數(shù)據(jù)塊（Oracle Data Blocks），本文簡稱為“塊”，是Oracle最小的存儲單位，Oracle數(shù)據(jù)存放在“塊”中。一個塊占用一定的磁盤空間。特別注意的是，這里的“塊”是Oracle的“數(shù)據(jù)塊”，不是操作系統(tǒng)的“塊”。

Oracle每次請求數(shù)據(jù)的時候，都是以塊為單位。也就是說，Oracle每次請求的數(shù)據(jù)是塊的整數(shù)倍。如果Oracle請求的數(shù)據(jù)量不到一塊，Oracle也會讀取整個塊。所以說，“塊”是Oracle讀寫數(shù)據(jù)的最小單位或者最基本的單位。

塊的標(biāo)準(zhǔn)大小由初始化參數(shù)DB_BLOCK_SIZE指定。具有標(biāo)準(zhǔn)大小的塊稱為標(biāo)準(zhǔn)塊（Standard Block）。塊的大小和標(biāo)準(zhǔn)塊的大小不同的塊叫非標(biāo)準(zhǔn)塊（Nonstandard Block）。同一數(shù)據(jù)庫中，Oracle9i及以上版本支持同一數(shù)據(jù)庫中同時使用標(biāo)準(zhǔn)塊和非標(biāo)準(zhǔn)塊。Oracle允許指定5種非標(biāo)準(zhǔn)塊（Nonstandard Block）。

操作系統(tǒng)每次執(zhí)行I/O的時候，是以操作系統(tǒng)的塊為單位；Oracle每次執(zhí)行I/O的時候，都是以O(shè)racle的塊為單位。
Oracle數(shù)據(jù)塊大小一般是操作系統(tǒng)塊的整數(shù)倍。

數(shù)據(jù)塊的格式（Data Block Format）

塊中存放表的數(shù)據(jù)和索引的數(shù)據(jù)，無論存放哪種類型的數(shù)據(jù)，塊的格式都是相同的，塊由塊頭（header/Common and Variable),表目錄（Table Directory）,行目錄（Row Directory）,空余空間（Free Space）和行數(shù)據(jù)（Row Data）五部分組成，
如下圖所示。?

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塊頭（header/Common and Variable)：存放塊的基本信息，如：塊的物理地址，塊所屬的段的類型（是數(shù)據(jù)段還是索引段）。 表目錄（Table Directory）：存放表的信息，即：如果一些表的數(shù)據(jù)被存放在這個塊中，那么，這些表的相關(guān)信息將被存放在“表目錄”中。

行目錄（Row Directory）：如果塊中有行數(shù)據(jù)存在，則，這些行的信息將被記錄在行目錄中。這些信息包括行的地址等。

行數(shù)據(jù)（Row Data）：是真正存放表數(shù)據(jù)和索引數(shù)據(jù)的地方。這部分空間是已被數(shù)據(jù)行占用的空間。

空余空間（Free Space）：空余空間是一個塊中未使用的區(qū)域，這片區(qū)域用于新行的插入和已經(jīng)存在的行的更新。

頭部信息區(qū)（Overhead）：我們把塊頭（header/Common and Variable),表目錄（Table Directory）,行目錄（Row Directory）這三部分合稱為頭部信息區(qū)（Overhead）。頭部信息區(qū)不存放數(shù)據(jù)，它存放的整個塊的信息。頭部信息區(qū)的大小是可變的。一般來說，頭部信息區(qū)的大小介于84字節(jié)（bytes）到107字節(jié)（bytes）之間。

數(shù)據(jù)塊中自由空間的使用

當(dāng)往數(shù)據(jù)庫中插入（INSERT）數(shù)據(jù)的時候，塊中的自由空間會減少；當(dāng)對塊中已經(jīng)存在的行進(jìn)行修改（UPDATE）的時候（使記錄長度增加），塊中的自由空間也會減少。

