Рубрика: Организация данных

Обзор табличных пространств и файлов данных

• Одно табличное пространтсво физически может быть разделено между многими файлами данных
• Одно табличное пространство может содержать много сегментоа
• Один сегмент состоит из одного или более экстентов
• Один экстент состоит из группы блоков начиная с определённого номера последовательно в одном файле данных
• Размер блока Oracle должен быть равен или больше размера блока ОС
• Блок Oracle это минимальная едицина ввода вывода Oracle

Создание и управление табличными пространствами

• SMALLFILE табличное пространтсво может состоять из нескольких файлов, BIFGILE состоит из одного файла данных
• Табличные пространства по умолчанию имеют local extent management и automatic segment space management, но не uniform siz
• OMF файлы данных используют сгенерированные имена, начальный размер 100 МБ и автоувеличение без лимитов
• Табличное пространтсво в котором созданы сегменты нельзя удалить – только есть указать директиву INCLUDING CONTENTS
• Табличное пространство может быть включено, выключено и находиться в режиме только-чтения
• Табличные пространства могут хранить три типа объектов: постоянные объекты, временные объекты и сегменты отмены изменений

Управление «местом» в табличных пространствах

• Метод управления экстентами local использует битовые маски для управления экстентами в каждом файле данных
• Директива UNIFORM SIZE использованная при создании табличного пространтсва гарантирует что все экстенты будут одинакового размера
• Директива AUTOALLOCATE позволяет Oracle определять размер следующего экстента на основании количества и размера уже выделенных экстентов для этого пространства
• Автоматическое управление пространством сегментов использует битовые маски для определения доступного места в каждом блоке
• Возможно конвертировать табличное пространство из управляемого при помощи словаря к управляемому локально, но нельзя изменить метод управления свободным пространтсвом блоков сегмента

Управление пространством (доступным «местом») осуществляется на нескольких уровнях. Вначале место выделяется для табличного пространства (путём изменения размеров файлов данных). Затем пространство внутри табличного пространства выделяется для сегментов (путём выделения экстентов). И наконец пространство внутри сегментов выделяется для строк. Это происходит путём управления битовыми масками (bitmaps) которые отслеживают сколько свободного места в каждом блоке.

Управление экстентами

Метод управления экстентами устанавливается для табличного пространства и применяется для вссех сегментов этого табличного пространства. Существует два метода управления: управление с помощью словаря (dictionary management) или локальное управление (local management). Разница предельно проста: всегда надо использовать local management; dictionary management никогда не надо использовать. Dictionary management пока ещё поддерживается, и только. Это ограничение для поддержки предыдущих версий Oracle.

Dictionary management использует две таблицы в словаре данных. SYS.UET$ содержит строки описывающие использованные экстенты и SYS.FET$ хранит информацию о свободных экстентах. Каждый раз когда БД необходимо добавить экстент к таблице, необходимо прочитать FET$ таблицу чтобы найти свободный экстент и затем выполнить DML команды к таблицам FET$ и UET$ так как экстент становится не свободным. Этот механизм существенно снижает производительность, так как все операции по управлению пространством в БД (они могут инициироваться параллельно) должны выполняться согласно механизму управления транзакциями.

Локальный механизм был введён начиная с версии 8i и стал значением по умолчанию начиная с версии 9i. Он использует битовую маску которая хранится в каждом файле данных. Каждый бит управляет определённым набором блоков и когда место выделяется, значение соответсвующего бита устанавливается в единицу. Такой механизм гораздо более эффективен чем dictionary management. Время на выделение экстентов распределено между битовыми масками каждого файла, и битовые маски разных файлов могут обновляться параллельно, в отличие от использования двух общих таблиц. Битовая маска хранится в шапке файла данных (размер header по умолчанию = 64 Кб до 11g и 1 Мб после 11g. Надо добавлять размер шапки когда вы считаете размер файла).

