEST';

SEGMENT_NAME
--------------------------------------------------------------------------------

BYTES/1024/1024     BLOCKS TABLESPACE_NAME                   EXTENTS
--------------- ---------- ------------------------------ ----------
IDX_TEST
             11       1408 USERS                                  26

SQL>
删除了101562行数据,再重新添加101562行数据,可索引块却增加了1408-1152=256个数据块,所以说半空块
索引并没有被重用。从下面的trace也可以看出

SQL> select object_id from dba_objects where object_name='IDX_TEST';
 OBJECT_ID
----------
     59545

得到tree的dump的命令如下

SQL> alter session set events 'immediate trace name treedump level 59545';
会话已更改。

然后查看对应的trace文件,如下所示:

   branch: 0x100972c 16815916 (0: nrow: 3, level: 2)
   branch: 0x1007fe5 16809957 (-1: nrow: 511, level: 1)
      leaf: 0x100972d 16815917 (-1: nrow: 378 rrow: 378)
      leaf: 0x100972e 16815918 (0: nrow: 378 rrow: 378)
      .
      .
      .
      leaf: 0x1007ff2 16809970 (14: nrow: 400 rrow: 400)
      leaf: 0x1007ff6 16809974 (15: nrow: 400 rrow: 332)
      leaf: 0x1007ffa 16809978 (16: nrow: 400 rrow: 200)
      leaf: 0x1007ffe 16809982 (17: nrow: 400 rrow: 200)----------------- Half empty blocks
      leaf: 0x1008002 16809986 (18: nrow: 400 rrow: 200)
      .
      .
      .
      leaf: 0x1009f86 16818054 (19: nrow: 400 rrow: 200)
      leaf: 0x1009f4b 16817995 (20: nrow: 400 rrow: 400)
      .
      .
      .
      leaf: 0x1009f4f 16817999 (21: nrow: 400 rrow: 400)
      leaf: 0x100a15f 16818527 (274: nrow: 56 rrow: 56)

 
leaf: 0x1007ffe 16809982 (17: nrow: 400 rrow: 200)
解释: leaf block包含400行,这个块已经删除了200行的键值
识别索引是否有碎片

获得关于索引的信息,用下面的命令
analyze index index_name validate structure 或validate index index_name
analyze index index1 validate structure:是用来分析索引的数据块是否有坏块,以及根据分析得到的数据(存放在index_stats)來判断索引是否需要重新建立。

运行命令后,然后在视图 index_stats查询,这个视图记录索引的一些信息,这个视图只有一个记录,所以在同一时间只能分析一个索引。

1.删除的行数如占总的行数的30%,即del_lf_rows / lf_rows > 0.3,那就考虑索引碎片整理
2.如果”hight“大于4,可以考虑碎片整理
3.如果索引的行数(LF_rows)远远小于‘LF_BLKS’ ,那就说明有了一个大的删除动作,需要整理碎片

索引碎片整理方法

1. recreate index
2. alter index skate.idx_test rebuild nologging parallel 4 online ;
3. 如果叶块是half-empty or near empty,可以运行“alter index coalesce”来合并


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