Oracle 9i & 10g编程艺术-深入数据库体系结构——第13章：分区
2008-02-03 11:54
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第13章 分区
分区（partitioning）最早在Oracle 8.0中引入，这个过程是将一个表或索引物理地分解为多个更小、更可管理的部分。就访问数据库的应用而言，逻辑上讲只有一个表或一个索引，但在物理上这个表或索引可能由数十个物理分区组成。每个分区都是一个独立的对象，可以独自处理，也可以作为一个更大对象的一部分进行处理。注意 分区特性是Oracle数据库企业版的一个选件，不过要另行收费。标准版中没有这个特性。
在这一章中，我们将分析为什么要考虑使用分区。原因是多方面的，可能是分区能提高数据的可用性，或者是可以减少管理员（DBA）的负担，另外在某些情况下，还可能提高性能。一旦很好地了解了使用分区的原因，接下来将介绍如何对表及其相应的索引进行分区。这个讨论的目的并不是教你有关管理分区的细节，而是提供一个实用的指导，教你如何利用分区来实现应用。
我们还会讨论一个重要的事实：表和索引的分区不一定是数据库的一个“fast=true”设置。从我的经验看，许多开发人员和DBA都认为：只要对对象进行分区，就自然而然地会得到性能提升这样一个副作用。但是，分区只是一个工具，对索引或表进行分区时可能发生3种情况：使用这些分区表的应用可能运行得更慢；可能运行得更快；有可能没有任何变化。我的意见是，如果你只是一味地使用分区，而不理解它是如何工作的，也不清楚你的应用如何利用分区，那么分区极可能只会对性能产生负面影响。
最后，我们将分析当今世界使用分区的一种非常常见的用法：在OLTP和其他运营系统中支持大规模的在线审计跟踪。我们将讨论如何结合分区和段空间压缩来高效地在线存储很大的审计跟踪数据，并且能用最少的工作将这个审计跟踪数据中的旧记录进行归档。
1.1 分区概述
分区有利于管理非常大的表和索引，它使用了一种“分而治之”的逻辑。分区引入了一种分区键（partition key）的概念，分区键用于根据某个区间值（或范围值）、特定值列表或散列函数值执行数据的聚集。如果让我按某种顺序列出分区的好处，这些好处如下：（1） 提高数据的可用性：这个特点对任何类型的系统都适用，而不论系统本质上是OLTP还是仓库系统。
（2） 由于从数据库中去除了大段，相应地减轻了管理的负担。在一个100GB的表上执行管理操作时（如重组来删除移植的行，或者在“净化”旧信息后回收表左边的“空白”空间），与在各个10GB的表分区上执行10次同样的操作相比，前者负担要大得多。另外，通过使用分区，可以让净化例程根本不留下空白空间，这就完全消除了重组的必要！
（3） 改善某些查询的性能：主要在大型仓库环境中有这个好处，通过使用分区，可以消除很大的数据区间，从而不必考虑它们，相应地根本不用访问这些数据。但这在事务性系统中并不适用，因为这种系统本身就只是访问少量的数据。
（4） 可以把修改分布到多个单独的分区上，从而减少大容量OLTP系统上的竞争：如果一个段遭遇激烈的竞争，可以把它分为多个段，这就可以得到一个副作用：能成比例地减少竞争。
下面分别讨论使用分区可能带来的这些好处。
1.1.1 提高可用性
可用性的提高源自于每个分区的独立性。对象中一个分区的可用性（或不可用）并不意味着对象本身是不可用的。优化器知道有这种分区机制，会相应地从查询计划中去除未引用的分区。在一个大对象中如果一个分区不可用，你的查询可以消除这个分区而不予考虑，这样Oracle就能成功地处理这个查询。为了展示这种可用性的提高，我们将建立一个散列分区表，其中有两个分区，分别在单独的表空间中。这里将创建一个EMP表，它在EMPNO列上指定了一个分区键（EMPNO就是我们的分区键）。在这种情况下，这个结构意味着：对于插入到这个表中的每一行，会对EMPNO列的值计算散列，来确定这一行将置于哪个分区（及相应的表空间）中：
| ops$tkyte@ORA10G> CREATE TABLE emp 2 ( empno int, 3 ename varchar2(20) 4 ) 5 PARTITION BY HASH (empno) 6 ( partition part_1 tablespace p1, 7 partition part_2 tablespace p2 8 ) 9 / Table created. |
| ops$tkyte@ORA10G> insert into emp select empno, ename from scott.emp 2 / 14 rows created. ops$tkyte@ORA10G> select * from emp partition(part_1); EMPNO ENAME ---------- -------------------- 7369 SMITH 7499 ALLEN 7654 MARTIN 7698 BLAKE 7782 CLARK 7839 KING 7876 ADAMS 7934 MILLER 8 rows selected. ops$tkyte@ORA10G> select * from emp partition(part_2); EMPNO ENAME ---------- -------------------- 7521 WARD 7566 JONES 7788 SCOTT 7844 TURNER 7900 JAMES 7902 FORD 6 rows selected. |
下面将其中一个表空间离线（例如，模拟一种磁盘出故障的情况），使这个分区中的数据不可用：
| ops$tkyte@ORA10G> alter tablespace p1 offline; Tablespace altered. |
| ops$tkyte@ORA10G> select * from emp; select * from emp * ERROR at line 1: ORA-00376: file 12 cannot be read at this time ORA-01110: data file 12: '/home/ora10g/oradata/ora10g/ORA10G/datafile/p1.dbf' |
| ops$tkyte@ORA10G> variable n number ops$tkyte@ORA10G> exec :n := 7844; PL/SQL procedure successfully completed. ops$tkyte@ORA10G> select * from emp where empno = :n; EMPNO ENAME ---------- -------------------- 7844 TURNER |
分区还可以通过减少停机时间来提高可用性。例如，如果有一个100GB的表，它划分为50个2GB的分区，这样就能更快地从错误中恢复。如果某个2GB的分区遭到破坏，现在恢复的时间就只是恢复一个2GB分区所需的时间，而不是恢复一个100GB表的时间。所以从两个方面提高了可用性：
q 优化器能够消除分区，这意味着许多用户可能甚至从未注意到某些数据是不可用的。
q 出现错误时的停机时间会减少，因为恢复所需的工作量大幅减少。
1.1.2 减少管理负担
之所以能减少管理负担，这是因为与在一个大对象上执行操作相比，在小对象上执行同样的操作从本质上讲更为容易、速度更快，而且占用的资源也更少。例如，假设数据库中有一个10GB的索引。如果需要重建这个索引，而该索引未分区，你就必须将整个10GB的索引作为一个工作单元来重建。尽管可以在线地重建索引，但是要完全重建完整的10GB索引，还是需要占用大量的资源。至少需要在某处有10GB的空闲存储空间来存放两个索引的副本，还需要一个临时事务日志表来记录重建索引期间对基表所做的修改。另一方面，如果将索引本身划分为10个1GB的分区，就可以一个接一个地单独重建各个索引分区。现在只需要原先所需空闲空间的10%。另外，各个索引的重建也更快（可能是原来的10倍），需要向新索引合并的事务修改也更少（到此为止，在线索引重建期间发生的事务修改会更少）。
另外请考虑以下情况：10GB索引的重建即将完成之前，如果出现系统或软件故障会发生什么。我们所做的全部努力都会付诸东流。如果把问题分解，将索引划分为1GB的分区，你最多只会丢掉重建工作的10%。
或者，你可能只需要重建全部聚集索引的10%，例如，只是“最新”的数据（活动数据）需要重组，而所有“较旧”的数据（相当静态）不受影响。
最后，请考虑这样一种情况：你发现表中50%的行都是“移植”行（关于串链/移植行的有关详细内容请参见第10章），可能想进行修正。建立一个分区表将有利于这个操作。为了“修正”移植行，你往往必须重建对象，在这种情况下，就是要重建一个表。如果有一个100GB的表，就需要在一个非常大的“块”（chunk）上连续地使用ALTER TABLE MOVE来执行这个操作。另一方面，如果你有25个分区，每个分区的大小为4GB，就可以一个接一个地重建各个分区。或者，如果你在空余时间做这个工作，而且有充足的资源，甚至可以在单独的会话中并行地执行ALTER TABLE MOVE语句，这就很可能会减少整个操作所需的时间。对于一个未分区对象所能做的工作，分区对象中的单个分区几乎都能做到。你甚至可能发现，移植行都集中在一个很小的分区子集中，因此，可以只重建一两个分区，而不是重建整个表。
这里有一个小例子，展示了如何对一个有多个移植行的表进行重建。BIG_TABLE1和BIG_TABLE2都是从BIG_TABLE的一个10,000,000行的实例创建的（BIG_TABLE创建脚本见“环境配置”一节）。BIG_TABLE1是一个常规的未分区表，而BIG_TABLE2是一个散列分区表，有8个分区（下一节将介绍散列分区；现在只要知道它能把数据相当均匀地分布在8个分区上就足够了）：
| ops$tkyte@ORA10GR1> create table big_table1 2 ( ID, OWNER, OBJECT_NAME, SUBOBJECT_NAME, 3 OBJECT_ID, DATA_OBJECT_ID, 4 OBJECT_TYPE, CREATED, LAST_DDL_TIME, 5 TIMESTAMP, STATUS, TEMPORARY, 6 GENERATED, SECONDARY ) 7 ablespace big1 8 as 9 select ID, OWNER, OBJECT_NAME, SUBOBJECT_NAME, 10 OBJECT_ID, DATA_OBJECT_ID, 11 OBJECT_TYPE, CREATED, LAST_DDL_TIME, 12 TIMESTAMP, STATUS, TEMPORARY, 13 GENERATED, SECONDARY 14 from big_table.big_table; Table created. ops$tkyte@ORA10GR1> create table big_table2 2 ( ID, OWNER, OBJECT_NAME, SUBOBJECT_NAME, 3 OBJECT_ID, DATA_OBJECT_ID, 4 OBJECT_TYPE, CREATED, LAST_DDL_TIME, 5 TIMESTAMP, STATUS, TEMPORARY, 6 GENERATED, SECONDARY ) 7 partition by hash(id) 8 (partition part_1 tablespace big2, 9 partition part_2 tablespace big2, 10 partition part_3 tablespace big2, 11 partition part_4 tablespace big2, 12 partition part_5 tablespace big2, 13 partition part_6 tablespace big2, 14 partition part_7 tablespace big2, 15 partition part_8 tablespace big2 16 ) 17 as 18 select ID, OWNER, OBJECT_NAME, SUBOBJECT_NAME, 19 OBJECT_ID, DATA_OBJECT_ID, 20 OBJECT_TYPE, CREATED, LAST_DDL_TIME, 21 TIMESTAMP, STATUS, TEMPORARY, 22 GENERATED, SECONDARY 23 from big_table.big_table; Table created. |
| ops$tkyte@ORA10GR1> select b.tablespace_name, 2 mbytes_alloc, 3 mbytes_free 4 from ( select round(sum(bytes)/1024/1024) mbytes_free, 5 tablespace_name 6 from dba_free_space 7 group by tablespace_name ) a, 8 ( select round(sum(bytes)/1024/1024) mbytes_alloc, 9 tablespace_name 10 from dba_data_files 11 group by tablespace_name ) b 12 where a.tablespace_name (+) = b.tablespace_name 13 and b.tablespace_name in ('BIG1','BIG2') 14 / TABLESPACE MBYTES_ALLOC MBYTES_FREE ---------- ------------ ----------- BIG1 1496 344 BIG2 1496 344 |
| ops$tkyte@ORA10GR1> alter table big_table1 move; alter table big_table1 move * ERROR at line 1: ORA-01652: unable to extend temp segment by 1024 in tablespace BIG1 |
| ops$tkyte@ORA10GR1> alter table big_table2 move; alter table big_table2 move * ERROR at line 1: ORA-14511: cannot perform operation on a partitioned object |
| ops$tkyte@ORA10GR1> alter table big_table2 move partition part_1; Table altered. ops$tkyte@ORA10GR1> alter table big_table2 move partition part_2; Table altered. ops$tkyte@ORA10GR1> alter table big_table2 move partition part_3; Table altered. ops$tkyte@ORA10GR1> alter table big_table2 move partition part_4; Table altered. ops$tkyte@ORA10GR1> alter table big_table2 move partition part_5; Table altered. ops$tkyte@ORA10GR1> alter table big_table2 move partition part_6; Table altered. ops$tkyte@ORA10GR1> alter table big_table2 move partition part_7; Table altered. ops$tkyte@ORA10GR1> alter table big_table2 move partition part_8; Table altered. |
