管理列存储表

16.1 什么是列存储

达梦数据库中，表的数据存储方式分为行存储和列存储。行存储是以记录为单位进行存储的，数据页面中存储的是完整的若干条记录；列存储是以列为单位进行存储的，每一个列的所有行数据都存储在一起，而且一个指定的页面中存储的都是某一个列的连续数据。

下面以基表（表 16.1）为例，对行、列存储进行对比。

表16.1 基表
NAME 列 ID 列
SYSCLASSES 268435457
SYSCOLUMNS 268435458
SYSCONS 268435459
SYSDUAL 268435460
SYSGRANTS 268435461

下图展示了相同的表数据在行存储表与列存储表中的不同存储方式。

图 16.1 行存储（左）和列存储对比图

图16.1 行存储（左）和列存储对比图

Huge File System（检查 HFS）是达梦数据库实现的，针对海量数据进行分析的一种高效、简单的列存储机制。列存储表（也称为 HUGE 表）就是建立在 HFS 存储机制上的一种表。

16.2 什么是 HUGE 表

HUGE 表是建立在混合表空间上的。HUGE 数据文件存储在混合表空间定义中指定的 HUGE 数据文件路径下，一个混合表空间最多可以添加 255 个 HUGE 数据文件路径，混合表空间的 HUGE 数据文件路径相关信息存储在动态视图 V$HUGE_TABLESPACE 中。

普通的表空间，数据是通过段、簇、页来管理的，并且以固定大小（4K、8K、16K、32K）的页面为管理单位；而混合表空间存储 HUGE 表是通过 HFS 存储机制来管理的，它相当于一个文件系统。为混合表空间指定一个 HUGE 数据文件路径，其实就是创建一个空的 HUGE 数据文件目录（系统中有一个默认的混合表空间 MAIN，其 HUGE 数据文件目录名为 HMAIN）。在创建一个 HUGE 表并插入数据时，数据库会在指定的混合表空间的 HUGE 数据文件目录下创建一系列的目录及文件。HFS 文件系统结构如下图所示：

HFS 结构示意图

图16.2 HFS结构示意图

从上图可以看出，在 HUGE 数据文件目录下成功创建 HUGE 表，系统内部需要经过以下步骤：

首先，在 HUGE 数据文件目录下创建这个表对应的模式目录。目录名为“SCH+ 长度为 9 的 ID 号”组成的字符串，比如：SCH150995944。创建时如果这个目录已经存在，则无需重新创建。

其次，在模式目录下创建对应的表目录。表目录也是同样的道理，表目录名为“TAB+ 长度为 4 的 ID 号”组成的字符串，比如：TAB1112。表目录中存放的是这个表中所有的文件。

再次，在新创建表后插入数据时，每一个列对应一个以 dta 为后缀的文件，文件大小可以在建表时指定，默认为 64M，文件名为“COL+ 长度为 4 的列号 +_+ 长度为 10 的文件号”。例如，在图 16.2 中，0000 表示第 1 列，0001 表示第 2 列……；0000000000 表示第 1 个文件，0000000001 表示第 2 个文件……。最初一个列只有一个文件即可，当随着数据量不断增长，一个文件已放不下之后，系统会自动创建新的文件来存储不断增长的数据。

对于一个文件，其内部存储是按照区来管理的，区是文件内部数据管理的最小单位，也是唯一的单位。一个区中，可以存储单列数据的行数是在创建表时指定的，一经指定，在这个表的生命过程就不能再修改。所以，对于定长数据，一个区的大小是固定的；而对于变长数据，一般情况下区大小都是不相同的。每一个区的开始位置及长度在文件内都是 4K 对齐的。

HUGE 表的存储方式有以下几个优点：

  1. 同一个列的数据都是连续存储的，可以加快某一个列的数据查询速度；
  2. 连续存储的列数据，具有更大的压缩单元和数据相似性，可以获得远优于行存储的压缩效率，压缩的单位是区；
  3. 条件扫描借助数据区的统计信息进行精确过滤，可以进一步减少 IO，提高扫描效率；
  4. 允许建立二级索引；
  5. 支持以 ALTER TABLE 的方式添加或者删除 PK 和 UNIQUE 约束。

DM 支持两种类型的 HUGE 表：非事务型 HUGE 表和事务型 HUGE 表，下面分别进行介绍。

16.3 非事务型 HUGE 表

对非事务型 HUGE 表的增、删、改是直接对 HUGE 表进行写操作的，不写 UNDO 日志，不通过 BUFFER 缓存，直接操纵文件，速度快，但也因此导致不支持事务。另外，非事务型 HUGE 表中的 ROWID 是不固定的。

