Oracle Bigfile Tablespace大檔案表空間

Oracle表空間Tablespace是邏輯結構的最高層次，其他分别對應段對象segment、區extent和塊block。而實體層面的Oracle資料庫是通過一系列的檔案構成，其中資料檔案datafile是與Tablespace進行對應的對象。

 Tablespace與Datafile的關系是一對多的關系。一個表空間Tablespace可以對應多個Datafile，Datafile則是隻能歸屬在一個Tablespace裡。傳統的Oracle管理概念中，倡導一個表空間中建立多個資料檔案，特别是建立分布在多個存儲磁盤上，以期分散I/O。但是，Oracle10g推出的BigFile Tablespace大檔案表空間，将這個概念有所變化。

1、  Bigfile tablespace

在Oracle 10g中，推出了Bigfile tablespace的概念。表空間Tablespace從Oracle 10g以後就分為兩個類型，smallfile tablespace和bigfile tablespace。過去一個表空間對應多個資料檔案我們成為Smallfile Tablespace。

所謂Bigfile Tablespace最顯著的差别就是一個表空間隻能對應一個資料檔案。Bigfile Tablespace雖隻對應一個資料檔案，但資料檔案對應的最大體積大大增加。傳統的small datafile每個檔案中最多包括4M個資料塊，按照一個資料塊8K的大小核算，最大檔案大小為32G。每個Small Tablespace理論上能夠包括1024個資料檔案，這樣計算理論的最大值為32TB大小。而Bigfile Datafile具有更強大的資料塊block容納能力，最多能夠包括4G個資料塊。同樣按照資料塊8K計算，Bigfile Datafile大小為32KG=32TB。理論上small tablespace和big tablespace總容量相同。

下面我們通過一連串的實驗來觀察Bigfile Tablespace。

SQL> select * from v$version;

BANNER

----------------------------------------------------------------

Oracle Database 10g Enterprise Edition Release 10.2.0.1.0 - Prod

PL/SQL Release 10.2.0.1.0 - Production

CORE     10.2.0.1.0       Production

TNS for 32-bit Windows: Version 10.2.0.1.0 - Production

NLSRTL Version 10.2.0.1.0 - Production

SQL> create bigfile tablespace bttest datafile 'D:\ORADATA\ORCL\BTTEST.dbf' size 10m autoextend off

  2  extent management local uniform. size 1m

  3  segment space management auto;

Tablespace created

此處，我們通過create bigfile tablespace語句建立Bigfile Tablespace。注意兩方面的問題，其一是Bigfile Tablespace必須使用local本地extent管理方式，不允許使用DMT（Dictionary Managed Tablespace）。另一方面是段segment空間使用auto自動方式，不要使用manual。

不過這兩個條件在Undo或者臨時Bigfile表空間的時候，是允許例外的。

Small Tablespace和Bigfile Tablespace是可以并存的。

SQL> select tablespace_name, bigfile from dba_tablespaces;

TABLESPACE_NAME                BIGFILE

------------------------------ -------

（篇幅原因，省略……）

QCDATA                         NO

QCTEMP                         NO

BTTEST                         YES

11 rows selected

在建立bigfile tablespace的時候，就已經指定了資料檔案。如果此時我們嘗試加入一個新的資料檔案，Oracle系統會報錯。

SQL> alter tablespace bttest add datafile 'D:\ORADATA\ORCL\BTTEST02.dbf' size 10m autoextend off;

alter tablespace bttest add datafile 'D:\ORADATA\ORCL\BTTEST02.dbf' size 10m autoextend off

ORA-32771: 無法在大檔案表空間中添加檔案

下面我們分析一下bigfile tablespace的特性。

2、Bigfile的相對檔案編号

此處我們觀察一下Bigfile Tablespace體系下的一些特征。

SQL> select file_name, file_id, relative_fno from dba_data_files;

FILE_NAME                         FILE_ID RELATIVE_FNO

------------------------------ ---------- ------------

D:\ORADATA\ORCL\USERS01.DBF             4            4

D:\ORADATA\ORCL\SYSAUX01.DBF            3            3

D:\ORADATA\ORCL\UNDOTBS01.DBF           2            2

D:\ORADATA\ORCL\SYSTEM01.DBF            1            1

D:\ORADATA\ORCL\EXAMPLE01.DBF           5            5

D:\ORADATA\ORCL\SPTABLESPACE            6            6

D:\ORADATA\ORCL\QCDATA.DBF              7            7

D:\ORADATA\ORCL\BTTEST.DBF              8         1024

8 rows selected

每個檔案都包括兩個編号，一個是絕對檔案編号file_id，另一個是相對檔案編号relative_fno。在檔案數量較少，或者建立删除檔案比較少情況下的資料庫，file_id和relative_fno是相同的。Relative_fno是一個循環周期，以1024為一個循環。當file_id依次遞增到1024整數倍之後，file_id會繼續增加，而relative_fno會形成一個内部循環。