有人看到这里可能会说：“哇，8条语句，要输入这么多语句！”不错，如果有数百个分区（或者更多），这确实有些不切实际。幸运的是，可以很容易地编写一个脚本来解决这个问题，前面的语句则变成以下脚本：
| ops$tkyte@ORA10GR1> begin 2 for x in ( select partition_name 3 from user_tab_partitions 4 where table_name = 'BIG_TABLE2' ) 5 loop 6 execute immediate 7 'alter table big_table2 move partition ' || 8 x.partition_name; 9 end loop; 10 end; 11 / PL/SQL procedure successfully completed. |
关于分区和管理，还有一个因素需要考虑，这就是在维护数据仓库和归档中使用数据“滑动窗口”。在许多情况下，需要保证数据在最后N个时间单位内一直在线。例如，假设需要保证最后12个月或最后5年的数据在线。如果没有分区，这通常是一个大规模的INSERT，其后是一个大规模的DELETE。为此有相对多的DML，并且会生成大量的redo和undo。如果进行了分区，则只需做下面的工作：
（1） 用新的月（或年，或者是其他）数据加载一个单独的表。
（2） 对这个表充分建立索引（这一步甚至可以在另一个实例中完成，然后传送到这个数据库中）。
（3） 将这个新加载（并建立了索引）的表附加到分区表的最后，这里使用一个快速DDL命令：ALTER TABLE EXCHANGE PARTITION。
（4） 从分区表另一端将最旧的分区去掉。
这样一来，现在就可以很容易地支持包含时间敏感信息的非常大的对象。就数据很容易地从分区表中去除，如果不再需要它，可以简单地将其删除；或者也可以归档到某个地方。新数据可以加载到一个单独的表中，这样在加载、建索引等工作完成之前就不会影响分区表。在这一章的后面，我们还会看到关于滑动窗口的一个完整的例子。
简单地说，利用分区，原先让人畏惧的操作（有时甚至是不可行的操作）会变得像在小数据库中一样容易。
1.1.3 改善语句性能
分区最后一个总的（潜在）好处体现在改进语句（SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE、MERGE）的性能方面。我们来看两类语句，一种是修改信息的语句，另一种是只读取信息的语句，并讨论在这种情况下可以从分区得到哪些好处。1. 并行DML
修改数据库中数据的语句有可能会执行并行DML（parallel DML，PDML）。采用PDML时，Oracle使用多个线程或进程来执行INSERT、UPDATE或DELETE， 而不是执行一个串行进程。在一个有充足I/O带宽的多CPU主机上，对于大规模的DML操作，速度的提升可能相当显著。在Oracle9i以前的版本中，PDML要求必须分区。如果你的表没有分区，在先前的版本中就不能并行地执行这些操作。如果表确实已经分区，Oracle会根据对象所有的物理分区数为对象指定一个最大并行度。从很大程度上讲，在Oracle9i及以后版本中这个限制已经放松，只有两个突出的例外；如果希望在一个表上执行PDML，而且这个表的一个LOB列上有一个位图索引，要并行执行操作就必须对这个表分区；另外并行度就限制为分区数。不过，总的说来，使用PDML并不一定要求进行分区。
注意 我们会在第14章更详细地讨论并行操作。
2. 查询性能
在只读查询（SELECT语句）的性能方面，分区对两类特殊操作起作用：
q 分区消除（partition elimination）：处理查询时不考虑某些数据分区。我们已经看到了一个分区消除的例子。
q 并行操作（parallel operation）：并行全表扫描和并行索引区间扫描就是这种操作的例子。
不过，由此得到的好处很多程度上取决于你使用何种类型的系统。
l OLTP系统
在OLTP系统中，不应该把分区当作一种大幅改善查询性能的方法。实际上，在一个传统的OLTP系统中，你必须很小心地应用分区，提防着不要对运行时性能产生负面作用。在传统的OLTP系统中，大多数查询很可能几乎立即返回，而且大多数数据库获取可能都通过一个很小的索引区间扫描来完成。因此，以上所列分区性能方面可能 的主要优点在OLTP系统中表现不出来。分区消除只在大对象全面扫描时才有用，因为通过分区消除，你可以避免对对象的很大部分做全面扫描。不过，在一个OLTP环境中，本来就不是对大对象全面扫描（如果真是如此，则说明肯定存在严重的设计缺陷）。即使对索引进行了分区，就算是真的能在速度上有所提高，通过扫描较小索引所得到的性能提升也是微乎其微的。如果某些查询使用了一个索引，而且它们根本无法消除任何分区，你可能会发现，完成分区之后查询实际上运行得反而更慢了，因为你现在要扫描5、10或20个更小的索引，而不是一个较大的索引。稍后讨论各种可用的分区索引时还会更详细地讨论这个内容。
尽管如此，有分区的OLTP系统确实也有可能得到效率提示。例如，可以用分区来减少竞争，从而提高并发度。可以利用分区将一个表的修改分布到多个物理分区上。并不是只有一个表段和一个索引段，而是可以有10个表分区和20个索引分区。这就像有20个表而不是1个表，相应地，修改期间就能减少对这个共享资源的竞争。
至于并行操作（将在下一章更详细地讨论），你可能不希望在一个OLTP系统中执行并行查询。你会慎用并行操作，而是交由DBA来完成重建、创建索引、收集统计信息等工作。事实上在一个OLTP系统中，查询已经有以下特点：即索引访问相当快，因此，分区不会让索引访问的速度有太大的提高（甚至根本没有任何提高）。这并不是说要绝对避免在OLTP系统中使用分区；而只是说不要指望通过分区来提供大幅的性能提升。尽管有效情况下分区能够改善查询的性能，但是这些情况在大多数OLTP应用中并不成立。不过在OLTP系统中，你还是可以得到另外两个可能的好处：减轻管理负担以及有更高的可用性。
l 数据仓库系统
在一个数据仓库/决策支持系统中，分区不仅是一个很强大的管理工具，还可以加快处理的速度。例如，你可能有一个大表，需要在其中执行一个即席查询。你总是按销售定额（sales quarter）执行即席查询，因为每个销售定额包含数十万条记录，而你有数百万条在线记录。因此，你想查询整个数据集中相当小的一部分，但是基于销售定额来索引不太可行。这个索引会指向数十万条记录，以这种方式执行索引区间扫描会很糟糕（有关的更多详细内容请参见第11章）。处理许多查询时都要求执行一个全表扫描，但是最后却发现，一方面必须扫描数百万条记录，但另一方面其中大多数记录并不适用于我们的查询。如果使用一种明智的分区机制，就可以按销售定额来聚集数据，这样在查询某个给定销售定额的数据时，就可以只对这个销售定额的数据进行全面扫描。这在所有可能的解决方案中是最佳的选择。
另外，在一个数据仓库/决策支持环境中，会频繁地使用并行查询。因此，诸如并行索引区间扫描或并行快速全面索引扫描等操作不仅很有意义，而且对我们很有好处。我们希望充分地使用所有可用的资源，并行查询就提供了这样的一种途径。因此，在数据仓库环境中，分区就意味着很有可能会加快处理速度。
1.2 表分区机制
目前Oracle中有4种对表分区的方法：q 区间分区：可以指定应当存储在一起的数据区间。例如，时间戳在Jan-2005内的所有记录都存储在分区1中，时间戳在Feb-2005内的所有记录都存储在分区2中，依此类推。这可能是Oracle中最常用的分区机制。
q 散列分区：我们在这一章一个例子中就已经看到了散列分区。这是指在一个列（或多个列）上应用一个散列函数，行会按这个散列值放在某个分区中。
q 列表分区：指定一个离散值集，来确定应当存储在一起的数据。例如，可以指定STATUS列值在（’A’,’M’,’Z’）中的行放在分区1中，STATUS值在（‘D’,’P’,’Q’）中的行放在分区2中，依此类推。
q 组合分区：这是区间分区和散列分区的一种组合，或者是区间分区与列表分区的组合。通过组合分区，你可以先对某些数据应用区间分区，再在区间中根据散列或列表来选择最后的分区。
在下面几节中，我们将介绍各类分区的好处，以及它们之间有什么差别。我们还会说明什么时候应当对不同类型的应用采用何种机制。这一节并不打算对分区语法和所有可用选项提供一个全面的介绍。相反，我们要靠例子说话，这些例子很简单，也很直观，专门设计为帮助你了解分区，使你对分区如何工作以及如何设计不同类型的分区有一个简要认识。
注意 要想全面地了解分区语法的所有细节，建议你阅读Oracle SQL Reference Guide或Oracle Administrator’s Guide。另外，Oracle Data Warehousing Guide也是一个不错的信息源，其中对分区选项做了很好的说明，对于每个计划实现分区的人来说，这是必读的文档。
1.2.1 区间分区
我们要介绍的第一种类型是区间分区表（range partitioned table）。下面的CREATE TABLE语句创建了一个使用RANGE_KEY_COLUMN列的区间分区表。RANGE_KEY_COLUMN值严格小于01-JAN-2005的所有数据要放在分区PART_1中，RANGE_KEY_COLUMN值严格小于01-JAN-2006的所有数据则放在分区PART_2中。不满足这两个条件的所有数据（例如，RANGE_KEY_COLUMN值为01-JAN-2007的行）将不能插入，因为它们无法映射到任何分区：| ops$tkyte@ORA10GR1> CREATE TABLE range_example 2 ( range_key_column date , 3 data varchar2(20) 4 ) 5 PARTITION BY RANGE (range_key_column) 6 ( PARTITION part_1 VALUES LESS THAN 7 (to_date('01/01/2005','dd/mm/yyyy')), 8 PARTITION part_2 VALUES LESS THAN 9 (to_date('01/01/2006','dd/mm/yyyy')) 10 ) 11 / Table created. |
图13-1显示了Oracle会检查RANGE_KEY_COLUMN的值，并根据这个值，将数据插入到两个分区之一。
图13-1 区间分区插入示例
为了展示分区区间是严格小于某个值而不是小于或等于某个值，这里插入的行是特别选择的。我们首先插入值15-DEC-2004，它肯定要放在分区PART_1中。我们还插入了日期/时间为01-JAN-2005之前一秒（31-dec-2004 23：59：59）的行，这一行也会放到分区PART_1中，因为它小于01-JAN-2005。不过，插入的下一行日期/时间不是严格小于分区区间边界。最后一行显然应该放在分区PART_2中，因为它小于PART_2的分区区间边界。
可以从各个分区分别执行SELECT语句，来确认确实如此：
| ops$tkyte@ORA10G> select to_char(range_key_column,'dd-mon-yyyy hh24:mi:ss') 2 from range_example partition (part_1); TO_CHAR(RANGE_KEY_CO -------------------- 15-dec-2004 00:00:00 31-dec-2004 23:59:59 ops$tkyte@ORA10G> select to_char(range_key_column,'dd-mon-yyyy hh24:mi:ss') 2 from range_example partition (part_2); TO_CHAR(RANGE_KEY_CO -------------------- 01-jan-2005 00:00:00 15-dec-2005 00:00:00 |
| ops$tkyte@ORA10GR1> insert into range_example 2 ( range_key_column, data ) 3 values 4 ( to_date( '15/12/2007 00:00:00', 5 'dd/mm/yyyy hh24:mi:ss' ), 6 'application data...' ); insert into range_example * ERROR at line 1: ORA-14400: inserted partition key does not map to any partition |
| ops$tkyte@ORA10GR1> CREATE TABLE range_example 2 ( range_key_column date , 3 data varchar2(20) 4 ) 5 PARTITION BY RANGE (range_key_column) 6 ( PARTITION part_1 VALUES LESS THAN 7 (to_date('01/01/2005','dd/mm/yyyy')), 8 PARTITION part_2 VALUES LESS THAN 9 (to_date('01/01/2006','dd/mm/yyyy')) 10 PARTITION part_3 VALUES LESS THAN 11 (MAXVALUE) 12 ) 13 / Table created. |
1.2.2 散列分区
对一个表执行散列分区（hash partitioning）时，Oracle会对分区键应用一个散列函数，以此确定数据应当放在N个分区中的哪一个分区中。Oracle建议N是2的一个幂（2、4、8、16等），从而得到最佳的总体分布，稍后会看到这确实是一个很好的建议。1. 散列分区如何工作
散列分区设计为能使数据很好地分布在多个不同设备（磁盘）上，或者只是将数据聚集到更可管理的块（chunk）上，为表选择的散列键应当是惟一的一个列或一组列，或者至少有足够多的相异值，以便行能在多个分区上很好地（均匀地）分布。如果你选择一个只有4个相异值的列，并使用两个分区，那么最后可能把所有行都散列到同一个分区上，这就有悖于分区的最初目标！
在这里，我们将创建一个有两个分区的散列表。在此使用名为HASH_KEY_COLUMN的列作为分区键。Oracle会取这个列中的值，并计算它的散列值，从而确定这一行将存储在哪个分区中：
| ops$tkyte@ORA10G> CREATE TABLE hash_example 2 ( hash_key_column date, 3 data varchar2(20) 4 ) 5 PARTITION BY HASH (hash_key_column) 6 ( partition part_1 tablespace p1, 7 partition part_2 tablespace p2 8 ) 9 / Table created. |
图13-2 散列分区插入示例
前面已经提到过，如果使用散列分区，你将无从控制一行最终会放在哪个分区中。Oracle会应用散列函数，并根据散列的结果来确定行会放在哪里。如果你由于某种原因希望将某个特定行放在分区PART_1中，就不应该使用散列分区，实际上，此时也不能使用散列分区。行会按散列函数的“指示”放在某个分区中，也就是说，散列函数说这一行该放在哪个分区，它就会放在哪个分区中。如果改变散列分区的个数，数据会在所有分区中重新分布（向一个散列分区表增加或删除一个分区时，将导致所有数据都重写，因为现在每一行可能属于一个不同的分区）。
如果你有一个大表（如“减少管理负担”一节中所示的表），而且你想对它“分而治之”，此时散列分区最有用。你不用管理一个大表，而只是管理8或16个较小的“表”。从某种程度上讲，散列分区对于提高可用性也很有用，这在“提高可用性”一节中已经介绍过；临时丢掉一个散列分区，就能访问所有余下的分区。也许有些用户会受到影响，但是很有可能很多用户根本不受影响，但是很有可能很多用户根本不受影响。另外，恢复的单位现在也更小了。你不用恢复一个完整的大表；而只需恢复表中的一小部分。最后一点，散列分区还有利于存在高度更新竞争的环境，这在“改善语句性能”一节讨论OLTP系统时已经提到过。我们可以不使一个段“很热”，而是可以将一个段散列分区为16个“部分”，这样一来，现在每一部分都可以接收修改。
