Oracle數據塊原理深入剖析-入門基礎時間:

數據塊(Oracle Data Blocks)，本文簡稱為“塊”，是Oracle最小的存儲單位，Oracle數據存放在“塊”中。一個塊占用一定的磁盤空間。特別注意的是，這里的“塊”是Oracle的“數據塊”，不是操作系統的“塊”。

　　Oracle每次請求數據的時候，都是以塊為單位。也就是說，Oracle每次請求的數據是塊的整數倍。如果Oracle請求的數據量不到一塊，Oracle也會讀取整個塊。所以說，“塊”是Oracle讀寫數據的最小單位或者最基本的單位。

　　塊的標準大小由初始化參數DB_BLOCK_SIZE指定。具有標準大小的塊稱為標準塊(Standard Block)。塊的大小和標準塊的大小不同的塊叫非標準塊(Nonstandard Block)。同一數據庫中，Oracle9i及以上版本支持同一數據庫中同時使用標準塊和非標準塊。Oracle允許指定5種非標準塊(Nonstandard Block)。

　　操作系統每次執行I/O的時候，是以操作系統的塊為單位;Oracle每次執行I/O的時候，都是以Oracle的塊為單位。

　　Oracle數據塊大小一般是操作系統塊的整數倍。

　　數據塊的格式(Data Block Format)

　　塊中存放表的數據和索引的數據，無論存放哪種類型的數據，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)和行數據(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，塊所屬的段的類型(是數據段還是索引段)。 表目錄(Table Directory)：存放表的信息，即：如果一些表的數據被存放在這個塊中，那么，這些表的相關信息將被存放在“表目錄”中。

　　行目錄(Row Directory)：如果塊中有行數據存在，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。

　　行數據(Row Data)：是真正存放表數據和索引數據的地方。這部分空間是已被數據行占用的空間。

　　空余空間(Free Space)：空余空間是一個塊中未使用的區域，這片區域用于新行的插入和已經存在的行的更新。

　　頭部信息區(Overhead)：我們把塊頭(header/Common and Variable),表目錄(Table Directory),行目錄(Row Directory)這三部分合稱為頭部信息區(Overhead)。頭部信息區不存放數據，它存放的整個塊的信息。頭部信息區的大小是可變的。一般來說，頭部信息區的大小介于84字節(bytes)到107字節(bytes)之間。

　　數據塊中自由空間的使用

　　當往數據庫中插入(INSERT)數據的時候，塊中的自由空間會減少;當對塊中已經存在的行進行修改(UPDATE)的時候(使記錄長度增加)，塊中的自由空間也會減少。

　　DELETE語句和UPDATE語句會使塊中的自由空間增加。當使用DELETE語句刪除塊中的記錄或者使用UPDATE語句把列的值更改成一個更小值的時候，Oracle會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的。通常情況下，Oracle不會對塊中不連續的自由空間進行合并。因為合并數據塊中不連續的自由空間會影響數據庫的性能。只有當用戶進行數據插入(INSERT)或者更新(UPDATE)操作，卻找不到連續的自由空間的時候，Oracle才會合并數據塊中不連續的自由空間。

　　對于塊中的自由空間，Oracle提供兩種管理方式：自動管理，手動管理

　　行鏈接和行遷移(Row Chaining and Migrating)

　　行鏈接(Row Chaining)：如果我們往數據庫中插入(INSERT)一行數據，這行數據很大，以至于一個數據塊存不下一整行，Oracle就會把一行數據分作幾段存在幾個數據塊中，這個過程叫行鏈接(Row Chaining)。如下圖所示：

　　如果一行數據是普通行，這行數據能夠存放在一個數據塊中;如果一行數據是鏈接行，這行數據存放在多個數據塊中。

　　行遷移(Row Migrating)：數據塊中存在一條記錄，用戶執行UPDATE更新這條記錄，這個UPDATE操作使這條記錄變長，這時候，Oracle在這個數據塊中進行查找，但是找不到能夠容納下這條記錄的空間，無奈之下，Oracle只能把整行數據移到一個新的數據塊。原來的數據塊中保留一個“指針”，這個“指針”指向新的數據塊。被移動的這條記錄的ROWID保持不變。行遷移的原理如下圖所示：

