Oracle體系結構和物理結構
下面咱們就具體瞭解一下Oracle的邏輯結構和物理結構：
一、Oracle邏輯結構
其他關係的邏輯結構，我感覺都是抽象的，但是，Oracle的邏輯結構不抽象，它是一種層次結構，主要由：表空間(Tablespace)，段(segment)，區(extents)和資料塊(blocks)等概念組成，具體如下圖所示：
1.1資料塊
資料塊是Oracle最小的儲存單位，Oracle的資料放在資料塊中，但是此”資料塊“非作業系統的”系統塊“，這兩個要區分開，一般Oracle資料塊的大小是作業系統系統塊的整數倍。Oracle每次請求資料的時候，都是以資料塊為單位，也就是說，每次請求的資料是塊的整數倍，如果請求的資料量不到一塊，那麼Oracle也會讀取整個資料塊。
資料塊大小是由初始化引數DB_BLOCK_SIZE指定的，符合標準的就是標準塊，不符合標準的就是不標準塊
[email protected] zxy>col name for a20
[email protected] zxy>col value for a10
[email protected] zxy>select name,value from v$parameter where name='db_block_size';
NAME VALUE
-------------------- ----------
db_block_size 8192
一般情況下：Oracle預設都是8192B，而作業系統的系統塊是2048B，Oracle的資料塊是由4個作業系統塊構成。
資料塊中存放資料、索引資料和簇資料等，無論存放那種資料，其結構都是一樣的，都是由塊頭、表目錄、行目錄、空餘空間（又叫做自由空間）、行資料等5部分組成，如下圖所示：
資料塊中各個組成部分介紹如下：
- 塊頭：存放資料塊的基本資訊，如塊的實體地址、塊所屬的段的型別（索引段還是資料段）
- 表目錄：存放表的資訊，如果資料塊中存放的是表資料，則表目錄中儲存有關的表資訊
- 行目錄：如果塊中有行資料存在，則這些行的資訊將被記錄在行目錄中。這些資訊包括行的地址等
- 空餘空間：空餘空間是一個塊中未使用的區域，這片區域中用於新行的插入和已經存在行的更新
- 行資料：用於存放表資料和索引資料，這些空間被資料行所佔用
通常把塊頭、表目錄、行目錄這三部分組合起來成為頭部資訊區，頭部資訊區不存放資料，它存放整個塊的引導資訊，起到引導系統讀取資料的作用，如果頭部資訊區遭到破壞，則oracle系統無法讀取這部分資料。空餘空間和行資料用於儲存真正的資料。
補充：空餘空間，這部分非常重要，經常所說的行連結和行遷移就發生在此：無論是行連結還是行遷移，都會影響資料庫的效能。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。
當往資料庫中插入(INSERT)資料的時候，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。釋放出的自由空間並不一定是連續的。通常情況下，Oracle不會對塊中不連續的自由空間進行合併。因為合併資料塊中不連續的自由空間會影響資料庫的效能。只有當用戶進行資料插入(INSERT)或者更新(UPDATE)操作，卻找不到連續的自由空間的時候，Oracle才會主動的合併資料塊中不連續的自由空間。
行連結和行遷移(Row Chaining and Migrating)
- 行連結(Row Chaining)：如果我們往資料庫中插入(INSERT)一行資料，這行資料很大，以至於一個數據塊存不下一整行，Oracle就會把一行資料分作幾段存在幾個資料塊中，這個過程叫行連結(Row Chaining)。如果一行資料是普通行，這行資料能夠存放在一個數據塊中;如果一行資料是連結行，這行資料存放在多個數據塊中。
- 行遷移(Row Migrating)：資料塊中存在一條記錄，使用者執行UPDATE更新這條記錄，這個UPDATE操作使這條記錄變長，這時候，Oracle在這個資料塊中進行查詢，但是找不到能夠容納下這條記錄的空間，無奈之下，Oracle只能把整行資料移到一個新的資料塊。原來的資料塊中保留一個“指標”，這個“指標”指向新的資料塊。被移動的這條記錄的ROWID保持不變。
對於塊中的自由空間，Oracle提供兩種管理方式：自動管理，手動管理