2. 散列分区数使用2的幂
我在前面提到过，分区数应该是2的幂，这很容易观察。为了便于说明，我们建立了一个存储过程，它会自动创建一个有N个分区的散列分区表（N是一个参数）。这个过程会构成一个动态查询，按分区获取其中的行数，再按分区显示行数，并给出行数的一个简单直方图。最后，它会打开这个查询，以便我们看到结果。这个过程首先创建散列表。我们将使用一个名为T的表：
| ops$tkyte@ORA10G> create or replace 2 procedure hash_proc 3 ( p_nhash in number, 4 p_cursor out sys_refcursor ) 5 authid current_user 6 as 7 l_text long; 8 l_template long := 9 'select $POS$ oc, ''p$POS$'' pname, count(*) cnt ' || 10 'from t partition ( $PNAME$ ) union all '; 11 begin 12 begin 13 execute immediate 'drop table t'; 14 exception when others 15 then null; 16 end; 17 18 execute immediate ' 19 CREATE TABLE t ( id ) 20 partition by hash(id) 21 partitions ' || p_nhash || ' 22 as 23 select rownum 24 from all_objects'; |
| 25 26 for x in ( select partition_name pname, 27 PARTITION_POSITION pos 28 from user_tab_partitions 29 where table_name = 'T' 30 order by partition_position ) 31 loop 32 l_text := l_text || 33 replace( 34 replace(l_template, 35 '$POS$', x.pos), 36 '$PNAME$', x.pname ); 37 end loop; |
| 38 39 open p_cursor for 40 'select pname, cnt, 41 substr( rpad(''*'',30*round( cnt/max(cnt)over(),2),''*''),1,30) hg 42 from (' || substr( l_text, 1, length(l_text)-11 ) || ') 43 order by oc'; 44 45 end; 46 / Procedure created. |
| ops$tkyte@ORA10G> variable x refcursor ops$tkyte@ORA10G> set autoprint on ops$tkyte@ORA10G> exec hash_proc( 4, :x ); PL/SQL procedure successfully completed. PN CNT HG -- ---------- ------------------------------ p1 12141 ***************************** p2 12178 ***************************** p3 12417 ****************************** p4 12105 ***************************** |
| ops$tkyte@ORA10G> exec hash_proc( 5, :x ); PL/SQL procedure successfully completed. PN CNT HG -- ---------- ------------------------------ p1 6102 ************** p2 12180 ***************************** p3 12419 ****************************** p4 12106 ***************************** p5 6040 ************** |
| ops$tkyte@ORA10G> exec hash_proc( 6, :x ); PL/SQL procedure successfully completed. PN CNT HG -- ---------- ------------------------------ p1 6104 ************** p2 6175 *************** p3 12420 ****************************** p4 12106 ***************************** p5 6040 ************** p6 6009 ************** 6 rows selected. ops$tkyte@ORA10G> exec hash_proc( 7, :x ); PL/SQL procedure successfully completed. PN CNT HG -- ---------- ------------------------------ p1 6105 *************** p2 6176 *************** p3 6161 *************** p4 12106 ****************************** p5 6041 *************** p6 6010 *************** p7 6263 *************** 7 rows selected. |
| ops$tkyte@ORA10G> exec hash_proc( 8, :x ); PL/SQL procedure successfully completed. PN CNT HG -- ---------- ------------------------------ p1 6106 ***************************** p2 6178 ***************************** p3 6163 ***************************** p4 6019 **************************** p5 6042 **************************** p6 6010 **************************** p7 6264 ****************************** p8 6089 ***************************** 8 rows selected. |
1.2.3 列表分区
列表分区（list partitioning）是Oracle9i Release 1的一个新特性。它提供了这样一种功能，可以根据离散的值列表来指定一行位于哪个分区。如果能根据某个代码来进行分区（如州代码或区代码），这通常很有用。例如，你可能想把Maine州（ME）、New Hampshire州（NH）、Vermont州（VT）和Massachusetts州（MA）中所有人的记录都归至一个分区中，因为这些州相互之间挨得很近，而且你的应用按地理位置来查询数据。类似地，你可能希望将Connecticut州（CT）、Rhode Island州（RI）和New York州（NY）的数据分组在一起。对此不能使用区间分区，因为第一个分区的区间是ME到VT，第二个区间是CT到RI。这两个区间有重叠。而且也不能使用散列分区，因为这样你就无法控制给定行要放到哪个分区中；而要由Oracle提供的内置散列函数来控制。
利用列表分区，我们可以很容易地完成这个定制分区机制：
| ops$tkyte@ORA10G> create table list_example 2 ( state_cd varchar2(2), 3 data varchar2(20) 4 ) 5 partition by list(state_cd) 6 ( partition part_1 values ( 'ME', 'NH', 'VT', 'MA' ), 7 partition part_2 values ( 'CT', 'RI', 'NY' ) 8 ) 9 / Table created. |
就像区间分区一样，如果我们想插入列表分区中未指定的一个值，Oracle会向客户应用返回一个合适的错误。换句话说，没有DEFAULT分区的列表分区表会隐含地施加一个约束（非常像表上的一个检查约束）：
| ops$tkyte@ORA10G> insert into list_example values ( 'VA', 'data' ); insert into list_example values ( 'VA', 'data' ) * ERROR at line 1: ORA-14400: inserted partition key does not map to any partition |
图13-3 列表分区插入示例
如果想像前面一样把这个7个州分别聚集到各自的分区中，另外把其余的所有州代码放在第三个分区中（或者，实际上对于所插入的任何其他行，如果STATE_CD列值不是以上7个州代码之一，就要放在第三个分区中），就可以使用VALUES（DEFAULT）子句。在此，我们将修改表，增加这个分区（也可以在CREATE TABLE语句中使用这个子句）：
| ops$tkyte@ORA10G> alter table list_example 2 add partition 3 part_3 values ( DEFAULT ); Table altered. ops$tkyte@ORA10G> insert into list_example values ( 'VA', 'data' ); 1 row created. |
| ops$tkyte@ORA10G> alter table list_example 2 add partition 3 part_4 values( 'CA', 'NM' ); alter table list_example * ERROR at line 1: ORA-14323: cannot add partition when DEFAULT partition exists |
1.2.4 组合分区
最后我们会看到组合分区（composite partitioning）的一些例子，组合分区是区间分区和散列分区的组合，或者是区间分区与列表分区的组合。在组合分区中，顶层分区机制总是区间分区。第二级分区机制可能是列表分区或散列分区（在Oracle9i Release 1及以前的版本中，只支持散列子分区，而没有列表分区）。有意思的是，使用组合分区时，并没有分区段，而只有子分区段。分区本身并没有段（这就类似于分区表没有段）。数据物理的存储在子分区段上，分区成为一个逻辑容器，或者是一个指向实际子分区的容器。
在下面的例子中，我们将查看一个区间-散列组合分区。在此对区间分区使用的列集不同于散列分区使用的列集。并不是非得如此，这两层分区也可以使用同样的列集：
| ops$tkyte@ORA10G> CREATE TABLE composite_example 2 ( range_key_column date, 3 hash_key_column int, 4 data varchar2(20) 5 ) 6 PARTITION BY RANGE (range_key_column) 7 subpartition by hash(hash_key_column) subpartitions 2 8 ( 9 PARTITION part_1 10 VALUES LESS THAN(to_date('01/01/2005','dd/mm/yyyy')) 11 (subpartition part_1_sub_1, 12 subpartition part_1_sub_2 13 ), 14 PARTITION part_2 15 VALUES LESS THAN(to_date('01/01/2006','dd/mm/yyyy')) 16 (subpartition part_2_sub_1, 17 subpartition part_2_sub_2 18 ) 19 ) 20 / Table created. |
图13-4 区间-散列组合分区示例
因此，利用组合分区，你就能把数据先按区间分解，如果认为某个给定的区间还太大，或者认为有必要做进一步的分区消除，可以再利用散列或列表将其再做分解。有意思的是，每个区间分区不需要有相同数目的子分区；例如，假设你在对一个日期列完成区间分区，以支持数据净化（快速而且容易地删除所有就数据）。在2004年，CODE_KEY_COLUMN值为“奇数”的数据量与CODE_KEY_COLUMN值为“偶数”的数据量是相等的。但是到了2005年，你发现与奇数吗相关的记录数是偶数吗相关的记录数的两倍，所以你希望对应奇数码有更多的子分区。只需定义更多的子分区，就能相当容易地做到这一点：
| ops$tkyte@ORA10G> CREATE TABLE composite_range_list_example 2 ( range_key_column date, 3 code_key_column int, 4 data varchar2(20) 5 ) 6 PARTITION BY RANGE (range_key_column) 7 subpartition by list(code_key_column) 8 ( 9 PARTITION part_1 10 VALUES LESS THAN(to_date('01/01/2005','dd/mm/yyyy')) 11 (subpartition part_1_sub_1 values( 1, 3, 5, 7 ), 12 subpartition part_1_sub_2 values( 2, 4, 6, 8 ) 13 ), 14 PARTITION part_2 15 VALUES LESS THAN(to_date('01/01/2006','dd/mm/yyyy')) 16 (subpartition part_2_sub_1 values ( 1, 3 ), 17 subpartition part_2_sub_2 values ( 5, 7 ), 18 subpartition part_2_sub_3 values ( 2, 4, 6, 8 ) 19 ) 20 ) 21 / Table created. |
1.2.5 行移动
你可能想知道，在前面所述的各种分区机制中，如果用于确定分区的列有修改会发生什么。需要考虑两种情况：q 修改不会导致使用一个不同的分区；行仍属于原来的分区。这在所有情况下都得到支持。
q 修改会导致行跨分区移动。只有当表启用了行移动时才支持这种情况；否则，会产生一个错误。
这些行为很容易观察。在前面的例子中，我们向RANGE_EXAMPLE表的PART_1插入了两行：
