通过案例学调优之--Oracle数据块（block）

夜勿眠

　　通过案例学调优之--Oracle数据块（data block）

　　数据块概述Oracle对数据库数据文件(datafile)中的存储空间进行管理的单位是数据块(data block)。数据块是数据库中最小的(逻辑)数据单位。与数据块对应的，所有数据在操作系统级的最小物理存储单位是字节(byte)。每种操作系统都有一个被称为块容量(block>
　　数据库中标准的数据块(data block)容量是由初始化参数 DB_BLOCK_SIZE 指定的。除此之外，用户还可以指定五个非标准的数据块容量(nonstandard block>
　　另见：针对特定操作系统的Oracle文档中包含更多有关数据块容量(data block>　　数据块结构在Oracle中，不论数据块中存储的是表(table)、索引(index)或簇表(clustered data)，其内部结构都是类似的。

　　本图显示了数据块的各个组成部分，包括：数据块头(包括标准内容和可变内容)(common and variable header)，表目录区(table directory)，行目录区(row directory)，可用空间区(free space)，行数据区(row data)。以下各节将分别讲解各个组成部分。图中两个箭头表示一个数据块中的可用空间区的容量是可变的。
　　数据块头(包括标准内容和可变内容)
　　数据块头(header)中包含了此数据块的概要信息，例如块地址(block address)及此数据块所属的段(segment)的类型(例如，表或索引)。
　　表目录区
　　如果一个数据表在此数据块中储存了数据行，那么数据表的信息将被记录在数据块的表目录区(table directory)中。
　　行目录区
　　此区域包含数据块中存储的数据行的信息(每个数据行片断(row piece) 在行数据区(row data area)中的地址)。[一个数据块中可能保存一个完整的数据行，也可能只保存数据行的一部分 ，所以文中使用row piece]
　　当一个数据块(data block)的行目录区(row directory)空间被使用后，即使数据行被删除(delete)，行目录区空间也不会被回收。举例来说，当一个曾经包含50条记录的数据块被清空后，其块头(header)的行目录区仍然占用100字节(byte)的空间。只有在数据块中插入(insert)新数据时，行目录区空间才会被 重新利用。
　　管理开销数据块头(data block header)，表目录区(table directory)，行目录区(row directory)被统称为管理开销(overhead)。其中 有些开销的容量是固定的;而有些开销的总容量是可变的。数据块中固定及可变管理开销的容量平均在84到107字节(byte)之间。
　　行数据数据块(data block)中行数据区(row data)包含了表或索引的实际数据。一个数据行可以跨多个数据块。这就出现了“行链接(Row Chaining)及行迁移(Row Migrating)
　　可用空间区在插入新数据行，或在更新数据行需要更多空间时(例如，原来某行最后一个字段为空(trailing null)，现在要更新为非空值)，将 使用可用空间区(free space)中的空间。
　　如果一个数据块(data block)属于表或簇表的数据段(data segment)，或属于索引的索引段(index segment)，那么在其可用空间区中还可能会存储事务条目(transaction entry)。如果一个数据块中的数据行(row)正在由 INSERT，UPDATE，DELETE，及 SELECT……FOR UPDATE 语句访问，此数据块中就需要保存事务条目。事务条目所需的存储空间依据操作系统而定。在常见的操作系统中事务条目大约需要有两种SQL语句可以增加数据块中的可用空间：分别是 DELETE 语句，和将现有数据值更新为占用容量更小值的 UPDATE 语句。在以下两种条件下，上述两中操作释放的空间可以被后续的 INSERT 语句使用：
　　如果 INSERT 语句与上述两种操作在同一事务(transaction)中，且位于释放空间的语句之后，那么 INSERT 语句可以使用被释放的空间。
　　如果 INSERT 语句与释放空间的语句在不同的事务中(比如两者是由不同的用户提交的)，那么只有在释放空间的语句提交后，且插入数据必需使用此数据块时，INSERT 语句才会使用被释放的空间。
　　数据块(data block)中被释放出的空间未必与可用空间区(free space)相连续。Oracle在满足以下条件时才会将释放的空间合并到可用空间区：(1)INSERT 或 UPDATE 语句选中了一个有足够可用空间容纳新数据的数据块，(2)但是此块中的可用空间不连续，数据无法被写入到数据块中连续的空间里。Oracle只在 满足上述条件时才对数据块中的可用空间进行合并，这样做是为了避免过于频繁的空间合并工作影响数据库性能。
　　案例1：验证Oracle data block可用空间存储的最大行数
　　1）块最大可用空间
　　10:52:11 SYS@ prod >SELECT kvisval,kvistag,kvisdsc from sys.x$kvis;
　　no rows selected
　　一般8k的块，可用空间在8096字节；一般一行记录最小长度在11字节（加上开销），所以8k的块最多可以存储8096/11=736行。
创建Dictionary管理的tablespace：　　
11:21:46 SYS@ test1 >select tablespace_name,extent_management from dba_tablespaces;
　　
TABLESPACE_NAME                EXTENT_MAN
　　
------------------------------ ----------
　　
SYSTEM                         DICTIONARY
　　
SYSAUX                         LOCAL
　　
UNDOTBS1                   LOCAL
　　
TEMP1                          LOCAL
　　
DICT1                          DICTIONARY
　　

