Oracle数据库中的存储层次体系-----数据文件--文件

 

数据库由一个或多个表空间构成。 表空间 （ tablespace ）是 Oracle 中的一个逻辑存储容器，位于存储层次体系的顶层，包括一个或多个数据文件。这些文件可能是文件系统中的 cooked 文件、原始分区、 ASM 管理的数据库文件，或者是集群文件系统上的文件。表空间包含段，请看下面的介绍。

1. 段

现在开始分析存储层次体系，首先讨论段，这是表空间中主要的组织结构。 段（segment ）就是占用存储空间的数据库对象，如表、索引、回滚段等。创建表时，会创建一个表段。创建分区表时，则每个分区会创建一个段。创建索引时，就会创建一个索引段，依此类推。占用存储空间的每一个对象最后都会存储在一个段中，此外还有回滚段（rollback segment）、临时段（temporary segment）、聚簇段（cluster segment）、索引段（index segment）等。

注意    上面有这样一句话：“占用存储空间的每一个对象最后都会存储在一个段中”，这可能会把你搞糊涂。你会发现许多CREATE语句能创建多段的对象。之所以会产生困惑，原因是一条CREATE语句最后创建的对象可能包含0个、1个或多个段！例如，CREATE TABLE T ( x int primary key, y clob)就会创建4个段：一个是TABLE T的段，还有一个段对应索引（这个索引是为支持主键而创建的），另外还有两个CLOB段（一个CLOB段是LOB索引，另一个段是LOB数据本身）。与之不同，CREATE TABLE T ( x int, y date ) cluster MY_CLUSTER则不会创建任何段。第10章还会更深入地讨论这个概念。

2. 区段

段本身又由一个或多个区段组成。 区段（extent）是文件中一个逻辑上连续分配的空间（一般来讲，文件本身在磁盘上并不是连续的；否则，根本就不需要消除磁盘碎片的工具了！）。另外，利用诸如独立磁盘冗余阵列（Redundant Array of Independent Disks，RAID）之类的磁盘技术，你可能会发现，一个文件不仅在一个磁盘上不连续，还有可能跨多个物理磁盘。每个段都至少有一个区段，有些对象可能还需要至少两个区段（回滚段就至少需要两个区段）。如果一个对象超出了其初始区段，就会请求再为它分配另一个区段。第二个区段不一定就在磁盘上第一个区段旁边，甚至有可能不在第一个区段所在的文件中分配。第二个区段可能与第一个区段相距甚远，但是区段内的空间总是文件中的一个逻辑连续空间。区段的大小可能不同，可以是一个Oracle数据块，也可以大到2 GB。

3. 块

区段又进一步由块组成。 块 （ block ） 是 Oracle 中最小的空间分配单位。数据行、索引条目或临时排序结果就存储在块中。通常 Oracle 从磁盘读写的就是块。 Oracle 中块的常见大小有 4 种： 2 KB 、 4 KB 、 8 KB 或 16 KB （尽管在某些情况下 32 KB 也是允许的；但是操作系统可能对最大大小有限制）。

注意    有一点可能很多人都不知道：数据库的默认块大小不必是2的幂。2的幂只是一个常用的惯例。实际上，你完全可以创建块大小为5 KB、7 KB或 n KB的数据库，这里 n介于2～32 KB之间。不过，我还是建议你在实际中不要考虑这样做，块大小还是用2 KB、4 KB、8 KB或16 KB比较好。

段、区段和数据块之间的关系如 图3-1所示。

一个段由一个或多个区段组成，区段则由连续分配的一些块组成。从Oracle9 i Release 1起，数据库中最多可以有6种不同的块大小（block size）。

图3-1　段、区段和数据块

注意    之所以引入这个特性，即一个数据库中允许有多种块大小，目的是为了可以在更多的情况下使用可传输的表空间。如果能传输表空间，DBA就能从一个数据库移动或复制格式化的数据文件，把它放在另一个数据库中，例如，可以从一个联机事务处理（Online Transaction Processing，OLTP）数据库中把所有表和索引复制到一个数据仓库（Data Warehouse，DW）中。不过，在许多情况下，OLTP数据库使用的块大小可能很小，如2 KB或4 KB，而DW使用的块大小可能很大（8 KB或16 KB）。如果一个数据库中不支持多种块大小，就无法传输这些信息。有多种块大小的表空间主要用于传输表空间，一般没有其他用途。

