表空間和數據文件的管理

本文概要介紹了Oracle數據庫表空間存儲分配和管理的主要特性及操作。

一、表空間的物理關系和邏輯關系

database：數據庫。
users：用戶，一個數據庫包含多個用戶。
schema：數據庫對象根據用戶與對象的從屬關系組織為不同的模式，一個數據庫用戶所擁有的所有對象稱為一個模式，模式名與用戶名相同，一個用戶模式下的所有數據庫對象是通過多個類型的段來存儲的。
tablespace：表空間，從性能和管理上做邏輯劃分，總體上可劃分為系統表空間、撤銷表空間、臨時表空間、用戶表空間。應盡量減少系統表空間的負擔，用戶數據不要放在系統表空間。10g之后多了SYSAUX表空間（輔助系統表空間），主要用于記錄大量的自調整、優化分析的數據等。
data file：數據文件，大塊數據順序訪問用一個，小塊數據隨機訪問用多個。
segment：段，一種存儲結構，不同類型的數據庫對象以不同的段形式存在，如數據段、索引段、臨時段、撤銷段等。
extent：范圍，Oracle表空間內部分配和回收空間的最小單位，由若干連續的數據塊構成。范圍的大小分配由創建表空間時指定，未指定時則采用Oracle的默認存儲參數。
data block：Oracle數據塊，Oracle的最小IO單位，由多個操作系統塊（os block）組成。主塊大小由初始化參數db_block_size指定（一般默認8K），從塊大小在創建表空間時指定。設定db_nk_cache_size參數為1，在SGA中可分配非標準的DB塊內存，如db_2k_cache_size、db_4k_cache_size、db_32k_cache_size等。
os block：操作系統塊，大小由操作系統決定。

二、表空間存儲參數的設置

1、文件屬性的設置

大文件（bigfile）與小文件（smallfile）：大文件是Oracle 10g開始引進的特性，大文件表空間建立在單個數據文件上，文件大小可達32TB。而小文件表空間由一至多個數據文件構成。大文件特性主要為超大型數據庫設計，為了克服在數據變更時Oracle要更新所有數據文件頭信息而可能帶來的效率問題。要使用大文件表空間，在創建表空間時使用bigfile或smallfile關鍵字，create [bigfile | smallfile] tablespace，省略時默認為小文件表空間。

自動擴展（autoextend）：autoextend on | off

文件狀態信息：online | offline

表空間的數據文件可以同時創建多個
create [bigfile | smallfile] tablespace mytbs
datafile 'd:\oradata\mes\mytbs01.dbf' size 100m autoextend on next 10m [maxsize 500m | unlimited],
'd:\oradata\mes\mytbs02.dbf' size 100m autoextend off;

2、空間管理的方式

Oracle提供兩類參數設置：范圍管理，段空間管理。

范圍管理（extent management）：決定范圍分配信息的存儲位置，有數據字典管理（dictionary）和本地管理（local）兩種方式。前者將表空間的范圍分配信息存儲于系統表空間的數據字典中，后者將范圍分配信息以bitmap形式存儲于表空間數據文件頭部的特殊區域。Oracle推薦并默認使用本地管理的表空間，以提高表空間的操縱性能，Oracle保留數據字典方式管理的表空間只是為了向后兼容。如果system表空間是本地管理的，則不允許創建數據字典管理的表空間。

段空間管理（segment space management）：指定段內空間的管理方式，有auto和manual兩種。Oracle推薦使用auto管理方式，manual方式為向后兼容所保留，這需要手動設置段空間的使用參數pct_free和pct_used等。

創建表空間時指定范圍管理和段空間管理方式
create [bigfile | smallfile] tablespace mytbs
datafile 'd:\oradata\mes\mytbs01.dbf' size 100m autoextend on next 10m [maxsize 500m | unlimited],
'd:\oradata\mes\mytbs02.dbf' size 100m autoextend off
extent management [local | dictionary] autoallocate | uniform size 512k
segment space management [auto | manual];

為了減少不必要的額外I/O操作，uniform size的最佳大小應為參數db_block_size和參數db_file_multiblock_read_count設定值兩者的乘積。

