oracle 体系结构

oracle 体系结构

数据库的体系结构是指数据库的组成、工作过程与原理，以及数据在数据库中的组织与管理机制。

1. oracle工作原理：

1)、在数据库服务器上启动Oracle实例；
2)、应用程序在客户端的用户进程中运行，启用Oracle网络服务驱动器与服务器建立连接；
3)、服务器运行Oracle网络服务驱动器，建立专用的服务器进程执行用户进程；
4)、客户端提交事务；
5)、服务器进程获取sql语句并检查共享池中是否有相似的sql语句，如果有，服务器进程再检查用户的访问权限；否则分配新的sql共享区分析并执行sql语句；
6)、服务器从实际的数据文件或SGA中取得所需数据；
7)、服务器进程在SGA中更新数据，进程DBWN在特定条件下将更新过的数据块写回磁盘，进程LGWR在重做日志文件中记录事务；
8)、如果事务成功，服务器进程发送消息到应用程序中。

2. oracle内存由SGA+PGA所构成

Pga(Program Global Area )程序全局区

是当程序起来时，给server process用（不包含在instance里面）

SGA(System Global Area）系统全局区

由一组内存结构组成，它是由所有用户进程共享的一块内存区域。启动例程时，Oracle自动分配SGA，关闭例程时，oracle自动释放SGA所占用的内存空间。

SGA对所有用户共享，PGA不共享。

3. oracle服务器

i、oracle服务器由oracle数据库和oracle实例组成。
ii、oracle数据库是一个数据的集合，存放在数据文件里，该集合被视为一个逻辑单元。
iii、oracle实例由管理数据库的后台进程和内存结构所构成。

4 oracle实例

i、Oracle实例是内存结构和后台进程的集合
ii、启动Oracle实例的过程，即：分配内存、启动后台进程
iii、Oracle实例的内存包括SGA和PGA；
     当启动实例的时候分配SGA；
     当服务器进程建立时分配PGA；
     一般情况下，SGA:PGA=8:1分配内存。

iiii、Oracle实例的后台进程包括SMON、PMON、DBWR、LGWR、ARC、CKPT等。

5、SGA(System Global Area): 系统全局区

i0、数据库信息存储于SGA，由多个数据库进程共享。
i1、SGA包括：共享池、数据缓冲区、日志缓冲区、Large池、Java池、Stream池。
i2、共享池 (Share Pool )
1)、共享池（Share Pool）用于存放最近执行的SQL语句和数据字典信息

共享池是对SQL、PL/SQL程序进行语法分析、编译、执行的内存区域。
如在执行SELECT * FROM emp语句时，会对sql语句进行语法分析->编译->生成执行计划->运行执行计划等，这些操作都在共享池中完成；如果再次执行SELECT * FROM emp语句时，会在共享池中查找是否有相同的sql，如果存在则省去编译、生成执行计划操作步骤而是直接运行执行计划，因此养成良好的编码习惯对于提高oracle执行效率非常有帮助。
2)、共享池由库高速缓存（Library Cache）和数据字典高速缓存（Dictionary cache）两部分组成 。

a 库高速缓存（Library Cache）

库高速缓存用于存放最近执行的sql语句信息，包括sql语句文本，解析代码值及执行计划。

假设执行一条sql语句

-select ename,job from emp where empno=7788;

如果最近（还没有被lru淘汰）执行过这条语句，他就会直接从cache里面读结果；如果没有执行过，就需要读数据文件，这个过程就比较复杂，效率差距很大。

这里还有两个概念：

物理i/o：从数据缓冲区找不到所需要的数据，就要从硬盘里面读取。

逻辑i/o：从数据缓冲区能找到所需要的数据，

理论上讲一个数据库性能是否良好，这个逻辑i/o应该占95%以上

b 数据字典高速缓存区（Dictionary cache）

用于存放数据字典的信息，包括表、列定义以及权限信息）

库高速缓存和数据字典高速缓存大小是动态变化的，不是固定的。

SQL> alter  system   set  share_pool_size=60m;
3)、共享池的大小直接影响数据库的性能。

i3、数据缓冲区（Database Buffer Cache ）

1)、用于存储从磁盘数据文件中读入的数据，所有用户共享。
2)、服务器进程将读入的数据保存在数据缓冲区中，当后续的请求需要这些数据时可以在内存中找到，不需要再从磁盘读取，提高了读取速度。
3)、数据缓冲区的大小对数据库的读取速度有直接的影响。
4)、硬盘上的数据文件中的数据，如何返回给用户的？
i、从硬盘取出来，直接返回给用户，使得获取数据的效率非常低。
ii、从硬盘取出来，放到数据缓冲区，从数据缓冲区中把数据返回给用户。下次读取同样的数据的话，直接从数据缓冲区中获取，不需要再从硬盘获取。

