M2 - Bases de dades / Continguts UF3: Emmagatzemament

Tablespace

Una base de dades es divideix en unitats lògiques denominades TABLESPACES. Un tablespace no és un fitxer físic en el disc, simplement és el nom que té un conjunt de propietats d'emmagatzematge que s'apliquen als objectes (taules, seqüències%o2026) que es van a crear en la base de dades sota el tablespace indicat (taules, seqüències...).

Un objecte en base de dades ha d'estar emmagatzemat obligatòriament dins d'un tablespace.

Les propietats que s'associen a un tablespace són:

• Localització dels fitxers de dades.
• Especificació de màximes quotes de consum de disc.
• Control de la disponibilitat de les dades (en línia o fora de línia).
• Backup de dades.

Quan un objecte es crea dins d'un cert tablespace, aquest objecte adquireix totes les propietats abans descrites del tablespace utilitzat.

En aquest esquema podem veure que, per exemple, la taula ARTICULO s'emmagatzema dins del tablespace A, i que per tant tindrà totes les propietats del tablespace Al fet que poden ser::

• Els seus fitxers de dades estan en $ORACLE_HOME/dades/dades_tablespace_A
• Els objectes no poden ocupar més de 10Mb d'espai de base de dades.
• A qualsevol moment es pot posar fora de línia tots els objecte d'un cert tablespace. -Es poden fer copiar de seguretat només de certs tablespaces.

Si ens fixem, es pot apreciar que és possible tenir una taula en un tablespace, i els índexs d'aquesta taula en un altre. Això és a causa que els índexs no són més que objectes independents dins de la base de dades, com el són les taules. I en ser objectes independents, poden anar en tablespaces independents. El tablespace SYSTEM és un dels quals es crear per defecte en totes les bases de dades Oracle. En ell s'emmagatzemen totes les dades de sistema, el catàleg i tot el codi font i compilat de procediments PL/SQL. També és possible utilitzar el mateix tablespace per guardar dades d'usuari. En l'esquema també veiem que hi ha un tablespace Temporal (en gris fosc). Est representa les propietats que tindran els objectes que la base de dades creu temporalment per als seus càlculs interns (normalment per a ordenacions i agrupacions). La seva creació difereix en una de les seves clàusules de creació. El tablespace RO (en grisa clar) difereix dels altres en què és de solament lectura (Read Only), i que per tant tots els objectes en ell continguts poden rebre ordres de consulta de dades, però no de modificació de dades. Aquests pot residir en suports de només lectura, com poden ser CDROMs, DVDs, etc. Quan es crea un tablespace, aquest es crea de lectura/escriptura. Després es pot modificar perquè sigui de solament lectura. Un tablespace pot estar en línia o fora d'ella (Online o Offline), això és que tots els objectes continguts en ell estan a la disposició dels usuaris o estan inhabilitats per restringir el seu ús. Qualsevol objecte emmagatzemat dins d'un tablespace no podrà ser accedit si aquest està fora de línia.

Datafile

Un datafile és la representació física d'un tablespace. Són els "fitxers de dades" on s'emmagatzema la informació físicament. Un datafile pot tenir qualsevol nom i extensió (sempre dins de les limitacions del sistema operatiu), i pot estar localitzat en qualsevol directori del disc dur, encara que la seva localització típica sol ser $ORACLE_HOME/Database. Un datafile té una grandària predefinida en la seva creació (per exemple 100Mb) i est pot ser alterat a qualsevol moment. Quan creiem un datafile, est ocuparà tant espai en disc com hàgim indicat en la seva creació, encara que internament estigui buit. Oracle fa això per reservar espai continu en disc i evitar així la fragmentació. Conforme es vagin creant objectes en aquest tablespace, s'anirà ocupant l'espai que va crear inicialment.

Un datafile està associat a un sol tablespace i, al seu torn, un tablespace està associat a un o diversos datafiles. És a dir, la relació lògica entre tablespaces i datafiles és d'1-N, mestre-detall.