Когда вы создаёте табличное пространство с механизмом локального управленяи, важным параметром является uniform size (равномерный размер). Если указывается эта опция, каждый экстент выделяемый в этом табличном пространтсве будет фиксированного размера.Это позволяет управлять пространством ещё более эффективно, так как количество блоков управляемых каждым битом в маске будет больше: один бит для экстента. Рассмотрим пример

 

create tablespace large_tabs datafile ‘large_tabs_01.dbf’ size 10g extent management local uniform size 160m;

 

Каждый экстент выделяемый в этом табличном пространстве будет размером 160 МБ, т.е. во всего будет около 64 экстентов. Битовой маске нужно всего 64 бита и 160 МБ можно выделить обновив всего один бит. Это может быть очень эффективно – если сегменты в этом табличном пространстве будут большими. Если будет создан сегмент которому надо место всего для нескольких строк – все равно будет выделен экстент в 160 МБ. Маленьким объектам лучше создавать отдельно таблично пространство

 

create tablespace small_tabs datafile ‘small_tabs_01.dbf’ size 1g extent management local uniform size 160k;

 

Альтернативой этой команде (и командой по умолчанию) будет команда

 

create tablespace any_tabs datafile ‘any_tabs_01.dbf’ size 10g extent management local autoallocate;

 

Когда сегмент будет создаваться в этом табличном пространстве, Oracle выделит экстент размером в 64Кб. Когда сегмент будет расти и требовать больше места, Oracle будет выделять экстенты по 64Кб до тех пор, пока их число не станет 16, а затем размер выделяемых экстентов будет постепенно увеличиваться.

Если база данных была обновлена, возможно что будут табличные пространства с dictionary-management управлением. Вы можете проверить это выполнив запрос

 

select tablespace_name, extent_management from dba_tablespaces

 

Любые dictionary-management табличные пространства могут быть сконвертированы в локально управляемые с помощью PL/SQL программы, которую можно вызвать

 

execute dbms_space_admin.tablespace_migrate_to_local(‘tablespacename’);

 Управление пространством сегмента

Метод управления пространством для сегмента устанавливается для табличного пространства и применяется ко всем сегментам в таблично пространстве. Существует два метода: manual и automatic. Автоматическое управление надо всегда использовать, а ручное – всего лишь ограничение для поддержки старых версий.

Автоматический метод был введён в версии 9i и стал значением по умолчанию начиная с версии 11g. Каждый сегмент создаваемый в автоматически управляемом табличном пространстве имеет набор битовых масок описывающих насколько заполнены блоки в нём. Всего хранится 5 битовых масок для каждого сегмента, и каждый блок существует только в одной битовой маске. В битмапах хранится информация о использованном пространстве по группам: битмап для полностью заполненных блоков, блоков где заполнено от 75% до 100%, от 50 до 75%, от 25 до 50 и от 0 до 25%. Когда нужен блок для записи сроки, серверный процесс сессии смотрит на размер строки, чтобы определить в какой битовой маске искать блок. Например если размер блока 4КБ и строка для вставки 1500 байт, то соответствующий блок необходимо искать в группе блоков где заполнено от 25 до 50%. Каждый блок в этой группе гарантированно имеет 2КБ свободного места. Когда строки доабвляются, удаляются или изменяются – битовые маски тоже обновляются.

Старый ручной способ управления использовал обычный список, известный как free list, в котором хранился список блоков доступных для записи, но без какой-либо информации о том сколько места свободно. Такой метод не оптимален так как необходимо проверять каждый блок хватает ли места и место распределяется непропорционально (может появиться много неиспользованного места). Для проверки метода управления можно выполнить запрос

 

select tablespace_name,segment_space_management from dba_tablespaces;

 

Невозможно изменить метод для управления пространством сегментов, но можно создать новое таблично пространство с автоматическим методом, перенсти туда все сегменты и удалить старое табличное пространство.

Табличные пространства это хранилище для данных схемы, включая словарь данных (который находится в схеме SYS). У всех баз данных обязаны быть табличные пространства SYSTEM и SYSAUX и (для работы с БД) временное табличное пространство и пространство undo. Обычно эти четыре табличных пространства создаются на этапе создания БД. В дальнейшем DBA может создавать много других табличных пространств для пользовательских данных, и возможно дополнительные пространства для undo и временных данных.

Создание табличного пространства

Для создания табличного пространства с помощью Enterpise Manager Database Control с домашней страницы базы данных перейдите на вкладку Server и нажмите на ссылку Tablespaces в разделе Storage. На рисунке 5-3 отображается результат для БД по умолчанию.