Db_cache_size Default 默认池，所有段都被默认高速缓存到默认池。（采用LRU）

Db_keep_cache_size ,确保某些数据块始终被保留到内存中

Db_recycle_cache_size ,数据高速缓存区“回收池”

i4、日志缓冲区 
1)、日志记录数据库的所有修改信息，日志信息首先产生于日志缓冲区。 
2)、当日志缓冲区的日志数据达到一定数量时，由后台进程将日志数据写入日志文件中。
3)、秒 三、日志缓冲区已经用了三分之一，满足其中任意一项就可以)把日志缓冲区中的这些记录写到在线日志中去。

i5、Large池 
为了进行大的后台进程操作而分配的内存空间，主要指备份恢复、大型IO操作、并行查询等。

Large Pool是SGA中一个可选的内存区域，它只用于shared server环境

i6、Stream池 
为了stream应用而分配的内存空间，高级复制技术一部分。

i7、JAVA池
为了java应用而分配的内存空间，为Java命令的语法分析提供服务。

6. PGA(Process Global Area): 程序全局区

用于存放服务器进程的数据和控制信息，独立于SGA的一块内存区域。

当用户连接到Oracle Server时，Oracle server会为每个服务器进程分配相应的PGA.

SGA是所有服务器进程都可共享那个的一块内存区域，而每个服务器进程都具有私有的PGA内存空间。

客户端在通过sql语句连接database时，必须通过实例Instance来连接和管理数据库。

Connection：客户端进程和服务端进程建立通讯。

Session：当用户经过Oracle server认证后开始建立会话，直到用户退出登录，会话结束

7. oracle进程：用户进程、服务器进程(影子进程，相对用户进程而言)、后台进程

i、用户进程是一个需要与oracle服务器进行交互的程序。当用户运行一个应用程序准备向数据库服务器发送请求时，即创建了用户进程。

ii、服务器进程用于处理连接到该实例的用户进程的请求。当用户连接至oracle数据库实例创建会话时，即产生服务器进程。

iii、后台进程是Oracle数据库为了保持最佳系统性能和协调多个用户请求而设置的。Oracle实例启动时即创建一系列后台进程。用户进程位于客户端，服务器进程、后台进程位于服务器端

iiii 用户进程和服务器进程的关系：

1)用户在客户端启动了一个应用程序，例如sql*plus，就是在客户端启动一个用户进程；与oracle服务器端连接成功后，会在服务器端生成一个服务器进程，该服务器进程作为用户进程的代理进程，代替客户端执行各种命令并把结果返回给客户端。9i、10g、11g都使用专用连接。
    2)用户进程一旦中止，服务器进程立刻中止。

8. 后台进程

i0、PMON 进程监控进程，监控用户进程是否正常。

1)、清理出现故障的进程。

2)、释放所有当前挂起的锁定。

3)、释放故障进程使用的资源。

i1、SMON 系统监控进程，实时监控整个oracle状况。

1)、在实例失败之后，重新打开数据库时自动恢复实例。

2)、整理数据文件的*空间，将相邻区域结合起来。

3)、释放不再使用的临时段。

i2、DBWR 数据写入进程

1)、管理数据缓冲区，将最近使用过的块保留在内存中。

2)、将修改后的缓冲区数据写入数据文件中。

i3、LGWR 日志写入进程

1)、负责将日志缓冲区中的日志数据写入日志文件。

2)、系统有多个日志文件，该进程以循环的方式将数据写入文件。

i4、CKPT检查点进程

1)、为了防止实例崩溃，为了尽快进行实例恢复的进程。

2)、检查点包括两种：完全检查点、增量检查点。

3)、完全检查点只有下面两种情况下被触发：

1，用户发出alter system checkpoint；

2，除了shutdown abort以外的其他方式正常关闭数据库。

4)、增量检查点触发情况：

1，每隔三秒。

2，在线日志切换。

DBWR、LGWR、CKPT之间如何协调工作的？

i5、查看进程信息

1)、从v$process中查询启动的后台进程信息

2)、查看启动了几个DBWR进程

select * from v$process where program like '%DBW%';

查看DBWR进程个数: show parameter db_wr，DBWR进程个数跟脏数据的产生有一定的影响。

修改DBWR进程个数:

alter system set db_writer_processes=3 scope=memory; --会报"无法修改指定的初始化参数"错误

alter system set db_writer_processes=3 scope=spfile;--修改成功，下次启动时才生效

3)、查看启动了几个ARC进程

select * from v$process where program like '%ARC%';

