Oracle数据库文件存储机制与结构详解

### Oracle数据库文件存储机制与结构详解 #### 1. 数据文件与存储容器概述 在Oracle数据库中，数据文件是存储数据的重要载体。例如，像`/opt/oracle/oradata/CDB/PDB1/users01.dbf` 、`/opt/oracle/oradata/CDB/PDB2/system01.dbf`等文件，位于`/opt/oracle/oradata/CDB`目录下的数据文件属于根容器，而其子目录下的数据文件则属于可插拔数据库。通常，每个数据库至少会有以下几种数据文件： - **SYSTEM**：存储Oracle数据字典。 - **SYSAUX**：包含其他非字典对象。 - **UNDO**：存储用于回滚操作的撤销段。 - **USERS**：若未指定其他表空间，它是用于存储应用程序数据的默认表空间。 #### 2. 文件系统机制 Oracle提供了三种存储数据的文件系统机制： | 文件系统机制 | 特点 | | --- | --- | | “Cooked”操作系统（OS）文件系统 | 文件像普通文档一样出现在文件系统中，可通过Windows Explorer查看，在UNIX/Linux中使用`ls`命令查看。可使用`xcopy`（Windows）或`cp`（UNIX/Linux）等简单工具移动文件。历史上是Oracle存储数据最常用的方法，在RAC环境中会使用ASM磁盘类型。通常是缓冲的，操作系统会在读写磁盘时缓存信息。 | | 自动存储管理（ASM） | 专为数据库设计的文件系统，可看作数据库文件系统，只存储与数据库相关的信息，如表格、索引、备份、控制文件等。概念上数据仍存储在文件中，但文件系统是ASM，可在单机或集群环境中工作。自Oracle 11g Release 2起，不仅提供数据库文件系统，还可选配集群文件系统。 | | 集群文件系统 | 专门用于RAC（集群）环境，提供类似“Cooked”文件系统的共享文件系统，供集群中的多个节点（计算机）使用。传统“Cooked”文件系统在集群环境中只能由一台计算机使用，若使用NFS挂载或Samba共享，存在单点故障风险。在Oracle 11g Release 2之前，Oracle提供Oracle Cluster File System（OCFS），目前仅适用于Windows和UNIX/Linux。其他第三方供应商也提供与Oracle兼容的认证集群文件系统。Oracle 11g Release 2还提供了Oracle Automatic Storage Management Cluster File System（ACFS）。 | 一个数据库可以由上述任意或所有文件系统的文件组成，这使得在不同技术之间迁移或尝试新文件系统类型变得容易，无需将整个数据库迁移。 #### 3. 存储层次结构 Oracle数据库的存储层次结构如下： ```mermaid graph LR A[数据库] --> B[表空间] B --> C[段] C --> D[区] D --> E[块] ``` - **数据库**：由一个或多个表空间组成。 - **表空间**：是Oracle中的逻辑存储容器，位于存储层次结构的顶层，由一个或多个数据文件组成。这些文件可以是文件系统中的“Cooked”文件、原始分区、ASM管理的数据库文件或集群文件系统上的文件。表空间包含段。 - **段**：是表空间内的主要组织结构，是消耗存储的数据库对象，如表格、索引、撤销段等。大多数情况下，创建表时会创建表段；创建分区表时，每个分区会创建一个段；创建索引时，通常会创建索引段。每个消耗存储的对象最终都存储在一个段中，包括撤销段、临时段、集群段、索引段等。 - **区**：段由一个或多个区组成。区是文件中逻辑上连续的空间分配。传统上，每个段至少从一个区开始。Oracle 11g Release 2引入了“延迟”段的概念，即段在插入数据之前不会立即分配区。当对象需要超出初始区的空间时，会请求分配另一个区，新区不一定与第一个区相邻，甚至可能不在同一个文件中，但区内的空间在文件中总是逻辑连续的。区的大小从一个Oracle数据块到数GB不等。 - **块**：区由块组成，块是Oracle中最小的空间分配单位，用于存储数据行、索引条目或临时排序结果。Oracle通常从块中读取和写入磁盘。块的常见大小有2KB、4KB、8KB或16KB，在某些情况下32KB也是允许的，但最大块大小受操作系统限制。数据库最多可有六种不同的块大小，此功能是为了使可传输表空间在更多情况下可用。数据库有默认块大小，由`CREATE DATABASE`命令中的初始化文件指定，`SYSTEM`表空间始终使用默认块大小，其他表空间可创建非默认块大小。任何给定表空间的块大小是一致的，多段对象的每个段所在表空间的块大小可能不同，但每个段内的块大小相同。 #### 4. 块的结构 大多数块（除了LOB段块和Exada