Для каждого табличного пространства отображаются:

• Allocatedsize –размер файла/ов данных табличного пространства. Это текущее значение, а не максимальное до которого может быть расширено
• Spaceused – это пространство использованное сегментами
• Allocatedspaceused (%) – графическое представление предыдущих значений
• Allocatedfreespace – пространство доступное на данный момент в табличном пространстве
• Status – зелёная галочка отображает что табличное пространтсво в рабочем состоянии и объекты этого пространства доступны для использования. Выключенное табличное пространство (offline) будут отображаться как красный крестик
• Datafiles – колчиество файлов данных (или временных файлов для временного табличного пространства) которые входят в табличное пространство
• Type – типы объектов, которые могут храниться в этом табличном пространстве. Постоянные пространства (permanent) могут хранить обычные объекты схемы, такие как таблицы и индексы. Временные табличные пространства могут хранить управляемые системой временные а сегменты, а пространства undo только системно управляемые сегменты undo
• Extentmanagement – метод выделения экстентов для сегмента. LOCAL значение по умолчанию и всегда должно использоваться
• Segmentmanagement – метод выделения блоков доступных для вставки данных. AUTO значение по умолчанию и рекомендуется для всех табличных пространств содержащих пользовательские данные.

 

Эту же информацию можно получить написав запрос к предсатвлениям словаря данных DBA_TABLESPACES, DBA_DATA_FILES, DBA_SEGMENTS и DB_FREE_SPACE. К примеру результатом выполнения запроса

 

select t.tablespace_name name, d.allocated, u.used, f.free,

t.status, d.cnt, contents, t.extent_management extman,

t.segment_space_management segman

from dba_tablespaces t,

(select sum(bytes) allocated, count(file_id) cnt from dba_data_files

where tablespace_name=’EXAMPLE’) d,

(select sum(bytes) free from dba_free_space

where tablespace_name=’EXAMPLE’) f,

(select sum(bytes) used from dba_segments

where tablespace_name=’EXAMPLE’) u

where t.tablespace_name=’EXAMPLE’;

 

будет

На этой же странице нажмите кнопку CREATE для создания нового табличного пространства. Новое окно создания запросит название нового табличного пространства, значения для Extent Management, Type и Status. В большинстве случаев значения по умолчанию валидны: Local, Permanent и Read Write. Затем кнопка ADD позволяет указать один или более файлов данных для нового табличного пространства. Для каждого файла необходимо указать имя файла и размер, также опционально можно включить autoextend до максимального допустимого размера файла. Возможность autoxtend позволяет Oracle серверу самому увеличиваться размер файлов данных при необходимости, что позволит избежать ошибок из-за нехватки места. На рисунках 5-4 и 5-5 отображены окна Database Control для создания табличного пространства NEWTS с одним файлом данных.

Нажав кнопку CONTINUE вы вернётесь к окну создания табличного пространства. Нажатие кнопки SHOW SQL отобразит сгенерированный запрос

Рассмотрим эту команду построчно

1 CREATE SMALLFILE TABLESPACE «NEWTS» – табличное пространство  будет пространством типа SMALLFILE. Это значит что оно может состоять из множества файла данных. Альтернативой является BIGFILE, в этом случае невозможно добавить новый файл данных (но всё так же можно изменить размер). Флаг Use Bigfile Tablespace на рисунке 5-4 определяет это значение

2 DATAFILE – ‘/u02/oradata/ocp11g/newts01.dbf’  Имя и расположение файла данных

3 SIZE 100M AUTOEXTEND ON NEXT 100K MAXSIZE 200M –  Файл данных будет создан размеров 100 Мб, при заполнении будет автоматически выделяться 100Кб до максимально допустимого значения в 200 Мб. По умолчанию автоматическое выделения места не включено.

4 LOGGING – Все операции над сегментами в табличном пространстве будут генерировать данные для повтора изменений (redo): это значение по умолчанию. Возможно отключить генерацию redo только для нескольких операция (таких как создание индекса)

5 EXTENT MANAGEMENT LOCAL – табличное пространство будет использовать битовые карты для выделения экстентов; значение по умолчанию

6 SEGMENT SPACE MANAGEMENT AUTO – Сегменты в табличном пространстве будут использовать битовые карты для отслеживания использования блоков; значение по умолчанию

 

Если выбрать вкладку Storage в окне создания табличного пространства то можно управлять параметрами управления экстентами  и сжатия – Рисунок 5-6.

Когда используется локальное управление экстентами, возможно включить функционал согласно которому все экстенты в табличном пространстве будут одного размера. Также доступны опции сжатия, логирования.

Пример команды создания табличного пространства выполненной в SQL* Plus показан на рисунке 5-7.