3、內部存儲參數的設置

創建表空間時如果指定用老式的數據字典范圍管理方式，則可進一步設置默認的存儲參數（default storage），以控制段內空間的范圍分配。
另可通過關鍵字blocksize指定表空間的非標準數據塊大小，否則按標準數據塊大小（db_block_size參數指定）來設置。創建非標準數據塊大小的表空間，需要事先在SGA中分配非標準數據塊的內存區域，可通過參數db_nk_cache_size = 1來設定。

default storage(
[initial n K|M]
[next n K|M]
[minextents n]
[maxextents n|unlimited]
[pctincrease n]

initial：段空間分配的第一個范圍的字節數。當用戶創建模式對象時，Oracle為范圍分配空間。
next：分配下一個范圍的字節數。
minextents：指定當創建對象時分配范圍的最小數目，默認為1，含義是Oracle僅分配初始范圍，最大值取決于操作系統。如果minextents大于1，則Oracle根據initial、next、pctincrease的值計算下一個范圍的大小。
maxextents：指定Oracle可以分配給一個段結構范圍的最大數目，包括第一個范圍。最小值為1，默認值和最大值取決于操作系統。unlimited表示按需要自動分配范圍數目。
pctincrease：指定第三個和以后的范圍比前一個范圍增大的百分比。早期默認值是50，表示每個擴展比前一個大50%，最小值為0，表示第一個范圍之后的所有范圍的大小都相同。pctincrease參數設定大于0，可令表空間中的小段擁有小的范圍，大段擁有大的范圍并使范圍的數目盡可能少。

使用舉例
create tablespace mytbs
datafile 'd:\oradata\mes\mytbs01.dbf' size 100m
blocksize 4096
default storage(
initial 256k
next 256k
minextents 2
maxextents 100
pctincrease 50);

此代碼創建前需要對非標準數據塊數據緩沖區db_4k_cache_size進行設置
alter system set db_4k_cache_size=1;

之后可看到Oracle實際分配的緩沖區大小
show parameter db_4k_cache_size;

NAME                                 TYPE        VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
db_4k_cache_size                     big integer 32M

從Oracle 10g開始，創建表空間時自動設置為extent management local autollocate和segment space management auto，此時create tablespace語句將忽略default storage子句。

三、表空間的維護管理

1、更改表空間的狀態

表空間脫機，如在做系統恢復、數據文件移位等操作時。system表空間、默認的臨時表空間、包含活動回滾段的表空間（當前的撤銷表空間）不能脫機。
alter tablespace … offline;

offline包括三種模式：
offline normal：默認，所有數據文件做檢查點，有脫機的數據文件時則無法正常脫機。
offline immediate：立即，脫機時不做檢查點，用于基于時間點的恢復。
offline temporary：臨時，所有聯機的數據文件做檢查點，數據文件可分聯機和脫機，未聯機的不管，則恢復時可能需要介質恢復。

表空間聯機
alter tablespace … online;

對于一些用來專門存儲歷史或靜態數據的表空間，可將其設置為只讀狀態，可以防止對數據的意外更新、刪除。只讀表空間不必周期性備份，只需備份一次即可。

表空間設置為只讀
alter tablespace … read only;

表空間設置為默認的可讀寫
alter tablespace … read write;

2、表空間重命名

alter tablespace … rename to …;

3、刪除表空間

drop tablespace … [including contents [and datafiles]];

當表空間中包含有永久的數據庫對象時，必須顯示指定including contents子句。若要一并刪除磁盤上的操作系統文件，可同時指定and datafiles子句，否則僅將表空間從數據字典中刪除。

表空間一旦刪除，其中數據將永久丟失，因此在正式刪除表空間前，最好先將其設置為offline狀態，經時間考驗確認不再需要后再刪除。

4、表空間的擴容

三種方法：

1）打開表空間數據文件的自動擴展屬性。
alter database datafile 'd:\oradata\mes\mytbs01.dbf' autoextend on;

2）手動調整已有數據文件的大小，使用alter database語句，如
alter database datafile 'd:\oradata\mes\mytbs01.dbf' resize 200m;

對于臨時表空間文件
alter database tempfile 'd:\oradata\mes\temp01.dbf' resize 200m;

resize也可以將數據文件尺寸調小，前提是已有的數據能夠被新的大小容納。

3）為表空間添加新的數據文件，使用alter tablespace語句，如
alter tablespace mytbs add datafile 'd:\oradata\mes\mytbs02.dbf' size 200m;

對于臨時表空間文件
alter tablespace temp add tempfile 'd:\oradata\mes\temp02.dbf' size 200m;

表空間數據文件一旦添加，則不能從中去除，除非刪除整個表空間。

5、合并自由空間

基于數據字典管理的表空間，在經過一段時間的使用后，由于不斷的分配和釋放空間，表空間中的碎片會逐漸增多，此時可以對自由空間做合并。
alter tablespace … coalesce;

本地管理的表空間對此做了改善，不需要該操作。

6、臨時表空間

主要用于存放臨時排序數據等，數據首先會存放在PGA內存的排序區中，排序區大小由參數sort_area_size指定。
show parameter sort_area_size;

NAME                                 TYPE        VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
sort_area_size                       integer     65536

創建臨時表空間
create temporary tablespace ... tempfile '...';

修改數據庫默認的臨時表空間
alter database default temporary tablespace ...;

查看數據庫默認的臨時表空間
col property_value for a30
select property_value from database_properties where property_name = 'DEFAULT_TEMP_TABLESPACE';