| ops$tkyte@ORA10G> insert into range_example 2 ( range_key_column, data ) 3 values 4 ( to_date( '15-dec-2004 00:00:00', 5 'dd-mon-yyyy hh24:mi:ss' ), 6 'application data...' ); 1 row created. ops$tkyte@ORA10G> insert into range_example 2 ( range_key_column, data ) 3 values 4 ( to_date( '01-jan-2005 00:00:00', 5 'dd-mon-yyyy hh24:mi:ss' )-1/24/60/60, 6 'application data...' ); 1 row created. ops$tkyte@ORA10G> select * from range_example partition(part_1); RANGE_KEY DATA --------- -------------------- 15-DEC-04 application data... 31-DEC-04 application data... |
| ops$tkyte@ORA10G> update range_example 2 set range_key_column = trunc(range_key_column) 3 where range_key_column = 4 to_date( '31-dec-2004 23:59:59', 5 'dd-mon-yyyy hh24:mi:ss' ); 1 row updated. |
| ops$tkyte@ORA10G> update range_example 2 set range_key_column = to_date('02-jan-2005','dd-mon-yyyy') 3 where range_key_column = to_date('31-dec-2004','dd-mon-yyyy'); update range_example * ERROR at line 1: ORA-14402: updating partition key column would cause a partition change |
注意 Oracle 8.0中没有行移动功能；在这个版本中，你必须先删除行，再重新将其插入。
不过，要注意这样做有一个小小的副作用；行的ROWID会由于更新而改变：
| ops$tkyte@ORA10G> select rowid 2 from range_example 3 where range_key_column = to_date('31-dec-2004','dd-mon-yyyy'); ROWID ------------------ AAARmfAAKAAAI+aAAB ops$tkyte@ORA10G> alter table range_example 2 enable row movement; Table altered. ops$tkyte@ORA10G> update range_example 2 set range_key_column = to_date('02-jan-2005','dd-mon-yyyy') 3 where range_key_column = to_date('31-dec-2004','dd-mon-yyyy'); 1 row updated. ops$tkyte@ORA10G> select rowid 2 from range_example 3 where range_key_column = to_date('02-jan-2005','dd-mon-yyyy'); ROWID ------------------ AAARmgAAKAAAI+iAAC |
注意 在其他一些情况下，ROWID也有可能因为更新而改变。更新IOT的主键可能导致ROWID改变，该行的通用ROWID（UROWID）也会改变。Oracle 10g的FLASHBACK TABLE命令可能改变行的ROWID，此外Oracle 10g的ALTER TABLE SHRINK命令也可能使行的ROWID改变。
要知道，执行行移动时，实际上在内部就好像先删除了这一行，然后再将其重新插入。这会更新这个表上的索引，删除旧的索引条目，再插入一个新条目。此时会完成DELETE再加一个INSERT的相应物理工作。不过，尽管在此执行了行的物理删除和插入，在Oracle看来却还是一个更新，因此，不会导致INSERT和DELETE触发器触发，只有UPDATE触发器会触发。另外，由于外键约束可能不允许DELETE的子表也不会触发DELETE触发器。不过，还是要对将完成的额外工作有所准备；行移动的开销比正常的UPDATE昂贵得多。因此，如果构建的系统会频繁修改分区键，而且这种修改会导致分区移动，这实在是一个糟糕的设计决策。
1.2.6 表分区机制小结
一般来讲，如果将数据按某个（某些）值逻辑聚集，区间分区就很有用。基于时间的数据就是这方面经典的例子，如按“销售定额”、“财政年度”或“月份”分区。在许多情况下，区间分区都能利用分区消除，这包括使用完全相等性和区间（小于、大于、介于…之间等）。如果不能按自然的区间进行分区，散列分区就很合适。例如，如果必须加载一个表，其中装满与人口普查相关的数据，可能无法找到一个合适的属性来按这个属性完成区间分区。不过，你可能还是想得到分区提供的管理、性能和可用性提升等诸多好处。在此，只需选择惟一的一个列或几乎惟一的一个列集，对其计算散列。这样一来，无论有多少个分区，都能得到均匀的数据分布。使用完全相等性或IN（value,value,…）时，散列分区对象可以利用分区消除，但是使用数据区间时，散列分区则无法利用分区消除。
如果数据中有一列有一组离散值，而且根据应用使用这一列的方式来看，按这一列进行分区很有意义（例如，这样一来，查询中可以轻松地利用分区消除），这种数据就很适合采用列表分区。列表分区的经典例子包括按州或区域代码分区，实际上，一般来讲许多“代码”性属性都很适合应用列表分区。
如果某些数据逻辑上可以进行区间分区，但是得到的区间分区还是太小，不能有效地管理，就可以使用组合分区。可以先应用区间分区，再进一步划分各个区间，按一个散列函数或使用列表来分区。这样就能将I/O请求分布到任何给定大分区中的多个磁盘上。另外，现在可以得到3个层次的分区消除。如果在区间分区键上查询，Oracle就能消除任何不满足条件的区间分区。如果向查询增加散列或列表键，Oracle可以消除该区间中其他的散列或列表分区。如果只是在散列或列表键上查询（而不使用区间分区键），Oracle就只会查询各个区间分区中的这些散列或列表子分区。
我们建议，如果可以按某个属性自然地对数据完成区间分区，就应该使用区间分区，而不是散列分区或列表分区。散列和列表分区能提供分区的许多突出优点，但是在分区消除方面都不如区间分区有用。如果所得到的区间分区太大，不能很好地管理；或者如果你想使用所有PDML功能或对一个区间分区使用并行索引扫描，则建议在区间分区中再使用散列或列表分区。
1.3 索引分区
索引与表类似，也可以分区。对索引进行分区有两种可能的方法：q 随表对索引完成相应的分区：这也称为局部分区索引（locally pertitioned index）。每个表分区都有一个索引分区，而且只索引该表分区。一个给定索引分区中的所有条目都指向一个表分区，表分区中的所有行都表示在一个索引分区中。
q 按区间对索引分区：这也称为全局分区索引（globally partitioned index）。在此，索引按区间分区（或者在Oracle 10g中该可以按散列分区），一个索引分区可能指向任何（和所有）表分区。
图13-5展示了局部索引和全局索引的区别。
图13-5 局部和全局索引分区
对于全局分区索引，要注意实际上索引分区数可能不同于表分区数。
由于全局索引只按区间或散列分区，如果希望有一个列表或组合分区索引，就必须使用局部索引。局部索引会使用底层表相同的机制分区。
注意 全局索引的散列分区是Oracle 10g Release 1及以后的版本中才有的新特性。在Oracle9i及以前的版本中，只能按区间进行全局分区。
1.3.1 局部索引
Oracle划分了以下两类局部索引：q 局部前缀索引（local prefixed index）：在这些索引中，分区键在索引定义的前几列上。例如，一个表在名为LOAD_DATE的列上进行区间分区，该表上的局部前缀索引就是LOAD_DATE作为其索引列列表中的第一列。
q 局部非前缀索引（local nonprefixed index）：这些索引不以分区键作为其列列表的前几列。索引可能包含分区键列，也可能不包含。
这两类索引都可以利用分区消除，它们都支持惟一性（只有非前缀索引包含分区键）等。事实上，使用局部前缀索引的查询总允许索引分区消除，而使用局部非前缀索引的查询可能不允许。正是由于这个原因，所以在某些人看来局部非前缀索引“更慢”，它们不能保证分区消除（但确实可以支持分区消除）。
如果查询中将索引用作访问表的初始路径，那么从本质来讲，局部前缀索引并不比局部非前缀索引更好。我的意思是说，如何查询把“扫描一个索引”作为第一步，那么前缀索引和非前缀索引之间并没有太大的差别。
1. 分区消除行为
如果查询首先访问索引，它是否能消除分区完全取决于查询中的谓词。要说明这一点，举一个小例子会很有帮助。下面的代码创建了一个表PARTITIONED_TABLE，它在一个数字列A上进行区间分区，使得小于2的值都在分区PART_1中，小于3的值则都在分区PART_2中：
| ops$tkyte@ORA10G> CREATE TABLE partitioned_table 2 ( a int, 3 b int, 4 data char(20) 5 ) 6 PARTITION BY RANGE (a) 7 ( 8 PARTITION part_1 VALUES LESS THAN(2) tablespace p1, 9 PARTITION part_2 VALUES LESS THAN(3) tablespace p2 10 ) 11 / Table created. |
| ops$tkyte@ORA10G> create index local_prefixed on partitioned_table (a,b) local; Index created. ops$tkyte@ORA10G> create index local_nonprefixed on partitioned_table (b) local; Index created. |
| ops$tkyte@ORA10G> insert into partitioned_table 2 select mod(rownum-1,2)+1, rownum, 'x' 3 from all_objects; 48967 rows created. ops$tkyte@ORA10G> begin 2 dbms_stats.gather_table_stats 3 ( user, 4 'PARTITIONED_TABLE', 5 cascade=>TRUE ); 6 end; 7 / PL/SQL procedure successfully completed. |
| ops$tkyte@ORA10G> alter tablespace p2 offline; Tablespace altered. |
| ops$tkyte@ORA10G> select * from partitioned_table where a = 1 and b = 1; A B DATA ---------- ---------- -------------------- 1 1 x |
| ops$tkyte@ORA10G> delete from plan_table; 4 rows deleted. ops$tkyte@ORA10G> explain plan for 2 select * from partitioned_table where a = 1 and b = 1; Explained. ops$tkyte@ORA10G> select * from table(dbms_xplan.display); PLAN_TABLE_OUTPUT ---------------------------------------------------------------------------------- | Operation | Name | Rows | Pstart | Pstop | ---------------------------------------------------------------------------------- | SELECT STATEMENT | | 1 | | | | PARTITION RANGE SINGLE | | 1 | 1 | 1 | | TABLE ACCESS BY LOCAL INDEX ROWID | PARTITIONED_TABLE | 1 | 1 | 1 | | INDEX RANGE SCAN | LOCAL_PREFIXED | 1 | 1 | 1 | ---------------------------------------------------------------------------------- Predicate Information (identified by operation id): --------------------------------------------------- 3 - access("A"=1 AND "B"=1) |
因此，使用LOCAL_PREFIXED的查询成功了。优化器能消除LOCAL_PREFIXED的PART_2不予考虑，因为我们在查询中指定了A=1，而且在计划中可以清楚地看到PSTART和PSTOP都等于1.分区消除帮助了我们。不过，第二个查询却失败了：
| ops$tkyte@ORA10G> select * from partitioned_table where b = 1; ERROR: ORA-00376: file 13 cannot be read at this time ORA-01110: data file 13: '/home/ora10g/.../o1_mf_p2_1dzn8jwp_.dbf' no rows selected |
| ops$tkyte@ORA10G> delete from plan_table; 4 rows deleted. ops$tkyte@ORA10G> explain plan for 2 select * from partitioned_table where b = 1; Explained. ops$tkyte@ORA10G> select * from table(dbms_xplan.display); PLAN_TABLE_OUTPUT ---------------------------------------------------------------------------------- | Operation | Name | Rows | Pstart | Pstop | ---------------------------------------------------------------------------------- | SELECT STATEMENT | | 1 | | | | PARTITION RANGE ALL | | 1 | 1 | 2 | | TABLE ACCESS BY LOCAL INDEX ROWID | PARTITIONED_TABLE | 1 | 1 | 2 | | INDEX RANGE SCAN | LOCAL_NONPREFIXED | 1 | 1 | 2 | ---------------------------------------------------------------------------------- Predicate Information (identified by operation id): --------------------------------------------------- 3 - access("B"=1) |