DELETE語句和UPDATE語句會使塊中的自由空間增加。當(dāng)使用DELETE語句刪除塊中的記錄或者使用UPDATE語句把列的值更改成一個更小值的時候，Oracle會釋放出一部分自由空間。釋放出的自由空間并不一定是連續(xù)的。通常情況下，Oracle不會對塊中不連續(xù)的自由空間進(jìn)行合并。因為合并數(shù)據(jù)塊中不連續(xù)的自由空間會影響數(shù)據(jù)庫的性能。只有當(dāng)用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)插入（INSERT）或者更新（UPDATE）操作，卻找不到連續(xù)的自由空間的時候，Oracle才會合并數(shù)據(jù)塊中不連續(xù)的自由空間。

對于塊中的自由空間，Oracle提供兩種管理方式：自動管理，手動管理

行鏈接和行遷移（Row Chaining and Migrating）

行鏈接（Row Chaining）：如果我們往數(shù)據(jù)庫中插入（INSERT）一行數(shù)據(jù)，這行數(shù)據(jù)很大，以至于一個數(shù)據(jù)塊存不下一整行，Oracle就會把一行數(shù)據(jù)分作幾段存在幾個數(shù)據(jù)塊中，這個過程叫行鏈接（Row Chaining）。如下圖所示：?

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如果一行數(shù)據(jù)是普通行，這行數(shù)據(jù)能夠存放在一個數(shù)據(jù)塊中；如果一行數(shù)據(jù)是鏈接行，這行數(shù)據(jù)存放在多個數(shù)據(jù)塊中。

行遷移(Row Migrating)：數(shù)據(jù)塊中存在一條記錄，用戶執(zhí)行UPDATE更新這條記錄，這個UPDATE操作使這條記錄變長，這時候，Oracle在這個數(shù)據(jù)塊中進(jìn)行查找，但是找不到能夠容納下這條記錄的空間，無奈之下，Oracle只能把整行數(shù)據(jù)移到一個新的數(shù)據(jù)塊。原來的數(shù)據(jù)塊中保留一個“指針”，這個“指針”指向新的數(shù)據(jù)塊。被移動的這條記錄的ROWID保持不變。行遷移的原理如下圖所示：?

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無論是行鏈接還是行遷移，都會影響數(shù)據(jù)庫的性能。Oracle在讀取這樣的記錄的時候，Oracle會掃描多個數(shù)據(jù)塊，執(zhí)行更多的I/O。

塊中自由空間的自動管理

Oracle使用位圖（bitmap）來管理和跟蹤數(shù)據(jù)塊，這種塊的空間管理方式叫“自動管理”。自動管理有下面的好處：

◆易于使用

◆更好地利用空間

◆可以對空間進(jìn)行實時調(diào)整

塊中自由空間的手動管理

用戶可以通過PCTFREE, PCTUSED來調(diào)整塊中空間的使用，這種管理方式叫手動管理。相對于自動管理，手動管理方式比較麻煩，不容易掌握，容易造成塊中空間的浪費(fèi)。

PCTFREE參數(shù)用于指定塊中必須保留的最小空閑空間百分例。之所以要預(yù)留這樣的空間，是因為UPDATE時，需要這些空間。如果UPDATE時，沒有空余空間，Oracle就會分配一個新的塊，這會產(chǎn)生行遷移（Row Migrating）。
PCTUSED也是用于設(shè)置一個百分比，當(dāng)塊中已使用的空間的比例小于這個百分比的時候，這個塊才被標(biāo)識為有效狀態(tài)。只有有效的塊才被允許插入數(shù)據(jù)。




