Oracle体系结构

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Oracle体系结构

Oracle Server包括Oracle实例和Oracle数据库。

一．Oracle实例
Oracle实例的特点：
1.是用来访问和管理Oracle数据库；
2.一个实例只能对应一个数据库，但是一个数据库可以由多个实例访问；
3.Oracle Instance是由内存块(Memory Structus )和后台进程(Background Process)组成。内存块包括：System Global Area(SGA) 系统全局共享区和Program Global Area(PGA)程序全局共享区。SGA是在Oracle Instance启动的时候分配，而且是Oracle Instance的一个基本组成部分，一个Oracle Instance只有一个SGA；PGA是当启动一个Server process时分配一个PGA，启动十个Server process则分配十个PGA.

System Global Area(SGA) 系统全局共享区
简述：SGA包括五个部分：共享池(Shared pool)，块缓冲区高速缓存(Database Buffer Cache)，重做日志缓冲区(Redo log buffer)，Java程序缓冲区(Java Pool)和大池(Large Pool)。

1.共享池(Shared pool)
共享池是SGA中最关键的内存片段，特别是在性能和可伸缩性上。一个太小的共享池会扼杀性能，使系统停止，太大的共享池也会有同样的效果，将会消耗大量的CPU来管理这个共享池。不正确的使用共享池只会带来灾难。
共享池主要又可以分为以下两个部分：SQL语句缓冲(Library Cache)和数据字典缓冲区(Data Dictionary Cache)。

1.1SQL语句缓冲(Library Cache)
当一个用户提交一个SQL语句，Oracle会将这句SQL进行分析(parse)，这个过程类似于编译，会耗费相对较多的时间。在分析完这个SQL，Oracle会把他的分析结果给保存在Shared pool的Library Cache中，当数据库第二次执行该SQL时，Oracle自动跳过这个分析过程，从而减少了系统运行的时间。

1.2数据字典缓冲区(Data Dictionary Cache)
数据字典缓冲区是ORACLE特地为数据字典准备的一块缓冲池，供ORACLE内部使用。

2.块缓冲区高速缓存(Database Buffer Cache)
   这些缓冲是对应所有数据文件中的一些被使用到的数据块。让他们能够在内存中进行操作。在这个级别里没有系统文件，用户数据文件，临时数据文件，回滚段文件之分。也就是任何文件的数据块都有可能被缓冲。数据库的任何修改都在该缓冲里完成，并由DBWR进程将修改后的数据写入磁盘。
　　
　　这个缓冲区的块基本上在两个不同的列表中管理。一个是块的“脏”表(Dirty List)，需要用数据库块的书写器(DBWR)来写入，另外一个是不脏的块的列表(Free List)，一般的情况下，是使用最近最少使用 (Least Recently Used,LRU)算法来管理。块缓冲区高速缓存又可以细分为以下三个部分（Default pool,Keep pool,Recycle pool）。如果不是人为设置初始化参数(Init.ora)，ORACLE将默认为Default pool。由于操作系统寻址能力的限制，不通过特殊设置，在32位的系统上，块缓冲区高速缓存最大可以达到1.7G，在64位系统上，块缓冲区高速缓存最大可以达到10G。

3.重做日志缓冲区(Redo log buffer)
重做日志文件的缓冲区，对数据库的任何修改都按顺序被记录在该缓冲，然后由LGWR进程将它写入磁盘。这些修改信息可能是DML语句，如(Insert,Update,Delete)，或DDL语句，如(Create,Alter,Drop等)。 重做日志缓冲区的存在是因为内存到内存的操作比较内存到硬盘的速度快很多，所以重作日志缓冲区可以加快数据库的操作速度，但是考虑的数据库的一致性与可恢复性，数据在重做日志缓冲区中的滞留时间不会很长。所以重作日志缓冲区一般都很小，大于3M之后的重作日志缓冲区已经没有太大的实际意义。

4.Java程序缓冲区(Java Pool)
Java 的程序区，Oracle 8I 以后，Oracle 在内核中加入了对Java的支持。该程序缓冲区就是为Java 程序保留的。如果不用Java程序没有必要改变该缓冲区的默认大小。

5.大池(Large Pool)
大池的得名不是因为大，而是因为它用来分配大块的内存，处理比共享池更大的内存，在8.0开始引入。
下面对象使用大池：
MTS——在SGA的Large Pool中分配UGA
语句的并行查询(Parallel Executeion of Statements)——允许进程间消息缓冲区的分配，用来协调 并行查询服务器
备份(Backup)——用于RMAN磁盘I/O缓存

后台进程(Background Process)
1.User process
在客户端，将用户的SQL 语句传递给服务进程。

2.Server process
服务进程的分类
　　专用服务进程(Dedicated Server Process)
　　一个服务进程对应一个用户进程
　　共享服务进程(MultiTreaded Server Process)
　　一个服务进程对应多个用户进程，轮流为用户进程服务。
　　PGA & UGA
　　PGA = Process Global Area
　　UGA = User Global Area
　　他保存了用户的变量、权限、堆栈、排序空间等用户信息，对于专用服务器进程，UGA在PGA中分配。对于多线程进程，UGA在Large pool中分配。

3.Background Process
后台进程是Oracle的程序，用来管理数据库的读写，恢复和监视等工作。Server Process主要是通过他和user process进行联系和沟通，并由他和user process进行数据的交换。在Unix机器上，Oracle后台进程相对于操作系统进程，也就是说，一个Oracle后台进程将启动一个操作系统进程；在Windows机器上， Oracle后台进程相对于操作系统线程，打开任务管理器，我们只能看到一个ORACLE.EXE的进程，但是通过另外的工具，就可以看到包含在这里进程中的线程。

