Oracle数据库管理实例与数据库结构详解

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Oracle Certified Professional 062 - fullOracle数据库12C.pdf和Oracle Certified Professional 062 - fullOracle数据库（12C）.pdf提供了关于Oracle数据库12C的全面知识和指导。其中第一章涵盖了实例和数据库的概念，明确了它们之间的区别以及各自的组成部分。在Oracle数据库中，实例（Instance）是操作数据库的一种手段，由操作系统分配的内存（包括共享内存区SGA和程序私有内存区PGA）以及后台进程组成。常见的后台进程包括PMON（进程监控器）、SMON（系统监控器）、LGWR（日志写进程）、DBWn（数据库写进程）、CKPT（检查点进程）等。一个数据库可以被单个实例（单实例）或多个实例（RAC）访问或挂载。启动实例时会读取初始化参数文件（SPFILE或PFILE），以获取数据库运行时的参数值。每个实例都有一个INSTANCE_NAME来唯一标识。数据库（Database,DB）是一个数据集合，Oracle数据库存储其数据在数据文件中。在物理结构上，数据库必须包含数据文件、控制文件和在线重做日志文件（Redo Log Files）。在逻辑结构上，数据库由表空间、段、区和块组成。数据库使用DB_NAME来标识唯一的名称。总的来说，实例和数据库之间的区别在于实例是一个操作数据库的环境，具有内存和后台进程，而数据库是数据存储的集合，包含数据文件、控制文件和重做日志文件。区分清楚实例和数据库的概念对于Oracle数据库的管理和维护非常重要，可以确保数据库顺利运行并避免可能的问题。通过学习Oracle Certified Professional 062 - fullOracle数据库12C.pdf，可以更深入了解Oracle数据库的概念和实践，提升对于Oracle数据库管理的能力和技术水平。

1.3.1.2.2 段的管理方式

自动管理方式(ASSM(Auto Segment Space Management))

简单说就是采用位图管理方式，每个段的段头都有一组位图，位图描述每个块的满

度，根据满度的不同将每个块登记到相应的位图上，位图自动跟踪每个块的使用空间，该

位图不是精确的，而是按 25%的区间来分：0-25%的空闲空间、25%-50%的空闲空间、

50%-75%的空闲空间和 75%-100%的空闲空间。比如块大小为 8k，你要插入一行是 4k 的

表行，那么 oracle 就给你在满度 50%的位图上找个登记的块。

ASSM 的前提是 EXTENT MANAGEMENT LOCAL，在 ORACLE9I 以后，缺省状态

为自动管理方式，ASSM 废弃 pctused 属性。

手工管理方式(MSSM(Manual Segment Space Management))

这是传统的方法，采用 FREELIST 空闲列表管理段，现在仍然在使用，未被淘汰，保

留 pctfree 和 pctused 属性，这些概念后面介绍 block 时再讨论。

1.3.1.2.3 段和表的关系

一个单纯的表就分配一个段，但往往表没那么单纯，比如表上经常会有主键约束，那

么就会有索引，索引有索引段，还有分区表，每个分区会有独立的段，再有就是 oracle 的

大对象, 如果你的表里引用 blob,clob,那么这个表就又被分出多个段来。

SQL> create user abc identified by abc;

SQL> grant dba to abc;

SQL> conn abc/abc;

SQL> create table aaa(id number);

SQL> select

segment_name,segment_type,segment_subtype,tablespace_name,bytes,blocks,extents

from user_segments;

这时候看到在查询段信息的时候，Oracle 没有分配段，原因是在 Oracle11gR2 中采用

了默认延迟段的创建方式。也就是说，在创建表的时候，暂时先不分配段，待插入第一条

数据的时候再进行创建。我们对表插入一条数据，再次查询段的情况：

SQL> insert into aaa values(111);

select * from user_segments;

另外，在建表时候可以带上 SEGMENT CREATION IMMEIDATE 选项，可以不使

用默认延迟段的创建方式，例如：

SQL> create table bbb(id number) segment creation immediate;

SQL> select * from user_segments;

延迟段的方式是由参数 deferred_segment_creation 来控制，默认值为 TRUE。也可通

过更改此参数实现禁用延迟段。该参数可以在会话级别修改，也可以在 spfile 修改，下次

启动生效。

SQL> show parameter deferred_segment_creation

SQL> alter session set deferred_segment_creation=false;

创建带主键的表，观察段的分配情况：

SQL> create table ccc(id number primary key) segment creation immediate;

SQL> select * from user_segments;

创建带大对象字段的表，观察段的分配情况：

SQL> create table ddd(id number,name clob) segment creation immediate;

