Oracle逻辑结构

Oracle的逻辑结构是一种层次结构。主要由：表空间、段、区和数据块等概念组成。逻辑结构是面向用户的，用户使用Oracle开发应用程序使用的就是逻辑结构。数据库存储层次结构及其构成关系,结构对象也从数据块到表空间形成了不同层次的粒度关系，如图2-3和图2-4所示。

 图2-3  Oracle 10g数据库层次结构图
 
图2-4 段、区和数据块之间的关系

1.数据块
Oracle数据块（Data Block）是一组连续的操作系统块。分配数据库块大小是在Oracle数据库创建时设置的，数据块是Oracle读写的基本单位。数据块的大小一般是操作系统块大小的整数倍，这样可以避免不必要的系统I/O操作。从Oracle9i开始，在同一数据库中不同表空间的数据块大小可以不同。数据块是Oracle最基本的存储单位，而表空间、段、区间则是逻辑组织的构成成员。在数据库缓冲区中的每一个块都是一个数据块，一个数据块不能跨越多个文件。
数据块的结构主要包括：
标题：包括一般的块信息，如块地址，段类型等。
表目录：包括有关表在该数据块中的行信息。
Oracle体系结构第2章行目录：包括有关在该数据块中行地址等信息。
行数据：包括表或索引数据。一行可跨越多个数据块。
空闲空间：分配空闲空间是用于插入新的行和需要额外空间的行更新。通过空间管理参数pctfree可控制空闲空间的使用。空闲空间的管理既可以是自动的也可以是手动的。
在数据操作中，有两种语句可以增加数据库块的空闲空间：一个是Delete删除语句，另一个是Update更新现有行。释放的空闲空间可用于insert语句，如果insert语句是与产生空闲空间的语句在同一个事务之中，并在其后执行，则insert语句可直接使用生成的空闲空间。如果insert语句是在一个与产生空闲空间的语句相分离的事务中，则insert语句可在其他事务提交后，并在其需要空间时，使用之前产生的空闲空间。
数据块中释放的空间可能是连续的，也可能不连续。Oracle只有在出现下列情况时，才会合并数据块的空闲空间：当insert或update语句要使用一个数据块，该数据块的空闲空间足以存储新的一行，而且空闲空间均是碎片，数据块中连续空间无法插入一行的时候。除此而外，Oracle在系统性能下降时也需要压缩数据块的空间。
能够对空闲空间产生影响的参数有两个：pctfree和pctused。对于手工管理的表空间，在特定段中的所有数据块，可使用两个空间管理参数pctfree和pctused来控制insert和update对空闲空间的使用。当创建或修改表时可指定这两个参数。创建或修改一个拥有自己的索引段的索引时可指定pctfree参数。
pctfree参数为块中行的更新预留了空闲空间的最小百分比，默认值为10。例如，假定在Create table语句中指定了pctfree为20，则说明在该表的数据段内每个数据块的20%被作为可利用的空闲空间，用于更新已在数据块内存在的数据行。其余80%是用于插入新的数据行，直到达到80%为止。显然，pctfree值越小，则为现存行更新所预留的空间越少。因此，如果pctfree设置得太高，则在全表扫描期间增加I/O，浪费磁盘空间；如果pctfree设置得太低，则会导致行迁移。
pctused参数设置了数据块是否是空闲的界限。当数据块的使用空间低于pctused的值时，此数据块标志为空闲，该空闲空间仅用于插入新的行。如果数据块已经达到了由pctfree所确定的上边界时，Oracle就认为此数据块已经无法再插入新的行。例如，假定在Create table语句中指定pctused为40，则当小于或等于39时，该数据块才是可用的。所以，可将数据块填得更满，这样可节省空间，但却增加了处理开销，因为数据块的空闲空间总是要被更新的行占据，所以对数据块需要频繁地进行重新组织。比较低的pctused增加了数据库的空闲空间，但减少了更新操作的处理开销。所以，如果pctused设置过高，则会降低磁盘的利用率导致行迁移；若pctused设置过低，则浪费磁盘空间，增加全表扫描时的I/O输出。pctused是与pctfree相对的参数。
那么，如何选择pctfree和pctused的值呢？有个公式可供参考。显然，pctfree和pctused的之和不能超过100。若两者之和低于100，则空间的利用与系统的I/O之间的最佳平衡点是：pctfree与pctused之和等于100%减去一行的大小占块空间大小的百分比。例如，如果块大小为2048字节，则它需要100个字节的开销，而行大小是390字节（为可用块的20%）。为了充分利用空间，pctfree与pctused之和最好为80%。