当非事务型 HUGE 表在操作过程中出现系统崩溃或者断电等问题时，因为修改时采取的是直接写的策略，所以有可能会出现数据不一致的问题。为了保证数据的一致性，在操作时可以适当地做一些日志来保证数据的完整性，完整性保证策略主要是通过数据的镜像来实现的，镜像的不同程度可以实现不同程度的完整性恢复。镜像文件是放在表目录中的以.mir 为扩展名的文件。DM 提供三种方案：

  1. LOG NONE：不做镜像。相当于不做数据一致性的保证，如果出错只能手动通过系统函数来修复表数据，当然速度是最快的，不需要额外的 IO，这种选项如果用户明确知道自己的环境不会出现问题可以采用，效率最高。
  2. LOG LAST：做部分镜像。但是在任何时候都只对当前操作的区做镜像，如果当前区的操作完成了，那么这个镜像也就失效了，可能会被下一个被操作区覆盖，这样做的好处是镜像文件不会太大，同时也可以保证数据是完整的。但有可能遇到的问题是：一次操作很多的情况下，有可能一部分数据已经完成，另一部分数据还没有来得及做的问题。如果用户能接受这个问题的话这个选择不失为最佳选择，这也是系统默认的选择。
  3. LOG ALL：全部做镜像。在操作过程中，所有被修改的区都会被记录下来，当一次操作修改的数据过多时，镜像文件有可能会很大，但好处是，能够保证操作完整性。比如，在操作过程中失败了，那么这个操作会完整的撤消，不存在上面一部分修改部分还没修改的问题。

需要注意的是，若创建数据库时使用参数 HUGE_WITH_DELTA 的缺省值 1 ，则不支持创建非事务型 HUGE 表。

16.3.1 AUX 辅助表

对于每个 HUGE 表，相应地配备一个 AUX 辅助表来管理其数据。因为在 HUGE 数据文件（.dta 文件）中只存储了数据，辅助表用来管理以及辅助系统用户操作这些数据，AUX 辅助表是在创建 HUGE 表时系统自动创建的，表名为“表名$AUX”，如果该 HUGE 表为分区表，则辅助表名为“子表名$AUX”。辅助表的表名长度不能大于 128 个字节。AUX 辅助表中每一条记录对应文件中的一个数据区，包括下面 15 列：

  1. COLID：表示当前这条记录对应的区所在的列的列 ID 号；
  2. SEC_ID：表示当前这个记录对应的区的区 ID 号，每一个区都有一个 ID 号，并且唯一；
  3. FILE_ID：表示这个区的数据所在的文件号；
  4. OFFSET：表示这个区的数据在文件中的偏移位置，4K 对齐；
  5. COUNT：表示这个区中存储的数据总数（有可能包括被删除的数据）；
  6. ACOUNT：表示这个区中存储的实际数据行数；
  7. N_LEN：表示这个区中存储的数据在文件中的长度，4K 对齐的；
  8. N_NULL：表示这个区中的数据中包括的 NULL 值的行数；
  9. N_DIST：表示这个区中所有数据互不相同的行数；
  10. CPR_FLAG：表示这个区是否压缩；
  11. ENC_FLAG：表示这个区是否加密；
  12. CHKSUM：用来存储标记位；
  13. MAX_VAL：表示这个区中的最大值，精确值；
  14. MIN_VAL：表示这个区中的最小值，精确值；
  15. SUM_VAL：表示这个区中所有值的和，精确值。

前面 7 列是用来控制数据存取的，根据这些信息就可以知道这个区的具体存储位置、长度及基本信息。后面 8 列都是用来对这个区进行统计分析的。其中，COLID 和 SEC_ID 的组合键为辅助表的聚集关键字。

16.4 事务型 HUGE 表

非事务型 HUGE 表在进行增、删、改时直接对 HUGE 表进行写操作，每次写操作需要至少对一个区进行 IO，导致 IO 量较大，且并发性能不高。

为此，DM 推出了事务型 HUGE 表，通过增加 RAUX、DAUX 和 UAUX 行辅助表，减少了事务型 HUGE 表增、删、改操作的 IO，提高效率，同时提高并行性能。事务型 HUGE 表支持 UNDO 日志，实现了事务特性。

