Oracle数据库碎片整理

概要：
Oracle数据库日常维护中，不可避免的会遇到数据库碎片整理的问题。所谓知己知彼百战百胜，要处理碎片问题就必须从根本上了解数据库碎片。
本文从数据库碎片的由来、碎片对系统的影响、碎片计算、碎片的整理、碎片整理在短消息系统数据库维护中的应用着手系统地介绍了Oracle数据库碎片整理的相关知识。
数据库的性能优化是一项技术含量高，同时又需要有足够耐心、认真细致的工作，对数据库碎片的一点探讨，希望起到一个抛砖引玉的作用。
一、Oracle数据库碎片的由来
创建一个数据库时，需要多个表空间（Tablespace），表空间由逻辑段（Segment）组成，如系统（System）表空间,临时（Temporary）表空间等。一个逻辑段可以包含多个数据范围（Extent）和一个或多个自由范围块，即自由空间（Free Space）。
表空间、段、范围、自由空间的逻辑关系如下：
当表空间中生成一个段时，将从表空间有效自由空间中为这个段的初始范围分配空间。
当这些初始范围充满数据时，段会请求增加另一个范围。
这样的扩展过程会一直继续下去，直到达到最大的范围值，或者在表空间中已经没有自由空间用于下一个范围。
最理想的状态就是一个段的数据可被存在单一的一个范围中。这样，所有的数据存储时靠近段内其它数据，并且寻找数据可少用一些指针。
但是一个段包含多个范围的情况是大量存在的，没有任何措施可以保证这些范围是相邻存储的。
当要满足一个空间要求时，数据库不再合并相邻的自由范围（除非别无选择），而是寻找表空间中最大的自由范围来使用。
这样将逐渐形成越来越多的离散的、分隔的、较小的自由空间，即碎片。

二、碎片对系统的影响
随着时间推移，基于数据库的应用系统的广泛使用，产生的碎片会越来越多，将对数据库有以下两点主要影响：
2.1 导致系统性能减弱
当要满足一个空间要求时，数据库将首先查找当前最大的自由范围，而"最大"自由范围逐渐变小，要找到一个足够大的自由范围已变得越来越困难，从而导致表空间中的速度障碍，使数据库的空间分配愈发远离理想状态；
2.2 浪费大量的表空间
尽管有一部分自由范围（如表空间的pctincrease为非0）将会被SMON（系统监控）后台进程周期性地合并，但始终有一部分自由范围无法得以自动合并，浪费了大量的表空间。

三、自由范围的碎片计算
由于自由空间碎片是由几部分组成，如范围数量、最大范围尺寸等，我们可用FSFI--Free Space Fragmentation Index（自由空间碎片索引）值来直观体现：
FSFI=100*SQRT(max(extent)/sum(extents))*1/SQRT(SQRT(count(extents)))
可以看出，FSFI的最大可能值为100（一个理想的单文件表空间）。随着范围的增加，FSFI值缓慢下降，而随着最大范围尺寸的减少，FSFI值会迅速下降。
一下语句可以分析FSFI值
    select tablespace_name,sqrt(max(blocks)/sum(blocks))*
           (100/sqrt(sqrt(count(blocks)))) FSFI
    from dba_free_space
    group by tablespace_name order by 1;
    spool fsfi.rep;
比如，在某数据库运行语句，得到以下FSFI值：
    TABLESPACE_NAME                   FSFI
    ------------------------------ -------
    RBS                              74.06
    SYSTEM                          100.00
    TEMP                             22.82
    TOOLS                            75.79
    USERS                           100.00
    USER_TOOLS                      100.00
    YDCX_DATA                        47.34
    YDCX_IDX                         57.19
    YDJF_DATA                        33.80
    YDJF_IDX                         75.55
统计出了数据库的FSFI值，就可以把它作为一个可比参数。在一个有着足够有效自由空间，且FSFI值超过30的表空间中，很少会遇见有效自由空间的问题。当一个空间将要接近可比参数时，就需要做碎片整理了。

四、自由范围的碎片整理
当表空间的pctincrease值为非0，可以将表空间的缺省存储参数pctincrease改为非0，一般将其设为1。如修改temp表空间的pctincrease属性：
alter tablespace temp default storage(pctincrease 1);
这样SMON便会将自由范围自动合并。
也可以手工合并自由范围：
        alter tablespace temp coalesce;

五、碎片整理的一个例子
   在应用数据库中执行查询语句：
select tablespace_name,sqrt(max(blocks)/sum(blocks))*(100/sqrt(sqrt(count(blocks)))) FSFI
           from dba_free_space
           group by tablespace_name
           order by tablespace_name;
得到如下结果：
TABLESPACE_NAME                FSFI
------------------------------ ----------
DRSYS                                 100
INDX                                  100
RBS                                   100
SMSC_CENTER1                          100
SMSC_CENTER2                          100
SMSC_CENTER3                   23.5800234
SMSC_CENTER4                   32.9366634
SMSC_CENTER5                    31.068619
SMSC_INDEX1                    33.3362973
SMSC_INDEX2                    32.2239775
SMSC_INDEX3                    33.5800234
SMSC_INDEX4                    32.9366634
SMSC_INDEX5                     31.280485
SMSC_ROLL                             100
SMSC_TEMP                             100
SYSTEM                                100
TEMP                           22.3165739
TOOLS                                 100
USERS                                 100

根据分析结果，整理SMSC_CENTER3
手工合并自由范围：
       alter tablespace SMSC_CENTER3  coalesce;
整理后的情况
TABLESPACE_NAME                FSFI
------------------------------ ----------
DRSYS                                 100
INDX                                  100
RBS                                   100
SMSC_CENTER1                          100
SMSC_CENTER2                          100
SMSC_CENTER3                          100
SMSC_CENTER4                   32.9366634
SMSC_CENTER5                    31.068619
SMSC_INDEX1                    33.3362973
SMSC_INDEX2                    32.2239775
SMSC_INDEX3                    33.5800234
SMSC_INDEX4                    32.9366634
SMSC_INDEX5                     31.280485
SMSC_ROLL                             100
SMSC_TEMP                             100
SYSTEM                                100
TEMP                           22.3165739
TOOLS                                 100
USERS                                 100