En l'esquema podem veure com el %o201CTablespace A%o201D està compost (físicament) per tres datafiles (DADES_1.ORA, DADES_2.ORA i DADES_3.ORA). Aquests tres datafiles són els fitxers físics que suporten els objectes continguts dins del tablespace A. Encara que sempre es diu que els objectes estan dins del tablespace, en realitat les taules estan dins del datafile, però tenen la propietats associades al tablespace.

Cadascun dels datafiles utilitzats està ocupant la seva grandària en disc (50 Mb els dos primers i 25 Mb l'últim) encara que en realitat només continguin dos objectes i aquests objectes no omplin l'espai que està assignat pels datafiles.

Els datafiles tenen una propietat anomenada AUTOEXTEND, que se si està activa, s'encarrega que el datafile creixi automàticament (segons una grandària indicada) cada vegada que es necessiti espai i no existeixi. Igual que els tablespaces, els datafiles també pot estar en línia o fora d'ella.

Segment

Un segment és aquell espai reservat per la base de dades, dins d'un datafile, per ser utilitzat per un sol objecte. Així una taula (o qualsevol altre objecte) està dins del seu segment, i mai podrà sortir d'ell, ja que si la taula creix, el segment també creix amb ella. Físicament, tot objecte en base de dades no és més que un segment (segment, tros, secció) dins d'un datafile. Es pot dir que, un segment és a un objecte de base de dades, la qual cosa un datafile a un tablespace: el segment és la representació física de l'objecte en base de dades (l'objecte no és més que una definició lògica).

Podem veure com l'espai que realment s'ocupa dins del datafile és el segment i que cada segment pertany a un objecte.

Existeixen quatre tipus de segments (principalment):

• Segments de TABLE: aquells que contenen taules
• Segments d'INDEX: aquells que contenen índexs
• Segments de ROLLBACK: aquells s'usen per emmagatzemar informació de la transacció activa.
• Segments TEMPORALS: aquells que s'usen per realitzar operacions temporals que no poden realitzar-se en memòria, tals com a ordenacions o agrupacions de conjunts grans de dades.

Extent

Per a qualsevol objecte de base de dades que tingui certa ocupació en disc, és a dir, qualsevol objecte que tingui un segment relacionat, existeix el concepte d'extent. Extent és un espai de disc que es reserva d'una sola vegada, un segment que es reserva en un moment determinat de temps. El concepte d'extent és un concepte físic, uns estan separats d'uns altres dins del disc. Ja vam dir que tot objecte té el seu segment associat, però el que no vam dir és que aquest segment, al seu torn, es compon de diferents extensions. Un segment, pot ser reservat d'una sola vegada (10 Mb de cop), o de diverses vegades (5 Mb avui i 5 Mb demà). Cadascuna de les vegades que es reserva espai es denomina "extensió".

En l'esquema veiem com l'objecte (taula) FACTURA té un segment en el datafile A-1, i aquest segment està compost de 3 extensions. Una d'aquestes extensions té un color diferent. Això és perquè existeixen dos tipus d'extensions:

• INITIAL (extensions inicials): aquestes són les extensions que es reserven durant la creació de l'objecte. Una vegada que un objecte està creat, no es pot modificar la seva extensió inicial.

• NEXT (següents o subsegüents extensions): tota extensió reservada després de la creació de l'objecte. Si l'INITIAL EXTENT d'una taula està plena i s'està intentant inserir més files, s'intentarà crear un NEXT EXTENT (sempre que el datafile tingui espai lliure i tinguem quota d'ocupació suficient).

Sabent que les extensions es creen en moments diferents de temps, és lògic pensar que unes extensions poden estar fragmentades d'unes altres. Un objecte de base de dades no resideix tot junt dins del bloc, sinó que residirà en tants bloc com a extensions tingui. Per això és crític definir una bona grandària d'extensió inicial, ja que, si és prou gran, l'objecte mai estarà fragmentat.