這種機制讓我們聯想起了Oracle Small Tablespace的資料檔案上限限制，也是1023個檔案。我們設想一種極端的情況，如果一個表空間中的資料檔案個數超過了1024，也就是一個表空間内的資料檔案中，存在相同的relative_fno。這種情況首先是不被允許的。

設定1024的relative_fno是進行Oracle資料尋址的需要。這裡我們要關注到Oracle定位資料行的rowid資訊，rowid是Oracle内部唯一标注一行記錄的位址。Rowid包括四部分組成，對象号+檔案号+塊号+slot行号。Rowid長度固定，是以四部分的長度都是固定的，這裡的檔案号fno是相對檔案編号。這裡的查找順序是，對象号擷取所在表空間的編号，在表空間内部使用相對檔案号來定位到檔案。如果一個表空間内出現相同的relative_fno檔案，定位就不可能了。是以，small tablepsace的内部檔案上限必然是1023。

但是，Bigfile Tablespace存在一些不同之處。如果一個表空間隻有一個資料檔案且隻能擁有一個資料檔案，那麼relative_fno就失去了存在的意義。是以在dba_data_files中的relative_fno列上，bigfile tablespace對應的datafile是直接1024。

SQL> create table t_big tablespace bttest as select * from dba_tables;

Table created

SQL> select dbms_rowid.rowid_object(t.rowid) obj_id, dbms_rowid.rowid_relative_fno(t.rowid,'BIGFILE') relative_fno,

  2  dbms_rowid.rowid_block_number(t.rowid) block_num, dbms_rowid.rowid_row_number(t.rowid) rownums,

  3  dbms_rowid.rowid_to_absolute_fno(t.rowid,'SYS','T_BIG') abso_fno

  4  from t_BIG t where rownum<4;

    OBJ_ID RELATIVE_FNO  BLOCK_NUM    ROWNUMS   ABSO_FNO

---------- ------------ ---------- ---------- ----------

     55707         1024         21          0          8

     55707         1024         21          1          8

     55707         1024         21          2          8

借助dbms_rowid包的相應方法，我們也可以看清bigfile tablespace上rowid行的relative_fno資訊。

3、Bigfile Datafile大小探索

一個資料檔案最大能有多大，在Oracle中有兩個因素控制，一個是Oracle内部尋址能夠尋找到的最大範圍多少個塊，另一個是資料庫每個塊大小是多大。

我們首先來看看Small Datafile的情況。Rowid是一個用16進制表示的18位長度類字元串。其中，前6位表示object_id，之後3位表示檔案編号，之後6位表示塊号，最後3位表示row的slot編号。

--語句摘自MOS[ID 1057891.6]

   SQL> select substr(rowid,1,6) "object",

               substr(rowid,7,3) "file",

               substr(rowid,10,6) "block",

               substr(rowid,16,3) "row"

       from test;

        object fil block  row

        ------ --- ------ ---

        AAABPW AAF AAAAv1 AAA

在small datafile中，對資料塊有6×4=24位二進制表示。Oracle利用中間的22位進行塊位址存儲。這樣，22位二進制可以表示的資料塊編号範圍為（2^22-1）=4M個資料塊。如果按照每個資料塊8K的普遍大小計算，這樣每個small datafile大小上限就是32G。如果按照每個資料塊上限32K計算，這樣每個small datafile大小上限就是128G。

在bigfile datafile中，事情有所不同。由于沒有relative_fno的問題，這樣rowid中就不需要儲存relative_fno的最多1024的數值。這樣就節省出10位二進制位給資料塊定位，相同長度的rowid就可以進行32位二進制長度的資料塊尋址。每個bigfile datafile中，最多可以包括到（2^32-1）=4G個資料塊。在資料塊大小8K的環境下，最大為32TB資料。如果是資料塊大小為32K環境下，檔案最大可以到128TB大小。

4、結論和讨論

在本文第一部分中，我們讨論了Bigfile Tablespace和Small Tablespace的理論分析，兩者理論上最大容量值是一樣的。隻是Bigfile的單個檔案容量上限很大，我們如何看待這種新類型呢？

首先，實際生産環境下，Bigfile Tablespace在應對大資料量存儲的時候略有優勢。因為Small Tablespace在實作相同的存儲大小時，要消耗大量的多檔案管理開銷。同時控制檔案為了維護多位置上的檔案，協同檢查點和檔案頭SCN等内容，要消耗很大精力。

其次，Small Tablespace的存儲量隻是理論，很少有系統真的建立上千個檔案在一個表空間中。從這個角度看，Bigfile吸引力是不小的。

最後，Oracle對于Bigfile Tablespace支援是全面的。存儲層面上，ASM、Logical Volumn Manager/RAID、Dynamically Extensible Logical Volumes和OMF都提供了比較全面的支援。