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Oracle Bigfile Tablespace and Smallfile Tablespace

Oracle表空間Tablespace是邏輯結構的最高層次,其他分別對應段物件segment、區extent和塊block。而物理層面的Oracle資料庫是通過一系列的檔案構成,其中資料檔案datafile是與Tablespace進行對應的物件。

 Tablespace與Datafile的關係是一對多的關係。一個表空間Tablespace可以對應多個Datafile,Datafile則是隻能歸屬在一個Tablespace裡。傳統的Oracle管理概念中,倡導一個表空間中建立多個數據檔案,特別是建立分佈在多個儲存磁碟上,以期分散I/O。但是,Oracle10g推出的BigFile Tablespace大檔案表空間,將這個概念有所變化。

1、 Bigfile tablespace

 在Oracle10g中,推出了Bigfile tablespace的概念。表空間Tablespace從Oracle10g以後就分為兩個型別,smallfile tablespace和bigfile tablespace。過去一個表空間對應多個數據檔案我們成為Smallfile Tablespace。

所謂Bigfile Tablespace最顯著的差別就是一個表空間只能對應一個數據檔案。Bigfile Tablespace雖只對應一個數據檔案,但資料檔案對應的最大體積大大增加。傳統的small datafile每個檔案中最多包括4M個數據塊,按照一個數據塊8K的大小核算,最大檔案大小為32G。每個Small Tablespace理論上能夠包括1024個數據檔案,這樣計算理論的最大值為32TB大小。而Bigfile Datafile具有更強大的資料塊block容納能力,最多能夠包括4G個數據塊。同樣按照資料塊8K計算,Bigfile Datafile大小為32KG=32TB。理論上small tablespace和big tablespace總容量相同。

下面我們通過一連串的實驗來觀察Bigfile Tablespace。

  SQL> select * from v$version;

  BANNER

----------------------------------------------------------------

Oracle Database10gEnterpriseEdition Release10.2.0.1.0 - Prod

PL/SQL Release10.2.0.1.0 - Production

CORE    10.2.0.1.0      Production

TNS for 32-bit Windows: Version10.2.0.1.0 - Production

NLSRTL Version10.2.0.1.0 - Production

SQL> createbigfile tablespacebttest datafile 'D:\ORADATA\ORCL\BTTEST.dbf' size10mautoextend off

 2 extent management local uniform. size1m

 3 segment space management auto;

Tablespace created

此處,我們通過create bigfile tablespace語句建立Bigfile Tablespace。注意兩方面的問題,其一是Bigfile Tablespace必須使用local本地extent管理方式,不允許使用DMT(Dictionary Managed Tablespace)。另一方面是段segment空間使用auto自動方式,不要使用manual。

不過這兩個條件在Undo或者臨時Bigfile表空間的時候,是允許例外的。

 Small Tablespace和Bigfile Tablespace是可以並存的。

 SQL> select tablespace_name, bigfile from dba_tablespaces;

 TABLESPACE_NAME               BIGFILE

------------------------------ -------

(篇幅原因,省略……)

QCDATA                        NO

QCTEMP                        NO

BTTEST                        YES

11 rows selected

 在建立bigfile tablespace的時候,就已經指定了資料檔案。如果此時我們嘗試加入一個新的資料檔案,Oracle系統會報錯。

 SQL> alter tablespace bttest add datafile 'D:\ORADATA\ORCL\BTTEST02.dbf' size10mautoextend off;

 alter tablespace bttest add datafile 'D:\ORADATA\ORCL\BTTEST02.dbf' size10mautoextend off

 ORA-32771:無法在大檔案表空間中新增檔案

 下面我們分析一下bigfile tablespace的特性。

 2、Bigfile的相對檔案編號

 此處我們觀察一下Bigfile Tablespace體系下的一些特徵。

  SQL> select file_name, file_id, relative_fno from dba_data_files;

 FILE_NAME                        FILE_ID RELATIVE_FNO

------------------------------ ---------- ------------

D:\ORADATA\ORCL\USERS01.DBF            4           4

D:\ORADATA\ORCL\SYSAUX01.DBF           3           3

D:\ORADATA\ORCL\UNDOTBS01.DBF          2           2

D:\ORADATA\ORCL\SYSTEM01.DBF           1           1

D:\ORADATA\ORCL\EXAMPLE01.DBF          5           5

D:\ORADATA\ORCL\SPTABLESPACE           6           6

D:\ORADATA\ORCL\QCDATA.DBF             7           7

D:\ORADATA\ORCL\BTTEST.DBF             8        1024

8 rows selected

每個檔案都包括兩個編號,一個是絕對檔案編號file_id,另一個是相對檔案編號relative_fno。在檔案數量較少,或者建立刪除檔案比較少情況下的資料庫,file_id和relative_fno是相同的。Relative_fno是一個迴圈週期,以1024為一個迴圈。當file_id依次遞增到1024整數倍之後,file_id會繼續增加,而relative_fno會形成一個內部迴圈。