Oracle存儲數(shù)據(jù)的最小粒度（finest level of granularity）被稱為數(shù)據(jù)塊（data block）（也叫做邏輯塊（logical block），Oracle塊（Oracle block）或頁（page））。一個數(shù)據(jù)塊對應(yīng)于磁盤上數(shù)個字節(jié)（byte）的物理數(shù)據(jù)庫空間。?
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? 處于數(shù)據(jù)塊之上的邏輯數(shù)據(jù)庫空間是數(shù)據(jù)擴(kuò)展（extent）。數(shù)據(jù)擴(kuò)展是為存儲數(shù)據(jù)而分配的一組連續(xù)的數(shù)據(jù)塊。?
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? 位于數(shù)據(jù)擴(kuò)展之上的邏輯數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)是段（segment）。段由一組數(shù)據(jù)擴(kuò)展 （extent）構(gòu)成，這些數(shù)據(jù)擴(kuò)展位于同一表空間（tablespace）中，用于存儲各種邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如每個表（table）的數(shù)據(jù)都存儲在其自身的數(shù)據(jù)段（data segment）中，每個索引（index）的數(shù)據(jù)都存儲在其自身的索引段（index segment）中。如果表或索引是分區(qū)存儲（partitioned）的，則每個分區(qū)擁有自己的段。?
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? Oracle為段（segment）分配空間時以數(shù)據(jù)擴(kuò)展（extent）為單位。當(dāng)段內(nèi)已有的數(shù)據(jù)擴(kuò)展沒有可用空間時，Oracle為此段分配一個新的數(shù)據(jù)擴(kuò)展。因為數(shù)據(jù)擴(kuò)展是隨需分配的，所以一個段內(nèi)的數(shù)據(jù)擴(kuò)展在磁盤上未必是連續(xù)的。?
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? 一個段（segment）以及屬于她的所有數(shù)據(jù)擴(kuò)展（extent）必須包含在同一表空間中。但在一個表空間內(nèi)，屬于同一個段的數(shù)據(jù)擴(kuò)展可以分布在多個數(shù)據(jù)文件（datafile）上，即段可以跨文件存儲。但是每個數(shù)據(jù)擴(kuò)展只能包含于同一個數(shù)據(jù)文件中。?
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? 在用戶分配一個新的數(shù)據(jù)擴(kuò)展（extent）時，其中的數(shù)據(jù)塊（data block）未必被同時分配。如果用戶是為某個數(shù)據(jù)庫對象分配數(shù)據(jù)擴(kuò)展 ，那么數(shù)據(jù)塊也同時被立即分配并加入可用塊列表（free list）中。如果數(shù)據(jù)擴(kuò)展并非專為某數(shù)據(jù)庫對象分配，那么數(shù)據(jù)塊只在高水位線 （high water mark）移動時才被分配。高水位線是段（segment）中已用和未用空間的邊界。?
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? 數(shù)據(jù)塊概述?
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? Oracle對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件（datafile）中的存儲空間進(jìn)行管理的單位是數(shù)據(jù)塊（data block）。數(shù)據(jù)塊是數(shù)據(jù)庫中最小的（邏輯）數(shù)據(jù)單位。與數(shù)據(jù)塊對應(yīng)的，所有數(shù)據(jù)在操作系統(tǒng)級的最小物理存儲單位是字節(jié)（byte）。每種操作系統(tǒng)都有一個被稱為塊容量（block size）的參數(shù)。Oracle每次獲取數(shù)據(jù)時，總是訪問整數(shù)個（Oracle）數(shù)據(jù)塊，而不是按照操作系統(tǒng)塊的容量訪問數(shù)據(jù)。?
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? 數(shù)據(jù)庫中標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)塊（data block）容量是由初始化參數(shù) DB_BLOCK_SIZE 指定的。除此之外，用戶還可以指定五個非標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)塊容量（nonstandard block size，在10g R2 32bit版本中可以指定2k,4k,16k,32k四個非標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)塊容量）。數(shù)據(jù)塊容量應(yīng)該設(shè)為操作系統(tǒng)塊容量的整數(shù)倍（同時小于數(shù)據(jù)塊容量的最大限制），以便減少不必要的I/O操作。Oracle的數(shù)據(jù)塊是Oracle可以使用和分配的最小存儲單位。?
