Oracle 高水位(HWM)标记

1. 准备知识:ORACLE的逻辑存储管理.

ORACLE在逻辑存储上分4个粒度:表空间,段,区和块.

1.1 块:是粒度最小的存储单位,现在标准的块大小是8K,ORACLE每一次I/O操作也是按块来操作的,也就是说当ORACLE从数据文件读数据时,是读取多少个块,而不是多少行.
1.2 区:由一系列相邻的块而组成,这也是ORACLE空间分配的基本单位,举个例子来说,当我们创建一个表PM_USER时,首先ORACLE会分配一区的空间给这个表,随着不断的INSERT数据到PM_USER,原来的这个区容不下插入的数据时,ORACLE是以区为单位进行扩展的,也就是说再分配多少个区给PM_USER,而不是多少个块.
1.3 段:是由一系列的区所组成,一般来说,当创建一个对象时(表,索引),就会分配一个段给这个对象.所以从某种意义上来说,段就是某种特定的数据.如CREATE TABLE PM_USER,这个段就是数据段,而CREATE INDEX ON PM_USER(NAME),ORACLE同样会分配一个段给这个索引,但这是一个索引段了.查询段的信息可以通过数据字典: SELECT * FROM USER_SEGMENTS来获得,
1.4 表空间:包含段,区及块.表空间的数据物理上储存在其所在的数据文件中.一个数据库至少要有一个表空间.

当我们创建了一个表,即使我没有插入任何一行记录,ORACLE还是给它分配了8个块.当然这个跟建表语句的INITIAL 参数及MINEXTENTS参数有关:请看TEST_TAB的存储参数:

STORAGE
(
INITIAL 64K
MINEXTENTS 1
MAXEXTENTS UNLIMITED
);

也就是说,在这个对象创建以后,ORACLE至少给它分配一个区,初始大小是64K,一个标准块的大小是8K,刚好是8个BLOCK.

2. 什么是高水线(High Water Mark)

所有的oracle段都有一个在段内容纳数据的上限,我们把这个上限称为”high water mark”或HWM。这个HWM是一个标记,用来说明已经有多少没有使用的数据块分配给这个segment。HWM通常增长的幅度为一次5个数据块,原则上HWM只会增大,不会缩小,即使将表中的数据全部删除,HWM还是为原值,由于这个特点,使HWM很象一个水库的历史最高水位,这也就是HWM的原始含义,当然不能说一个水库没水了,就说该水库的历史最高水位为0。但是如果我们在表上使用了truncate命令,则该表的HWM会被重新置为0。

如何知道一个表的HWM?
a) 首先对表进行分析:

ANALYZE TABLE  ESTIMATE/COMPUTE STATISTICS;

b) 查看相关信息:

SELECT  blocks, empty_blocks, num_rows  FROM user_tables
WHERE table_name = ;

BLOCKS 列代表该表中曾经使用过得数据库块的数目,即水线。
EMPTY_BLOCKS 代表分配给该表,但是在水线以上的数据库块,即从来没有使用的数据块.
示例进行说明:

SQL>SELECT segment_name,segment_type,blocks FROM dba_segments
                 WHERE segment_name='TEST';
SEGMENT_NA SEGMENT_TYPE           BLOCKS
---------- ------------------ ----------
TEST       TABLE                       8
TEST       TABLE                       8
SQL> ANALYZE TABLE TEST COMPUTE STATISTICS;

表已分析。

SQL> SELECT table_name,num_rows,blocks,empty_blocks FROM user_tables
                  WHERE table_name='TEST';
TABLE_NAME    NUM_ROWS   BLOCKS  EMPTY_BLOCKS
------------------------ -------------------- ----------    ------------
TEST             10           1            6

注意:BLOCKS + EMPTY_BLOCKS (6+1=7)比DBA_SEGMENTS.BLOCKS(8)少一个数据库块,这是因为有一个数据库块被保留用作segment header。