16.4.1 RAUX 行辅助表

RAUX 行辅助表存放最后一个数据区（不够存满一个数据区）的数据，表名为“HUGE 表名$RAUX”。如果该 HUGE 表为分区表，则辅助表名为“子表名$RAUX”。辅助表的表名长度不能大于 128 个字节。

RAUX 行辅助表中内容对应于 HUGE 表中的最后一部分记录（不够存满一个数据区的）。RAUX 表与 HUGE 表结构相同，不论数据在那个表中，每一行数据的 ROWID 固定不变。

16.4.2 DAUX 行辅助表

DAUX 行辅助表记录 HUGE 数据文件中被删除的数据，表名为“HUGE 表名$DAUX”。如果该 HUGE 表为分区表，则辅助表名为“子表名$DAUX”。辅助表的表名长度不能大于 128 个字节。

16.4.3 UAUX 行辅助表

UAUX 行辅助表记录 HUGE 表被更新的数据的新值，表名为“HUGE 表名$UAUX”。如果该 HUGE 表为分区表，则辅助表名为“子表名$UAUX”。辅助表的表名长度不能大于 128 个字节。

16.5 创建 HUGE 表

当用户确定自己要使用 HUGE 表的时候，首先需要在模式中创建新表，创建一个 HUGE 表需要有 CREATE TABLE 数据库权限，要想在其他用户的模式中创建新表需要有 CREATE ANY TABLE 数据库权限。

但是创建一个 HUGE 表时，如果不使用默认的表空间，则必须要先创建一个混合表空间，创建混合表空间以及 HUGE 表的语法请参考《DM8_SQL 语言使用手册》。

在创建 HUGE 表时，根据 WITH|WITHOUT DELTA 区分创建非事务型 HUGE 表还是事务型 HUGE 表。指定 WITH DELTA，创建事务型 HUGE 表；指定 WITHOUT DELTA，则创建非事务型 HUGE 表，缺省为 WITH DELTA。若需要创建非事务型 HUGE 表，在创建数据库时需要将参数 HUGE_WITH_DELTA 和 RLOG_GEN_FOR_HUGE 置为 0。

例 1 创建非事务型 HUGE 表 T1

  CREATE HUGE TABLE T1 (A INT, B INT) STORAGE(WITHOUT DELTA);

例 2 创建事务型 HUGE 表 T2

  CREATE HUGE TABLE T2 (A INT, B INT) STORAGE(WITH DELTA);

需要注意的是，当指定创建事务型 HUGE 表时，指定 HUGE 表镜像文件方案的选项 LOG NONE|LOG LAST|LOG ALL 失效。

另外，在创建表 HUGE 表时，可以指定表的存储属性，存储属性包括如下几个方面：

  1. 区大小（一个区的数据行数）

区大小可以通过设置表的存储属性来指定，区的大小必须是 2 的多少次方，如果不是则向上对齐。取值范围：1024 行~1024*1024 行。默认值为 65536 行。

例 1 创建 HUGE 表 test，指定区的大小为 2048，其它默认

  CREATE HUGE TABLE test(name VARCHAR, sno INT) STORAGE(SECTION (2048));

例 2 创建 HUGE 表 test，所有列都采用默认值

  CREATE HUGE TABLE test(name VARCHAR, sno INT);
  1. 是否记录区统计信息，即在插入时是否记下其最大值最小值

关于这一点有一个原则，如果这个列经常用作查询条件，并且数据不是很均匀，或者基本是有序的，那么做统计信息是非常有用的，反之则可以不做统计。缺省情况下，为记录区统计信息。如果想不记录，可通过设置 STAT NONE 实现。

例 1 创建 HUGE 表 test，通过列存储属性指定统计信息属性（不记录区统计信息）

  CREATE HUGE TABLE test(name VARCHAR STORAGE (STAT NONE), sno INT);

例 2 创建 HUGE 表 test，通过表存储属性指定统计信息属性（不记录区统计信息）

  CREATE HUGE TABLE test(name VARCHAR, sno INT) STORAGE (STAT NONE);
  1. 所属的表空间

创建 HUGE 表，需要通过存储属性指定其所在的表空间，不指定则存储于默认表空间 MAIN 中。HUGE 表指定的表空间只能是混合表空间，例如：TS1 为指定的混合表空间。