　　無論是行鏈接還是行遷移，都會影響數據庫的性能。Oracle在讀取這樣的記錄的時候，Oracle會掃描多個數據塊，執行更多的I/O。

　　塊中自由空間的自動管理

　　Oracle使用位圖(bitmap)來管理和跟蹤數據塊，這種塊的空間管理方式叫“自動管理”。自動管理有下面的好處：

　　◆易于使用

　　◆更好地利用空間

　　◆可以對空間進行實時調整

　　塊中自由空間的手動管理

　　用戶可以通過PCTFREE, PCTUSED來調整塊中空間的使用，這種管理方式叫手動管理。相對于自動管理，手動管理方式比較麻煩，不容易掌握，容易造成塊中空間的浪費。

　　PCTFREE參數用于指定塊中必須保留的最小空閑空間百分例。之所以要預留這樣的空間，是因為UPDATE時，需要這些空間。如果UPDATE時，沒有空余空間，Oracle就會分配一個新的塊，這會產生行遷移(Row Migrating)。

　　PCTUSED也是用于設置一個百分比，當塊中已使用的空間的比例小于這個百分比的時候，這個塊才被標識為有效狀態。只有有效的塊才被允許插入數據。

文章轉載自網管網：http://www.bitscn.com/pdb/oracle/200904/160356.html

ORACLE塊的分析
（一）
一直以來對“塊”的概念總是含混不清，從字面意義理解，只知道這是ORACLE存放數據的最小單位，然而它的內部世界如何呢，本人打算從今天開始連載幾篇文檔，對它進行深度分析。
通過很多文檔、資料，了解到了數據庫基本結構魚刺圖：
基本上每個對象對應一個段（ Segment），只有分區對應多個段，這里的對象包括table，index，partition等等，段可以跨越多個數據文件。
每個段又有多個區（extent）來組成，這些區不能跨越多個數據文件，同時在系統使用過程中自動擴展。
最后是塊（block），所有的數據都是存放在塊中。為了適應操作系統，每個塊在創建數據庫的時候默認了一個大小，這個大小一般是8K，同時在9I及其以 后的版本中增加了不同大小的塊參數，這將在以后的實驗中體現。先說說這個8K大小的塊，一般來說，為了使得oracle運行讀寫數據文件的時候有一個合理 的吞吐量，這里的塊大小，都跟操作系統塊大小設為整數倍，例如ntfs格式化的磁盤文件，每個物理塊大小為4，這里oracle的塊大小為8，即是代表每 讀取一個oracle塊，其實物理上也就是讀取了兩個操作系統塊。 這里主要指的是數據文件存放在塊設備上，在實際的生產環境中，大部分情況都是將數據庫安裝在裸設備（RAW）也叫做原始分區之上。關于RAW將在以后進行 講解。
  
