Oracle數(shù)據(jù)塊原理深入剖析
數(shù)據(jù)塊（Oracle Data Blocks），本文簡(jiǎn)稱(chēng)為“塊”，是Oracle最小的存儲(chǔ)單位，Oracle數(shù)據(jù)存放在“塊”中。一個(gè)塊占用一定的磁盤(pán)空間。特別注意的是，這里的“塊”是Oracle的“數(shù)據(jù)塊”，不是操作系統(tǒng)的“塊”。
Oracle每次請(qǐng)求數(shù)據(jù)的時(shí)候，都是以塊為單位。也就是說(shuō)，Oracle每次請(qǐng)求的數(shù)據(jù)是塊的整數(shù)倍。如果Oracle請(qǐng)求的數(shù)據(jù)量不到一塊，Oracle也會(huì)讀取整個(gè)塊。所以說(shuō)，“塊”是Oracle讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的最小單位或者最基本的單位。
塊的標(biāo)準(zhǔn)大小由初始化參數(shù)DB_BLOCK_SIZE指定。具有標(biāo)準(zhǔn)大小的塊稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)塊（Standard Block）。塊的大小和標(biāo)準(zhǔn)塊的大小不同的塊叫非標(biāo)準(zhǔn)塊（Nonstandard Block）。同一數(shù)據(jù)庫(kù)中，Oracle9i及以上版本支持同一數(shù)據(jù)庫(kù)中同時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)塊和非標(biāo)準(zhǔn)塊。Oracle允許指定5種非標(biāo)準(zhǔn)塊（Nonstandard Block）。
操作系統(tǒng)每次執(zhí)行I/O的時(shí)候，是以操作系統(tǒng)的塊為單位；Oracle每次執(zhí)行I/O的時(shí)候，都是以O(shè)racle的塊為單位。
Oracle數(shù)據(jù)塊大小一般是操作系統(tǒng)塊的整數(shù)倍。
數(shù)據(jù)塊的格式（Data Block Format）
塊中存放表的數(shù)據(jù)和索引的數(shù)據(jù)，無(wú)論存放哪種類(lèi)型的數(shù)據(jù)，塊的格式都是相同的，塊由塊頭（header/Common and Variable),表目錄（Table Directory）,行目錄（Row Directory）,空余空間（Free Space）和行數(shù)據(jù)（Row Data）五部分組成，
如下圖所示。 
塊頭（header/Common and Variable)：存放塊的基本信息，如：塊的物理地址，塊所屬的段的類(lèi)型（是數(shù)據(jù)段還是索引段）。 表目錄（Table Directory）：存放表的信息，即：如果一些表的數(shù)據(jù)被存放在這個(gè)塊中，那么，這些表的相關(guān)信息將被存放在“表目錄”中。
行目錄（Row Directory）：如果塊中有行數(shù)據(jù)存在，則，這些行的信息將被記錄在行目錄中。這些信息包括行的地址等。
行數(shù)據(jù)（Row Data）：是真正存放表數(shù)據(jù)和索引數(shù)據(jù)的地方。這部分空間是已被數(shù)據(jù)行占用的空間。
空余空間（Free Space）：空余空間是一個(gè)塊中未使用的區(qū)域，這片區(qū)域用于新行的插入和已經(jīng)存在的行的更新。
頭部信息區(qū)（Overhead）：我們把塊頭（header/Common and Variable),表目錄（Table Directory）,行目錄（Row Directory）這三部分合稱(chēng)為頭部信息區(qū)（Overhead）。頭部信息區(qū)不存放數(shù)據(jù)，它存放的整個(gè)塊的信息。頭部信息區(qū)的大小是可變的。一般來(lái)說(shuō)，頭部信息區(qū)的大小介于84字節(jié)（bytes）到107字節(jié)（bytes）之間。
數(shù)據(jù)塊中自由空間的使用
當(dāng)往數(shù)據(jù)庫(kù)中插入（INSERT）數(shù)據(jù)的時(shí)候，塊中的自由空間會(huì)減少；當(dāng)對(duì)塊中已經(jīng)存在的行進(jìn)行修改（UPDATE）的時(shí)候（使記錄長(zhǎng)度增加），塊中的自由空間也會(huì)減少。