那么，怎样确定数据块大小呢？有两个因素需要考虑：
一是数据库环境类型。例如，是DSS环境还是OLTP环境？在数据仓库环境（OLAP或DSS）下，用户需要进行许多运行时间很长的查询，所以应当使用大的数据块。在OLTP系统中，用户处理大量的小型事务，采用较小数据块能够获得更好的效果。
二是SGA的大小。数据库缓冲区的大小由数据块大小和初始化文件的db_block_buffers参数决定。最好设为操作系统I/O的整数倍。
2．区
区（Extent）也称为数据区，是一组连续的数据块。当一个表、回滚段或临时段创建或需要附加空间时，系统总是为之分配一个新的数据区。一个数据区不能跨越多个文件，因为它包含连续的数据块。使用区的目的是用来保存特定数据类型的数据，也是表中数据增长的基本单位。在Oracle数据库中，分配空间就是以数据区为单位的。一个Oracle对象包含至少一个数据区。设置一个表或索引的存储参数包含设置它的数据区大小。
3．段
段（Segment）是由多个数据区构成的，它是为特定的数据库对象（如表段、索引段、回滚段、临时段）分配的一系列数据区。段内包含的数据区可以不连续，并且可以跨越多个文件。使用段的目的是用来保存特定对象。
一个Oracle数据库有4种类型的段：
数据段：数据段也称为表段，它包含数据并且与表和簇相关。当创建一个表时，系统自动创建一个以该表的名字命名的数据段。
索引段：包含了用于提高系统性能的索引。一旦建立索引，系统自动创建一个以该索引的名字命名的索引段。
回滚段：包含了回滚信息，并在数据库恢复期间使用，以便为数据库提供读入一致性和回滚未提交的事务，即用来回滚事务的数据空间。当一个事务开始处理时，系统为之分配回滚段，回滚段可以动态创建和撤销。系统有个默认的回滚段，其管理方式既可以是自动的，也可以是手工的。
临时段：它是Oracle在运行过程中自行创建的段。当一个SQL语句需要临时工作区时，由Oracle建立临时段。一旦语句执行完毕，临时段的区间便退回给系统。
4．表空间
Oracle数据库（tablespace）是由若干个表空间构成的。任何数据库对象在存储时都必须存储在某个表空间中。表空间对应于若干个磁盘文件，即表空间是由一个或多个磁盘文件构成的。表空间相当于操作系统中的文件夹，也是数据库逻辑结构与物理文件之间的一个映射。每个数据库至少有一个表空间，表空间的大小等于所有从属于它的数据文件大小的总和。
在Oracle 10g中有以下几种比较特殊的表空间：
（1）系统表空间
系统表空间（system tablespace）是每个Oracle数据库都必须具备的。其功能是在系统表空间中存放诸如表空间名称、表空间所含数据文件等数据库管理所需的信息。系统表空间的名称是不可更改的。系统表空间必须在任何时候都可以用，也是数据库运行的必要条件。因此，系统表空间是不能脱机的。
系统表空间包括数据字典、存储过程、触发器和系统回滚段。为避免系统表空间产生存储碎片以及争用系统资源的问题，应创建一个独立的表空间用来单独存储用户数据。
（2）SYSAUX表空间
SYSAUX表空间是随着数据库的创建而创建的，它充当SYSTEM的辅助表空间，主要存储除数据字典以外的其他对象。SYSAUX也是许多Oracle 数据库的默认表空间，它减少了由数据库和DBA管理的表空间数量，降低了SYSTEM表空间的负荷。
（3）临时表空间
相对于其他表空间而言，临时表空间（temp tablespace）主要用于存储Oracle数据库运行期间所产生的临时数据。数据库可以建立多个临时表空间。当数据库关闭后，临时表空间中所有数据将全部被清除。除临时表空间外，其他表空间都属于永久性表空间。
（4）撤销表空间
用于保存Oracle数据库撤销信息，即保存用户回滚段的表空间称之为回滚表空间（或简称为RBS撤销表空间（undo tablespace））。在Oracle8i中是rollback tablespace，从Oracle9i开始改为undo tablespace。在Oracle 10g中初始创建的只有6个表空间sysaux、system、temp、undotbs1、example和users。其中temp是临时表空间，undotbs1是undo撤销表空间。图2-5是表空间与数据库及数据文件之间的对应关系。

 图2-5 表空间与数据库及数据文件之间的对应关系