近期来，FreeList的重要作用逐渐为Oracle DBA所认识，网上也出现一些相关的讨论。本文以FreeList为线索对Oracle的存储管理的原理进行较深入的探讨，涉及Oracle段区块管理的原理，FreeList算法等。而与FreeList密切相关的一个重用特性HWM，与sql性能密切相关，本文也作了原理分析介绍。在原理探讨的基础上，介绍了常用的存储参数分析方法，并对所涉及的存储优化、HWM的优化和Freelist竞争优化作了说明。
缩略语：
ASSM：auto segement space management
HWM：high water mark
DBA：data block address
OLTP：online transaction process
OPS：oracle parallel server
1.简介
Oracle的空间管理和存储参数管理是Oracle管理及优化的重要部分。FreeList作为Oracle底层存储参数中的核心参数，其行为方式对Oracle的存储管理及性能优化有重大影响，而现有的Oracle文档对此方面的内容比较缺乏。虽然Oracle 9i已出现了ASSM，但是作为深入调优对FreeList认识仍是必要的。
近期来，FreeList的重要作用逐渐为Oracle DBA所认识，网上也出现一些相关的讨论。本文以FreeList为线索对Oracle的存储管理的原理进行较深入的探讨，涉及Oracle段区块管理的原理，FreeList算法等。而与FreeList密切相关的一个重用特性HWM，与sql性能密切相关，本文也作了原理分析介绍。在原理探讨的基础上，介绍了常用的存储参数分析方法，并对所涉及的存储优化、HWM的优化和Freelist竞争优化作了说明。
这些原理分析和性能优化都建立在探讨的基础上，限于篇幅和本人经验可能存在局限、偏差或谬误。
为了准确文中部分结构和字段的说明直接用英文描述。限于篇幅本文不对同样很重要的block结构作更深入的讨论，对OPS性能有重要影响的free list group本文也未提及，因此本文在单一free list group下讨论。对于block的深入讨论、free list group的介绍与优化以及PCTUSED和PCTFREE等重要参数的优化请参见参考文献和资料。
2.原理探讨
FreeList作为一个Oracle存储管理的核心参数。其行为方式由Oralce内部控制，我们一般不需要掌握和控制。但是我们可能会遇到这些问题，当插入一条记录，会插入到那个块中？是使用新块，还是插入有数据的老块？段是什么时候扩展的，如何扩展的？表中只有一条记录，但是作一次select时代价却是上千个块，为什么？如果我们从原理上清楚了Oracle的存储管理方式，对相关这些问题的解决及性能优化就清晰自然了。
2.1 Oracle的逻辑储存结构
Oralce的逻辑存储结构按表空间，段，区，块进行管理。块是Oracle用来管理存储空间的最基本单元，Oracle数据库在进行输入输出操作时，都是以块为单位进行逻辑读写操作的。区由一系列连续的块组成，Oralce在进行空间分配、回收和管理时是以区为基本单位的。段由多个区组成，这些区可以是连续的也可以是不连续的，一般情况下一个对象拥有一个段。表空间中容纳段和区。
在生成段的时候，会同时分配初始区(initial extents)， 初始区的第一个块就格式化为segment header，并被用来记录free list描述信息、extents信息，HWM信息等。
2.4 Free list行为
2.4.1 Freelist Link and Unlink 操作
Freelist 按后进先出队列(LIFO) 方式管理。也就是说最后被link到freelist的块拥有最先unlink的机会。当块中空闲空间增加到大于PCTFREE时，块放入freelist中。free list中的块可用来作update 或insert。 当块中没有足够的空间用于insert操作时并且使用空间大于PCTUSED，块就会从free list中移出。
在块在DELETE or UPDATE 操作之后，如果使用空间落到PCTUSED下，块再次link到free list中。每次块加入free list时，都是link到链表的头部。
例如：考虑段中有120个块编号由1到120。其中有6个块在free list上并假设HWM是 80。（block实际使用DBA编号）
10->24->45->46->65->80-|
现在作INSERT 操作,需要400 bytes空间。假设块10上空间不足，但块24上空间可用。现在数据插入到块 24 ，现在块24的剩余空间小于该表的PCTUSED。因此块 24 从free list链表中移出。PCTFREE and PCTUSED参数的目的就是用来控制数据块从free list的链表中移入/移出行为的。现在free lists象这样：