DELETE語(yǔ)句和UPDATE語(yǔ)句會(huì)使塊中的自由空間增加。當(dāng)使用DELETE語(yǔ)句刪除塊中的記錄或者使用UPDATE語(yǔ)句把列的值更改成一個(gè)更小值的時(shí)候，Oracle會(huì)釋放出一部分自由空間。釋放出的自由空間并不一定是連續(xù)的。通常情況下，Oracle不會(huì)對(duì)塊中不連續(xù)的自由空間進(jìn)行合并。因?yàn)楹喜?shù)據(jù)塊中不連續(xù)的自由空間會(huì)影響數(shù)據(jù)庫(kù)的性能。只有當(dāng)用戶(hù)進(jìn)行數(shù)據(jù)插入（INSERT）或者更新（UPDATE）操作，卻找不到連續(xù)的自由空間的時(shí)候，Oracle才會(huì)合并數(shù)據(jù)塊中不連續(xù)的自由空間。
對(duì)于塊中的自由空間，Oracle提供兩種管理方式：自動(dòng)管理，手動(dòng)管理
行鏈接和行遷移（Row Chaining and Migrating）
行鏈接（Row Chaining）：如果我們往數(shù)據(jù)庫(kù)中插入（INSERT）一行數(shù)據(jù)，這行數(shù)據(jù)很大，以至于一個(gè)數(shù)據(jù)塊存不下一整行，Oracle就會(huì)把一行數(shù)據(jù)分作幾段存在幾個(gè)數(shù)據(jù)塊中，這個(gè)過(guò)程叫行鏈接（Row Chaining）。如下圖所示：
如果一行數(shù)據(jù)是普通行，這行數(shù)據(jù)能夠存放在一個(gè)數(shù)據(jù)塊中；如果一行數(shù)據(jù)是鏈接行，這行數(shù)據(jù)存放在多個(gè)數(shù)據(jù)塊中。
行遷移(Row Migrating)：數(shù)據(jù)塊中存在一條記錄，用戶(hù)執(zhí)行UPDATE更新這條記錄，這個(gè)UPDATE操作使這條記錄變長(zhǎng)，這時(shí)候，Oracle在這個(gè)數(shù)據(jù)塊中進(jìn)行查找，但是找不到能夠容納下這條記錄的空間，無(wú)奈之下，Oracle只能把整行數(shù)據(jù)移到一個(gè)新的數(shù)據(jù)塊。原來(lái)的數(shù)據(jù)塊中保留一個(gè)“指針”，這個(gè)“指針”指向新的數(shù)據(jù)塊。被移動(dòng)的這條記錄的ROWID保持不變。行遷移的原理如下圖所示：
無(wú)論是行鏈接還是行遷移，都會(huì)影響數(shù)據(jù)庫(kù)的性能。Oracle在讀取這樣的記錄的時(shí)候，Oracle會(huì)掃描多個(gè)數(shù)據(jù)塊，執(zhí)行更多的I/O。
塊中自由空間的自動(dòng)管理
Oracle使用位圖（bitmap）來(lái)管理和跟蹤數(shù)據(jù)塊，這種塊的空間管理方式叫“自動(dòng)管理”。自動(dòng)管理有下面的好處：
◆易于使用
◆更好地利用空間
◆可以對(duì)空間進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整
塊中自由空間的手動(dòng)管理
用戶(hù)可以通過(guò)PCTFREE, PCTUSED來(lái)調(diào)整塊中空間的使用，這種管理方式叫手動(dòng)管理。相對(duì)于自動(dòng)管理，手動(dòng)管理方式比較麻煩，不容易掌握，容易造成塊中空間的浪費(fèi)。
PCTFREE參數(shù)用于指定塊中必須保留的最小空閑空間百分例。之所以要預(yù)留這樣的空間，是因?yàn)閁PDATE時(shí)，需要這些空間。如果UPDATE時(shí)，沒(méi)有空余空間，Oracle就會(huì)分配一個(gè)新的塊，這會(huì)產(chǎn)生行遷移（Row Migrating）。
PCTUSED也是用于設(shè)置一個(gè)百分比，當(dāng)塊中已使用的空間的比例小于這個(gè)百分比的時(shí)候，這個(gè)塊才被標(biāo)識(shí)為有效狀態(tài)。只有有效的塊才被允許插入數(shù)據(jù)。
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