| ops$tkyte@ORA10G> drop index local_prefixed; Index dropped. ops$tkyte@ORA10G> select * from partitioned_table where a = 1 and b = 1; A B DATA ---------- ---------- -------------------- 1 1 x |
| ops$tkyte@ORA10G> delete from plan_table; 4 rows deleted. ops$tkyte@ORA10G> explain plan for 2 select * from partitioned_table where a = 1 and b = 1; Explained. ops$tkyte@ORA10G> select * from table(dbms_xplan.display); PLAN_TABLE_OUTPUT ---------------------------------------------------------------------------------- | Operation | Name | Rows | Pstart | Pstop | ---------------------------------------------------------------------------------- | SELECT STATEMENT | | 1 | | | | PARTITION RANGE SINGLE | | 1 | 1 | 1 | | TABLE ACCESS BY LOCAL INDEX ROWID | PARTITIONED_TABLE | 1 | 1 | 1 | | INDEX RANGE SCAN | LOCAL_NONPREFIXED | 1 | 1 | 1 | ---------------------------------------------------------------------------------- Predicate Information (identified by operation id): --------------------------------------------------- 2 - filter("A"=1) 3 - access("B"=1) |
如果你频繁地用以下查询来查询先前的表：
| select ... from partitioned_table where a = :a and b = :b; select ... from partitioned_table where b = :b; |
这里的关键是，不必对非前缀索引退避三舍，也不要认为非前缀索引是主要的性能障碍。如果你有多个如前所列的查询（可以得益于非前缀索引），就应该考虑使用一个非前缀索引。重点是，要尽可能保证查询包含的谓词允许索引分区消除。使用前缀局部索引可以保证这一点，使用非前缀索引则不能保证。还要考虑如何使用索引。如果将索引用作查询计划中的第一步，那么这两种类型的索引没有多少差别。
2. 局部索引和惟一约束
为了保证惟一性（这包括UNIQUE约束或PRIMARY KEY约束），如果你想使用一个局部索引来保证这个约束，那么分区键必须包括在约束本身中。在我看来，这是局部索引的最大限制。Oracle只保证索引分区内部的惟一性，而不能跨分区。这说明什么呢？例如，这意味着不能一方面在一个TIMESTAMP字段上执行区间分区，而另一方面在ID上有一个主键（使用一个局部分区索引来保证）。Oracle会利用全局索引来保证惟一性。
在下面的例子中，我们将创建一个区间分区表，它按一个名为LOAD_TYPE的列分区，却在ID列上有一个主键。为此，可以在一个没有任何其他对象的模式中执行以下CREATE TABLE语句，所以通过查看这个用户所拥有的每一个段，就能很容易地看出到底创建了哪些对象：
| ops$tkyte@ORA10G> CREATE TABLE partitioned 2 ( load_date date, 3 id int, 4 constraint partitioned_pk primary key(id) 5 ) 6 PARTITION BY RANGE (load_date) 7 ( 8 PARTITION part_1 VALUES LESS THAN 9 ( to_date('01/01/2000','dd/mm/yyyy') ) , 10 PARTITION part_2 VALUES LESS THAN 11 ( to_date('01/01/2001','dd/mm/yyyy') ) 12 ) 13 / Table created. ops$tkyte@ORA10G> select segment_name, partition_name, segment_type 2 from user_segments; SEGMENT_NAME PARTITION_NAME SEGMENT_TYPE -------------- --------------- ------------------ PARTITIONED PART_1 TABLE PARTITION PARTITIONED PART_2 TABLE PARTITION PARTITIONED_PK INDEX |
| ops$tkyte@ORA10G> CREATE TABLE partitioned 2 ( timestamp date, 3 id int 4 ) 5 PARTITION BY RANGE (timestamp) 6 ( 7 PARTITION part_1 VALUES LESS THAN 8 ( to_date('01-jan-2000','dd-mon-yyyy') ) , 9 PARTITION part_2 VALUES LESS THAN 10 ( to_date('01-jan-2001','dd-mon-yyyy') ) 11 ) 12 / Table created. ops$tkyte@ORA10G> create index partitioned_idx 2 on partitioned(id) local 3 / Index created. ops$tkyte@ORA10G> select segment_name, partition_name, segment_type 2 from user_segments; SEGMENT_NAME PARTITION_NAME SEGMENT_TYPE --------------- --------------- ------------------ PARTITIONED PART_1 TABLE PARTITION PARTITIONED_IDX PART_2 INDEX PARTITION PARTITIONED PART_ 2 TABLE PARTITION PARTITIONED_IDX PART_1 INDEX PARTITION ops$tkyte@ORA10G> alter table partitioned 2 add constraint 3 partitioned_pk 4 primary key(id) 5 / alter table partitioned * ERROR at line 1: ORA-01408: such column list already indexed |
为什么局部分区索引不能保证惟一性（除非分区键是约束的一部分），原因有两方面。首先，如果Oracle允许如此，就会丧失分区的大多数好处。可用性和可扩缩性都会丧失殆尽，因为对于任何插入和更新，总是要求所有分区都一定可用，而且要扫描每一个分区。你的分区越多，数据就会变得越不可用。另外，分区越多，要扫描的索引分区就越多，分区也会变得越发不可扩缩。这样做不仅不能提供可用性和可扩缩性，相反，实际上反倒会削弱可用性和可扩缩性。
另外，倘若局部分区索引能保证惟一性，Oracle就必须在事务级对这个表的插入和更新有效地串行化。这是因为，如果向PART_1增加ID=1，Oracle就必须以某种方式防止其他人向PART_2增加ID=1。对此惟一的做法是防止别人修改索引分区PART_2，因为无法通过对这个分区中的内容“锁定”来做到（找不出什么可以锁定）。
在一个OLTP系统中，惟一性约束必须由系统保证（也就是说，由Oracle保证），以确保数据的完整性。这意味着，应用的逻辑模型会对物理设计产生影响。惟一性约束能决定底层的表分区机制，影响分区键的选择，或者指示你应该使用全局索引。下面将更深入地介绍全局索引。
1.3.2 全局索引
全局索引使用一种有别于底层表的机制进行分区。表可以按一个TIMESTAMP列划分为10个分区，而这个表上的一个全局索引可以按REGION列划分为5个分区。与局部索引不同，全局索引只有一类，这就是前缀全局索引（prefixed global index）。如果全局索引的索引键未从该索引的分区键开始，这是不允许的。这说明，不论用什么属性对索引分区，这些属性都必须是索引键的前几列。下面继续看前面的例子，这里给出一个使用全局索引的小例子。它显示全局分区索引可以用于保证主键的惟一性，这样一来，即使不包括表的分区键，也可以有能保证惟一性的分区索引。下面的例子创建了一个按TIMESTAMP分区的表，它有一个按ID分区的索引：
| ops$tkyte@ORA10G> CREATE TABLE partitioned 2 ( timestamp date, 3 id int 4 ) 5 PARTITION BY RANGE (timestamp) 6 ( 7 PARTITION part_1 VALUES LESS THAN 8 ( to_date('01-jan-2000','dd-mon-yyyy') ) , 9 PARTITION part_2 VALUES LESS THAN 10 ( to_date('01-jan-2001','dd-mon-yyyy') ) 11 ) 12 / Table created. ops$tkyte@ORA10G> create index partitioned_index 2 on partitioned(id) 3 GLOBAL 4 partition by range(id) 5 ( 6 partition part_1 values less than(1000), 7 partition part_2 values less than (MAXVALUE) 8 ) 9 / Index created. |
下面，在这个例子的最后，我们将向表增加主键：
| ops$tkyte@ORA10G> alter table partitioned add constraint 2 partitioned_pk 3 primary key(id) 4 / Table altered. |
| ops$tkyte@ORA10G> drop index partitioned_index; drop index partitioned_index * ERROR at line 1: ORA-02429: cannot drop index used for enforcement of unique/primary key |
| ops$tkyte@ORA10G> create index partitioned_index2 2 on partitioned(timestamp,id) 3 GLOBAL 4 partition by range(id) 5 ( 6 partition part_1 values less than(1000), 7 partition part_2 values less than (MAXVALUE) 8 ) 9 / partition by range(id) * ERROR at line 4: ORA-14038: GLOBAL partitioned index must be prefixed |
1. 数据仓库和全局索引
原先数据仓库和全局索引是相当互斥的。数据仓库就意味着系统有某些性质，如有大量的数据出入。许多数据仓库都实现了一种滑动窗口（sliding window）方法来管理数据，也就是说，删除表中最旧的分区，并为新加载的数据增加一个新分区。在过去（Oracle8i及以前的版本），数据仓库系统都避免使用全局索引，对此有一个很好的原因：全局索引缺乏可用性。大多数分区操作（如删除一个旧分区）都会使全局索引无效，除非重建全局索引，否则无法使用，这会严重地影响可用性，以前往往都是如此。
l 滑动窗口和索引
下面的例子实现了一个经典的数据滑动窗口。在许多实现中，会随着时间的推移向仓库中增加数据，而最旧的数据会老化。在很多时候，这个数据会按一个日期属性进行区间分区，所以最旧的数据多存储在一个分区中，新加载的数据很可能都存储在一个新分区中。每月的加载过程涉及：
q 去除老数据：最旧的分区要么被删除，要么与一个空表交换（将最旧的分区变为一个表），从而允许对旧数据进行归档。
q 加载新数据并建立索引：将新数据加载到一个“工作”表中，建立索引并进行验证。
q 关联新数据：一旦加载并处理了新数据，数据所在的表会与分区表中的一个空分区交换，将表中的这些新加载的数据变成分区表中的一个分区（分区表会变得更大）。
这个过程会没有重复，或者执行加载过程的任何周期重复；可以是每天或每周。我们将在这一节实现这个非常典型的过程，显示全局分区索引的影响，并展示分区操作期间可以用哪些选项来提高可用性，从而能实现一个数据滑动窗口，并维持数据的连续可用性。
在这个例子中，我们将处理每年的数据，并加载2004和2005财政年度的数据。这个表按TIMESTAMP列分区，并创建了两个索引，一个是ID列上的局部分区索引，另一个是TIMESTAMP列上的全局索引（这里为分区）：
| ops$tkyte@ORA10G> CREATE TABLE partitioned 2 ( timestamp date, 3 id int 4 ) 5 PARTITION BY RANGE (timestamp) 6 ( 7 PARTITION fy_2004 VALUES LESS THAN 8 ( to_date('01-jan-2005','dd-mon-yyyy') ) , 9 PARTITION fy_2005 VALUES LESS THAN 10 ( to_date('01-jan-2006','dd-mon-yyyy') ) 11 ) 12 / Table created. ops$tkyte@ORA10G> insert into partitioned partition(fy_2004) 2 select to_date('31-dec-2004',’dd-mon-yyyy’)-mod(rownum,360), object_id 3 from all_objects 4 / 48514 rows created. ops$tkyte@ORA10G> insert into partitioned partition(fy_2005) 2 select to_date('31-dec-2005',’dd-mon-yyyy’)-mod(rownum,360), object_id 3 from all_objects 4 / 48514 rows created. ops$tkyte@ORA10G> create index partitioned_idx_local 2 on partitioned(id) 3 LOCAL 4 / Index created. ops$tkyte@ORA10G> create index partitioned_idx_global 2 on partitioned(timestamp) 3 GLOBAL 4 / Index created. |
