ASM 翻译系列第十五弹：ASM Internal ASM File Directory
原作者：Bane Radulovic
译者： 郭旭瑞
审核： 魏兴华
DBGeeK社群联合出品
ASM File Directory
本篇主要介绍ASM的1号文件，ASM的1号文件是ASM的文件目录，它记录了磁盘组中的所有文件信息，由于在ASM中，每一个磁盘组都是独立的存储单元，所以每一个磁盘组都会有属于它自己的文件目录。
虽然这是一个内部的文件，但ASM实例会把它当做其它ASM文件一样管理，在ASM的文件目录中也会有它自己的条目（指向了它自己），在一个normal和high冗余的磁盘组中，它也会做镜像，随着新文件的产生，文件目录的大小也会相应地增长。
每一个ASM文件目录的条目都会包含如下的信息：
● 文件大小
● 文件块大小
● 文件类型
● 文件的冗余级别
● 文件的条带配置
● 前60个extent的位置指针
● 如果文件超过60个extent，那么会有Indirect extent 的指针
● 文件创建时间戳
● 文件最后的修改时间戳
● 指向ASM Alias目录的文件名
每个新增加的ASM文件会分配到一个号码，这个号码是随着新增文件而顺序递增的。文件的号码与文件目录中的block号码也是完全对应的，也就是说，文件目录的1号block描述了他自己也就是1号文件的信息。2号block是描述2号文件的，300号block是描述300号文件的，4000号block是关于4000号文件的，以此类推。如下，是ASM的257号文件，kfbh.block.blk指出了文件目录里块的编号，此编号也是文件的编号。
kfed read /dev/qdata/vdf aun=50 blkn=1| grep kfbh.block.blk
kfbh.block.blk: 257 ; 0x004: blk=257
不存在编号为0的ASM文件，所以文件目录的0号block不描述任何文件的信息。
ASM文件目录与ASM的AT表是两个相辅相成的数据结构。ALTER DISKGROUP CHECK命令可以检查两个数据结构是不是一致的。
译者注：通过为ALTER DISKGROUP CHECK语句可以用来校验磁盘组元信息的内部一致性，可以指定在磁盘组、磁盘、文件、failgroup级别进行元信息一致性的校验，能够成功执行此命令的前提条件是磁盘组必须处于mount状态。默认情况下,check disk group 子句会校验所有的元信息目录，在校验过程中如果有错误信息，会记录在ASM的alert文件中，check语句一般会执行如下的操作：1）检查磁盘的一致性 2）检查文件extent map和AT表之间的一致性 3）检查alias元信息目录和文件目录之间对应关系的正确性 4）检查alias目录树的正确性 5） 检查ASM元信息目录是否有不可访问的块。我们可以在语句中添加repair或norepair关键字来指定ASM是否尝试修复检查过程中发生的错误，默认为norepair。
V$ASM_FILE and V$ASM_ALIAS views
ASM文件目录中描述的大部分信息都可以通过V$ASM_FILE视图查询到。对于处于mount状态的磁盘组中的每个文件，该视图中会以一行来展示。然而，该视图中并不会显示ASM元信息文件的信息。V$ASM_FILE视图中没有描述文件名的列，所以为了得到一个有意义的输出，同时我们还需要联合V$ASM_ALIAS视图。
请看如下示例：
SQL> SELECT f.group_number, f.file_number, a.name, f.type
FROM v$asm_file f, v$asm_alias a
WHERE f.group_number=a.group_number and f.file_number=a.file_number
ORDER BY 1, 2;
GROUP_NUMBER FILE_NUMBER NAME TYPE
------------ ----------- ---------------------- ----------------
1 253 REGISTRY.253.769023761 ASMPARAMETERFILE
1 256 SYSTEM.256.769030243 DATAFILE
1 257 SYSAUX.257.769030245 DATAFILE
1 258 UNDOTBS1.258.769030245 DATAFILE
1 259 USERS.259.769030245 DATAFILE
1 260 Current.260.769030435 CONTROLFILE
1 261 Current.261.769030431 CONTROLFILE
1 262 group_1.262.769030439 ONLINELOG
1 263 group_1.263.769030445 ONLINELOG
1 264 group_2.264.769030453 ONLINELOG
3 256 Current.256.771527253 CONTROLFILE
3 257 group_1.257.771527259 ONLINELOG
3 258 group_1.258.771527263 ONLINELOG
...