　　
创建table（pctfree=0）：
　　
11:21:55 scott@ test1 >create table t3
　　
pctfree 0
　　
tablespace dict1
　　
as
　　
select * from t1;
　　

　　
查看数据块上的记录的行数：
　　
11:33:40 SCOTT@ test1 >select object_name,object_id from user_objects
　　
11:33:55   2   where object_name='T3';
　　
OBJECT_NAME                     OBJECT_ID
　　
------------------------------ ----------
　　
T3                                  16775
　　
11:33:08 SYS@ test1 >SELECT SPARE1 FROM TAB$ where obj#=16775;
　　
    SPARE1
　　
----------
　　
       736
　　案例2：验证每个块存储的行数
创建数据：　　
10:31:30 SCOTT@ prod >begin
　　
for i in 1..10 loop
　　
  insert into emp1 select * from emp1;
　　
  end loop;
　　
end;
　　
/
　　

　　
10:31:38 SCOTT@ prod >select count(*) from emp1;
　　
  COUNT(*)
　　
----------
　　
     14336
　　

　　
查看表存储结构：
　　
10:32:13 SCOTT@ prod >analyze table emp1 compute statistics;
　　
Table analyzed.
　　

　　
10:33:14 SCOTT@ prod >select table_name,num_rows,blocks,empty_blocks from user_tables
　　
10:33:40   2   where table_name='EMP1';
　　
TABLE_NAME                       NUM_ROWS     BLOCKS EMPTY_BLOCKS
　　
------------------------------ ---------- ---------- ------------
　　
EMP1                                14336         91            5
　　

　　
查看每个数据块存储的行数：
　　
10:31:59 SCOTT@ prod >SELECT rid, COUNT (rnum) rnum
　　
10:32:13   2  FROM (SELECT SUBSTR (ROWID, 1, 15)  rid, ROWID rnum FROM emp1)
　　
10:32:13   3  GROUP BY rid;
　　
RID                                  RNUM
　　
------------------------------ ----------
　　
AAASa0AAEAAAAIL                        14
　　
AAASa0AAEAAAAJN                       170
　　
AAASa0AAEAAAAJZ                       170
　　
AAASa0AAEAAAAJe                       170
　　
......
　　
RNUM                                  RID
　　
------------------------------ ----------
　　
AAASa0AAGAAAACv                       170
　　
86 rows selected.
　　案例3：和数据块访问有关的参数
　　arraysize 参数
　　arraysize定义了一次返回到客户端的行数，当扫描了arraysize 行后，停止扫描，返回数据，然后继续扫描。
　　这个过程就是统计信息中的SQL*Net roundtrips to/from client。因为arraysize 默认是15行，那么就有一个问题，因为我们一个block 中的记录数一般都会超过15行，所以如果按照15行扫描一次，那么每次扫描要多扫描一个数据块，一个数据块也可能就会重复扫描多次。
　　重复的扫描会增加consistent gets 和 physical reads。 增加physical reads，这个很好理解，扫描的越多，物理的可能性就越大。
　　consistent gets，这个是从undo里读的数量，Oracle 为了保证数据的一致性，当一个查询很长，在查询之后，数据块被修改，还未提交，再次查询时候，Oracle根据Undo 来构建CR块，这个CR块，可以理解成数据块在之前某个时间的状态。 这样通过查询出来的数据就是一致的。
　　那么如果重复扫描的块越多，需要构建的CR块就会越多，这样读Undo 的机会就会越多，consistent gets 就会越多。
　　如果数据每次传到客户端有中断，那么这些数据会重新扫描，这样也就增加逻辑读，所以调整arraysize可以减少传的次数，减少逻辑读。
　　默认的arraysize：
11:56:18 SCOTT@ prod >show arraysize　　
arraysize 15
　　

　　
理论上arraysize为15，读取170行应该是12次。
　　
12:13:57 SCOTT@ prod >select 170/15 from dual;
　　

　　
    170/15
　　
----------
　　
11.3333333
　　

　　
12:05:07 SCOTT@ prod >select * from emp1 where rownumshow arraysize
　　
arraysize 1000
　　

　　
12:07:40 SCOTT@ prod >set autotrace trace
　　
12:07:48 SCOTT@ prod >select * from emp1 where rownum