（1） 删除最旧的财政年度数据。我们不想永远地丢掉这个数据，而只是希望它老化，并将其归档。
（2） 增加最新的财政年度数据。加载、转换、建索引等工作需要一定的时间。我们想做这个工作，但是希望尽可能不影响当前数据的可用性。
第一步是为2004财政年度建立一个看上去就像分区表的空表。我们将使用这个表与分区表中的FY_2004分区交换，将这个分区转变成一个表，相应地是分区表中的分区为空。这样做的效果就是分区表中最旧的数据（实际上）会在交换之后被删除：
| ops$tkyte@ORA10G> create table fy_2004 ( timestamp date, id int ); Table created. ops$tkyte@ORA10G> create index fy_2004_idx on fy_2004(id) 2 / Index created. |
| ops$tkyte@ORA10G> create table fy_2006 ( timestamp date, id int ); Table created. ops$tkyte@ORA10G> insert into fy_2006 2 select to_date('31-dec-2006',’dd-mon-yyyy’)-mod(rownum,360), object_id 3 from all_objects 4 / 48521 rows created. ops$tkyte@ORA10G> create index fy_2006_idx on fy_2006(id) nologging 2 / Index created. |
现在可以使用一个交换分区来更新“活动”数据：
| ops$tkyte@ORA10G> alter table partitioned 2 exchange partition fy_2004 3 with table fy_2004 4 including indexes 5 without validation 6 / Table altered. ops$tkyte@ORA10G> alter table partitioned 2 drop partition fy_2004 3 / Table altered. |
接下来，我们想“滑入”（即增加）新数据：
| ops$tkyte@ORA10G> alter table partitioned 2 add partition fy_2006 3 values less than ( to_date('01-jan-2007','dd-mon-yyyy') ) 4 / Table altered. ops$tkyte@ORA10G> alter table partitioned 2 exchange partition fy_2006 3 with table fy_2006 4 including indexes 5 without validation 6 / Table altered. |
不过，通过查看索引，可以看到下面的结果：
| ops$tkyte@ORA10G> select index_name, status from user_indexes; INDEX_NAME STATUS ------------------------------ -------- FY_2006_IDX VALID FY_2004_IDX VALID PARTITIONED_IDX_GLOBAL UNUSABLE |
| ops$tkyte@ORA10G> set autotrace on explain ops$tkyte@ORA10G> select /*+ index( partitioned PARTITIONED_IDX_GLOBAL ) */ count(*) 2 from partitioned 3 where timestamp between sysdate-50 and sysdate; select /*+ index( partitioned PARTITIONED_IDX_GLOBAL ) */ count(*) * ERROR at line 1: ORA-01502: index 'OPS$TKYTE.PARTITIONED_IDX_GLOBAL' or partition of such index is in unusable state ops$tkyte@ORA10G> select count(*) 2 from partitioned 3 where timestamp between sysdate-50 and sysdate; COUNT(*) ---------- 6750 Execution Plan ---------------------------------------------------------- 0 SELECT STATEMENT Optimizer=ALL_ROWS (Cost=59 Card=1 Bytes=9) 1 0 SORT (AGGREGATE) 2 1 FILTER 3 2 PARTITION RANGE (ITERATOR) (Cost=59 Card=7234 Bytes=65106) 4 3 TABLE ACCESS (FULL) OF 'PARTITIONED' (TABLE) (Cost=59 Card=7234 ops$tkyte@ORA10G> set autotrace off |
q 跳过索引，可以像这个例子中一样（Oracle 10g会透明地这样做），在9i中则可以通过设置会话参数SKIP_UNUSABLE_INDEXES=TRUE来跳过索引（Oracle 10g将这个设置默认为TRUE）。但是这样一来，就丢失了索引所提供的性能提升。
q 让查询接收到一个错误，就像9i中一样（SKIP_UNUSABLE_INDEX设置为FALSE），在10g中，显式地请求使用提示的任何查询都会接收到错误。要想让数据再次真正可用，必须重建这个索引。
到此为止滑动窗口过程几乎不会带来任何停机时间，但是在我们重建全局索引时，需要相当长的时间才能完成。如果查询依赖于这些索引，在此期间它们的运行时查询性能就会受到负面影响，可能根本不会运行，也可能运行时得不到索引提供的好处。所有数据都必须扫描，而且要根据数据重建整个索引。如果表的大小为数百DB，这会占用相当多的资源。
l “活动”全局索引维护
从Oracle9i开始，对于分区维护又增加了另一个选项：可以在分区操作期间使用UPDATE GLOBAL INEXES子句来维护全局索引。这意味着，在你删除一个分区、分解一个分区以及在分区上执行任何必要的操作时，Oracle会对全局索引执行必要的修改，保证它是最新的。由于大多数分区操作都会导致全局索引无效，这个特征对于需要提供数据连续访问的系统来说是一个大福音。你会发现，通过牺牲分区操作的速度（但是原先重建索引后会有一个可观的不可用窗口，即不可用的停机时间相当长），可以换取100%的数据可用性（尽管分区操作的总体响应时间会更慢）。简单地说，如果数据仓库不允许有停机时间，而且必须支持数据的滑入滑出等数据仓库技术，这个特性就再合适不过了，但是你必须了解它带来的影响。
再来看前面的例子，如果分区操作在必要时使用了UPDATE GLOBAL INDEXES子句（在这个例子中，在ADD PARTITION语句上就没有必要使用这个子句，因为新增加的分区中没有任何行）：
| ops$tkyte@ORA10G> alter table partitioned 2 exchange partition fy_2004 3 with table fy_2004 4 including indexes 5 without validation 6 UPDATE GLOBAL INDEXES 7 / Table altered. ops$tkyte@ORA10G> alter table partitioned 2 drop partition fy_2004 3 UPDATE GLOBAL INDEXES 4 / Table altered. ops$tkyte@ORA10G> alter table partitioned 2 add partition fy_2006 3 values less than ( to_date('01-jan-2007','dd-mon-yyyy') ) 4 / Table altered. ops$tkyte@ORA10G> alter table partitioned 2 exchange partition fy_2006 3 with table fy_2006 4 including indexes 5 without validation 6 UPDATE GLOBAL INDEXES 7 / Table altered. |
| ops$tkyte@ORA10G> select index_name, status from user_indexes; INDEX_NAME STATUS ------------------------------ -------- FY_2006_IDX VALID FY_2004_IDX VALID PARTITIONED_IDX_GLOBAL VALID PARTITIONED_IDX_LOCAL N/A 6 rows selected. ops$tkyte@ORA10G> set autotrace on explain ops$tkyte@ORA10G> select count(*) 2 from partitioned 3 where timestamp between sysdate-50 and sysdate; COUNT(*) ---------- 6750 Execution Plan ---------------------------------------------------------- 0 SELECT STATEMENT Optimizer=ALL_ROWS (Cost=9 Card=1 Bytes=9) 1 0 SORT (AGGREGATE) 2 1 FILTER 3 2 INDEX (RANGE SCAN) OF 'PARTITIONED_IDX_GLOBAL' (INDEX) (Cost=9... |
实际上，通过使用runstats，并对前面的例子稍加修改，就能测量出分区操作期间维护全局索引所执行的“额外”工作量。同前面一样，我们将滑出FY_2004，并滑入FY_2006，这就必须加入索引重建。由于需要重建全局索引，因此滑动窗口实现将导致数据变得不可用。然后我们再滑出FY_2005，并滑入FY_2007，不过这一次将使用UPDATE GLOBAL INDEXES子句，来模拟提供完全数据可用性的滑动窗口实现。这样一来，即使在分区操作期间，数据也是可用的。采用这种方式，我们就能测量出使用不同技术实现相同操作的性能，并对它们进行比较。我们期望的结果是，第一种方法占用的数据库资源更少，因此会完成得“更快”，但是会带来显著的“停机时间”。第二种方法尽管会占用更多的资源，而且总的来说可能需要花费更长的时间才能完成，但是不会带来任何停机时间。对最终用户而言，他们的工作脚步永远不会停止。尽管可能处理起来会稍微慢一些（因为存在资源竞争），但是他们能一直处理，而且从不停止。
因此，如果用前面的例子，不过另外创建一个类似FY_2004的空FY_2005表，并创建一个类似FY_2006的满FY_2007表，这样就可以测量索引重建方法之间有什么差别，先来看“不太可用的方法”：
| exec runStats_pkg.rs_start; alter table partitioned exchange partition fy_2004 with table fy_2004 including indexes without validation; alter table partitioned drop partition fy_2004; alter table partitioned add partition fy_2006 values less than ( to_date('01-jan-2007','dd-mon-yyyy') ); alter table partitioned exchange partition fy_2006 with table fy_2006 including indexes without validation; alter index partitioned_idx_global rebuild; exec runStats_pkg.rs_middle; |
| alter table partitioned exchange partition fy_2005 with table fy_2005 including indexes without validation update global indexes; alter table partitioned drop partition fy_2005 update global indexes; alter table partitioned add partition fy_2007 values less than ( to_date('01-jan-2008','dd-mon-yyyy') ); alter table partitioned exchange partition fy_2007 with table fy_2007 including indexes without validation update global indexes; exec runStats_pkg.rs_stop; |
| ops$tkyte@ORA10G> exec runStats_pkg.rs_stop; Run1 ran in 81 hsecs Run2 ran in 94 hsecs run 1 ran in 86.17% of the time Name Run1 Run2 Diff ... STAT...CPU used when call star 39 59 20 ... STAT...redo entries 938 3,340 2,402 STAT...db block gets 1,348 5,441 4,093 STAT...session logical reads 2,178 6,455 4,277 ... LATCH.cache buffers chains 5,675 27,695 22,020 ... STAT...table scan rows gotten 97,711 131,427 33,716 STAT...undo change vector size 35,100 3,404,056 3,368,956 STAT...redo size 2,694,172 6,197,988 3,503,816 |
查看这种方法生成的redo时，可以看到UPDATE GLOBAL INDEXES生成的redo会多出许多，它是索引创建方法的230%，而且可以想见，随着为表增加越来越多的全局索引，UPDATE GLOBAL INDEXES生成的redo数量还会进一步增加。UPDATE GLOBAL INDEXES生成的redo是不可避免的，不能通过NOLOGGING去掉，因为全局索引的维护不是其结构的完全重建，而应该算是一种增量式“维护”。另外，由于我们维护着活动索引结构，必须为之生成undo，万一分区操作失败，必须准备好将索引置回到它原来的样子。而且要记住，undo受redo本身的保护，因此你看到的所生成的redo中，有些来自索引更新，有些来自回滚。如果增加另一个（或两个）全局索引，可以很自然地想见这些数据量会增加。