Табличное пространство STORETABS состоит из двух файлов данных, оба без автоинкремента. Единственное различие от команды по умолчанию это указание размера extent-а в 5 МБ. Первый запрос на рисунке показывает что файлы не большие иначе нельзя было бы создать два файла данных. Второй запрос на рисунке отображает информацию о табличном пространстве TEMP, используемом для хранения временных объектов. Важно понимать что временное табличное пространство использует временные файлы, а не файлы данных. Временные файлы перечислены в пресдатвлении V$TEMPFILE и DBA_TEMP_FILES, когда файлы данных перечислены в V$DATAFILE и DBA_DATA_FILES. Также важно отметить что V$ и DBA показывают разную информацию. В V$TABLESPACE находится информация является ли табличное пространтсво «большим» и в V$TEMPFILE (или V$DATAFILE) размер файлов. Этой информации нет в представлениях DBA. Но представления DBA содержат детальную информацию о экстентах и сегментах. Разная информация доступна либо там либо там, так как некоторая информация хранится в файле контроле (и доступна только в V$ представлениях), а другая хранится в словаре данных (и видима в DBA представлениях). Остальная информация дублируется.

Изменение табличных пространств

Изменения происходящие над табличным пространством после создания обычно

• Переименование
• Включение выключение (online/offline)
• Переключение в режим только-чтение и обратно
• Изменение размера
• Изменение уровня препупреждений

Переименование табличного пространтсва и его файлов

Синтаксис команды

 

ALTER TABLESPACE tablespaceoldname RENAME TO tablespacenewname;

Синтаксис очень прост но выполнение команды может доставить проблемы в будущем. Множество установок полагаются на название файлов чтобы соотносить файлы данных с табличными пространствами. На наших примерах видно что просто доавляется имя табличного пространства в имя файла и доабвляется номер. Oracle всё равно: взаимосвязь определяется нормерами табличных пространств и файлов. Эти номера доступны в столбцах TS# представления V$TABLESPACE и FILE# представления V$DATAFILE. Если вы зависите от названий, тогда вам нужно так переименовать файлы. Табличное пространство может быть переименовано в любое время, в том время как файлы можно переименовать только когда они не используются (offline). Это необходимо так как файлы переименовываются и на уровне операционной системы и все дескрипторы станут невалидными. Рисунок 5-8 показывает пример такого процесса над табличным пространством созданным на рисунке 5-7.

Первая команда изменяет имя табличного пространства. Это самая легкая часть. Затем табличное пространство выключается, и выполняются команды операционной среды переименовать файлы. Затем две команды ALTER DATABASE изменяют имена файлов в файле контроля, и Oracle сможет их найти. И наконец табличное пространство включается.

Включение и выключение табличного пространтсва (Online/Offline)

Включенным табличным пространством является пространство готовое к использованию; выключенное табличное пространство определено в словаре данны и файле контроля, но его нельзя использовать. Табличное пространтсво может быть включенным, но один или несколько файлов данных внутри него могут быть выключены. Такая ситуация может привести к неожиданным результатам и следует избегать её возникновения.

Синтаксис для выключения табличного пространства

ALTER TABLESPACE tablespacename OFFLINE [NORMAL|IMMEDIATE|TEMPORARY]

Обычное выключение (NORMAL – значение по умолчанию) запустит создание контрольной точки для всех файлов данных этого пространства. Все грязные буфферы в кэше которые содержат блоки из табличного пространтсва будут записаны в файлы данных и табличное пространство и файлы данных будут выключены.

Режим IMMEDIATE выключает табличное пространтсво и файлы данных сразу, без очищения буфера. Это значит что файлы данных станут повреждёнными (не содержат подтверждённые изменения) и необходимо будет восстанавливать их состояние (путём чтения и применения лога изменений) перед тем как можно будет их включить. Этот режим стоит использовать только если файлы были повреждены и контрольная точка не может быть создана.

Режим TEMPORARY создаст контрольную точку для всех файлов для которых она может быть создана и затем по порядку выключит файлы и табличное пространство. Любые повреждённые файлы будут выключены сразу. Если только один некоторые файлы были повреждёны, этот режим поможет ограничить количество файлов которые надо восстанавливать.

Режим только-чтения (Read only)

Чтобы понять эффект режима только чтения изучите рисунок 5-9. Синтаксис команды говорит сам за себя

ALTER TABLESPACE tablespacename [READONLY|READ WRITE];

После перевода в режим только-чтения, объекты не могут быть созданы используя DML команды. Но они могут быть удалены. Выглядит нелогично но давайте подумаем. Удаление таблицы на самом деле не выполняет каких-либо действий над таблицей. Это транзакция над словарём данных, которая удаляет строки описывающие таблицу и её столбцы; словарь данных находится в табличном пространстве SYSTEM и оно не только для чтения. Создание таблицы в пространстве находящемся в режиме только для чтения также будет неуспешно, так как кроме DDL запроса должно выделиться физическое место для первого экстента таблицы (если не включен  deferred segment creation. Если включен то место не будет выделяться и запрос выполниться успешно, однако при попытке добавить строки в созданную таблицу будет ошибка).