DBA_SEGMENTS.BLOCKS 表示分配给这个表的所有的数据库块的数目。USER_TABLES.BLOCKS 表示已经使用过的数据库块的数目。


SQL> SELECT COUNT (DISTINCT DBMS_ROWID.ROWID_BLOCK_NUMBER(rowid) ||
  2              DBMS_ROWID.ROWID_RELATIVE_FNO(rowid)) "Used"FROM TEST;
    Used
----------
     1
SQL> DELETE from TEST;
已删除10行。
SQL> COMMIT;
提交完成。
SQL> ANALYZE TABLE TEST ESTIMATE STATISTICS;
表已分析。
SQL> SELECT table_name,num_rows,blocks,empty_blocks FROM user_tables
 WHERE table_name='TEST';
TABLE_NAME  NUM_ROWS   BLOCKS  EMPTY_BLOCKS
------------------   ------------ ---    ---------- -  --------------------
TEST           0             1            6
SQL> SELECT COUNT (DISTINCT DBMS_ROWID.ROWID_BLOCK_NUMBER(rowid) ||
  2            DBMS_ROWID.ROWID_RELATIVE_FNO(rowid)) "Used" FROM TEST;

      Used
    ----------
         0
    注:Used = 0  这表名没有任何数据库块容纳数据,即表中无数据
SQL> TRUNCATE TABLE TEST;
表被截断。
SQL> ANALYZE TABLE TEST COMPUTE STATISTICS;
表已分析。
SQL> SELECT table_name,num_rows,blocks,empty_blocks FROM user_tables
WHERE table_name='TEST';
TABLE_NAME  NUM_ROWS  BLOCKS  EMPTY_BLOCKS
----------------------------------------  ----------   ------------
TEST          0             0            7

SQL> SELECT segment_name,segment_type,blocks FROM dba_segments
WHERE segment_name='TEST';
SEGMENT_NA  SEGMENT_TYPE      BLOCKS
--------------------   -------------------------   -------------
TEST            TABLE                 8
TEST            TABLE                 8

注意:TRUNCATE命令回收了由delete命令产生的空闲空间,注意该表分配的空间由原先的1024块降为512块。为了保留由delete命令产生的空闲空间,可以使用TRUNCATE TABLE TEST REUSE STORAGE用此命令后,该表还会是原先的1024块。

3. Oracle表段中的高水位线HWM

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。

下面我们来谈一下Oracle中Select语句的特性。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。

那有没有办法让高水位线下降呢,其实有一种比较简单的方法,那就是采用TRUNCATE语句进行删除数据。采用TRUNCATE语句删除一个表的数据的时候,类似于重新建立了表,不仅把数据都删除了,还把HWM给清空恢复为0。所以如果需要把表清空,在有可能利用TRUNCATE语句来删除数据的时候就利用TRUNCATE语句来删除表,特别是那种数据量有可能很大的临时存储表。

在手动段空间管理(Manual Segment Space Management)中,段中只有一个HWM,但是在Oracle 9i Release1才添加的自动段空间管理(Automatic Segment Space Management)中,又有了一个低HWM的概念出来。为什么有了HWM还又有一个低HWM呢, 这个是因为自动段空间管理的特性造成的。在手段段空间管理中,当数据插入以后,如果是插入到新的数据块中,数据块就会被自动格式化等待数据访问。而在自动 段空间管理中,数据插入到新的数据块以后,数据块并没有被格式化,而是在第一次访问这个数据块的时候才格式化这个块。所以我们又需要一条水位线,用来标示 已经被格式化的块。这条水位线就叫做低HWM。一般来说,低HWM肯定是低于等于HWM的。

4. 修正ORACLE表的高水位线
  在ORACLE中,执行对表的删除操作不会降低该表的高水位线。而全表扫描将始终读取一个段(extent)中所有低于高水位线标记的块。如果在执行删除操作后不降低高水位线标记,则将导致查询语句的性能低下。

下面的方法都可以降低高水位线标记。

1. 执行表重建指令 alter table table_name move;
在线转移表空间ALTER TABLE … MOVE TABLESPACE ..
当你创建了一个对象如表以后,不管你有没有插入数据,它都会占用一些块,ORACLE也会给它分配必要的空间.同样,用ALTER TABLE MOVE释放自由空间后,还是保留了一些空间给这个表.
ALTER TABLE … MOVE 后面不跟参数也行,不跟参数表还是在原来的表空间,Move后记住重建索引. 如果以后还要继续向这个表增加数据,没有必要move, 只是释放出来的空间,只能这个表用,其他的表或者segment无法使用该空间。
2. 执行alter table table_name shrink space;
注意,此命令为Oracle 10g新增功能,再执行该指令之前必须允许行移动 alter table table_name enable row movement;
3. 复制要保留的数据到临时表t,drop原表,然后rename临时表t为原表
4. 用逻辑导入导出: Emp/Imp
5. Alter table table_name deallocate unused
注:这证明,DEALLOCATE UNUSED为释放HWM上面的未使用空间,但是并不会释放HWM下面的自由空间,也不会移动HWM的位置.
6. 尽量使用truncate.