所以，UPDATE GLOBAL INDEXES是一种允许用资源耗费的增加来换取可用性的选项。如果需要提供连续的可用性，这就是一个必要的选择。但是，你必须理解相关的问题，并且适当地确定系统中其他组件的大小。具体地将，许多数据仓库过一段时间都会改为使用大批量的直接路径操作，而绕过undo生成，如果允许的话，还会绕过redo生成。但是倘若使用UPDATE GLOBAL INDEXES，就不能绕过undo或redo生成。在使用这个特性之前，需要检查确定组件大小所用的规则，从而确保这种方法在你的系统上确实能正常工作。
2. OLTP和全局索引
OLTP系统的特点是会频繁出现许多小的读写事务，一般来讲，在OLTP系统中，首要的是需要快速访问所需的行，而且数据完整性很关键，另外可用性也非常重要。
在OLTP系统中，许多情况下全局索引很有意义。表数据可以按一个键（一个列键）分区。不过，你可能需要以多种不同的方式访问数据。例如，可能会按表中的LOCATION来划分EMPLOYEE数据，但是还需要按以下列快速访问EMPLOYEE数据：
q DEPARTMENT：部门的地理位置很分散。部门和位置之间没有任何关系。
q EMPLOYEE_ID：尽管员工ID能确定位置，但是你不希望必须按EMPLOYEE_ID和LOCATION搜索，因为这样一来索引分区上将不能发生分区消除。而且EMPLOYEE_ID本身必然是惟一的。
q JOB_TITLE：JOB_TITLE和LOCATION之间没有任何关系。任何LOCATION上都可以出现所有JOB_TITLE值。
这里需要按多种不同的键来访问应用中不同位置的EMPLOYEE数据，而且速度至上。在一个数据仓库中，可以只使用这些键上的局部分区索引，并使用并行索引区间扫描来快速收集大量数据。在这些情况下不必使用索引分区消除。不过，在OLTP系统中则不同，确实需要使用分区消除，并发查询对这些系统不合适；我们要适当地提供索引。因此，需要利用某些字段上的全局索引。
我们要满足以下目标：
q 快速访问
q 数据完整性
q 可用性
在一个OLTP系统中，可以通过全局索引实现这些目标。我们可能不实现滑动窗口，而且暂时不考虑审计。我们并不分解分区（除非有一个预定的停机时间），也不会移动数据，等等。对于数据仓库中执行的操作，一般来说不会在活动的OLTP系统中执行它们。
以下是一个小例子，显示了如何用全局索引来达到以上所列的3个目标。这里使用简单的“单分区”全局索引，但是这与多个分区情况下的全局索引也没有不同（只有一点除外，增加索引分区时，可用性和可管理性会提高）。先创建一个表，它按位置LOC执行区间分区，根据我们的规则，这会把所有小于‘C’的LOC值放在分区P1中，小于’D‘的LOC值则放在分区P2中，依此类推：
| ops$tkyte@ORA10G> create table emp 2 (EMPNO NUMBER(4) NOT NULL, 3 ENAME VARCHAR2(10), 4 JOB VARCHAR2(9), 5 MGR NUMBER(4), 6 HIREDATE DATE, 7 SAL NUMBER(7,2), 8 COMM NUMBER(7,2), 9 DEPTNO NUMBER(2) NOT NULL, 10 LOC VARCHAR2(13) NOT NULL 11 ) 12 partition by range(loc) 13 ( 14 partition p1 values less than('C') tablespace p1, 15 partition p2 values less than('D') tablespace p2, 16 partition p3 values less than('N') tablespace p3, 17 partition p4 values less than('Z') tablespace p4 18 ) 19 / Table created. |
| ops$tkyte@ORA10G> alter table emp add constraint emp_pk 2 primary key(empno) 3 / Table altered. |
| ops$tkyte@ORA10G> create index emp_job_idx on emp(job) 2 GLOBAL 3 / Index created. ops$tkyte@ORA10G> create index emp_dept_idx on emp(deptno) 2 GLOBAL 3 / Index created. ops$tkyte@ORA10G> insert into emp 2 select e.*, d.loc 3 from scott.emp e, scott.dept d 4 where e.deptno = d.deptno 5 / 14 rows created. |
| ops$tkyte@ORA10G> break on pname skip 1 ops$tkyte@ORA10G> select 'p1' pname, empno, job, loc from emp partition(p1) 2 union all 3 select 'p2' pname, empno, job, loc from emp partition(p2) 4 union all 5 select 'p3' pname, empno, job, loc from emp partition(p3) 6 union all 7 select 'p4' pname, empno, job, loc from emp partition(p4) 8 / PN EMPNO JOB LOC -- ---------- --------- ------------- p2 7499 SALESMAN CHICAGO 7698 MANAGER CHICAGO 7654 SALESMAN CHICAGO 7900 CLERK CHICAGO 7844 SALESMAN CHICAGO 7521 SALESMAN CHICAGO p3 7369 CLERK DALLAS 7876 CLERK DALLAS 7902 ANALYST DALLAS 7788 ANALYST DALLAS 7566 MANAGER DALLAS p4 7782 MANAGER NEW YORK 7839 PRESIDENT NEW YORK 7934 CLERK NEW YORK 14 rows selected. |
| ops$tkyte@ORA10G> variable x varchar2(30); ops$tkyte@ORA10G> begin 2 dbms_stats.set_table_stats 3 ( user, 'EMP', numrows=>100000, numblks => 10000 ); 4 end; 5 / PL/SQL procedure successfully completed. ops$tkyte@ORA10G> delete from plan_table; 3 rows deleted. ops$tkyte@ORA10G> explain plan for 2 select empno, job, loc from emp where empno = :x; Explained. ops$tkyte@ORA10G> select * from table(dbms_xplan.display); PLAN_TABLE_OUTPUT ------------------------------------------------------------------------ | Operation | Name |Rows |Bytes |Pstart |Pstop | ------------------------------------------------------------------------ | SELECT STATEMENT | | 1 | 27 | | | | TABLE ACCESS BY GLOBAL INDEX ROWID | EMP | 1 | 27 |ROWID |ROWID | | INDEX UNIQUE SCAN | EMP_PK | 1 | | | | ------------------------------------------------------------------------ Predicate Information (identified by operation id): --------------------------------------------------- 2 - access("EMPNO"=TO_NUMBER(:X)) |
这里的计划显示出对未分区索引EMP_PK（为支持主键所创建）有一个INDEX UNIQUE SCAN。然后还有一个TABLE ACCESS GLOBAL INDEX ROWID，其PSTART和PSTOP为ROWID/ROWID，这说明从索引得到ROWID时，它会准确地告诉我们读哪个索引分区来得到这一行。这个索引访问与未分区表上的访问同样有效，而且为此会执行同样数量的I/O。这只是一个简单的单索引惟一扫描，其后是“根据ROWID来得到这一行”。现在，我们来看一个全局索引，即JOB上的全局索引：
| ops$tkyte@ORA10G> delete from plan_table; 3 rows deleted. ops$tkyte@ORA10G> explain plan for 2 select empno, job, loc from emp where job = :x; Explained. ops$tkyte@ORA10G> select * from table(dbms_xplan.display); PLAN_TABLE_OUTPUT --------------------------------------------------------------------------- | Operation |Name |Rows |Bytes |Pstart |Pstop | --------------------------------------------------------------------------- | SELECT STATEMENT | | 1000 |27000 | | | | TABLE ACCESS BY GLOBAL INDEX ROWID |EMP | 1000 |27000 |ROWID |ROWID | | INDEX RANGE SCAN |EMP_JOB_IDX | 400 | | | | --------------------------------------------------------------------------- Predicate Information (identified by operation id): --------------------------------------------------- 2 - access("JOB"=:X) |
最后，下面来看可用性方面。Oracle文档指出，与局部分区索引相比，全局分区索引更有利于“不那么可用”的数据。我不完全同意这种以一概全的说法。我认为，在OLTP系统中，全局分区索引与局部分区索引有着同样的高度可用性。考虑以下例子：
| ops$tkyte@ORA10G> alter tablespace p1 offline; Tablespace altered. ops$tkyte@ORA10G> alter tablespace p2 offline; Tablespace altered. ops$tkyte@ORA10G> alter tablespace p3 offline; Tablespace altered. ops$tkyte@ORA10G> select empno, job, loc from emp where empno = 7782; EMPNO JOB LOC ---------- --------- ------------- 7782 MANAGER NEW YORK |
不过，在这种情况下，其他类型的查询不会（而且不能）工作：
| ops$tkyte@ORA10G> select empno, job, loc from emp where job = 'CLERK'; select empno, job, loc from emp where job = 'CLERK' * ERROR at line 1: ORA-00376: file 13 cannot be read at this time ORA-01110: data file 13: '/home/ora10g/oradata/.../o1_mf_p2_1dzn8jwp_.dbf' |
不过，要注意，如果可以由索引来回答查询，就要避免TABLE ACCESS BY ROWID，数据不可用的事实并不重要：
| ops$tkyte@ORA10G> select count(*) from emp where job = 'CLERK'; COUNT(*) ---------- 4 |
1.4 再论分区和性能
我经常听人说：“我对分区真是失望。我们对最大的表执行了分区，但它变得更慢了。难道分区就是这样吗？它能算一种性能提升特性吗？”对总体查询性能来说，分区的影响无非有以下三种可能：
q 使你的查询更快
q 根本不影响查询的性能
q 是你的查询更慢，而且与未分区实现相比，会占用多出几倍的资源
在一个数据仓库中，基于数据相关问题的了解，很可能是以上第一种情况。如果查询频繁地全面扫描很大的数据表，通过消除大段的数据，分区能够对这些查询有很好的影响。假设你有一个100万行的表，其中有一个时间戳属性。你的查询要从这个表中获取一年的数据（其中有10年的数据）。查询使用了一个全表扫描来获取这个数据。如果按时间戳分区，例如每个月一个分区，就可以只对1/10的数据进行全面扫描（假设各年的数据是均匀分布的）。通过分区消除，90%的数据都可以不考虑。你的查询往往会运行得更快。
现在，再来看如果OLTP系统中有一个类似的表。在这种应用中，你肯定不会获取100万行表中10%的数据，因此，尽管数据仓库中可以得到大幅的速度提升，但这种提升在事务性系统中得不到。不同系统中做的工作是不一样的，所用不可能有同样的改进。因此，一般来说，在OLTP系统中达不到第一种情况（不会是查询更快），你不会主要因为提供性能而应用分区。就算是要应用分区，也往往是为了提供可用性以及得到管理上的易用性。但是需要指出，在一个OLTP系统中，即使是要确保达到第二点（也就是说，对查询的性能没有影响，而不论是负面影响还是正面影响），也并非轻而易举，而需要付出努力。很多时候，你的目标可能只是应用分区而不影响查询响应时间。
我发现，很多情况下实现团队会看到他们有一个很大的表，例如有1000万行。对现在来说，1000万听上去像是一个难以置信的大数字（在5年或10年前，这实在是一个很大的数，但是时间可以改变一切）。所以团队决定将数据分区。但是通过查看数据，却发现没有哪个属性可以用于区间分区（RANGE partitioning）。根本没有合适的属性来执行区间分区。同样，列表分区（LIST partitioning）也不可行。这个表中没有什么能作为分区的“依据”。所以，实现团队想对主键执行散列分区，而主键恰好填充为一个Oracle序号。看上去很完美，主键是惟一的，而且易于散列，另外很多查询都有以下形式：SELECT * FROM T WHERE PRIMARY_KEY = :X。
但问题是，对这个对象还有另外一些并非这种形式的查询，为了便于说明，假设当前表实际上是ALL_OBJECTS字典视图，尽管在内部许多查询的形式都是WHERE OBJECT_ID = :X，但最终用户还会频繁地对应用发出以下请求：
q 显示SCOTT中EMP表的详细信息（WHERE OWNER=:0 AND OBJECT_TYPE=:T AND OBJECT_NAME=:N）。
q 显示SCOTT所拥有的所有表（WHERE OWNER=:0 AND OBJECT_TYPE=:T）。
q 显示SCOTT所拥有的所有对象（WHERE OWNER=:0）.
