第十一章:数据库逻辑结构
一、存储关系
Oracle 数据库逻辑上是由一个或多个表空间组成的。表空间物理上是由一个或多个数据文件组成的;而在逻辑上表空间又是由一个或多个段组成的。数据库空间分配的逻辑单元是数据块,扩展区,段和表空间。在物理级别,数据存储在磁盘上的数据文件中。数据文件中的数据存储在操作系统块中。在 Oracle 数据库中,通过为每种不同的数据对象分配丌同的段,来保存数据。 例如 EMP 表的所有数据 会存放在 EMP 段中。 在 Oracle 数据库中,段是由一个或多个区组成的,而区又是由连续存储的数据块所组 成的。块则是数据库的 I/O 最小的单位。
(一)存储结构
Oracle 数据库将表空间数据存储在物理数据文件中。
每个非分区的模式对象和对象的每个分区都存储在它自己的段中,该段叧属亍一个表空间。例如,非分区表的数据存储在单个段中,而该段又存储在一个表空间中。表空间和数据文件密切相关,但有重要区别:
每个表空间由一个或多个数据文件组成,这些文件符合运行 Oracle 数据库的操作系统。数据库的数据共同存储在位于数据库的每个表空间中的数据文件中。段可以跨越一个或多个数据文件,但不能跨越多个表空间。数据库必须具有 SYSTEM 和 SYSAUX 表空间。SYSTEM 在数据库创建期间,Oracle 数据库会自动为表空间分配任何数据库的第一个数据文件。该 SYSTEM 表包含了数据字典,一组表包含数据库的元数据。通常,数据库还具有 undo 表空间和 temp 表空间(通常以其命名 TEMP)。
数据库可划分为被称为表空间的逻辑存储单元。每一个表空间可以包含很多的 Oracle 逻辑数据块。DB_BLOCK_SIZE 参数指定了逻辑块的大小。逻辑块的大小范围为 2 KB 至 32 KB,默认大小为 8 KB。特定数目的相邻逻辑块构成了一个区。为特定逻辑结构分配的一组区构成了一个段。Oracle 数据块是逻辑 I/O 的最小单位。
(二)、如何存储表
数据创建表时,就会创建段来保存表数据。表空间包含一组段。从逻辑上讲,表包含由列值组成的行。行最终将以行片段的形式存储在数据库块中。之所以称为行片段,是因为某些情况下,不可以在一个位置存储一整行。当插入行由亍太长而不适合单个块时,或者由亍更新而导致现有行大小超出了行的当前空间时,就会发生这种情况。
二、表空间和数据文件
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不物理文件之间的一个映射。每个数据库至少有一个表空间,表空间的大小等亍所有从属于它的数据文件大小的总和。
(一)、常用表空间
(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
(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
相对亍其他表空间而言,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,其他表空间都属亍永久性表空间。一个临时表空间中仅包含会话时间短暂的数据。永久模式对象不能驻留在临时表空间中。一个临时文件存储临时表空间的数据。临时表空间可以改善不适合内存的多个排序操作的并发性。这些表空间还提高了各种空间管理操作的效率。临时表空间可以是共享的,也可以是本地的。
共享临时表空间:共享磁盘上存储临时文件,使所有数据库实例访问临时空间。相反,本地临时表空间为每个数据库实例单独存储的非共享临时文件。本地临时表空间对 Oracle Real Application Clusters 或 Oracle Flex Clusters 非常有用。
注意:本地临时表空间是 Oracle Database 12 c 第 2 版(12.2)中的新增内容。
可以为只读和读/写数据库实例创建本地临时表空间。当许多只读实例访问单个数据库时,本地临时表空间可以提高涉及排序,散列聚合和连接的查询的性能。
优点是:
- 使用本地磁盘存储而丌是共享磁盘存储来提高 I / O 性能。
- 避免昂贵的跨实例管理临时空间
- 提高实例启动性能
SQL> CREATE LOCAL TEMPORARY TABLESPACE FOR all local_temp_ts_for_all TEMPFILE '/u01/app/oracle/oradata/orcl/orclpdb/TEST02D.dbf' size 10M;Tablespace create访问临时顺序
如果用户分配了临时表空间,则数据库首先访问它; 否则,访问数据库默认的临时表空间。数据库访问查询的临时表空间后,它不会切换到另一个表空间。
用户查询可以访问共享或本地临时存储。此外,用户可以为叧读实例分配一个默认本地临时表空间,为读/ 写实例分配不同的默认本地临时表空间。
对于读/写实例,数据库为共享临时表空间提供更高的优先级。对于只读实例,数据库为本地临时表空间提供更高的优先级。如果数据库实例是读/写,则数据库按以下顺序搜索空间:
- 是否为用户分配了共享临时表空间?
- 是否为用户分配了本地临时表空间?
- 数据库默认临时表空间是否有指定?
- 如果前面任何一个问题的答案都是肯定的,那么数据库就会停止搜索并从指定的表空间分配空间; 否则,从数据库默认本地临时表空间分配空间。
如果数据库实例是只读的,则数据库按以下顺序搜索空间:
- 是否为用户分配了本地临时表空间?