自動管理：Oracle使用點陣圖(bitmap)來管理和跟蹤資料塊，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：
- 易於使用
- 更好地利用空間
- 可以對空間進行實時調整
手動管理：使用者可以通過PCTFREE, PCTUSED來調整塊中空間的使用，這種管理方式叫手動管理。相對於自動管理，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。
PCTUSED也是用於設定一個百分比，當塊中已使用的空間的比例小於這個百分比的時候，這個塊才被標識為有效狀態。只有有效的塊才被允許插入資料。
PCTFREE引數用於指定塊中必須保留的最小空閒空間百分例，預設值為10。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，沒有空餘空間，Oracle就會分配一個新的塊，這會產生行遷移(Row Migrating)。
簡單來說：
pctused表示資料所佔最低百分比，如果達到pctused時不能插入資料，delete後如果達到pctused才可以用來insert。
pctfree表示用於保留更新操作的百分比，如果超過該值就不能插入資料。
例如，假定在Create table語句中指定了pctfree為20，則說明在該表的資料段內每個資料塊的20%被作為可利用的空閒空間，用於更新已在資料塊記憶體在的資料行其餘80%是用於插入新的資料行，直到達到80%為止。顯然，pctfree值越小，則為現存行更新所預留的空間越少。因此，如果pctfree設定得太高，則在全表掃描期間增加I/O，浪費磁碟空間；如果pctfree設定得太低，則會導致行遷移。
pctused引數設定了資料塊是否是空閒的界限。當資料塊的使用空間低於pctused的值時，此資料塊標誌為空閒，該空閒空間僅用於插入新的行。如果資料塊已經達到了由pctused所確定的上邊界時，Oracle就認為此資料塊已經無法再插入新的行。例如，假定在Create table語句中指定pctused為40，則當小於或等於39時，該資料塊才是可用的。所以，可將資料塊填得更滿，這樣可節省空間，但卻增加了處理開銷，因為資料塊的空閒空間總是要被更新的行佔據，所以對資料塊需要頻繁地進行重新組織。比較低的pctused增加了資料庫的空閒空間，但減少了更新操作的處理開銷。所以，如果pctused設定過高，則會降低磁碟的利用率導致行遷移；若pctused設定過低，則浪費磁碟空間，增加全表掃描時的I/O輸出。pctused是與pctfree相對的引數。
那麼，如何選擇pctfree和pctused的值呢？有個公式可供參考。顯然，pctfree和pctused的之和不能超過100。若兩者之和低於100，則空間的利用與系統的I/O之間的最佳平衡點是：pctfree與pctused之和等於100%減去一行的大小佔塊空間大小的百分比。例如，如果塊大小為2048位元組，則它需要100個位元組的開銷，而行大小是390位元組（為可用塊的20%）。為了充分利用空間，pctfree與pctused之和最好為80%。
那麼，怎樣確定資料塊大小呢？有兩個因素需要考慮：
一是資料庫環境型別。例如，是DSS環境還是OLTP環境？在資料倉庫環境（OLAP或DSS）下，使用者需要進行許多執行時間很長的查詢，所以應當使用大的資料塊。在OLTP系統中，使用者處理大量的小型事務，採用較小資料塊能夠獲得更好的效果。
二是SGA的大小。資料庫緩衝區的大小由資料塊大小和初始化檔案的db_block_buffers引數決定。最好設為作業系統I/O的整數倍。
1.2 資料區（extent）
資料區是一組連續的資料塊。當一個表、回滾段或臨時段建立或需要附加空間時，系統總是為之分配一個新的資料區。一個數據區不能跨越多個檔案，因為它包含連續的資料塊。使用區的目的是用來儲存特定資料型別的資料，也是表中資料增長的基本單位。在Oracle資料庫中，分配空間就是以資料區為單位的。一個Oracle物件包含至少一個數據區。設定一個表或索引的儲存引數包含設定它的資料區大小。
1.3 資料段（segment）
段是由多個數據區構成的，它是為特定的資料庫物件（如表段、索引段、回滾段、臨時段）分配的一系列資料區。段內包含的資料區可以不連續，並且可以跨越多個檔案。使用段的目的是用來儲存特定物件。