PROPERTY_VALUE
------------------------------
TEMP

7、撤銷表空間

數據庫當前的UNDO表空間由參數undo_tablespace指定
show parameter undo_tablespace;

NAME                                 TYPE        VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
undo_tablespace                      string      UNDOTBS1

創建撤銷表空間
create undo tablespace UNDOTBS2 datafile 'd:\oradata\mes\undotbs02.dbf' size 200m autoextend on;

將數據庫的默認UNDO表空間切換到新創建的表空間
alter system set undo_tablespace = UNDOTBS2;

查看更改結果
show parameter undo_tablespace;

NAME                                 TYPE        VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
undo_tablespace                      string      UNDOTBS2

四、數據文件的管理

管理數據文件需要考慮以下幾方面的問題：

1、數據文件的數量

操作系統會限制每個過程可同時打開的文件數量。
Oracle會限制每個數據庫實例可打開的數據文件的數量，該限制由初始化參數db_files決定。
在創建數據庫時，參數maxdatafiles決定了在控制文件中用于記錄數據文件的部分的大小，這也限制了數據庫可擁有的數據文件數量。
少量的大數據文件要優于大量的小數據文件，因為這樣可以減少同時打開的文件個數，減少對數據文件頭部的更新數。

2、數據文件的尺寸

除SYSTEM、SYSAUX、UNDO、TEMP等幾個系統必要的表空間需要保證其大小外，其余表空間根據數據量需要確定大小，無特殊限制。

3、數據文件的位置

數據文件的物理位置將影響數據庫性能。
應考慮將數據文件和索引文件分別放在不同的磁盤上以改善性能。
應考慮將數據文件和日志文件放在不同的磁盤上，避免讀寫數據文件和寫日志文件的I/O競爭。
出于安全考慮也應將數據文件和日志文件分磁盤存放，若日志組有多個日志成員，這些成員應分別置于不同的物理磁盤上，以保證日志文件的安全性。

4、OMF的數據文件

Oracle管理的數據文件，由Oracle來管理定義文件名和路徑，不再需要手工指定數據文件。可以OMF的文件包括：
Datafiles
Tempfiles
Redo log files
Control files
Block change tracking files

通過設定參數db_create_file_dest來指定目標文件位置
alter system set db_create_file_dest='d:\oradata';

不再需要指定數據文件
create tablespace …;
此時Oracle在指定路徑下的<SID>\DATAFILE\下自動創建了數據文件，如d:\oradata\mes\DATAFILE\O1_MF_MYTBS_FV8S2RLX_.DBF，默認大小100M，且autoextend屬性為unlimited。

可以自定義文件大小
create tablespace ... datafile size 200m;

增加數據文件
alter tablespace ... add datafile;

五、數據文件的維護操作

1、為表空間添加數據文件
alter tablespace mytbs add datafile 'd:\oradata\mes\mytbs02.dbf' size 200m;

2、改變數據文件大小，這里的操作同前面描述的給表空間擴容的操作類似。

1）通過允許或禁止數據文件的自動擴展
alter database datafile 'd:\oradata\mes\mytbs01.dbf' autoextend on;

2）通過手工改變數據文件的大小
alter database datafile 'd:\oradata\mes\mytbs01.dbf' resize 200m;

3、改變數據文件的可用性

1）數據文件聯機
alter database datafile 'd:\oradata\mes\mytbs01.dbf' online;

2）數據文件脫機
alter database datafile 'd:\oradata\mes\mytbs01.dbf' offline [drop];

數據庫打開時被脫機的數據文件，在回到聯機狀態時，需要介質恢復。對于非歸檔模式的數據庫來說，脫機需使用drop選項，脫機后如果進行了日志切換，文件將無法恢復。

4、重定位數據文件

方法1：重定位表空間的數據文件，需要表空間脫機。

1）alter tablespace … offline;
2）將數據文件復制到新的位置，按需要重命名
3）alter tablespace … rename datafile '…' to '…';
或 alter database rename file '…' to '…';
4）alter tablespace … online;

方法2：重定位數據庫文件，適用于不能脫機的表空間，該方法同樣適用于對聯機日志文件的重定位。

1）啟動數據庫到mount狀態
2）復制或移動數據庫文件到新位置，按需要重命名
3）alter database rename file '…' to '…';
4）打開數據庫

六、沒有備份情況下數據文件的恢復實驗

在歸檔模式下實驗：

1）創建一個表空間mytbs（mytbs01.dbf）
2）在mytbs表空間內創建一張表t1（insert into）
3）shutdown immediate
4）手工刪除表空間mytbs的數據文件
5）startup
6）將數據文件mytbs01.dbf脫機
7）alter database open;
8）alter database create datafile '…\mytbs01.dbf';
9）recover datafile '…\mytbs01.dbf';
10）將數據文件mytbs01.dbf聯機
11）檢查數據是否恢復