通過上面這段文字，我們可以了解到ORACLE基本的存儲結構，下一篇將針對塊的大小與存放數據大小來做實驗。
（二）
上一節了解到了ORACLE的存儲結構，這節講一講塊的大小與數據存放之間的關系。
大家都知道了在ORACLE環境中，所有的對象都是存放在塊中，這個塊大小與存放的記錄之間到底存在怎樣的關系呢？
做一個實驗看看：
創建一個表空間test
create tablespace test datafile '/oracle/oradata/test.dbf' size 100m;
創建一個用戶
create user test identified by test default tablespace test;
創建一個表
create table test.t1 (a1 number,a2 varchar2(100));
檢查段，可以發現在這個視圖中出現了名稱為T的段，段類型為TABLE，這個段里面分配了1個區，其中包含8個塊，大小為64K字節。
select segment_name,blocks,extents,bytes,segment_type,tablespace_name from dba_segments where owner='TEST';
SEGMENT_NAME     BLOCKS    EXTENTS      BYTES SEGMENT_TYPE       TABLESPACE_NAME
---------- ---------- ---------- ---------- ------------------ ----------
T                   8          1      65536 TABLE              TEST
檢查區，可以發現在這個視圖中出現了一個區，區號為0，包含8個塊，大小為64K字節。
select segment_name,segment_type,extent_id,blocks,bytes from dba_extents where owner='TEST';
SEGMENT_NAME SEGMENT_TYPE        EXTENT_ID     BLOCKS      BYTES
---------- ------------------ ---------- ---------- ----------
T          TABLE                       0          8      65536        
檢查塊，可以發現這里沒有載入到內存的塊，由此斷定，在數據未寫入的時候，內存中并沒有存放數據的塊。
select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where ts#=12;
未選定行
插入10行數據，進行測試。
SQL> declare
  2  i number
  3  ;
  4  begin
  5  for i in 1..10 loop
  6  execute immediate 'insert into test.t values (:x,:y)' using i,i;
  7  end loop;
  8  end;
  9  /
PL/SQL 過程已成功完成。
再次查看v$bh視圖，檢查內存中是否使用到了塊。
select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where ts#=12;
     FILE#     BLOCK#     CLASS# STATU        XNC       OBJD
---------- ---------- ---------- ----- ---------- ----------
         1      28089          4 xcur           0      11038
         1      28090          1 xcur           0      11038
哈哈，果然出現了數據，說明在數據插入的表的時候在內存中已經載入了分配的塊，同時在這些塊中寫入了數據，這里占用了兩個塊，塊號分別為28089，28090，其中我們可以根據CLASS#來判斷出他們屬于不同類型。
（三）
這一節緊接著上一節來說。
上一節通過實驗，我們了解到，塊的創建和讀取流程，不過只是針對一個會話的，現在我們來看看在一個會話中插入數據之后，同時在另外一個會話查詢數據，這樣的情況會對塊有什么影響。
打開一個新的會話， 然后執行如下命令：
查詢表，由于插入數據的事務沒有提交，這里在另外的會話中就看不到任何數據，深深體現了ORACLE的多版本一致性
select * from test_gao.t;
未選定行
查詢視圖v$bh，看是否有了變化
select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where ts#=12;
      FILE#     BLOCK#     CLASS# STATU        XNC       OBJD
---------- ---------- ---------- ----- ---------- ----------
         1      28089          4 xcur           0      11038
         1      28090          1 cr             0      11038
         1      28090          1 cr             0      11038
         1      28090          1 xcur           0      11038
果然和上一節查詢出來的結果不同，多了紅色字體標識出來的兩行，大家可以看到這兩行的STATUS字段值為cr，什么是cr呢？它是Consistency Read（一致性讀取）的縮寫。從這里可以看出28090這個塊被兩個會話進行了操作。
在第一個會話中回滾事務會發生什么呢？看下面的操作：
會話1：執行rollback
SQL> rollback;
回退已完成。
再次查詢v$bh視圖，看看什么情況
  select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where objd=11038;
     FILE#     BLOCK#     CLASS# STATU        XNC       OBJD
---------- ---------- ---------- ----- ---------- ----------
         1      28089          4 xcur           0      11038
         1      28090          1 cr             0      11038
         1      28090          1 cr             0      11038
         1      28090          1 xcur           0      11038
結果還是一樣，說明在事務回滾之后，塊還是處于一致讀取的狀態。
（四）
我們繼續上一節的話題。
關閉數據庫實例
SQL> shutdown immediate
數據庫已經關閉。
已經卸載數據庫。
重新打開數據庫
SQL>startup
ORACLE 例程已經啟動。

Total System Global Area  253214492 bytes
Fixed Size                   454428 bytes
Variable Size             117440512 bytes
Database Buffers          134217728 bytes
Redo Buffers                1101824 bytes
數據庫裝載完畢。
數據庫已經打開。
檢查v$bh視圖
select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where objd=11038;
未選定行
說明在沒有進行塊中數據的相關操作的時候，并沒有從物理文件中提取塊到內存。
執行查詢或者插入、更新的SQL語句
SQL> insert into test.t values (200,200);
已創建 1 行。
再次檢查v$bh視圖
SQL> select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where objd=11038;
     FILE#     BLOCK#     CLASS# STATU        XNC       OBJD
---------- ---------- ---------- ----- ---------- ----------
         1      28089          4 xcur           0      11038
         1      28090          1 xcur           0      11038
總結：在沒有進行物理I/O的時候,v$bh視圖中不會出現相關的塊信息，同時證明此視圖中存放的乃是數據文件塊放到內存中的“塊”信息。