Oracle系统有5 个基本进程：
DBWn(数据文件写入进程)
LGWR(日志文件写入进程)
SMON(系统监护进程)
PMON(用户进程监护进程)
CKPT(检查点进程,同步数据文件, 日志文件,控制文件)；

剩下是可选进程，由用户触发：
ARCn LMDn QMNn
CJQ0 LMON RECO
Dnnn LMS Snnn
LCKn Pnnn

[oracle@centos ~]$ ps -ef|grep oracle
oracle    6158     1  0 22:43 ?        00:00:00 ora_pmon_orac9204
oracle    6160     1  0 22:43 ?        00:00:00 ora_dbw0_orac9204
oracle    6162     1  0 22:43 ?        00:00:00 ora_lgwr_orac9204
oracle    6164     1  0 22:43 ?        00:00:00 ora_ckpt_orac9204
oracle    6166     1  0 22:43 ?        00:00:00 ora_smon_orac9204
oracle    6168     1  0 22:43 ?        00:00:00 ora_reco_orac9204
oracle    6170     1  0 22:43 ?        00:00:00 ora_cjq0_orac9204
oracle    6172     1  0 22:43 ?        00:00:02 ora_qmn0_orac9204
oracle    6174     1  0 22:43 ?        00:00:00 ora_s000_orac9204
oracle    6176     1  0 22:43 ?        00:00:00 ora_d000_orac9204
oracle    6178     1  0 22:43 ?        00:00:00 ora_arc0_orac9204
oracle    6180     1  0 22:43 ?        00:00:00 ora_arc1_orac9204
oracle    6193     1  0 22:44 ?        00:00:00 /opt/oracle/9.2.0.4/bin/tnslsnr LISTENER -inherit
root      6347  5251  0 22:58 ?        00:00:00 sshd: oracle [priv]
oracle    6349  6347  0 22:58 ?        00:00:00 sshd: oracle@pts/1
oracle    6350  6349  0 22:58 pts/1    00:00:00 -bash
oracle    6389  6350  0 23:03 pts/1    00:00:00 ps -ef
oracle    6390  6350  0 23:03 pts/1    00:00:00 grep oracle

3.1 Database Writer(DBWn) 数据文件写入进程

将修改过的数据缓冲区的数据写入对应数据文件
　　维护系统内的空缓冲区
　　这里指出几个容易错误的概念:
　　当一个更新提交后,DBWR把数据写到磁盘并返回给用户提交完成.
　　DBWR会触发CKPT 后台进程
　　DBWR不会触发LGWR 进程
　　上面的概念都是错误的.
　　DBWR是一个很底层的工作进程，他批量的把缓冲区的数据写入磁盘。和任何前台用户的进程几乎没有什么关系，也不受他们的控制。至于DBWR会不会触发LGWR和CKPT进程，我们将在下面几节里讨论。
　　DBWR工作的主要条件如下
　　DBWR 超时
　　系统中没有多的空缓冲区用来存放数据
CKPT 进程触发DBWR 等

3.2 Log Writer(LGWR) 日志文件写入进程

将重做日志缓冲区的数据写入重做日志文件，LGWR是一个必须和前台用户进程通信的进程。当数据被修改的时候，系统会产生一个重做日志并记录在重做日志缓冲区内。这个重做日志可以类似的认为是以下的一个结构:
　　SCN=000000001000
　　数据块ID
　　对象ID=0801
　　数据行=02
　　修改后的数据=0011
　　提交的时候，LGWR必须将被修改的数据的重做日志缓冲区内数据写入日志数据文件，然后再通知前台进程提交成功，并由前台进程通知用户。从这点可以看出LGWR承担了维护系统数据完整性的任务。
　　LGWR 工作的主要条件如下
　　用户提交
　　有1/3 重做日志缓冲区未被写入磁盘
　　有大于1M 重做日志缓冲区未被写入磁盘
　　超时
DBWR需要写入的数据的SCN号大于LGWR 记录的SCN号，DBWR 触发LGWR写入

3.3 System Monitor(SMON) 系统监护进程

工作主要包含
　　清除临时空间
　　在系统启动时，完成系统实例恢复
　　聚结空闲空间
　　从不可用的文件中恢复事务的活动
　　OPS中失败节点的实例恢复
　　清除OBJ$表
　　缩减回滚段
　　使回滚段脱机

3.4 Process Monitor(PMON) 用户进程监护进程

主要用于清除失效的用户进程，释放用户进程所用的资源。如PMON将回滚未提交的工作，释放锁，释放分配给失败进程的SGA资源。

3.5 Checkpoint(CKPT) 检查点进程

同步数据文件，日志文件和控制文件，由于DBWR/LGWR的工作原理，造成了数据文件，日志文件，控制文件的不一至，这就需要CKPT进程来同步。CKPT会更新数据文件/控制文件的头信息。
　　CKPT工作的主要条件如下
　　在日志切换的时候
　　数据库用immediate ,transaction , normal 选项shutdown 数据库的时候
根据初始话文件LOG_CHECKPOINT_INTERVAL、LOG_CHECKPOINT_TIMEOUT、FAST_START_IO_TARGET 的设置的数值来确定.

3.6 Archiver(ARCn)归档进程

当数据库以归档方式运行的时候，Oracle会启动ARCH进程，当重做日志文件被写满时，日志文件进行切换，旧的重做日志文件就被ARCH进程复制到一个/多个特定的目录/远程机器。这些被复制的重做日志文件被叫做归档日志文件。