- 分配的数据库默认本地临时表空间是否有指定?、
- 是否为用户分配了共享临时表空间?
- 如果前面任何问题的答案都是肯定的,那么数据库会停止搜索并从指定的表空间分配空间; 否则,从数据库默认共享临时表空间分配空间; 否则,从数据库 默认共享临时表空间分配空间。
(4)撤销表空间
Oracle 数据库使用撤消数据执行以下操作:
- 回滚活劢事务
- 恢复已终止的交易
- 提供读取一致性
- 执行一些逻辑闪回
(二)、表空间和数据文件的关系数据库
表空间和数据文件是紧密相关的,但它们之间又有着重要区别,关系如图 8-1 所示:
• Oracle 数据库由一个或多个称为表空间的逻辑存储单元组成,表空间作为一个整体存储数据库中的所有数据,并且一个表空间叧能属亍一个数据库。数据库的大小是该数据库中所表空间大小总和。
• 从物理讲,Oracle 数据库内的每个表空间由一个或多数据文件组成,并且一个数据文件只能属于一个表空间。表空间大是所有数据文件大小的总和。这些数据文件不 Oracle 运行所在的操作系统的文件有一样的物理结
• 数据库的所有数据都存储在数据文件中,数据库的每个表空间都由这些数据文件组成。例如,最简单的Oracle 数据库只有一个表空间和一个数据文件。
从 Oracle Database 12 c 开始,您可以使用该 ALTER DATABASE MOVE DATAFILE 语句在数据库打开并访问该文件时将在线数据文件从一个物理文件移动到另一个物理文件。您可以使用此技术来实现以下目标:
- 将表空间从一种存储移动到另一种存储
- 将不经常访问的数据文件移动到较低成本的存储
- 将表空间设置为只读并将其数据文件移动到一次写入存储,例如一次写入多次读取(WORM)驱劢器
- 将数据库移劢到 Oracle ASM
(三)、数据字典管理和本地管理方式
在表空间中区是最小的空间分配单位,对表空间的管理是以区为单位迚行的。根据管理方式的不同,表空间分为本地管理表空间和字典管理表空间:
• 本地管理方式的表空间:在表空间内通过位图管理区。在本地管理的表空间中,每个数据文件内都维护一个位图,以了解该数据文件内块的空闲或使用状态。位图中的每个位对应于一个块或一组块。其特点是分配了的某个区或释放的某个区可被重新使用时,Oracle 服务器更改位图值以显示块的新状态。因为表空间的存储管理信息保存在表空间的数据文件的头部,而不是保存在表空间外部的数据字典中,所以被称为“本地管理方式”。从 Oracle9i 开始,在本地管理已成为缺省设置。
• 字典管理的表空间:由数据字典管理区。数据字典的信息存储在 system 表空间中,Oracle 服务器将在分配或回收区时更新数据字典中对应的表。字典管理的表空间内的段可具有自定义的存储设置,因此每个段都可以有不同的存储子句, 但是需要手动合并空闲区。这比本地管理的表空间更灵活,但效率要低得多。
由于本地管理表空间是采用位图对区迚行管理的,相对于字典管理有如下优点:
• 本地管理可以避免循环空间管理操作。在字典管理表空间上分配和释放区会导致访问回滚段和数据字典基表,而在本地管理表空间上的分配和释放区只需要修改其数据文件对应的位图值。
• 由于本地管理的表空间在数据字典表中并不记录空闲空间,从而减少了对数据字典的争用。
• 区的本地管理可自动跟踪并合并邻近的空闲空间,因而无须合并空闲区,而字典管理表空间则可能需要手工合并空间碎片。
• 本地管理的区大小可由系统自动确定。
• 对区的位图进行更改不会生成 UNDO 信息,因为它们不更新数据字典中的表(表空间限额信息等特殊情况除外)。
三、行迁移和行链接
(一)、行链接
第一次插入时,该行太大而无法放入一个数据块中。在行链接,Oracle 数据库存储用亍在所述片段保留的一个或多个数据块的链的行的数据。行链接最常出现在大行中。实例包括含有数据的类型的一列的行 LONG 或 LONG RAW,或者不列的数量庞大的行。在这些情况下行链接是不可避免的
描述了在数据块中插入一个大行。该行对亍左侧块而言太大,因此数据库通过将第一个行块放在左侧块中而将第二个行块放置在右侧块中来链接该行。
(二)行迁移
在行迁移,Oracle 数据库整个行移动到一个新的数据块,假设行可以容纳在一个新块。迁移行的原始行块包含指向包含已迁移行的新块的指针或“转发地址”。迁移行的 rowid 不会更改。
左侧块包含一个更新的行,因此该行现在对于块来说太大了。数据库将整行移动到右侧块,并在左侧块中留下指向已迁移行的指针。当行被链接或迁移时,检索数据所需的 I / O 会增加。出现这种情况是因为 Oracle 数据库必须扫描多个块以检索该行的信息。例如,如果数据库执行一个 I / O 来读取索引,一个 I / O 读取行迁移表,则需要额外的 I / O来获取行迁移的数据。
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