Oracle数据块原理深入剖析-入门基础时间:

数据块(Oracle Data Blocks)，本文简称为“块”，是Oracle最小的存储单位，Oracle数据存放在“块”中。一个块占用一定的磁盘空间。特别注意的是，这里的“块”是Oracle的“数据块”，不是操作系统的“块”。

　　Oracle每次请求数据的时候，都是以块为单位。也就是说，Oracle每次请求的数据是块的整数倍。如果Oracle请求的数据量不到一块，Oracle也会读取整个块。所以说，“块”是Oracle读写数据的最小单位或者最基本的单位。

　　块的标准大小由初始化参数DB_BLOCK_SIZE指定。具有标准大小的块称为标准块(Standard Block)。块的大小和标准块的大小不同的块叫非标准块(Nonstandard Block)。同一数据库中，Oracle9i及以上版本支持同一数据库中同时使用标准块和非标准块。Oracle允许指定5种非标准块(Nonstandard Block)。

　　操作系统每次执行I/O的时候，是以操作系统的块为单位;Oracle每次执行I/O的时候，都是以Oracle的块为单位。

　　Oracle数据块大小一般是操作系统块的整数倍。

　　数据块的格式(Data Block Format)

　　块中存放表的数据和索引的数据，无论存放哪种类型的数据，块的格式都是相同的，块由块头(header/Common and Variable),表目录(Table Directory),行目录(Row Directory),空余空间(Free Space)和行数据(Row Data)五部分组成，

　　如下图所示。

　　块头(header/Common and Variable)：存放块的基本信息，如：块的物理地址，块所属的段的类型(是数据段还是索引段)。 表目录(Table Directory)：存放表的信息，即：如果一些表的数据被存放在这个块中，那么，这些表的相关信息将被存放在“表目录”中。

　　行目录(Row Directory)：如果块中有行数据存在，则，这些行的信息将被记录在行目录中。这些信息包括行的地址等。

　　行数据(Row Data)：是真正存放表数据和索引数据的地方。这部分空间是已被数据行占用的空间。

　　空余空间(Free Space)：空余空间是一个块中未使用的区域，这片区域用于新行的插入和已经存在的行的更新。

　　头部信息区(Overhead)：我们把块头(header/Common and Variable),表目录(Table Directory),行目录(Row Directory)这三部分合称为头部信息区(Overhead)。头部信息区不存放数据，它存放的整个块的信息。头部信息区的大小是可变的。一般来说，头部信息区的大小介于84字节(bytes)到107字节(bytes)之间。

　　数据块中自由空间的使用

　　当往数据库中插入(INSERT)数据的时候，块中的自由空间会减少;当对块中已经存在的行进行修改(UPDATE)的时候(使记录长度增加)，块中的自由空间也会减少。

　　DELETE语句和UPDATE语句会使块中的自由空间增加。当使用DELETE语句删除块中的记录或者使用UPDATE语句把列的值更改成一个更小值的时候，Oracle会释放出一部分自由空间。释放出的自由空间并不一定是连续的。通常情况下，Oracle不会对块中不连续的自由空间进行合并。因为合并数据块中不连续的自由空间会影响数据库的性能。只有当用户进行数据插入(INSERT)或者更新(UPDATE)操作，却找不到连续的自由空间的时候，Oracle才会合并数据块中不连续的自由空间。

　　对于块中的自由空间，Oracle提供两种管理方式：自动管理，手动管理

　　行链接和行迁移(Row Chaining and Migrating)

　　行链接(Row Chaining)：如果我们往数据库中插入(INSERT)一行数据，这行数据很大，以至于一个数据块存不下一整行，Oracle就会把一行数据分作几段存在几个数据块中，这个过程叫行链接(Row Chaining)。如下图所示：

　　如果一行数据是普通行，这行数据能够存放在一个数据块中;如果一行数据是链接行，这行数据存放在多个数据块中。

　　行迁移(Row Migrating)：数据块中存在一条记录，用户执行UPDATE更新这条记录，这个UPDATE操作使这条记录变长，这时候，Oracle在这个数据块中进行查找，但是找不到能够容纳下这条记录的空间，无奈之下，Oracle只能把整行数据移到一个新的数据块。原来的数据块中保留一个“指针”，这个“指针”指向新的数据块。被移动的这条记录的ROWID保持不变。行迁移的原理如下图所示：

　　无论是行链接还是行迁移，都会影响数据库的性能。Oracle在读取这样的记录的时候，Oracle会扫描多个数据块，执行更多的I/O。

　　块中自由空间的自动管理

　　Oracle使用位图(bitmap)来管理和跟踪数据块，这种块的空间管理方式叫“自动管理”。自动管理有下面的好处：

　　◆易于使用

　　◆更好地利用空间

　　◆可以对空间进行实时调整

　　块中自由空间的手动管理

　　用户可以通过PCTFREE, PCTUSED来调整块中空间的使用，这种管理方式叫手动管理。相对于自动管理，手动管理方式比较麻烦，不容易掌握，容易造成块中空间的浪费。

　　PCTFREE参数用于指定块中必须保留的最小空闲空间百分例。之所以要预留这样的空间，是因为UPDATE时，需要这些空间。如果UPDATE时，没有空余空间，Oracle就会分配一个新的块，这会产生行迁移(Row Migrating)。