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? 數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)?
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? 在Oracle中，不論數(shù)據(jù)塊中存儲的是表（table）、索引（index）或簇表（clustered data），其內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是類似的。
? 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容：數(shù)據(jù)塊頭中包含了此數(shù)據(jù)塊的概要信息，例如塊地址（block address）及此數(shù)據(jù)塊所屬的段（segment）的類型，例如，表或索引，該部分為。可變內(nèi)容：ITL(Interested Transaction List)用來記錄該塊所有發(fā)生的事務(wù)，一個itl可以看作是一個記錄，在一個時間，可以記錄一個事務(wù)（包括提交或者未提交事務(wù)）。當(dāng)然，如果這個事務(wù)已經(jīng)提交，那么這個itl的位置就可以被反復(fù)使用了，因為itl類似記錄，所以，有的時候也叫itl槽位。 如果一個事務(wù)一直沒有提交，那么，這個事務(wù)將一直占用一個itl槽位，itl里面記錄了事務(wù)信息，回滾段的入口，事務(wù)類型等等。如果這個事務(wù)已經(jīng)提交，那么，itl槽位中還保存的有這個事務(wù)提交時候的SCN號。?
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? 表目錄區(qū)?
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? 如果一個數(shù)據(jù)表在此數(shù)據(jù)塊中儲存了數(shù)據(jù)行，那么數(shù)據(jù)表的信息將被記錄在數(shù)據(jù)塊的表目錄區(qū)（table directory）中。?
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? 行目錄區(qū)?
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? 此區(qū)域包含數(shù)據(jù)塊中存儲的數(shù)據(jù)行的信息（每個數(shù)據(jù)行片斷（row piece） 在行數(shù)據(jù)區(qū)（row data area）中的地址）。 （一個數(shù)據(jù)塊中可能保存一個完整的數(shù)據(jù)行，也可能只保存數(shù)據(jù)行的一部分 ，所以文中使用row piece）?
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? 當(dāng)一個數(shù)據(jù)塊（data block）的行目錄區(qū)（row directory）空間被使用后，即使數(shù)據(jù)行被刪除（delete），行目錄區(qū)空間也不會被回收。舉例來說，當(dāng)一個曾經(jīng)包含50條記錄的數(shù)據(jù)塊被清空后，其塊頭（header）的行目錄區(qū)仍然占用100字節(jié)（byte）的空間。只有在數(shù)據(jù)塊中插入（insert）新數(shù)據(jù)時，行目錄區(qū)空間才會被重新利用。
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? 管理開銷?
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? 數(shù)據(jù)塊頭（data block header），表目錄區(qū)（table directory），行目錄區(qū)（row directory）被統(tǒng)稱為管理開銷。其中 有些開銷的容量是固定的；而有些開銷的總?cè)萘渴强勺兊?ITL)。數(shù)據(jù)塊中固定及可變管理開銷的容量平均在84到107字節(jié)（byte）之間。?
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? 行數(shù)據(jù)?
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? 數(shù)據(jù)塊（data block）中行數(shù)據(jù)區(qū)（row data）包含了表或索引的實際數(shù)據(jù)。一個數(shù)據(jù)行可以跨多個數(shù)據(jù)塊（是行鏈接和行遷移下文會講到）?
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? 可用空間?
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? 在插入新數(shù)據(jù)行，或在更新數(shù)據(jù)行需要更多空間時（例如，原來某行最后一個字段為空（trailing null），現(xiàn)在要更新為非空值），將使用可用空間區(qū)（free space）中的空間。?
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? 如果一個數(shù)據(jù)塊（data block）屬于表或簇表的數(shù)據(jù)段（data segment），或?qū)儆谒饕乃饕?#xff08;index segment），那么在其數(shù)據(jù)塊頭中還可能會存儲事務(wù)條目 。如果一個數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)行正在由 INSERT， UPDATE， DELETE，及 SELECT...FOR UPDATE 語句訪問，此數(shù)據(jù)塊中就需要保存事務(wù)條目。?