为了支持这些查询，在（OWNER.OBJECT_TYPE.OBJECT_NAME）上有一个索引。但是你听说“局部索引更可用”，而你希望系统能更可用，所以将索引实现为局部索引。最后将表重建如下，它有16个散列分区：
| ops$tkyte@ORA10G> create table t 2 ( OWNER, OBJECT_NAME, SUBOBJECT_NAME, OBJECT_ID, DATA_OBJECT_ID, 3 OBJECT_TYPE, CREATED, LAST_DDL_TIME, TIMESTAMP, STATUS, 4 TEMPORARY, GENERATED, SECONDARY ) 5 partition by hash(object_id) 6 partitions 16 7 as 8 select * from all_objects; Table created. ops$tkyte@ORA10G> create index t_idx 2 on t(owner,object_type,object_name) 3 LOCAL 4 / Index created. ops$tkyte@ORA10G> begin 2 dbms_stats.gather_table_stats 3 ( user, 'T', cascade=>true); 4 end; 5 / PL/SQL procedure successfully completed. |
| variable o varchar2(30) variable t varchar2(30) variable n varchar2(30) exec :o := 'SCOTT'; :t := 'TABLE'; :n := 'EMP'; select * from t where owner = :o and object_type = :t and object_name = :n / select * from t where owner = :o and object_type = :t / select * from t where owner = :o / |
| select * from t where owner = :o and object_type = :t and object_name = :n call count cpu elapsed disk query current rows ------- ------ -------- ---------- ---------- ---------- ---------- ---------- total 4 0.00 0.00 0 34 0 1 Rows Row Source Operation ------- --------------------------------------------------- 1 PARTITION HASH ALL PARTITION: 1 16 (cr=34 pr=0 pw=0 time=359 us) 1 TABLE ACCESS BY LOCAL INDEX ROWID T PARTITION: 1 16 (cr=34 pr=0 1 INDEX RANGE SCAN T_IDX PARTITION: 1 16 (cr=33 pr=0 pw=0 time=250 |
| select * from t where owner = :o and object_type = :t and object_name = :n call count cpu elapsed disk query current rows ------- ------ -------- ---------- ---------- ---------- ---------- ---------- total 4 0.00 0.00 0 5 0 1 Rows Row Source Operation ------- --------------------------------------------------- 1 TABLE ACCESS BY INDEX ROWID T (cr=5 pr=0 pw=0 time=62 us) 1 INDEX RANGE SCAN T_IDX (cr=4 pr=0 pw=0 time=63 us) |
| select * from t where owner = :o and object_type = :t call count cpu elapsed disk query current rows ------- ------ -------- ---------- ---------- ---------- ---------- ---------- total 5 0.01 0.01 0 47 0 16 total 5 0.00 0.00 0 16 0 16 select * from t where owner = :o call count cpu elapsed disk query current rows ------- ------ -------- ---------- ---------- ---------- ---------- ---------- total 5 0.00 0.00 0 51 0 25 total 5 0.00 0.00 0 23 0 25 |
| 1 PARTITION HASH ALL PARTITION: 1 16 (cr=34 pr=0 pw=0 time=359 us) 1 TABLE ACCESS BY LOCAL INDEX ROWID T PARTITION: 1 16 (cr=34 pr=0 1 INDEX RANGE SCAN T_IDX PARTITION: 1 16 (cr=33 pr=0 pw=0 time=250 |
解决方案是对索引执行全局分区。例如，继续看这个T_IDX例子，可以选择对索引进行散列分区（这是Oracle 10g的新特性）：
注意 索引的散列分区是一个新的Oracle 10g特性，这在Oracle9i中是没有的。对于散列分区的索引，有关区间扫描还有一些问题需要考虑，这一节后面就会讨论。
| ops$tkyte@ORA10G> create index t_idx 2 on t(owner,object_type,object_name) 3 global 4 partition by hash(owner) 5 partitions 16 6 / Index created. |
| call count cpu elapsed disk query current rows ------- ------ -------- ---------- ---------- ---------- ---------- ---------- total 4 0.00 0.00 0 4 0 1 total 5 0.00 0.00 0 19 0 16 total 5 0.01 0.00 0 28 0 25 |
这是不是说分区对OLTP性能完全没有正面影响呢？不完全如此，要换个场合来看。一般来讲，对于OLTP中的数据获取，分区确实没有正面的影响；相反，我们还必须小心地保证数据获取不要受到负面的影响。但是对于高度并发环境中的数据修改，分区则可能提供显著的好处。
考虑一个相当简单的例子，有一个表，而且只有一个索引，在这个表中再增加一个主键。如果没有分区，实际上这里只有一个表：所有插入都会插入到这个表中。对这个表的freelist可能存在竞争。另外，OBJECT_ID列上的主键索引是一个相当“重”的右侧索引，如第11章所讨论的那样。假设主键列由一个序列来填充；因此，所有插入都会放到最右边的块中，这就会导致缓冲区等待。另外只有一个要竞争的索引结构T_IDX。目前看来，“单个”的项目太多了（只有一个表，一个索引等）。
再来看分区的情况。按OBJECT_ID将表散列分区为16个分区。现在就会竞争16个“表”，而且只会有1/16个“右侧”，每个索引结构只会接收以前1/16的工作负载，等等。也就是说，在一个高度并发环境中可以使用分区来减少竞争，这与第11章使用反向键索引减少缓冲区忙等待是一样的。不过必须注意，与没有分区相比，数据的分区处理本身会占用更多的CPU时间。也就是说，如果没有分区，数只有一个去处，但有了分区后，则需要用更多的CPU时间来查明要把数据放在哪里。
因此，与以往一样，对系统应用分区来“提供性能”之前，先要确保自己真正了解系统需要什么。如果系统目前是CPU密集的（占用大量CPU时间），但是CPU的使用并不是因为竞争和闩等待，那么引入分区并不能使问题好转，而只会让情况变得更糟糕！
| 使用ORDER BY |
| 这个例子引出一个关系不大但很重要的事实。查看散列分区索引时，可以发现另一个情况：使用索引来获取数据时，并不会自动地获取有序的数据。有些人认为，如果查询计划显示使用了一个索引来获取数据，那么获取的数据就会是有序的。并不是这样的。要以某种有序顺序来获取数据，惟一的办法就是在查询上使用ORDER BY。如果查询不包含ORDER BY语句，就不能对数据的有序顺序做任何假设。 可以用一个小例子来说明。我们创建了一个小表（ALL_USERS的一个副本），并创建一个散列分区索引，在USER_ID列上有4个分区： ops$tkyte@ORA10G> create table t 2 as 3 select * 4 from all_users 5 / Table created. ops$tkyte@ORA10G> create index t_idx 2 on t(user_id) 3 global 4 partition by hash(user_id) 5 partitions 4 6 / Index created. 现在，我们要查询这个表，这里使用了一个提示，要求Oracle使用这个索引。注意数据的顺序（实际上，可以注意到数据是无序的）： ops$tkyte@ORA10G> set autotrace on explain ops$tkyte@ORA10G> select /*+ index( t t_idx ) */ user_id 2 from t 3 where user_id > 0 4 / USER_ID ---------- 11 34 ... 81 157 19 22 ... 139 161 5 23 ... 163 167 35 37 ... 75 160 38 rows selected. Execution Plan ---------------------------------------------------------- 0 SELECT STATEMENT Optimizer=ALL_ROWS (Cost=4 Card=38 Bytes=494) 1 0 PARTITION HASH (ALL) (Cost=4 Card=38 Bytes=494) 2 1 INDEX (RANGE SCAN) OF 'T_IDX' (INDEX) (Cost=4 Card=38 Bytes=494) ops$tkyte@ORA10G> set autotrace off 所以，即使Oracle在区间扫描中使用了索引，数据显然也不是有序的。实际上，可以观察到这个数据存在一个模式。这里有“4个有序”的结果：……替代的都是按值递增的数据；在USER_ID=34和81的行之间，输出的值是递增的。然后出现了一个USER_ID=19行。我们观察到的结果是：Oracle会从4个散列分区一个接一个地返回“有序的数据”。 在此只是一个警告：除非你的查询中有一个ORDER BY，否则不要指望返回的数据会按某种顺序排序。（另外，GROUP BY也不会执行排序！ORDER BY 是无可替代的）。 |
1.5 审计和段空间压缩
就在不久之前，还没有诸如HIPPA法案（http://www.hhs.gov/ocr/hippa）所强制的那些美国政府限制。像安然这样的一些公司仍在运营，美国政府尚不要求符合Sarbanes-Oxley法案。那时，总认为审计是“以后哪一天可能要做的事情”。不过，如今审计已经摆到了最前沿的位置，许多DBA都要为其财政、商业和卫生保健数据库保留审计跟踪信息，需要保证长达7年的审计跟踪信息在线。在数据库中可能只是插入审计跟踪信息，而这部分数据在正常操作期间从不获取。审计跟踪信息主要作为一种证据，这是一种事后证据。这些证据是必要的，但是从很多方面来讲，这些数据只是放在磁盘上，占用着空间，而且所占的空间相当大。然后必须每个月或每年（或者每隔一段时间）对其净化或归档。如果审计从一开始就设计不当，最后很可能置你于“死地”。从现在算起，如果7年后需要第一次对旧数据进行净化或归档时你才开始考虑如何来完成这一工作，那就太迟了。除非你做了适当的设计，否则取出旧信息实在是件痛苦的事情。
下面来看两种技术：分区和段空间压缩（见第10章）。利用这些技术，审计不仅是可以忍受的，而且很容易管理，并且将占用更少的空间。第二个技术可能不那么明显，因为段空间压缩只适用于诸如直接路径加载之类的大批量操作，而审计跟踪通常一次只插入一行，也就是事件发生时才插入。这里的技巧是要将滑动窗口分区与段空间压缩结合起来。
假设我们决定按月对审计跟踪信息分区。在第一个业务月中，我们只是向分区表中插入信息；这些插入使用的是“传统路径”，而不是直接路径，因此没有压缩。在这个月结束之前，现在我们要向表中增加一个新的分区，以容纳下个月的审计活动。下个月开始后不久，我们会对上个月的审计跟踪信息执行一个大批量操作，具体来讲，我们将使用ALTER TABLE命令来移动上个月的分区，这还有压缩数据的作用。实际上，如果再进一步，可以将这个分区从一个可读写表空间（现在它必然在一个可读写表空间中）移动到一个通常只读的表空间中（其中包含对应这个审计跟踪信息的其他分区）。采用这种方式，就可以一个月备份一次表空间（将分区移动到这个表空间之后才备份）；这就能确保有一个正确、干净的当前表空间只读副本；然后在这个月不再对其备份。审计跟踪信息可以有以下表空间：
q 一个当前在线的读写表空间，它会像系统中每一个其他的正常表空间一样得到备份。这个表空间中的审计跟踪信息不会被压缩，我们只是向其中插入信息。
q 一个只读表空间，其中包含“当前这一年”的审计跟踪信息分区，在此采用一种压缩格式。在每个月的月初，置这个表空间为可读写，向这个表空间中移入上个月的审计信息，并进行压缩，再使之成为只读表空间，并完成备份。
q 用于去年、前年等的一系列表空间。这些都是只读表空间，甚至可以放在很慢的廉价存储介质上。如果出现介质故障，我们只需要从备份恢复。有时可以随机地从备份集中选择每一年的信息，确保这些信息是可恢复的（有时磁带会出故障）。
采用这种方式，就能很容易地完成净化（即删除一个分区）。同样，归档也很轻松，只需先传送一个表空间，以后再恢复。通过实现压缩可以减少空间的占用。备份的工作量会减少，因为在许多系统中，单个最大的数据集就是审计跟踪数据。如果可以从每天的备份中去掉某些或全部审计跟踪数据，可能会带来显著的差别。
简单地说，审计跟踪需求和分区这两个方面是紧密相关的，而不论底层系统是何种类型（数据仓库或是OLTP系统）。
1.6 小结
对于扩展数据库中的对象来说，分区极其有用。这种扩展体现在以下几个方面：性能扩展、可用性扩展和管理扩展。对于不同的人，所有这3个方面都相当重要。DBA关心的是管理扩展。系统所有者关系可用性，因为停机时间就意味着金钱损失，只有能减少停机时间，或者能减少停机时间带来的影响，就能增加系统的回报。系统的最终用户则关心性能扩展。毕竟，没有哪个人喜欢用慢系统。我们还了解到这样一个事实：在一个OLTP系统中，分区可能不能提高性能，特别是如果应用不当，甚至会使性能下降。分区可能会提高某些类型查询的性能，但是这些查询通常不在OLTP系统中使用。这一点很重要，一定要了解，因为许多人总是想当然地把分区和“性能提升“联系在一起。这并不是说不应该在OLTP系统中应用分区；实际上，在OLTP环境中，分区确实能提供许多其他的优点，只是不要指望分区能带来吞吐量的大幅提升。分区能减少停机时间，可能会得到同样好的性能（如果适用适当，分区不会使速度减慢）。应用分区后，管理可能更为容易，这可能会带来性能提升，因为能由DBA执行的一些维护操作会更多地由他们完成。
我们分析了Oracle提供的各种表分区机制，包括区间分区、散列分区、列表分区和组合分区，并讨论了何时使用这些分区机制最合适。然后用大量篇幅来介绍分区索引，并研究了前缀索引和非前缀索引以及局部索引和全局索引之间的差别。在此分析了数据仓库中结合全局索引的分区操作，并讨论了资源消耗和可用性之间的折中。
我认为，对越来越多的人来说，随着时间的推移，这个特性将显得更重要，因为数据库应用的大小和规模都在增长。随着Internet的发展，由于它广泛需要数据库的支持，再加上法律方面的原因，因此需要更长时间地保留审计数据，这些都导致出现了越来越多极大的数据集合，对此，分区是一个很自然的工具，可以帮助管理这个问题。
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