 這種機制讓我們聯想起了Oracle Small Tablespace的資料檔案上限限制,也是1023個檔案。我們設想一種極端的情況,如果一個表空間中的資料檔案個數超過了1024,也就是一個表空間內的資料檔案中,存在相同的relative_fno。這種情況首先是不被允許的。

設定1024的relative_fno是進行Oracle資料定址的需要。這裡我們要關注到Oracle定位資料行的rowid資訊,rowid是Oracle內部唯一標註一行記錄的地址。Rowid包括四部分組成,物件號+檔案號+塊號+slot行號。Rowid長度固定,所以四部分的長度都是固定的,這裡的檔案號fno是相對檔案編號。這裡的查詢順序是,物件號獲取所在表空間的編號,在表空間內部使用相對檔案號來定位到檔案。如果一個表空間內出現相同的relative_fno檔案,定位就不可能了。所以,small tablepsace的內部檔案上限必然是1023。

  但是,Bigfile Tablespace存在一些不同之處。如果一個表空間只有一個數據檔案且只能擁有一個數據檔案,那麼relative_fno就失去了存在的意義。所以在dba_data_files中的relative_fno列上,bigfile tablespace對應的datafile是直接1024。

  SQL> create table t_big tablespace bttest as select * from dba_tables;

Table created

 SQL> select dbms_rowid.rowid_object(t.rowid) obj_id, dbms_rowid.rowid_relative_fno(t.rowid,'BIGFILE') relative_fno,

 2 dbms_rowid.rowid_block_number(t.rowid) block_num, dbms_rowid.rowid_row_number(t.rowid) rownums,

 3 dbms_rowid.rowid_to_absolute_fno(t.rowid,'SYS','T_BIG') abso_fno

 4 from t_BIG t where rownum<4;

   OBJ_ID RELATIVE_FNO BLOCK_NUM   ROWNUMS  ABSO_FNO

---------- ------------ ---------- ---------- ----------

    55707        1024        21         0         8

    55707        1024        21         1         8

    55707        1024        21         2         8

 藉助dbms_rowid包的相應方法,我們也可以看清bigfile tablespace上rowid行的relative_fno資訊。

3、Bigfile Datafile大小探索

一個數據檔案最大能有多大,在Oracle中有兩個因素控制,一個是Oracle內部定址能夠尋找到的最大範圍多少個塊,另一個是資料庫每個塊大小是多大。

我們首先來看看Small Datafile的情況。Rowid是一個用16進製表示的18位長度類字串。其中,前6位表示object_id,之後3位表示檔案編號,之後6位表示塊號,最後3位表示row的slot編號。

  SQL> select substr(rowid,1,6) "object",

              substr(rowid,7,3) "file",

              substr(rowid,10,6) "block",

              substr(rowid,16,3) "row"

      from test;

       object fil block row

       ------ --- ------ ---

       AAABPW AAF AAAAv1 AAA

在small datafile中,對資料塊有6×4=24位二進位制表示。Oracle利用中間的22位進行塊地址儲存。這樣,22位二進位制可以表示的資料塊編號範圍為(2^22-1)=4M個數據塊。如果按照每個資料塊8K的普遍大小計算,這樣每個small datafile大小上限就是32G。如果按照每個資料塊上限32K計算,這樣每個small datafile大小上限就是128G。

在bigfile datafile中,事情有所不同。由於沒有relative_fno的問題,這樣rowid中就不需要儲存relative_fno的最多1024的數值。這樣就節省出10位二進位制位給資料塊定位,相同長度的rowid就可以進行32位二進位制長度的資料塊定址。每個bigfile datafile中,最多可以包括到(2^32-1)=4G個數據塊。在資料塊大小8K的環境下,最大為32TB資料。如果是資料塊大小為32K環境下,檔案最大可以到128TB大小。

4、結論和討論

 在本文第一部分中,我們討論了Bigfile Tablespace和Small Tablespace的理論分析,兩者理論上最大容量值是一樣的。只是Bigfile的單個檔案容量上限很大,我們如何看待這種新型別呢?

 首先,實際生產環境下,Bigfile Tablespace在應對大資料量儲存的時候略有優勢。因為Small Tablespace在實現相同的儲存大小時,要消耗大量的多檔案管理開銷。同時控制檔案為了維護多位置上的檔案,協同檢查點和檔案頭SCN等內容,要消耗很大精力。

 其次,Small Tablespace的儲存量只是理論,很少有系統真的建立上千個檔案在一個表空間中。從這個角度看,Bigfile吸引力是不小的。

 最後,Oracle對於Bigfile Tablespace支援是全面的。儲存層面上,ASM、Logical Volumn Manager/RAID、Dynamically Extensible Logical Volumes和OMF都提供了比較全面的支援。

但是,Bigfile Tablespace並不是萬靈藥。Bigfile是Oracle層面的Bigfile,並不涉及到OS層面的支援。使用Bigfile的時候,要選擇合適的底層儲存系統提供支援。此外,Bigfile的理念違背了我們過去宣稱的I/O分散理論。所以,最好在有底層強大儲存支援(如ASM)的情況下使用Bigfile,達到最優的效能平衡點。