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? 事務(wù)條目所需的存儲空間依據(jù)操作系統(tǒng)而定。在常見的操作系統(tǒng)中事務(wù)條目大約需要占用23字節(jié)（byte）。?
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? 數(shù)據(jù)塊中的可用空間管理?
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? 數(shù)據(jù)庫中段的管理方式?jīng)Q定了數(shù)據(jù)塊中可用空間的管理方式。的可用空間可以被自動管理。段內(nèi)的可用/已用空間以位圖（bitmap）形式記錄（自動管理模式下），這與手動管理采用free list以列表方式的管理不同。段空間自動管理（Automatic segment-space management）具備以下優(yōu)勢：?
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? 1、空間利用效率更高，尤其針對每行數(shù)據(jù)容量差異大的表（或其他對象）?
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? 2、能夠更好地針對當(dāng)前數(shù)據(jù)的情況實時調(diào)整?
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? 3、易于使用?
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? 4、在RAC環(huán)境下能更好的提升性能和空間利用（個人認(rèn)為是因為第一和第二點的優(yōu)勢在RAC環(huán)境下能更明顯的體現(xiàn)出來的原因。）?
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? 用戶可以在創(chuàng)建一個本地管理的表空間（locally managed tablespace）時選擇自動段空間管理（automatic segment-space management）功能。這樣在此表空間內(nèi)創(chuàng)建的段都將默認(rèn)地設(shè)置為自動段空間管理。?
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? 數(shù)據(jù)塊可用空間的有效性及優(yōu)化?
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? 有兩種SQL語句可以增加數(shù)據(jù)塊中的可用空間：分別是 DELETE 語句，和將現(xiàn)有數(shù)據(jù)值更新為占用容量更小值的 UPDATE 語句。在以下兩種條件下，上述兩中操作釋放的空間可以被后續(xù)的 INSERT 語句使用：?
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? 如果 INSERT 語句與上述兩種操作在同一事務(wù)（transaction）中，且位于釋放空間的語句之后，那么 INSERT 語句可以使用被釋放的空間。?
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? 如果 INSERT 語句與釋放空間的語句在不同的事務(wù)中（比如兩者是由不同的用戶提交的），那么只有在釋放空間的語句提交后，且插入數(shù)據(jù)必需使用此數(shù)據(jù)塊時， INSERT 語句才會使用被釋放的空間。?
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? 數(shù)據(jù)塊（data block）中被釋放出的空間未必與可用空間區(qū)（free space）相連續(xù)。Oracle在滿足以下條件時才會將釋放的空間合并到可用空間區(qū)：（1） INSERT 或 UPDATE 語句選中了一個有足夠可用空間容納新數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊，（2）但是此塊中的可用空間不連續(xù)，數(shù)據(jù)無法被寫入到數(shù)據(jù)塊中連續(xù)的空間里。Oracle只在 滿足上述條件時才對數(shù)據(jù)塊中的可用空間進(jìn)行合并，這樣做是為了避免過于頻繁的空間合并工作影響數(shù)據(jù)庫性能。?
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? 數(shù)據(jù)塊中行片段?
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? Oracle 使用一個或多個行片斷（row piece）來存儲表的每一行數(shù)據(jù)的前255列。當(dāng)一個數(shù)據(jù)塊（data block）可以容納一個完整的數(shù)據(jù)行時（且表的列數(shù)小于等于 256），那么此行就可以使用一個行片斷來存儲。當(dāng)插入（insert）一個數(shù)據(jù)行，或更新（update）已有數(shù)據(jù)行時，數(shù)據(jù)行容量大于數(shù)據(jù)塊容量，那么 Oracle 將使用多個行片斷來存儲此行。大多數(shù)情況下，每個數(shù)據(jù)行只存儲于一個行片斷中，且在同一數(shù)據(jù)塊內(nèi)。?
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? 有兩種情況會導(dǎo)致表中某行數(shù)據(jù)過大，一個數(shù)據(jù)塊（data block）無法容納。?