数据库还有一个默认的块大小，即执行 CREATE DATABASE命令时初始化文件中指定的大小。 SYSTEM表空间总是使用这个默认块大小，不过你完全可以按非默认块大小（2 KB、4 KB、8 KB或16 KB）创建其他表空间，如果操作系统允许，还可以使用32 KB的块大小。当且仅当创建数据库时指定了一个非标准的块大小（不是2的幂）时，才会有6种不同的块大小。因此，在实际中，数据库最多有5种不同的块大小：默认大小和另外4种非默认的块大小。

在所有给定的表空间内部， 块大小都是一致的，这说明，一个表空间中的所有块大小都相同。对于一个多段对象，如一个包含LOB 列的表，可能每个段在不同的表空间中，而这些表空间分别有不同的块大小，但是任何给定段（包含在表空间中）都由相同大小的块组成。无论大小如何，所有块格式都一样，如图3-2所示。2　块结构

图3-

块首部（block header）包含块类型的有关信息（表块、索引块等）、块上发生的活动事务和过去事务的相关信息（仅事务管理的块有此信息，例如临时排序块就没有事务信息），以及块在磁盘上的地址（位置）。块中接下来两部分是表目录和行目录，最常见的数据库块中（即堆组织表的数据块）都有这两部分。第10章将更详细地介绍数据库表类型，不过，现在知道大多数表都是这种类型就足够了。如果有 表目录（table directory），则其中会包含把行存储在这个块上的表的有关信息（可能一个块上存储了多个表的数据）。 行目录（row directory）包含块中行的描述信息。这是一个指针数组，指向块中数据部分中的行。块中的这3部分统称为 块开销（block overhead），这部分空间并不用于存放数据，而是由Oracle用来管理块本身。块中余下的两部分就很清楚了：块上可能有一个 空闲空间（free space），通常还会有一个目前已经存放数据的 已用空间（used space）。

从以上介绍可以知道，段由区段组成，区段由块组成，对段有了大致的了解后，下面再来更深入地分析表空间，然后说明文件在这个存储层次体系中的位置。

4. 表空间

前面已经提到，表空间是一个容器，其中包含有段。每个段都只属于一个表空间。一个表空间中可能有多个段。一个给定段的所有区段都在与段相关联的表空间中。段绝对不会跨越表空间边界。表空间本身可以有一个或多个相关的数据文件。表空间中给定段的一个区段完全包含在一个数据文件中。不过，段可以有来自多个不同数据文件的区段。表空间如图3-3所示。3  这个表空间包含两个数据文件、3个段和4个区段

图3-

图3-3显示了一个名为 USER_DATA的表空间。其中包括两个数据文件： user_data01和 user_data02。并分配了3个段： T1、 T2和 I1（可能是两个表和一个索引）。这个表空间中分配了4个区段，每个区段表示为逻辑上连续分配的一组数据库块。段 T1包括两个区段，分别在不同的文件中。段 T2和 I1都各有一个区段。如果这个表空间需要更多的空间，可以调整已经分配给表空间的数据文件的大小，或者可以再增加第三个数据文件。

表空间是Oracle中的逻辑存储容器。作为开发人员，我们会在表空间中创建段，而绝对不会深入到原始的“文件级”。我们可不希望在一个特定的文件中分配区段（当然这也是可以的，但我们一般都不会这么做）。相反，我们会在表空间中创建对象，余下的工作都由Oracle负责。如果将来某个时刻DBA决定在磁盘上移动数据文件，从而使I/O分布得更均匀，这对我们来说没有任何关系，它根本不会影响我们的处理。

5. 存储层次体系小结

总结一下，Oracle中的存储层次体系如下：

(1) 数据库由一个或多个表空间组成。

(2) 表空间由一个或多个数据文件组成。这些文件可以是文件系统中的cooked文件、原始分区、ASM管理的数据库文件，或集群文件系统上的文件。表空间包含段。

(3) 段（ TABLE、 INDEX等）由一个或多个区段组成。段在表空间中，但是可以包含这个表空间中多个数据文件中的数据。

(4) 区段是磁盘上一组逻辑连续的块。区段只在一个表空间中，而且总是在该表空间内的一个文件中。

(5) 块是数据库中最小的分配单位，也是数据库使用的最小I/O单位。