Изменение размера табличного пространста

Размер табличного пространства может быть изменён как добавлением файлов данных в него так и изменением размера существующих файлов. Файлы данных могут быть увеличены автоматически при необходимости если была указана опция AUTOEXTEND при создании. Иначе вам придётся делать это вручную используя команду ALTER DATABASE

ALTER DATABASE DATAFILE filename RESIZE n [M|G|T]

M G и T это мегабайт, гигабайт и терабайт соответсвенно.

Рассмотрим пример

alter dtabase datafile ‘/oradata/users_02.dbf’resize 10m;

Из команды вы не знаете станет ли файл больше или меньше. Размер может быть увеличен только если в файловой системе достаточно свободного места. Уменьшение размера возможно только если внутри файла сущесвует достаточно места не выделенного под сегменты.

Для того чтобы добавить новый файл в табличному пространству выполняется команда
ALTER TABLESPACE tablespacename ADD DATAFILE ‘filename’ SIZE 50m;
Параметр AUTOEXTEND можно указать при создании или включить позже выполнив команду
alter database datafile ‘filename’ autoextend on next 50m maxsize 2g;
Результатом выполнения команды будет автоматическое увеличение файла на 50 МБ до достижения максимального размера в 2 ГБ.

Изменение уровня предупреждений

Процесс MMON экземпляра практически в режиме реального времени наблюдает за свободным местом в табличных пространствах. Если табличное пространтсво заполняется до определённого уровня MMON создаёт предупреждение. Уровень по умолчанию для создания предупреждения – 85%, для создания критического предупреждения – 97%. Увидить эти предупреждения можно по разному, самый лёгкий способ  — посмотреть на домашнуюю страницу Database Control.

Чтобы посмотреть или изменить эти значения в Database Control можно выбрать Tablespace на вкладкe Server и нажать EDIT. Затем в окне управления пространством перейти на вкладку Thresholds. На рисунке 5-10 показан пример для пространства EXAMPLE.

На этом рисунке “Available Space” указано как 32Гб. Что полностью неверно, так как выделенное место как видно на рисунке 5-3 всего 100МБ. Это происходит так как включен AUTOEXTENSION. Если AUTOEXTEND указан для файла и не установленм MAXSIZE, тогда файл может увеличиваться до платформо-зависимого ограничения, в нашем случае 32 ГБ. Конечно это не значит что у системы есть место для таких файлов. Система предупреждения рассчитыает лимиты и использует максимально допустимый размер файла как основу для вычисления, и это абсолютно быссмесленно если у вас включен AUTOEXTEND и не указан MAXSIZE.

Становится понятно что при использовании автоматического управления размером желательно указывать максимальное значение. Это можно сделать и Database Control или командой ALTER DATABASE.

Удаление табличных пространств

Для удаления табличного пространтсва используется команда

 

DROP TABLESPACE tablespacename [INCLUDING CONTENTS [AND DATAFILES]];

 

Если не указано INCLUDING CONTENS то удаление не выполнится если существуют объекты в табличном пространстве. Используя этот параметр вы указываете Oracle вначале удалить все объекты, а затем удалить табличное пространство. И даже эта команда может быть выполнена неуспешно если например в табличном пространстве создана таблица родитель для внешнего ключа таблицы созданной в другом табличном пространстве.

Если не указано AND DATAFILES тогда табличное пространство и его содержимое будет удалено однако файлы данных не будут удалены с диска. Oracle не будет знать ничего об этих файлах после удаления табличного пространства и файлы можно будет удалить только командами операционной системы.

Oracle Managed Files (OMF)

Использование OMF должно избавить DBA от необходимости знать что-либо о файловой системе. Создание файлов БД может быть полностью автоматическим. Для включения OMF необходимо установить параметры экземпляра

 

DB_CREATE_FILE_DEST

DB_CREATE_ONLINE_LOG_DEST_1

DB_CREATE_ONLINE_LOG_DEST_2

DB_CREATE_ONLINE_LOG_DEST_3

DB_CREATE_ONLINE_LOG_DEST_4

DB_CREATE_ONLINE_LOG_DEST_5

DB_RECOVERY_FILE_DEST

 

Параметр DB_CREATE_FILE_DEST определяет путь по умолчанию дял файлов данных. Параметры DB_CREATE_ONLINE_LOG_DEST_n указывают путь файла текщих логов. Параметр DB_RECOVERY_FILE_DEST определяет путь к файлам архивных логовов и резервных копий. OMF будет использовать эти пути и создавать файлы со сгенерированными именами и (по умолчанию) устанавливать размер файлов. При включенном OMF всё равно можно указать имя вручную при создании табличного пространства.