SQL> select * from user_segments;

插入数据到 aaa 表，观察段下面区的分配情况：

SQL> conn / as sysdba

SQL> insert into abc.aaa select object_id from dba_objects where rownum<=10000;

1.3.1.3 区 extent

区是 ORACLE 进行存储空间分配的最小单位。是由一系列逻辑上连续的 Oracle 数据

块组成的逻辑存储结构。段中第一个区叫初始区，随后分配的区叫后续区。

管理方式有两种：基于字典的管理（已淘汰）和基于本地管理。

SQL> select * from dba_extents;

表和区（extent）的关系

当建立表的时候建立段（segment），然后自动分配相应的 extent（1 个或者多个），

亦可以手工 allocate extent 提前分配 extent（用于需大量插入数据的表）。

SQL> create table abc.eee(id number) segment creation immediate;

SQL> select * from user_extents where segment_name='EEE';

SQL> insert into abc.eee select object_id from dba_objects where rownum<=10000;

SQL> select * from user_extents where segment_name='EEE';

SQL> select * from user_segments;

可以看到段 EEE 的初始区 ID 为 0，大小为 65536 bytes, 向表段中插入数据，观察

Oracle 为该段分配更多的区（extent）。

将表 EEE 数据全部删除，观察区的情况：

SQL> delete from abc.eee;

SQL> select segment_name,file_id,extent_id,bytes from dba_extents where

segment_name='EEE';

此时表段的数据已经删除，但所有 extent 依然健在，无法回收 EEE 段的所有区

也可以要求一个预分配的所需空间（但要注意，所需要的空间一定是在表空间可达到

的空间范围内）

SQL> alter table abc.eee allocate extent(datafile

'/u01/app/oracle/oradata/PROD1/users02.dbf' size 5m);

SQL> select segment_name,file_id,extent_id,bytes from dba_extents where

segment_name='EEE';

回收未使用的分区用 deallocate, 注意：只能收回从未使用的 extent

SQL> alter table abc.eee deallocate unused;

SQL> select * from user_extents where segment_name='EEE';

1.3.1.4 数据块 block

是数据库内 I/O 最小单位，数据库需要读取数据时总是无法只读取一条记录，而是必

须读整个数据块，只有在创建表空间时就能指定数据块容量，无法修改数据块容量。

BLOCK 的管理方法是区的管理和段管理的具体体现：

pctfree 的时候，oracle 就将该块从 freelist 中移除，不再向该块插入数据。所以说 pctfree

是控制什么时候将块从 freelist 中移除的。

CREATE TABLE test_table(n NUMBER) PCTFREE 20;