Si l'objecte té moltes extensions i aquestes estan molt separades en disc, les consultes poden retardar-se considerablement, ja que els caps lectors has de donar salts constantment.

La grandària de les extensions (tant les INITIAL com les NEXT), es defineixen durant la creació de l'objecte i no pot ser modificat després de la creació. Oracle recomana que la grandària de l'INITIAL EXTENT sigui igual a la grandària del NEXT EXTENT.

La millor solució és calcular la grandària que tindrà l'objecte (taula o índex), multiplicant la grandària de cada fila per una estimació del nombre de files. Quan hem fet aquest càlcul, hem d'utilitzar aquesta grandària com a extensió INITIAL i NEXT, i tindrem pràcticament la certesa que no es va a produir fragmentació en aquest objecte. En cas de detectar més de 10 extensions en un objecte (consultant el catàleg d'Oracle, com veurem), hem de recrear l'objecte des de zero (aplicant el càlcul anterior) i importar de nou les dades.

Certes operacions, necessiten d'espai en disc per poder realitzar-se. L'espai reservat es denomina %o201Csegmentos temporals%o201D. Es poden crear segments temporals quan:

• Es crea un índex
• S'utilitza ORDER BY, DISTINTC o GROUP BY en un SELECT.
• S'utilitzen els operadors UNION, INTERSECT o MINUS.
• S'utilitzen joins entre taules.
• S'utilitzen subconsultas.

Concepto de Data block (bloque de datos)

Un data block es el último eslabón dentro de la cadena de almacenamiento. El concepto de Data block es un concepto físico, ya que representa la mínima unidad de almacenamiento que es capaz de manejar Oracle. Igual que la mínima unidad de almacenamiento de un disco duro es la unidad de asignación, la mínima unidad de almacenamiento de Oracle es el data block. En un disco duro no es posible que un fichero pequeño ocupe menos de lo que indique la unidad de asignación, así si la unidad de asignación es de 4 Kb, un fichero que ocupe 1 Kb, en realidad ocupa 4 Kb.

Siguiendo con la cadena, cada segmento (o cada extensión) se almacena en uno o varios bloques de datos, dependiendo del tamaño definido para el extensión, y del tamaño definido para el data block.

(*) Espacio ocupado en el data block por la primera NEXT EXTENSION. (#) Espacio ocupado en unidades de asignación del sistema operativo por los data blocks anteriores.

El esquema muestra toda la cadena de almacenamiento de Oracle.

Desde el nivel más físico al más lógico:

• Unidades de asignación del sistema operativo (El más físico. No depende de Oracle)
• Data blocks de Oracle
• Extents
• Segments
• DataFiles
• Tablespaces (El más lógico)

El tamaño de las unidades de asignación del sistema operativo se define durante el particionado del disco duro (FDISK, FIPS…), y el espacio de los data blocks de Oracle se define durante la instalación y no puede ser cambiado.

Como es lógico, el tamaño de un data block tiene que ser múltiplo del tamaño de una unidad de asignación, es decir, si cada unidad de asignación ocupa 4 K, los data blocks pueden ser de 4K, 8K, 12K… para que en el sistema operativo ocupen 1, 2, 3… unidades de asignación.

Esquema extraído del Oracle8 Concepts

Estructuras de memoria

Todas las estructura que hemos visto se refieren a cómo se almacenan los datos en el disco. Sin embargo, y como es lógico, Oracle también utiliza la memoria del servidor para su funcionamiento. Oracle utiliza dos tipos de memoria

• Memoria local y privada para cada uno de los procesos: PGA (Process Global Area o Program Global Area).

• Memoria común y compartida por todos los procesos SGA (System Global Area o Shared Global Area).