Мы рассмотрели процесс взаимодействия экземпляра и сессий: процессы и структуры памяти. В этой главе мы будем рассмотривать саму БД. Все процессы обработки информации происходят в памяти экземпляра БД, но хранение данных происходит в файлах базы данных на диске. База данных состоит из трех типов файлов: файл контроля, файлы логов и файлов даных. Данные хранятся в файлах данных.

Пользователи никогда не видят физический файл данных. Они видят логические сегменты. Системные администраторы ничего не знают о логических сегментах – они видят файлы. В базе данных Oracle физическая структура абстрагирована от логической. Это одно из требования парадигмы реляционных баз данных. Как DBA вы должны знать связь между логической и физической структурой БД. Мониторинг и администрирование этих структур – задача часто называемая как управление пространством (space management) является большой частью работы DBA. Средства предусмотренные в последних версиях БД могут автоматизировать задачу управления пространством в определенной степени, и они безусловно позволяют DBA настроить хранилище таким образом, чтобы максимально облегчить задачу обслуживания сервера.

 

Данные логически хранятся в сегментах (обычно таблицах), физически в файлах данных. Табличное пространтсво абстрагирует эти два понятия: в одном табличном пространтсве может храниться несколько сегментов и состоять из нескольких файлов данных. Нету прямой взаимосвязи между сегментом и файлом данных. Файлы данных могуть быть как файлами в файловой системе или (начиная с версии 10g) устройствами Automatic Storage Management (ASM).

Модель хранения данных Oracle

Разделение логической и физической структур является необходимой частю парадигмы реляционных баз данных. Парадигма гласит что программисты должны работать только с логическими структурами и позволять базе данных управлять их соответствием физическим структурам. Это значит что физическая структура может быть преобразована, или к примеру целиком база данных переведена на новое аппаратное обеспечение и операционную системы, а на работу приложений это не должно оказывать никакого влияния.

На рисунке 5-1 отображена модель Oracle как диаграмма сущность-связь, с логическими структурами слева и физическими структурами справа.

На этом рисунке одна линия связи отображена пунктирной линией: связь многие-ко-многим между сегментами и файлами данных. Эта линия выделена пунктиром, так как её не должно быть, отношение многие-ко-многим не допускаются хорошими DBA. Преобразование этой взаимосвязи к нормализованному виду и есть задача организации модели хранения.

Введение сущности табличное пространство (tablespace) разрешает  взаимосвязь многие-ко-многим между сегментами и файлами данных. Одно табличное пространство может содержать несколько сегментов и состоять из нескольких файлов данных. Т.е. один сегмент может быть разделён между многими файлами данных, и один файл данных может содержать данные разных сегментов. Это решает много проблем организации хранения данных.  В некоторых более старых РСУБД использовалась связь один-к-одному между сегментом и файлом данных: каждая таблица или индекс хранилась как отдельный файл. Это вызывало две большие проблемы для больших систем.

Во первых, в приложении могут использоваться тысячи таблиц и ещё больше индексов; управление тысячами файлов нелёгкая задача для системных администраторов. Во вторых, максимальный размер таблицы ограничен максимальным размером файла. Даже в современных ОС в которых нет ограничений по размеру файла – могут возникнуть проблемы из-за ограничений на аппаратном уровне. Использование табличных пространств решает обе эти проблемы. Табличным пространствам в базе данных присваиваются уникальные имена. Сущность сегмент (segment) представляет собой любой объект базы данных который хранит информаци и таким образом нуждается в пространстве внутри табличного пространства. Типичным примеро сегмента является таблица, но существуют и другие типы сегментов, индексы и сегменты undo. Сегмент может хранится тоьлко в одном табличном пространстве, но само табличное пространство может быть разбитым между многими файлами, которые составляют это табличное пространство. Таким образом размер таблицы больше не ограничивается максимальным размером одного файла. Так как много сегментов могут использовать одно табличное пространство, то становится возможным иметь куда больше сегментов, чем файлов данных. Сегменты это объекты которые принадежат схеме и идентифицируются они именем сегмента с именем схемы-владельца. Программируемые объекты схемы (такие как PL/SQL процедуры, представления или последовательности) не являются сегментами: они не хранят данные и хранятся в словаре данных.