pctused 这个参数控制一个块什么时候被重新启用来插入数据，例如当一个块达到 1-

pctfree 利用率的时候，oracle 停止向该块插入数据，同时从 freelist 移除该块，但是后来

发生一些删除操作，使得该块的利用率下降，当该块的利用率降到 pctused 以下的时候该

块就被重新启用来插入数据了，也即是将该块重新加入到 freelist 列表中，所以说 pctused

是控制什么时候将一个块重新加入 freelist 的。

举个例子：比如一个块的 pctfree 定为 10%，pctused 定为 40%（oracle 默认设置）。

那么一个块的使用率达到 90%（即 1-10%）的时候，oracle 将该块从 freelist 中移除，停止

使用该块来插入数据（但可更新）。后来该块上发生了一些删除操作，使得该块的利用率

下降，当使用率下降到 40%以下的时候，oracle 重新将该块加入 freelist，可用于新的插

入。

在 Oracle11g 中，表空间默认使用本地位图自动管理，PCTFREE 的默认值是 10，且

无法自定义管理 PCTUSED 属性。

1.3.1.4.3 行迁移与行链接

行迁移是由 UPDATE 语句引起的，INSERT 和 DELETE 永远不会导致行迁移。

默认情况下，Oracle 会保留一个块的 10%用于行扩展。这是段的 PCTFREE（空闲百

分比）设置的，一个使用量已经超过了段的 PCTFREE 设置的块由 ASSM 位图归类为

FULL，因此该块不可用于插入，即使它实际上还有 10%的空闲空间。

因此，如果块的行在其生存期间增长不超过 10%（平均而言），这是没有问题的：行

的新版本有足够的空间可用。如果一个行的扩展使得块中没有足够的空间时，它就必须被

移动到具有足够空间的块中。这称之为行迁移（Row Migration）。

与行迁移密切相关的是行链接问题。行链接（Chained Row）是比块还要大的行。显

然，如果块大小是 8k，而某行是 20k，则该行必须被分布到 3 个块中。在执行插入时，所

有三个块将通过搜索 ASSM 位图来定位可用于插入的块，并且以后检索该行时，所有三个

块都会被读出。链接行的 ROWID 指向行的第一个块，这与行迁移的情况相同。

1.3.1.4.4 高水位线（HWM）

什么是高水位线？高水位线（high-water mark，HWM）

在数据库中，如果把表想象成从左到右依次排开的一系列块，高水位线就是曾经包含

了数据的最右边的块。原则上 HWM 只会增大, 即使将表中的数据全部 DELETE 删除，

HWM 也不会降低。

在 Oracle 数据的存储中，可以把存储空间想象为一个水库，数据想象为水库中的水。

水库中的水的位置有一条线叫做水位线，在 Oracle 中，这条线被称为高水位线（High-

warter mark, HWM）。在数据库表刚建立的时候，由于没有任何数据，所以这个时候水

位线是空的，也就是说 HWM 为最低值。当插入了数据以后，高水位线就会上涨，但是这

里也有一个特性，就是如果你采用 delete 语句删除数据的话，数据虽然被删除了，但是高

水位线却没有降低，还是你刚才删除数据以前那么高的水位。也就是说，这条高水位线在

日常的增删操作中只会上涨，不会下跌。

Select 语句会对表中的数据进行一次扫描，但是究竟扫描多少数据存储块呢，这个并

不是说数据库中有多少数据，Oracle 就扫描这么大的数据块，而是 Oracle 会扫描高水位线

以下的数据块。现在来想象一下，如果刚才是一张刚刚建立的空表，你进行了一次 Select

操作，那么由于高水位线 HWM 在最低的 0 位置上，所以没有数据块需要被扫描，扫描时

间会极短。而如果这个时候你首先插入了一千万条数据，然后再用 delete 语句删除这一千

万条数据。由于插入了一千万条数据，所以这个时候的高水位线就在一千万条数据这里。

后来删除这一千万条数据的时候，由于 delete 语句不影响高水位线，所以高水位线依然在

一千万条数据这里。这个时候再一次用 select 语句进行扫描，虽然这个时候表中没有数

据，但是由于扫描是按照高水位线来的，所以需要把一千万条数据的存储空间都要扫描一

次，也就是说这次扫描所需要的时间和扫描一千万条数据所需要的时间是一样多的。所以

有时候有人总是经常说，怎么我的表中没有几条数据，但是还是这么慢呢，这个时候其实

奥秘就是这里的高水位线了。

HWM 不是好事，使用全表扫描时通常要读出 HWM 以下的所有数据块（尽管该表中

可能仅有少量数据），这将白白耗费大量 IO 资源。

两个解决办法可降低 HWM：

一个是移动表，move 方法, 将表从一个表空间移动到另一个表空间（也可以在本表空

间内 move)。

语法：alter table tbsa move [tablespace users];

优点：可以清除数据块中的碎片,降低高水位线。

缺点：move 需要额外（一倍）的空间。

move 过程中会锁表，其他用户不能在该表上做 DML 或 DDL 操作。

move 之后，相关索引都不可用了，表上的索引需要重建（考点）。

一个是收缩表，shrink 也叫段重组，表收缩的底层实现的是通过匹配的 INSERT 和

DELETE 操作。

它分两个不同的阶段：压缩阶段和降低 HWM 阶段。

语法：alter table tbsa shrink space [cascade][compact];

两个前提：表所在的表空间段管理是 ASSM 方式,因为位图方法才记录有关块实际的满

度信息；表上启用了 row movement。

你发出 alter table tbsa shrink space compact; 那么只完成了第一阶段。这是压缩阶

段。在业务高峰时可以先完成第一阶段，高峰过后，再次 alter table tbsa shrink space，因

压缩阶段工作大部分已完成，将很快进入第二阶段，DML 操作会有短暂的锁等待发生。

测试：

SQL> create tablespace tbs_c datafile '/u01/app/oracle/oradata/PROD1/tbs_c01.dbf'

size 50M;

SQL> create table scott.tbs_c tablespace tbs_c as select * from dba_objects;

SQL> conn scott/tiger;

Connected.

SQL> select max(rownum) from tbs_c;

SQL> analyze table tbs_c compute statistics for table;

SQL> select table_name,blocks, num_rows from user_tables where table_name='TBS_C';

SQL> delete from tbs_c;

SQL> analyze table tbs_c compute statistics for table;

SQL> select table_name,blocks, num_rows from user_tables where table_name='TBS_C';

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