10->45->46->65->80-|
然后在同一事务中作DELETE同一个段的数据，使块 54 和 67落到PCTUSED下。现在这些块加入到free list链中。free list链现在象这样:
67->54->10->45->46->65->80-|
一：什么是数据库的坏块
首先我们来大概看一下数据库块的格式和结构
数据库的数据块有固定的格式和结构，分三层：cache layer，transaction layer，data layer。在我们对数据块进行读取写入操作的时候，数据库会对要读写的数据块做一致性的检查，其中包括：数据块的类型、数据块的地址信息、数据块的SCN号以及数据块的头部和尾部。如果发现其中有不一致的信息，那数据库就会标记这个数据块为坏块了。数据库的坏块分为两种，逻辑坏块和物理坏块。
二：坏块对数据库产生的影响
如果数据库出现坏块，数据库的告警日志文件里面会存在有如下的一些报错信息：Ora-1578以及Ora-600 and trace file in bdump directory，其中Ora-600错误的第一个参数值的范围是[2000]-[8000]，不同的值代表着数据块的不同的层出现问题，具体的如下表所示：
Range block layer
Cache layer 2000 ? 4000
Transaction layer 4000 ? 6000
Data layer 6000 - 8000
坏块产生影响的对象可能是数据字典表、回滚段表、临时段、用户数据表和索引等。不同的对象产生坏块后的处理方法不尽相同。
三：坏块产生的原因
Oracle调用标准C的系统函数，对数据块进行读写操作，因此，坏块是有可能由以下几种原因产生：
Ø 硬件的I/O错误
Ø 操作系统的I/O错误或缓冲问题
Ø 内存或paging问题
Ø 磁盘修复工具
Ø 一个数据文件的一部分正在被覆盖
Ø Oracle试图访问一个未被格式化的系统块失败
Ø 数据文件部分溢出
Ø Oracle或者操作系统的bug
四：坏块的处理方法
1． 先收集相应的关于坏快的信息，从AlertSID.log文件或者从trace文件中查找，找到例如以下的一些信息：
Ora-1578 file# (RFN) block#
Ora-1110 file# (AFN) block#
Ora-600 file# (AFN) block#
其中RFN表示的是relative_fno
AFN表示的是file_id
Select file_name,tablespace_name,file_id “AFN”,relative_fno “RFN”
From dba_data_files;
Select file_name,tablespace_name,file_id, relative_fno“RFN”
From dba_temp_files;
2． 确定存在坏块的对象是什么：
SELECT tablespace_name, segment_type, owner, segment_name, partition_name FROM
dba_extents WHERE file_id = <AFN> and <BL> between block_id AND block_id + blocks ? 1；
通过上面这个查询语句就可以查出当前存在坏块的对象是什么，是什么类型的对象。需要注意的是如果是temp文件中出现坏块，是没有记录返回的。
3． 根据2中查询出来的对象类型，确定相应的处理方法
出现坏块的常见对象有：
Ø Sys用户下的对象
Ø 回滚段
Ø 临时段
Ø 索引或者分区索引
Ø 表
常用的处理方法有：
Ø 恢复数据文件
Ø 只恢复坏的block（9i以上版本可用）
Ø 通过ROWID RANGE SCAN 保存数据
Ø 使用DBMS_REPAIR
Ø 使用EVENT
4． 具体处理方法的介绍
Ø 恢复数据文件方法：
如果数据库是归档方式下，并且有完整的物理备份，就可以使用此方法来恢复。
步骤如下：
1) 先offline受影响的数据文件，执行以下的语句：
ALTER DATABASE DATAFILE "name_file" OFFLINE；
2) 保留有坏块的数据文件，然后拷贝备份的数据文件。如果恢复的数据文件要求路径不同，执行以下的语句：
ALTER DATABASE RENAME FILE "old_name" TO "new_name";
3) 恢复数据文件，执行以下语句：
RECOVER DATAFILE "name_of_file";
4) Online恢复后的数据文件，执行以下的语句：
ALTER DATABASE DATAFILE "name_of_file" ONLINE;