Блоки Oracle это базовая единица операций чтения и записи для базы данных. Файлы данных форматированны на последовательно пронумерованные блоки Oracle. Размер блока определяется для табличного пространства (в общем он един для всех табличных пространств в пределах базы данных), по умолчанию (версия 11g) используется значения 8Кб. Строка может занимать всего несколько сотен байт, поэтому внутри одного блока может хранится несколько строк, но когда сессия хочет получить строку, будет вычитываться целый блок с диска и помещаться в кэш буфера. Также если изменилось значение только одного столбца для одной строки в буфере кэша – DBWn перезапишет на диск весь блок в файл данных откуда он был считан затерев старый. Размер блока Oracle может быть от 2ух до 16 Кб на операционных системах Linux или Windows и до 32 Кб в некоторых других системах. Размер блока контролируется параметром DB_BLOCK_SIZE. После создания базы данных нельзя изменить значение этого параметра, так как он используется для форматирования файлов данных табличного пространства SYSTEM. Если позже оказалось что необходимо изменить значение этого параметра, единственным решением будет создать новую базу и скопировать в неё все из уже созданной. Блок внутри файла можно идентифицировать по его уникальному номеру.

Управление дисковым пространством по одному блоку за раз было бы очень трудоёмкой задачей, поэтому блоки группируются в экстенты (extent). Экстентом называется набор последовательных блоков внутри одного файла данных. Каждый сегмент состоит из одного или более экстентов, последовательно пронумерованных. Эти экстенты могут находиться в любом или во всех из доступных для табличного пространства файлов данных. Экстент можно идентифицировать как внутри сегмента (экстенты последовательно пронумерованы в пределах сегмента начиная с нуля) так и внутри файла данных (каждый сегмент находится только в одном файле данных, начиная с определённого блока Oracle).

Файл данных физически состоит из блоков операционной системы. Как структурированы блоки операционной системы внутри файла данных целиком зависит от файловой системы используемой операционной системой. Некоторые файловые системы имеют общеизвестные ограничения и поэтому не используются в современных системах (например старая файловая система MS-DOS FAT поддерживает файлы размером до 4 Гб и всего 512 файлов в одной директории). Большинство баз данных устанавливается на файловые системы без практических огранчений, такие как NTFS в Windows или ext3 в Linux. Альтернативой файловой системе является хранение файлов данных на raw device-ах или Automatic Storage Management (ASM).

Блок операционной системы это базовый элемент операция записи чтения для файловой системы. Если процесс хочет прочитать один байт с диска подсистема ввода-вывода всё равно считает системный блок целиком. Размер блока операционной системы можно настраивать на некоторых ОС (например когда форматируется диск под файловую систему NTFS можно указать размер блока от 512 байт до 64 Кб), но обычно системные администраторы оставляют значения по умолчанию (512 Б для NTFS и 1Кб для ext3). Вот почему обычно отношение между блоками Oracle и блоками ОС обычно один-ко-многим, как показано на рисунке 5-1. Ничего не мешает сделать размер блока ОС равным размеру блока Oracle если ваша операционная система позволяет сделать это. Единственная конфигурация которой стоит избегать это когда размер системного блока больше чем размер блока Oracle.

Сегменты, экстенты, блоки и строки

Данные хранятся в сегментах. Представление словаря данных DBA_SEGMENTS хранит инфомрацию обо всех сегментах в базе данных. Запрос ниже отображает все типы сегментов в простой БД

Рассмотрим эти сегменты:

• Таблица (Table) — это структура которая хранит строки данных. Несмотря на то что наиболее часто встречающийся сегмент это таблица, никогда нельзя путать таблицу и сегмент, и что существуют гораздо более сложеные в организации таблицы которые используют другой тип сегмента
• Индекс (Index) это сортированный список ключей-значений, каждая из которых зранит указатель ROWID на физическое расположение строки. ROWID определяет в каком блоке Orace какого файла данных находится строка, и номер строки внутри блока.
• TYPE2 UNDO Это сегменты undo которые хранят данные перед изменениями для обеспечения транзакционной целостности: отмены транзакий, целостности чтения данных и обеспечения изоляции
• ROLLBACK сегменты rollback не должны использоваться в нормальном режиме работы начиная с версии 9i. Начиная с версии 9i используется автоматическое управление отмены операций основанное на сегментах TYPE2 UNDO (или просто undo). Всегда будет существовать один rollback сегмент для поддержки транзакций в момент создания БД (так как в момент создания ещё не существуют undo сегменты) но он не должен использоваться после создания БД
• Партиция таблицы( TABLE PARTITION) Таблица может быть разбита на несколько партиций. Если это настроено, то каждая партиция будет отдельным сегментом, а сама партицированная таблица не будет сегментом: она будет существовать как итог всех партиций. Каждая партиция будет таблицей, отдельным сегментом. Так как каждый сегмент может быть в отдельном табличном пространстве, то появляется возможность разбить таблицу между несколькими табличными пространствами
• Партиция индекса (INDEX PARTITION) по умолчанию индекс это один сегмента, но индексы как и таблицы могут быть партицированы. Если вы партицируете таблицу, обычно необходимо также партицировать и индекс
• Сегменты больших объектов (LOBSEGMENT, LOBINDEX, LOB PARTITION) Если столбец объявлен с типом large object, тогда в таблице хранится только указатель на запись в отдельном сегменте где хранятся данные этого столбца. Большие объекты могут быть индексированы для более быстрого доступа к данным внутри объекта и партицированы
• Кластер (CLUSTER) это сегмент которых содержит несколько таблиц. В отличие от партицирования которое позволяет распределять таблицы между разными сегментами, кластеризация позволяет собрать много таблиц в один сегмент
• Вложенные таблицы (NESTED TABLE) Если столбец внутри таблицы объявлен как определяемый пользователем объект (user defined object) который в свою очередь содержит столбцы, то такие столбцы хранятся в одельном сегмента, как вложенная таблица.

Каждый сегмент состоит из одного или более экстентов. Когда сегмент создаётся, Oracle выделяет инициализационный экстент в указанном табличном пространстве. Когда данные будет добавлятся экстент будет заполняться, и Oracle выделит другой экстент, в том же табличном пространстве, но не обязательно в том же файле данных. Если вы знаете что сегменту понадобится больше дискового пространства, вы можете вручную выделить экстент для этого сегмента. На рисунке 5-2 показано как определить расположение сегмента. Вначале создаётся таблица HR.NEWTAB используя параметры по умолчанию. Затем результат выполнения запроса к DBA_EXTENTS отображает, что сегмент состоит из одного экстента с номером ноль.  Этот экстент находится в файле номер четыре и занимает 8 блоков. Первый из восьми блоков имеет номер 1401. Разме экстента 64 Кб, что говорит о том что размер блока 8 Кб. Следующая команда указывает Oracle что необходимо выделить ещё один сегмент  для этого сегмента несмотря на то что первый экстент ещё не заполнен. Следующий запрос отображает что номер нового экстента равено единице, файл данных также с номером четыре и блоки выделены сразу после блоков первого экстента.

Отметим что из этого примера не совсем понятно из скольки файлов состоит табличное пространство, потому что алгоритм выбора файла для создания следующего экстента не просто очередь. Если табличное пространство состоит из нескольких файлов данных вы может указать в каком конкретно файле выделить экстент используя следующий синтаксис

 

ALTER TABLE tablename ALLOCATE EXTENT STORAGE (DATAFILE ‘filename’);

 

Последний запрос на рисунке 5-2 обращается к представлению DBA_DATA_FILES для нахождения имени файла в котором был выделен экстент, и название табличного пространства которому принадлежит файл данных. Для определения табличного пространства таблицы также можно использовать представление DBA_SEGMENTS.

Экстент состоит из набора последовательно пронумерованных блоков. У каждого блока есть область заголовок и область данных. Область заголовка имеет не фиксированный размер и записывается от начала блока. Помимо прочего, заголовок содержит информацию о строках (откуда в блоке начинается каждая строка) и информацию о блокировках. Область данных заполняется с конца блока. Между этимя двумя областями может быть (или не быть) пустое место. Событиями которые приведут к увеличению области заголовка является вставка данны и блокировка строки. Область данных вначале пусткая и затем заполняется по мере того как записываются новые строки (или ключи индекса если это блок сегмента индекса). Пусте пространство будет фрагментировано по мере вставки, удаления и изменения (что может привести к изменение размера строки) строк, но это не важно так как все операции с данными производятся в кэше буфера. Фрагментированное пространство объединяется когда это необходимо, обычно перед записью блока назад в файл данных процессом DBWn.