Oracle 19c Concepts(11)：Physical Storage Structures

有几种机制可用于分配和管理这些文件的存储。

最常见的机制包括：

• Oracle 自动存储管理（Oracle ASM）

  Oracle ASM 包括被专门设计用来供 Oracle 数据库使用的文件系统。

• 操作系统文件系统

  大多数 Oracle 数据库在文件系统中存储文件，这是建立在一个连续的磁盘地址空间内的数据结构。所有操作系统都有文件管理器，用于在文件系统中为文件分配和释放磁盘空间。
  文件系统可以将磁盘空间分配给多个文件。每个文件都有一个名称，并对应用程序（如 Oracle 数据库） 显示为一个连续地址空间。数据库可以创建、 读取、 写入、 调整大小、 和删除文件。
  文件系统通常是由称为逻辑卷管理器 (LVM)的软件包创建，并建立在逻辑卷的基础上。 LVM 使多个物理磁盘被合并到一个单一的连续地址空间，对上层软件显示为一块磁盘。

• 集群文件系统

  集群文件系统是使多台计算机共享文件存储，同时保持一致的空间分配和文件内容的软件。在 Oracle RAC 环境中，集群文件系统使共享存储显示为在集群环境中由多台计算机共享的文件系统。 在集群文件系统中，单个集群中的计算机失败不会使文件系统不可用。 而在操作系统文件系统中，倘若某个通过 NFS 或其他手段共享文件的计算机失败，则文件系统会变得不可用。

Oracle ASM 是一个针对 Oracle 数据库文件的高性能、 易管理的存储解决方案。 Oracle ASM 是一个卷管理器，并提供一个专为数据库使用而设计的文件系统。

• 简化了与存储相关的任务，如创建数据库、规划数据库文件布局、 和管理磁盘空间

• 跨物理磁盘分布数据，以消除热点，并提供均匀的磁盘性能

• 在存储配置更改后自动平衡数据

Oracle 管理的文件是一种命名策略，使您能够按数据库对象而不是按文件名称来指定操作。 例如， 您可以创建一个表空间，而无需指定其数据文件的名称。

Oracle 数据库将表空间中的数据在物理上存储为数据文件。

每个非分区模式对象和对象的每个分区都存储在它自己的段中，它只属于一个表空间。例如，非分区表的数据存储在单个段中，最终也存储在一个表空间中。表空间和数据文件密切相关， 但又有重要区别：

• 每个表空间包含一个或多个数据文件， 这需要遵从运行 Oracle 数据库的操作系统。

• 数据库数据被集中地存储在位于每个数据库表空间的数据文件中。

• 段可以跨越一个或多个数据文件，但它不能跨多个表空间。

• 数据库必须有 SYSTEM 表空间和 SYSAUX 表空间。 Oracle 数据库自动在数据库创建过程中为 SYSTEM 表空间分配数据库的第一个数据文件。
  SYSTEM 表空间包含数据字典，它是包含数据库元数据的一组表。通常，数据库也有一个撤销表空间和临时表空间 （通常称为 TEMP）。

下图显示了表空间、 数据文件、 和段之间的关系。

图 11-4 数据文件和表空间

Description of "Figure 11-4 Data Files and Tablespaces"

临时文件类似于永久数据文件，但有以下例外情况：

• 永久性数据库对象（如表） 绝不会存储在临时文件中。

• 临时文件始终被设置为 NOLOGGING 模式，这意味着永远不会为其生成重做。 介质恢复不识别临时文件。

• 你不能将临时文件置为只读模式。

• 你无法使用 ALTER DATABASE 语句来创建一个临时文件。

• 当你创建临时文件或调整其大小时，并不能始终保证会为他们分配指定文件大小的磁盘空间。在 Linux 和 UNIX 等的文件系统上， 临时文件被创建为稀疏文件。在这种情况下， 磁盘块并不是在文件的创建或调整大小时分配的，而是在块第一次被访问时分配的。

• 临时文件信息显示在数据字典视图 DBA_TEMP_FILES 和动态性能视图 V$TEMPFILE 中，但不在 DBA_DATA_FILES 或 V$DATAFILE 视图中。

每个数据文件可能是联机的（可用） 或脱机的（不可用）。

从Oracle Database 12c开始，可以使用ALTER Database MOVE DATAFILE语句在数据库打开并访问文件时将在线数据文件从一个物理文件移动到另一个物理文件。您可以使用此技术来实现以下目标：

• 将表空间从一种存储移动到另一种存储

• 移动不常访问的数据文件，以降低存储成本

• 将表空间设置为只读，并将其数据文件移动到写一次存储，比如一次写读多(WORM)驱动器

• 将数据库移动到Oracle ASM中

下图说明了数据文件中不同类型的空间。 扩展区要么是已使用的，意味着他们包含段数据，或是空闲的， 意味着它们是可重用的。随时间的流逝，表空间中的对象不断更新和删除，会产生很多小的空白空间，但太小不足以被重用以容纳新数据。这种类型的空白空间称为碎片化的可用空间。

图 11-5 在数据文件中的空间

Description of "Figure 11-5 Space in a Data File"

Oracle 数据库通常使用控制文件定位数据库文件并管理数据库的状态。

控制文件包含以下信息：

• 数据库名称和数据库唯一标识符（DBID)

• 创建数据库的时间戳

• 有关数据文件、 联机重做日志文件、和归档重做日志文件的信息

• 表空间信息

• RMAN 备份

控制文件用于以下目的：

• 它包含有关数据文件、 联机重做日志文件等为打开数据库所需的信息。

  控制文件跟踪数据库的结构变化。 例如， 当管理员添加、 重命名、或删除数据文件或联机重做日志文件时，数据库将更新控制文件以反映此更改。

• 它包含未打开数据库时必须可访问的元数据。

  例如， 控制文件中包含，包括检查点在内的用于恢复数据库所需的信息。检查点指示在重做流中进行实例恢复所需的起始 SCN。每一个检查点 SCN 之前提交的更改被确保已保存到磁盘上的数据文件中。至少每隔三秒，检查点进程会在控制文件中， 记录有关联机重做日志中的检查点位置。

控制文件中包含以下类型的记录：

• 循环重用记录

  这些记录包含必要时可以被覆盖的非关键信息。当所有可用的记录槽用完时， 数据库要么会扩展控制文件，以便为新记录腾出空间，要么会覆盖最旧的记录。 其示例包括有关归档重做日志文件和 RMAN 备份的记录。

• 非循环重用记录

  这些记录包含不经常更改且不能被覆盖的关键信息。 其示例包括表空间、 数据文件、 联机重做日志文件、 和重做线程。 Oracle 数据库绝不会重用这些记录，除非从表空间中删除相应的对象。

控制文件块的读取和写入不同于数据块的读取和写入。对控制文件，Oracle数据库直接从磁盘读取并写入到程序全局区（PGA）。每个进程为控制文件块分配一定的 PGA 内存。

当数据库更改撤消段时，数据库还将这些更改写入在线重做日志。因此，联机重做日志总是包含永久对象的撤消数据。您可以将数据库配置为将临时对象的所有撤消数据存储在临时撤消段中，这可以节省空间并提高性能，或者允许数据库在在线重做日志中同时存储永久和临时撤消数据。

数据库实例的联机重做日志称为重做线程。

联机重做日志文件包含重做记录。

重做记录记录了与更改相关的所有元数据，包括如下：

• 更改的 SCN 和时间戳

• 变更事务的事务 ID

• 事务提交时的 SCN 和时间戳（如果它已提交）

• 所做更改的操作类型

• 被修改的数据段的名称和类型