　　PCTUSED也是用于设置一个百分比，当块中已使用的空间的比例小于这个百分比的时候，这个块才被标识为有效状态。只有有效的块才被允许插入数据。

文章转载自网管网：http://www.bitscn.com/pdb/oracle/200904/160356.html

ORACLE块的分析
（一）
一直以来对“块”的概念总是含混不清，从字面意义理解，只知道这是ORACLE存放数据的最小单位，然而它的内部世界如何呢，本人打算从今天开始连载几篇文档，对它进行深度分析。
通过很多文档、资料，了解到了数据库基本结构鱼刺图：
基本上每个对象对应一个段（ Segment），只有分区对应多个段，这里的对象包括table，index，partition等等，段可以跨越多个数据文件。
每个段又有多个区（extent）来组成，这些区不能跨越多个数据文件，同时在系统使用过程中自动扩展。
最后是块（block），所有的数据都是存放在块中。为了适应操作系统，每个块在创建数据库的时候默认了一个大小，这个大小一般是8K，同时在9I及其以 后的版本中增加了不同大小的块参数，这将在以后的实验中体现。先说说这个8K大小的块，一般来说，为了使得oracle运行读写数据文件的时候有一个合理 的吞吐量，这里的块大小，都跟操作系统块大小设为整数倍，例如ntfs格式化的磁盘文件，每个物理块大小为4，这里oracle的块大小为8，即是代表每 读取一个oracle块，其实物理上也就是读取了两个操作系统块。 这里主要指的是数据文件存放在块设备上，在实际的生产环境中，大部分情况都是将数据库安装在裸设备（RAW）也叫做原始分区之上。关于RAW将在以后进行 讲解。
  
通过上面这段文字，我们可以了解到ORACLE基本的存储结构，下一篇将针对块的大小与存放数据大小来做实验。
（二）
上一节了解到了ORACLE的存储结构，这节讲一讲块的大小与数据存放之间的关系。
大家都知道了在ORACLE环境中，所有的对象都是存放在块中，这个块大小与存放的记录之间到底存在怎样的关系呢？
做一个实验看看：
创建一个表空间test
create tablespace test datafile '/oracle/oradata/test.dbf' size 100m;
创建一个用户
create user test identified by test default tablespace test;
创建一个表
create table test.t1 (a1 number,a2 varchar2(100));
检查段，可以发现在这个视图中出现了名称为T的段，段类型为TABLE，这个段里面分配了1个区，其中包含8个块，大小为64K字节。
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
检查区，可以发现在这个视图中出现了一个区，区号为0，包含8个块，大小为64K字节。
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        
检查块，可以发现这里没有载入到内存的块，由此断定，在数据未写入的时候，内存中并没有存放数据的块。
select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where ts#=12;
未选定行
插入10行数据，进行测试。
SQL> declare
  2  i number
  3  ;
  4  begin
  5  for i in 1..10 loop
  6  execute immediate 'insert into test.t values (:x,:y)' using i,i;
  7  end loop;
  8  end;
  9  /
PL/SQL 过程已成功完成。
再次查看v$bh视图，检查内存中是否使用到了块。
select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where ts#=12;
     FILE#     BLOCK#     CLASS# STATU        XNC       OBJD
---------- ---------- ---------- ----- ---------- ----------
         1      28089          4 xcur           0      11038
         1      28090          1 xcur           0      11038
哈哈，果然出现了数据，说明在数据插入的表的时候在内存中已经载入了分配的块，同时在这些块中写入了数据，这里占用了两个块，块号分别为28089，28090，其中我们可以根据CLASS#来判断出他们属于不同类型。
（三）
这一节紧接着上一节来说。
上一节通过实验，我们了解到，块的创建和读取流程，不过只是针对一个会话的，现在我们来看看在一个会话中插入数据之后，同时在另外一个会话查询数据，这样的情况会对块有什么影响。
打开一个新的会话， 然后执行如下命令：
查询表，由于插入数据的事务没有提交，这里在另外的会话中就看不到任何数据，深深体现了ORACLE的多版本一致性
select * from test_gao.t;
未选定行
查询视图v$bh，看是否有了变化
select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where ts#=12;
      FILE#     BLOCK#     CLASS# STATU        XNC       OBJD
---------- ---------- ---------- ----- ---------- ----------
         1      28089          4 xcur           0      11038
         1      28090          1 cr             0      11038
         1      28090          1 cr             0      11038
         1      28090          1 xcur           0      11038
果然和上一节查询出来的结果不同，多了红色字体标识出来的两行，大家可以看到这两行的STATUS字段值为cr，什么是cr呢？它是Consistency Read（一致性读取）的缩写。从这里可以看出28090这个块被两个会话进行了操作。
在第一个会话中回滚事务会发生什么呢？看下面的操作：
会话1：执行rollback
SQL> rollback;
回退已完成。
再次查询v$bh视图，看看什么情况
  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
结果还是一样，说明在事务回滚之后，块还是处于一致读取的状态。
（四）
我们继续上一节的话题。
关闭数据库实例
SQL> shutdown immediate
数据库已经关闭。
已经卸载数据库。
重新打开数据库
SQL>startup
ORACLE 例程已经启动。

Total System Global Area  253214492 bytes
Fixed Size                   454428 bytes
Variable Size             117440512 bytes
Database Buffers          134217728 bytes
Redo Buffers                1101824 bytes
数据库装载完毕。
数据库已经打开。
检查v$bh视图
select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where objd=11038;
未选定行
说明在没有进行块中数据的相关操作的时候，并没有从物理文件中提取块到内存。
执行查询或者插入、更新的SQL语句
SQL> insert into test.t values (200,200);
已创建 1 行。
再次检查v$bh视图
SQL> select file#,block#,class#,status,xnc,objd from v$bh where objd=11038;
     FILE#     BLOCK#     CLASS# STATU        XNC       OBJD
---------- ---------- ---------- ----- ---------- ----------
         1      28089          4 xcur           0      11038
         1      28090          1 xcur           0      11038
总结：在没有进行物理I/O的时候,v$bh视图中不会出现相关的块信息，同时证明此视图中存放的乃是数据文件块放到内存中的“块”信息。