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? 第一種情況，行鏈接?
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? 當(dāng)一行數(shù)據(jù)被插入時一個數(shù)據(jù)塊就無法容納 。在這種情況下Oracle將這行數(shù)據(jù)存儲在段內(nèi)的一個數(shù)據(jù)塊鏈（chain）中。在插入數(shù)據(jù)量大的行時常會發(fā)生行鏈接（row chaining），例如一個包含數(shù)據(jù)類型為 LONG 或 LONG RAW 列的數(shù)據(jù)行。此時行鏈接不可避免。當(dāng) Oracle 必須使用多個行片斷來存儲同一數(shù)據(jù)行時（且每個行片斷位于不同的數(shù)據(jù)塊內(nèi)），此行將在多個數(shù)據(jù)塊間構(gòu)成行鏈接（Row Chaining）。?
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? 當(dāng)一個表超過 255 列時，每行第255列之后的數(shù)據(jù)將作為一個新的行片斷（row piece）存儲在相同的數(shù)據(jù)塊（data block）中，這被稱為塊內(nèi)鏈接（intra-block chaining）。由多個行片斷組成的行進(jìn)行塊內(nèi)鏈接時，使用各行片斷的 rowid 進(jìn)行鏈接。當(dāng)一個行為塊內(nèi)鏈接時，用戶可以從同一數(shù)據(jù)塊中訪問此行的全部數(shù)據(jù)。如果一個數(shù)據(jù)行位于同一數(shù)據(jù)塊內(nèi)，那么訪問此行不會影響 I/O 性能，因為訪問此行不會帶來額外的 I/O 開銷。?
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? 行遷移?
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? 原本存儲在一個數(shù)據(jù)塊（data block）內(nèi)的數(shù)據(jù)行，因為更新操作導(dǎo)致長度增長，而所在數(shù)據(jù)塊的可用空間也不能容納增長后的數(shù)據(jù)行 。在這種情況下，Oracle將此行數(shù)據(jù)遷移到新的數(shù)據(jù)塊中。Oracle在被遷移數(shù)據(jù)行原來所在位置保存一個指向新數(shù)據(jù)塊的指針。被遷移數(shù)據(jù)行的 rowid 保持不變。?
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? 當(dāng)數(shù)據(jù)行發(fā)生鏈接（chain）或遷移（migrate）時，對其訪問將會造成 I/O 性能降低，因為Oracle為獲取這些數(shù)據(jù)行的數(shù)據(jù)時，必須訪問更多的數(shù)據(jù)塊（data block）。?
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? PCTUSED、PCTFREE?
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? 在手動管理的表空間（manually managed tablespaces）中，用戶可以使用 PCTFREE 和 PCTUSED 這兩個存儲管理參數(shù)來控制對某段（segment）進(jìn)行插入和更新操作時，如何利用屬于此段的數(shù)據(jù)塊（data block）中的可用空間。用戶也可以在創(chuàng)建或修改索引時為其設(shè)定 PCTFREE 參數(shù)（索引存儲在索引段（index segment）中）。?
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? PCTFREE?
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? PCTFREE 參數(shù)用來設(shè)置一個數(shù)據(jù)塊（data block）中至少需要保留（reserve）多少可用空間（百分比值），為數(shù)據(jù)塊中已有數(shù)據(jù)更新時可能發(fā)生的數(shù)據(jù)量增長做準(zhǔn)備。例如，當(dāng)用戶用 CREATE TABLE 語句創(chuàng)建表時指定了以下參數(shù)： PCTFREE 20。?
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? 這個參數(shù)設(shè)定了此表對應(yīng)的數(shù)據(jù)段（data segment）中的每個數(shù)據(jù)塊（data block）至少保留20%的可用空間，以備塊中已有數(shù)據(jù)更新時使用。只要數(shù)據(jù)塊中行數(shù)據(jù)區(qū)與數(shù)據(jù)塊頭的容量之和不超過數(shù)據(jù)塊總?cè)萘康?0%，用戶就可以向其中插入新數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)行被放入行數(shù)據(jù)區(qū)（row data area），相關(guān)信息被寫入數(shù)據(jù)塊頭（overhead area）。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Oracle数据块原理深入剖析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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