注意:
在9I中:
1. 如果是INEXTENT, 可以使ALTER TABLE TABLENAME DEALLOCATE UNUSED将HWM以上所有没使用的空间释放
2. 如果MINEXTENT >HWM 则释放MINEXTENTS 以上的空间。如果要释放HWM以上的空间则使用KEEP 0。
ALTER TABLE TABLESNAME DEALLOCATE UNUSED KEEP 0;
3. TRUNCATE TABLE DROP STORAGE(缺省值)命令可以将MINEXTENT 之上的空间完全释放(交还给操作系统),并且重置HWM。
4. 如果仅是要移动HWM,而不想让表长时间锁住,可以用TRUNCATE TABLE REUSE STORAGE,仅将HWM重置。
5. ALTER TABLE MOVE会将HWM移动,但在MOVE时需要双倍的表空间,而且如果表上有索引的话,需要重构索引
6. DELETE表不会重置HWM,也不会释放自由的空间(也就是说DELETE空出来的空间只能给对象本身将来的INSERT/UPDATE使用,不能给其它的对象使用)

在ORACLE 10G:
1. 可以使用ALTER TABLE TEST_TAB SHRINK SPACE命令来联机移动HWM,
2. 如果要同时压缩表的索引,可以发布:ALTER TABLE TEST_TAB SHRINK SPACE CASCADE

5. HWM 特点:

1. ORACLE用HWM来界定一个段中使用的块和未使用的块.

举个例子来说,当我们创建一个表时,ORACLE就会为这个对象分配一个段.在这个段中,即使我们未插入任何记录,也至少有一个区被分配,第一个区的第一个块就称为段头(SEGMENT HEADE),段头中就储存了一些信息,基中HWM的信息就存储在此.此时,因为第一个区的第一块用于存储段头的一些信息,虽然没有存储任何实际的记录,但也算是被使用,此时HWM是位于第2个块.当我们不断插入数据到表后,第1个块已经放不下后面新插入的数据,此时,ORACLE将高水位之上的块用于存储新增数据,同时,HWM本身也向上移.也就是说,当我们不断插入数据时,HWM会往不断上移,这样,在HWM之下的,就表示使用过的块,HWM之上的就表示已分配但从未使用过的块.

2. HWM在插入数据时,当现有空间不足而进行空间的扩展时会向上移,但删除数据时不会往下移.
这就好比是水库的水位,当涨水时,水位往上移,当水退出后,最高水位的痕迹还是清淅可见.
ORACLE 不会释放空间以供其他对象使用,有一条简单的理由:由于空间是为新插入的行保留的,并且要适应现有行的增长。被占用的最高空间称为最高使用标记 (HWM),

3. HWM的信息存储在段头当中.
HWM本身的信息是储存在段头.在段空间是手工管理方式时,ORACLE是通过FREELIST(一个单向链表)来管理段内的空间分配.在段空间是自动管理方式时(ASSM),ORACLE是通过BITMAP来管理段内的空间分配.

4. ORACLE的全表扫描是读取高水位标记(HWM)以下的所有块.
所以问题就产生了.当用户发出一个全表扫描时,ORACLE 始终必须从段一直扫描到 HWM,即使它什么也没有发现。该任务延长了全表扫描的时间。

5. 当用直接路径插入行时,即使HWM以下有空闲的数据库块,键入在插入数据时使用了append关键字,则在插入时使用HWM以上的数据块,此时HWM会自动增大。
例如,通过直接加载插入(用 APPEND 提示插入)或通过 SQL*LOADER 直接路径 数据块直接置于 HWM 之上。它下面的空间就浪费掉了

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