34 rows selected.
SQL>不同磁盘组中的文件可以有相同的文件编号。
Locating the ASM file directory
我们可以在ASM实例中通过查询X$KFFXP视图来获取磁盘组DATA中编号为1的文件所分配的AU。
SQL> SELECT xnum_kffxp "Virtual extent",
pxn_kffxp "Physical extent",
au_kffxp "Allocation unit",
disk_kffxp "Disk"
FROM x$kffxp
WHERE group_kffxp=1 -- Diskgroup 1 (DATA)
and number_kffxp=1 -- File 1 (file directory)
ORDER BY 1, 2;
Virtual extent Physical extent Allocation unit Disk
-------------- --------------- --------------- ----------
0 0 10 0
0 1 10 1
0 2 10 2
1 3 48 2
1 4 46 1
1 5 47 0
6 rows selected.
SQL>
以上结果中我们可以有两个发现：ASM文件目录为三重冗余(每个virtual extent都有3个physical extent)；当前ASM文件目录包含两个virtual extent。
当AU大小为1MB且ASM元信息block大小为4KB时，一个AU可以容纳256个目录条目。文件编号1-255是为ASM元信息文件预留，所以0号extent只用来容纳元信息文件的条目，1号extent则容纳接下来的256个非元信息文件的信息，以此类推。
译者注：译者认为这里作者遗漏了一个很重要的定位asm一号文件的方法，通过kfed 读取asm磁盘头的kfdhdb.f1b1locn部分，可以获得ASM一号文件所在的AU，例如下面的例子里显示了一号文件在磁盘的2号AU处，如果kfdhdb.f1b1locn的值为0，代表这个磁盘并没有一号文件的拷贝。
#kfed read /dev/qdata/vdh| grep kfdhdb.f1b1locn
kfdhdb.f1b1locn: 2 ; 0x0d4: 0x00000002
ASM file directory entries for database files
接下来我们通过以下查询看看哪些文件是被我的ASM实例所管理的。
SQL> SELECT file_number "ASM file number", name "File name"
FROM v$asm_alias
WHERE group_number=1
ORDER BY 1;
ASM file number File name
--------------- ----------------------
253 REGISTRY.253.769023761
256 SYSTEM.256.769030243
257 SYSAUX.257.769030245
258 UNDOTBS1.258.769030245
259 USERS.259.769030245
260 Current.260.769030435
261 Current.261.769030431
262 group_1.262.769030439
263 group_1.263.769030445
264 group_2.264.769030453
265 group_2.265.769030461
266 group_3.266.769030471
267 group_3.267.769030479
268 TEMP.268.769030503
269 EXAMPLE.269.769030517
270 spfile.270.769030977
...
SQL>我们看到ASM实例管理着一组典型的数据库文件。接下来再继续深入剖析。
File directory entries for control files
查询该数据库的控制文件名。
SQL> SELECT name "File",
block_size "Block size",
block_size*(file_size_blks+1) "File size"
FROM v$controlfile;
File Block size File size
------------------------------------------ ---------- ----------
+DATA/BR/CONTROLFILE/current.262.822925011 16384 17973248
+DATA/BR/CONTROLFILE/current.261.822925013 16384 17973248
SQL>
接下来看一下262号文件(current.262.822925011)对应的的文件目录条目。首先，通过查询X$KFFXP获得该文件的extent和AU分布：
SQL> SELECT xnum_kffxp "Virtual extent",
pxn_kffxp "Physical extent",
au_kffxp "Allocation unit",
disk_kffxp "Disk"
FROM x$kffxp
WHERE group_kffxp=1 -- Diskgroup 1 (DATA)
and number_kffxp=262 -- File 262 (control file)
and xnum_kffxp <> 2147483648
ORDER BY 1, 2;
Virtual extent Physical extent Allocation unit Disk
-------------- --------------- --------------- ----
0 0 776 3
0 1 778 1
0 2 779 2
1 3 781 0
1 4 777 3
1 5 779 1
2 6 780 2
2 7 780 1
2 8 778 3
...