一個Oracle資料庫有4種類型的段：
- 資料段：資料段也稱為表段，它包含資料並且與表和簇相關。當建立一個表時，系統自動建立一個以該表的名字命名的資料段。
- 索引段：包含了用於提高系統性能的索引。一旦建立索引，系統自動建立一個以該索引的名字命名的索引段
- 回滾段：包含了回滾資訊，並在資料庫恢復期間使用，以便為資料庫提供讀入一致性和回滾未提交的事務，即用來回滾事務的資料空間。當一個事務開始處理時，系統為之分配回滾段，回滾段可以動態建立和撤銷。系統有個預設的回滾段，其管理方式既可以是自動的，也可以是手工的。
- 臨時段：它是Oracle在執行過程中自行建立的段。當一個SQL語句需要臨時工作區時，由Oracle建立臨時段。一旦語句執行完畢，臨時段的區間便退回給系統。
1.4 表空間（tablespace）
任何資料庫物件在儲存時都必須儲存在某個表空間中。表空間對應於若干個磁碟檔案，即表空間是由一個或多個磁碟檔案構成的。表空間相當於作業系統中的資料夾，也是資料庫邏輯結構與物理檔案之間的一個對映。每個資料庫至少有一個表空間（system tablespace），表空間的大小等於所有從屬於它的資料檔案大小的總和。下面說幾個資料庫不可獲缺的表空間：
- System 表空間 ：系統表空間是每個Oracle資料庫都具備的，儲存著諸如表空間名稱、表空間所含資料檔案等資料庫管理所需的資訊。系統表空間的名稱是不可更改的。系統表空間必須在任何時候都可以用，也是資料庫執行的必要條件。因此，系統表空間是不能離線的。 系統表空間包括資料字典、儲存過程、觸發器和系統回滾段。為避免系統表空間產生儲存碎片以及爭用系統資源的問題，應建立一個獨立的表空間用來單獨儲存使用者資料。
- SYSAUX 表空間：sysaux表空間是隨著資料庫的建立而建立的，它充當SYSTEM的輔助表空間，主要儲存除資料字典以外的其他物件。SYSAUX也是許多Oracle 資料庫的預設表空間，它減少了由資料庫和DBA管理的表空間數量，降低了SYSTEM表空間的負荷
- Temp 表空間：臨時表空間儲存Oracle資料庫執行期間所產生的臨時資料。資料庫可以建立多個臨時表空間。當資料庫關閉後，臨時表空間中所有資料將全部被清除。除臨時表空間外，其他表空間都屬於永久性表空間
- Undo 表空間：Undo表空間用於儲存Oracle資料庫的撤銷資訊，用於回滾
- Users表空間：使用者表空間，用於存放永久性使用者物件的資料和私有資訊。每個資料塊都應該有一個使用者表空間，以便在建立使用者是將其分配給使用者
OK，以上內容為Oracle的邏輯結構，下面就是Oracle的物理結構啦！
二、物理結構
物理結構包含了資料檔案、日誌檔案和控制檔案
- data 檔案：每個Oracle資料都有一個或多個物理的資料檔案，資料庫的所有資料都是儲存在資料檔案上
- redo 檔案：每個資料庫都有兩個或多個日誌檔案組，每個日誌檔案組根據需要，可以指定幾個成員。每個日誌組用於收集資料庫日誌，而日誌的主要功能是記錄對資料所作的修改，在出現故障時，如果不能將修改資料永久地寫入資料檔案，則可利用日誌得到該修改，所以從不會丟失已有操作成果。日誌檔案主要是保護資料，防止資料丟失。為了防止日誌檔案本身的故障，ORACLE允許鏡象日誌(mirrored redo log)，以致可在不同磁碟上維護兩個或多個日誌副本。 日誌檔案中的資訊僅在系統故障或介質故障恢復資料庫時使用，這些故障阻止將資料庫資料寫入到資料庫的資料檔案。然而任何丟失的資料在下一次資料庫開啟時，ORACLE自動地應用日誌檔案中的資訊來恢復資料庫資料檔案。
- 控制檔案：每一ORACLE資料庫有一個控制檔案(control file)，它記錄資料庫的物理結構，包含下列資訊型別：
資料庫名、資料庫資料檔案、日誌檔案的名字和位置、資料庫建立日期。為了安全起見，允許控制檔案被鏡象。每一次ORACLE資料庫的例項啟動時，它的控制檔案用於標識資料庫和日誌檔案，當著手資料庫操作時它們必須被開啟。當資料庫的物理組成更改時，ORACLE自動更改該資料庫的控制檔案。資料恢復時，也要使用控制檔案。
-
引數檔案：除了構成Oracle資料庫物理結構的三類主要檔案外，Oracle資料庫還具有另外一種重要的檔案：引數檔案。引數檔案記錄了Oracle資料庫的基本引數資訊，主要包括資料庫名、控制檔案所在路徑、程序等