Cada vez que se conecta un cliente al servidor, se ejecuta un subproceso que atenderá sus peticiones (a través del fork en Unix o con CreateThread en el mundo Windows), y este subproceso creará un nuevo bloque de memoria de tipo PGA. El tamaño de este bloque de memoria dependerá del sistema operativo, y permanece invariable, aunque se puede configurar cambiando el valor de la variable SORT_AREA_SIZE del archivo de inicialización INIT.ORA.

Por cada instancia de base de datos, tendremos una zona de memoria global, el SGA, donde se almacenan aquellos datos y estructuras que deben se compartidos entre distintos procesos de la base de datos, como los procesos propios de Oracle y cada uno de los subprocesos que gestionan la conexión. El tamaño del SGA es uno de los puntos más críticos a la hora de mejorar el rendimiento de una base de datos, ya que, cuanto mayor memoria se reserve (mientras no sea memoria virtual), más rápidas se realizarán ciertas operaciones. Por ejemplo, las ordenaciones (una de las operaciones que más rápido deben hacerse) se realizan en el SGA si hay espacio suficiente. En caso contrario, se realizarán directamente en el disco, utilizando segmentos temporales.

El SGA se divide en cuatro grandes zonas:

• Database buffer cache: almacena los bloques que se han leído de los datafiles. Cada vez que es necesario acceder a un bloque, se busca el bloque en esta zona, y en caso de no existir, se lee de nuevo del datafile correspondiente. Cuantos más bloques quepan en esta zona de memoria, mejor será el rendimiento.

• SQL Area: es la zona de memoria se almacenan compiladas las últimas sentencias SQL (y bloques PL/SQL) ejecutadas. Además se almacenan las variables acopladas (bind), el árbol de parsing, los buffer de ejecución y el plan de ejecución. Es importante que siempre que se utilice la misma sentencia, sea exactamente igual, para poder aprovechar sentencias previas almacenadas en el SQL Area. Es decir, las siguientes sentencias:

“SELECT * FROM TABLA”

“select * from tabla” “SELECT * FROM TABLA” “SELECT * FROM tabla”

Se consideran distintas y no se aprovecha el SQL Area. Debe coincidir el texto exactamente, considerando mayúsculas y minúsculas, espacios, retornos de carro, nombre de parámetros, etc. Esto es debido a que se buscan dentro del SQL Area utilizando un hash de la sentencia, y un simple espacio (o cambiar una letra a mayúsculas) hace que el hash resultante sea distinto, por lo que no encontrará la sentencia dentro del SQL Area. Cuanto mayor sea el espacio del SQL Area, se realizarán menos compilaciones, planes de ejecución y análisis léxicos, por lo que la ejecución de las consultas será más rápida.

• Redo cache: almacena los registros de redo de las últimas operaciones realizadas. Estos registros se almacenan en los archivos de redo, que sirven para recomponer la base de datos en caso de error.

• Dictionary cache: almacena datos del diccionario de Oracle, para utilizarlos en los planes de ejecución, optimización de consultas, etc. Cuantos más datos quepan en esta zona, mayor probabilidad habrá de que el dato que necesitamos ya esté en memoria, y no sea necesario acceder a las tablas del diccionario para leerlo.

Archivos de inicialización

Además de estructuras de disco y de memoria, un servidor Oracle necesita ciertos archivos para poder ejecutarse. Estos archivos se establecen durante la creación de la base de datos, y se consultarán cada vez que se arranque la base de datos, por lo que deben estar disponibles. Básicamente podemos diferencias los tipos de archivos:

• Control files: son archivos de control que se consultan cada vez que se arranca la base de datos. Indica datos como la localización de los datafiles, nombre de la base de datos.

• Init file: es el archivo que contiene los parámetro de inicio de la base de datos (tamaño del bloque, tamaño del SGA, etc.). Normalmente tiene el nombre INIT.ORA

• Redo logs: estos archivos contienen un historial de todas las instrucciones que han sido lanzadas a la base de datos, para poder recuperarla en caso de fallo. No se utilizan durante la inicialización, sino durante toda la ejecución de la base de datos.