23 69 795 1
23 70 793 3
23 71 798 0
72 rows selected.
SQL>
我们看到实例为该文件分配了24个virtual extent，并且该文件是三倍冗余。接下来查询DATA磁盘组包含的磁盘的编号和路径。
SQL> SELECT disk_number, path
FROM v$asm_disk
WHERE group_number=1
ORDER BY 1;
DISK_NUMBER PATH
----------- ---------
0 /dev/sdb1
1 /dev/sdc1
2 /dev/sdd1
3 /dev/sde1
SQL>现在我们通过kfed工具来查看该文件的ASM文件目录条目，它会在文件目录的262号block，也就是文件目录中1号extent的6号block(262减去256得出6)。1号extent位于2号磁盘的第48个AU，并在1号磁盘的第46个AU和0号磁盘的第47个AU上分别存在一份冗余。我们只需要看其中一个即可。下面我们来看看2号磁盘的第48个AU。
$ kfed read /dev/sdd1 aun=48 blkn=6 | more
kfbh.endian: 1 ; 0x000: 0x01
kfbh.hard: 130 ; 0x001: 0x82
kfbh.type: 4 ; 0x002: KFBTYP_FILEDIR
kfbh.datfmt: 1 ; 0x003: 0x01
kfbh.block.blk: 262 ; 0x004: blk=262
...
kfffdb.node.incarn: 822925011 ; 0x000: A=1 NUMM=0x18866b69
kfffdb.node.frlist.number: 4294967295 ; 0x004: 0xffffffff
kfffdb.node.frlist.incarn: 0 ; 0x008: A=0 NUMM=0x0
kfffdb.hibytes: 0 ; 0x00c: 0x00000000
kfffdb.lobytes: 17973248 ; 0x010: 0x01124000
kfffdb.xtntcnt: 72 ; 0x014: 0x00000048
kfffdb.xtnteof: 72 ; 0x018: 0x00000048
kfffdb.blkSize: 16384 ; 0x01c: 0x00004000
kfffdb.flags: 19 ; 0x020: O=1 S=1 S=0 D=0 C=1 I=0 R=0 A=0
kfffdb.fileType: 1 ; 0x021: 0x01
...
kfffde[0].xptr.au: 776 ; 0x4a0: 0x00000308
kfffde[0].xptr.disk: 3 ; 0x4a4: 0x0003
kfffde[0].xptr.flags: 0 ; 0x4a6: L=0 E=0 D=0 S=0
kfffde[0].xptr.chk: 34 ; 0x4a7: 0x22
kfffde[1].xptr.au: 778 ; 0x4a8: 0x0000030a
kfffde[1].xptr.disk: 1 ; 0x4ac: 0x0001
kfffde[1].xptr.flags: 0 ; 0x4ae: L=0 E=0 D=0 S=0
kfffde[1].xptr.chk: 34 ; 0x4af: 0x22
kfffde[2].xptr.au: 779 ; 0x4b0: 0x0000030b
kfffde[2].xptr.disk: 2 ; 0x4b4: 0x0002
kfffde[2].xptr.flags: 0 ; 0x4b6: L=0 E=0 D=0 S=0
kfffde[2].xptr.chk: 32 ; 0x4b7: 0x20
...