9. 会话

i0、会话是用户与 Oracle 服务器的单个连接

i1、当用户与服务器建立连接时创建会话

i2、当用户与服务器断开连接时关闭会话

i3、从v$session中查询会话信息，SELECT * FROM v$session;

10  oracle数据库结构

i、Oracle数据库由操作系统文件组成，这些文件为数据库信息提供实际物理存储区。

ii、Oracle 数据库包括逻辑结构和物理结构；

物理结构包含数据库中的一组操作系统文件；

逻辑结构指数据库创建之后形成的逻辑概念之间的关系。

11 物理结构

物理组件就是Oracle数据库所使用的操作系统物理文件。我们可以在D:\dev\oracle\product\10.2.0\oradata\orcl目录下进行查看，在生产环境中不同的文件放在不同的目录，根据用户访问的频繁情况来做决定。
1)、主要物理文件可分为三类： 
i、数据文件：数据文件用于存储数据库数据，如表、索引数据等。
ii、控制文件：控制文件是记录数据库物理结构的二进制文件。
iii、在线日志文件：记录对数据库的所有修改信息，用于故障恢复。
注意：丢失这些文件，数据库不可以继续运行，需要进行介质恢复。

2)、非主要物理文件包括：
参数文件、密码文件、告警和跟踪文件、归档日志文件、备份文件。
参数文件分为pfile文件和spfile文件，位于ORACLE_HOME\DATABASE目录下，9i开始默认不使用sfile文件，如spfileorcl.ora文件。
密码文件：sys用户密码，位于ORACLE_HOME\DATABASE目录下，如pwdorcl.ora文件。
查看是否有归档日志：archive log list。

3)ORACLE_HOME: D:\dev\oracle\product\10.2.0\db_1
注意：丢失这些文件，数据库仍然可以继续运行，不需要进行介质恢复。

12 逻辑结构

数据库的逻辑结构是从逻辑的角度分析数据库的组成。

Oracle 的逻辑组件包括：数据库->表空间->段->区->数据块。

13 表空间

i1、表空间是数据库中最大的逻辑单位，一个 Oracle 数据库至少包含一个表空间，就是名为SYSTEM的系统表空间。
i2、每个表空间是由一个或多个数据文件组成的，一个数据文件只能与一个表空间相关联。
i3、表空间的大小等于构成该表空间的所有数据文件大小之和。
i4、创建表空间的语法是：
CREATE TABLESPACE tablespacename
DATAFILE 'filename' [SIZE integer [K|M]] 
[AUTOEXTEND [OFF|ON]];
i5、默认表空间
1)、默认包含如下表空间(从v$tablespace中查看)：SYSTEM、SYSAUX、TEMP、UNDOTBS1、USERS、EXAMPLE。
2)、SYSTEM是系统表空间，存放系统的最基本的信息，如果SYSTEM表空间坏掉，Oracle将无法启动。
3)、SYSAUX从10g中引入，作为SYSTEM的辅助表空间，用以减少SYSTEM表空间的负荷 。以前其他表空间中的一些组件，现在放到SYSAUX表空间中了。比如，以前SYSTEM表空间中LogMiner、以前SYSTEM表空间中Logical Standby、Spatial、以前DRSYS表空间中Oracle Text等。
i6、TEMP是临时表空间，当排序不能在分配的空间中完成时，就会使用磁盘排序的方式，即在Oracle实例中的临时表空间中进行。
UNDOTBS1是撤销表空间，是UNDO类型的表空间，保存用户进行DML操作中，修改前的数据。
USERS是数据库默认的永久表空间。
EXAMPLE是数据库测试用例所涉及的表的所属表空间。
i7、select * from dba_data_files;--查看表空间的具体信息
select * from v$tablespace;--查看表空间

14 段、区、数据块

i、段，ASSM 自动段存储管理
1)、段是构成表空间的逻辑存储结构，段由一组区组成。 
2)、按照段所存储数据的特征，将段分为若干种类型，主要有数据段、索引段、回退段和临时段。
ii、区
1)、区为段分配空间，它由连续的数据块组成。 
2)、当段中的所有空间已完全使用时，系统自动为该段分配一个新区。
3)、区不能跨数据文件存在，只能存在于一个数据文件中。
iii、数据块
1)、数据块是Oracle服务器所能分配、读取或写入的最小存储单元。
2)、Oracle服务器以数据块为单位管理数据文件的存储空间。 
3)、show  parameter db_block_size; --查看数据块大小

15 模式

模式，等同于用户

1)、模式是对用户所创建的数据库对象的总称。

2)、模式对象包括表、视图、索引、同义词、序列、过程和程序包等