在Oracle 8i中，往往会出现要在存储过程中运行操作系统命令的情况。一般来说，利用Oracle Enterprise Manager设定作业时可以达到这个目的。但是由于OEM在设定作业缺 乏灵活性，设定的作业的参数是固定的。在实际应用当中往往需要在SQL语句当中运行需要随时运行操作系统命令。Oracle 8i没有直接运行OS命令的语句，我们可以利用DBMS_PIPE程序包实现这一要求。
DBMS_PIPE通过创建管道，可以让至少两个进程进行通信。Oracle的管道与操作系统的管道在概念上有相同的地方，但是在实现机制不同。
下面介绍实现具体步骤:
1、创建一个程序包，姑且起名叫DAEMON，SQL语句如下:
/*创建daemon程序包*/
CREATE OR REPLACE PACKAGE BODY daemon AS
/*execute_system是实现运行os命令的函数*/
FUNCTION execute_system（command VARCHAR2，
timeout NUMBER DEFAULT 10）
RETURN NUMBER IS
status NUMBER；
result VARCHAR2（20）；
command_code NUMBER；
pipe_name VARCHAR2（30）；
BEGIN
pipe_name := DBMS_PIPE.UNIQUE_SESSION_NAME；
DBMS_PIPE.PACK_MESSAGE（"SYSTEM"）；
DBMS_PIPE.PACK_MESSAGE（pipe_name）；
DBMS_PIPE.PACK_MESSAGE（command）；
/*向daemon管道发送表示命令的字符*/
status := DBMS_PIPE.SEND_MESSAGE（"daemon"， timeout）；
IF status <> 0 THEN
RAISE_APPLICATION_ERROR（-20010，
"Execute_system: Error while sending. Status = " || status）；
END IF； [page]
status := DBMS_PIPE.RECEIVE_MESSAGE（pipe_name， timeout）；
IF status <> 0 THEN
RAISE_APPLICATION_ERROR（-20011，
"Execute_system: Error while receiving.
Status = " || status）；
END IF；
/*获取返回结果*/
DBMS_PIPE.UNPACK_MESSAGE（result）；
IF result <> "done" THEN
RAISE_APPLICATION_ERROR（-20012，
"Execute_system: Done not received."）；
END IF；
DBMS_PIPE.UNPACK_MESSAGE（command_code）；
DBMS_OUTPUT.PUT_LINE（"System command executed. result = " ||
command_code）；
RETURN command_code；
END execute_system；
/*stop是让daemon停止*/
PROCEDURE stop（timeout NUMBER DEFAULT 10） IS
status NUMBER；
BEGIN
DBMS_PIPE.PACK_MESSAGE（"STOP"）；
status := DBMS_PIPE.SEND_MESSAGE（"daemon"， timeout）；
IF status <> 0 THEN
RAISE_APPLICATION_ERROR（-20030，
"stop: error while sending. status = " || status）；
END IF；
END stop；
END daemon；
通过Sql*Plus运行以上语句，将为当前用户创建daemon程序包。
2、创建在OS上运行的守护进程，监听由上面的daemon程序包发来的要求执行os命令的语句。以下Pro*C的代码，必须由pro*c先进行预编译。
#include
#include
EXEC SQL INCLUDE SQLCA；
EXEC SQL BEGIN DECLARE SECTION；
char *uid = "scott/tiger";/*在这个地方改为你自己访问的用户，密码，服务名*/
int status；
VARCHAR command；
VARCHAR value[2000]；
VARCHAR return_name[30]；
EXEC SQL END DECLARE SECTION；
void
connect_error（）
{
char msg_buffer[512]；
int msg_length；
int buffer_size = 512；
（T114）