$通过以上kfed命令输出中的第一部分kfbh字段，我们确认这是一个ASM文件目录的block（kfbh.type=KFBTYP_FILEDIR），而且是描述262号文件的（kfbh.block.blk=262）。
第二部分kfffdb字段则包含：
File incarnation number (kfffdb.node.incarn=822925011), 文件的incarnation号，属于文件名的一部分
File size in bytes (kfffdb.lobytes=17973248) 文件的大小
Physical extent count (kfffdb.xtntcnt=72) 文件的物理extent数
File block size in bytes (kfffdb.blkSize=16384) 文件的块大小
File type (kfffdb.fileType=1), i.e. the database control file 文件的类型，这里为控制文件
第三部分kfffde为物理extent分布，这部分输出与从X$KFFXP中查询到的结果一致：
Physical extent 0 在 AU 776 (kfffde[0].xptr.au=776), 在 disk 3 (kfffde[0].xptr.disk=3) Physical extent 1 在 AU 778 (kfffde[1].xptr.au=778), 在 disk 1 (kfffde[1].xptr.disk=1) Physical extent 2 在 AU 779 (kfffde[2].xptr.au=779), 在 disk 2 (kfffde[2].xptr.disk=2)以此类推。
File directory entries for large files
本文中所指的大文件指的是超过60个extent的文件。
先到数据库中找出几个大的文件：
SQL> SELECT name, bytes/1024/1024 "Size (MB)"
FROM v$datafile;
NAME Size (MB)
-------------------------------------------- ----------
+DATA/br/datafile/system.256.769030243 720
+DATA/br/datafile/sysaux.257.769030245 590
+DATA/br/datafile/undotbs1.258.769030245 105
+DATA/br/datafile/users.259.769030245 5
+DATA/br/datafile/example.269.769030517 345.625
SQL>Directly addressed extents
以system表空间的数据文件为例，我们看一下该文件对应的文件目录条目。该文件编号为256，大小为720MB。
SQL> SELECT xnum_kffxp "Extent", au_kffxp "AU", disk_kffxp "Disk"
FROM x$kffxp
WHERE group_kffxp=1 and number_kffxp=256 and xnum_kffxp <> 2147483648
ORDER BY 1,2;
Extent AU Disk
---------- ---------- ----------
0 42 1
0 48 2
1 43 1
1 49 0
2 44 1
2 45 3
...
720 1111 1
720 1119 2
1442 rows selected.
SQL>我们看到ASM实例为该文件分配了1442个物理extent。
我们再次用kfed工具来查看该文件的文件目录条目。它位于ASM文件目录的256号block，这个块位于48号AU，块0。让我们查看0号disk第48个AU的0号block。
译者注：1号文件的第一个AU保留的是1-255号文件的信息（元信息文件），我们的256号文件，要从1号文件的第二个AU开始算起，由于AU的块编号是从0号块开始，因此256号文件位于第二个AU也就是48号AU的0号块。
0-59号extent(kfffde[0]-kfffde[59])被称作directly addressed extent，因为它们直接指向数据extent。而编号59以上的extent，被称为indirectly addressed extent，因为它们指向的extent持有的是剩余extent的信息。
Indirectly addressed extents
接下来对1号磁盘(kfffde[60].xptr.disk=1)的58号AU(kfffde[60].xptr.au=58)进行查看。
我们看到，这确实是一个indirect extent block(kfbh.type=KFBTYP_INDIRECT)，它持有该数据文件剩余的extent的分布信息。
译者注：ASM 10G版本，ASM实例在初始化时，会向数据库实例发送所有数据文件的Extent map，由于这种方式非常影响性能，数据库文件如果很大，需要消耗很多的时间，因此在ASM 11G版本以后，初始化时仅发送Extent map中的前60个Extent（也就是元文件1中记录的60个Extent），其余的在数据库实例有需要时再发送。
Conclusion
ASM文件目录维护了磁盘组中所有文件的相关信息，包括元信息文件、用户创建的文件、数据库文件。我们可以通过查询V$ASM_FILE视图来获取数据库文件的信息。
关于译者
郭旭瑞，沃趣科技产品交付部经理，负责QData Cloud高性能数据库云平台、QBackup数据库秒级备份恢复云平台等产品的整体交付管理与技术支持、维保服务工作。个人网站：www.dbalex.com
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