CREATE HUGE TABLE test(name VARCHAR, sno INT) STORAGE (ON TS1);
  1. 文件大小

创建 HUGE 表时还可以指定单个文件的大小，通过表的存储属性来指定，取值范围为 16M~1024*1024M。不指定则默认为 64M。文件大小必须是 2 的多少次方，如果不是则向上对齐。

  CREATE HUGE TABLE test(name VARCHAR, sno INT) STORAGE (filesize(64));
  1. 指定压缩级别

为特定列指定压缩级别，取值范围 0~10，分别代表不同的算法和级别。有两种压缩算法：SNAPPY 和 ZIP。10 采用 SNAPPY 算法轻量级方式压缩。2~9 采用 ZIP 算法压缩，2~9 代表压缩级别，值越小表示压缩比越低、压缩速率越快；值越大表示压缩比越高、压缩速度越慢。0 和 1 为快捷使用，默认值为 0。0 等价于 LEVEL 2；1 等价于 LEVEL 9。

例 创建 HUGE 表 test，指定 sno 列按照最大压缩比压缩

  CREATE HUGE TABLE test(name VARCHAR, sno INT) COMPRESS LEVEL 1 (sno);

下面是一个综合的创建 HUGE 表的例子：

    CREATE HUGE TABLE orders
    (
        o_orderkey           	INT, 
        o_custkey            	INT,
        o_orderstatus	        	CHAR(1), 
        o_totalprice	        	FLOAT,
        o_orderdate          	DATE,
        o_orderpriority	    		CHAR(15),
        o_clerk	            	CHAR(15),
        o_shippriority		    	INT,
        o_comment           	VARCHAR(79) STORAGE(stat none)
     )STORAGE(section(65536) , filesize(64), with delta on TS1) COMPRESS LEVEL 9 FOR 'QUERY HIGH'  (o_comment);

这个例子创建了一个名为 ORDERS 的事务型 HUGE 表，ORDERS 表的区大小为 65536 行，文件大小为 64M，指定所在的混合表空间为 TS1，o_comment 列指定的区大小为不做统计信息，其它列（默认）都做统计信息，指定列 o_comment 列压缩类型为查询高压缩率，压缩级别为 9。

16.6 HUGE 表使用说明

HUGE 表与普通行表一样，可以进行增、删、改操作，操作方式也是一样的。但 HUGE 表的删除与更新操作的效率会比行表低一些，并发操作性能也会比行表差一些，因此在 HUGE 中不宜做频繁的删除及更新操作。总之，HUGE 表比较适合做分析型表的存储。

另外，使用 HUGE 表时应注意存在以下一些限制：

  1. 建 HUGE 表时仅支持定义 NULL、NOT NULL、UNIQUE 约束以及 PRIMARY KEY。后两种约束也可以通过 ALTER TABLE 的方式添加，但这两种约束不检查唯一性，用户需要确保实际数据符合约束，否则相关操作的结果可能不符合预期；
  2. HUGE 不允许建立聚集索引，允许建立二级索引，不支持建位图索引，其中 UNIQUE 索引不检查唯一性；
  3. 不支持 SPACE LIMIT（空间限制）；
  4. 不支持建立全文索引；
  5. 不支持使用自定义类型；
  6. 不支持引用约束；
  7. 不支持 IDENTITY 自增列；
  8. 不支持大字段列；
  9. 不支持建触发器；
  10. 不支持游标的修改操作；
  11. PK 和 UNIQUE 约束不检查唯一性，对应的索引都为虚索引；UNIQUE 索引也不检查唯一性，为实索引，索引标记中不包含唯一性标记，即和普通二级索引相同；
  12. 不允许对分区子表设置 SECTION 和 WITH/WITHOUT DELTA；
  13. 当事务型 HUGE 表进行了较多增删改操作时，应对其进行数据重整操作，以提高性能。

16.7 查看有关 HUGE 表的信息

  1. 表定义

对一个 HUGE 表，用户可以通过 CALL SP_TABLEDEF('SYSDBA', 'ORDERS');得到这个表的定义语句，可以具体了解表的各个列的数据类型信息、存储属性等，还可以查看在这个表上是否有压缩等等。

  1. 数据存储情况

HUGE 表有一个很好的特点就是有 AUX 辅助表，其中用户可以利用的信息很多，因为每一条记录对应一个区，所以可以查看每一个区的存储情况，每一个列的存储情况及每一个列中具有相同区 ID 的所有数据的情况等，还包括了很精确的统计信息，用户可以通过观察 AUX 辅助表中的信息对表进行一些相应的操作。

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