oracle体系结构详解
Oracle体系结构就是围绕这张图展开的，要想深入了解oracle，就必须把这张图搞明白。
如图：
一、基本组成：
Oracle server：
一般情况下是一个instance和一个database组成
1个instance只能对应一个数据库。
特殊：1个数据库可以有多个instance（rac）
Oracle Instance：
是由内存（SGA）和后台进程（backupground Process）组成
通过instance来访问database
一个实例只能打开一个数据库
Oracle database：
数据文件（Data files）：
数据文件永远存储数据库的数据，包括数据字典、用户数据（表、索引、簇）、undo数据等
重做日志（Redo log）：
“先记后写”
重做日志用于记录数据库的变化，当进行例程恢复或介质恢复时需要使用重做日志
执行DDL或DML操作时，事物变化会被写到重做日志缓冲区，而在特定的时刻LGWR会将重做日志缓冲区中的内容写入重做日志。
控制文件（Control file）
控制文件用于记录和维护数据库的物理结构，并且每个Oracle数据库至少要包含一个控制文件。
归档日志（Archive log）:
是非活动（Inactive）重做日志的备份。
口令文件（Password file）:
用于验证特权用户（具有SYSDBA、SYSOPER权限的特殊数据库用户）
参数文件(Parameter file):
用于定义启动实例所需要的初始化参数，包括文本参数文件（pfile）和服务器参数文件（spfile）
User and Server process ：
在执行sql语句时产生的进程，每一个连接，oracle server创建一个session，产生一个server process，在client发起一个connection时就产生了一个user process。
体系结构可以分为，database结构和instance结构
如下结构：
二、instance结构详解
1、 内存结构
主要包括sga（system global area）和pga（program global area）
Pga是当程序起来时，给server process用（不包含在instance里面，这里不做重点讨论）
SGA(System Global Area）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。
下面是dave哥关于sga详解：
http://blog.csdn.net/tianlesoftware/article/details/5594080
Sga包括，share pool，db buffer cache，redo log buffer，large pool，java pool。
在9i 中我们都知道在管理Oracle中使用动态SGA时，Granule的大小是和SGA的大小有关系。
SGA 分配的最小单元为一个granule.Oracle SGA的大小总是granule的整数倍，即分配是以整数个granule来分配的。
9i 中的规则如下：
linux/unix
SGA <=128 M granule 4M
SGA >128M granule 16M
Windows
SGA <=128 M granule 4M
SGA >128M granule 8M
10g 中的分配规则为
linux/unix
SGA <=1G granule 4M
SGA >1G granule 16M
Windows
SGA <=1G granule 4M
SGA >1G granule 8M
SQL> select component, granule_size from v$sga_dynamic_components;
COMPONENT GRANULE_SIZE
---------------------------------------------------------------- ------------
shared pool 4194304
large pool 4194304
java pool 4194304
streams pool 4194304
DEFAULT buffer cache 4194304
KEEP buffer cache 4194304
RECYCLE buffer cache 4194304
DEFAULT 2K buffer cache 4194304
DEFAULT 4K buffer cache 4194304
DEFAULT 8K buffer cache 4194304
DEFAULT 16K buffer cache 4194304
DEFAULT 32K buffer cache 4194304
ASM Buffer Cache 4194304
13 rows selected.
Elapsed: 00:00:00.06
SQL>
SQL> desc v$sga_dynamic_components;
Name Type
--------------------------------------------------------
COMPONENT VARCHAR2(64)
CURRENT_SIZE NUMBER
MIN_SIZE NUMBER
MAX_SIZE NUMBER
USER_SPECIFIED_SIZE NUMBER
OPER_COUNT NUMBER
LAST_OPER_TYPE VARCHAR2(13)
LAST_OPER_MODE VARCHAR2(9)
LAST_OPER_TIME DATE
GRANULE_SIZE NUMBER
SQL>
SQL> select * from v$sga_dynamic_components;
COMPONENT CURRENT_SIZE MIN_SIZE MAX_SIZE USER_SPECIFIED_SIZE OPER_COUNT LAST_OPER_TYP LAST_OPER LAST_OPER GRANULE_SIZE
-------------------- ------------ ---------- ---------- ------------------- ---------- ------------- --------- --------- ------------
shared pool 92274688 92274688 0 0 0 STATIC 4194304
large pool 4194304 4194304 0 0 0 STATIC 4194304
java pool 4194304 4194304 0 0 0 STATIC 4194304
streams pool 0 0 0 0 0 STATIC 4194304
DEFAULT buffer cache 62914560 62914560 0 0 0 INITIALIZING 4194304
KEEP buffer cache 0 0 0 0 0 STATIC 4194304
RECYCLE buffer cache 0 0 0 0 0 STATIC 4194304
DEFAULT 2K buffer ca 0 0 0 0 0 STATIC 4194304
DEFAULT 4K buffer ca 0 0 0 0 0 STATIC 4194304
DEFAULT 8K buffer ca 0 0 0 0 0 STATIC 4194304
DEFAULT 16K buffer c 0 0 0 0 0 STATIC 4194304
DEFAULT 32K buffer c 0 0 0 0 0 STATIC 4194304
ASM Buffer Cache 0 0 0 0 0 STATIC 4194304
13 rows selected.
Buffer Cache Size
数据缓存，调高数据命中率可以提高性能。按数据块存放。
db_cache_size
db_keep_cache_size
db_recycle_cache_size
alter system set db_cache_size = xxx M
SQL> show parameter advice
NAME_COL_PLUS_SHOW_PARAM TYPE VALUE_COL_PLUS_SHOW_PARAM
--------------------------------------------------------------------------------
db_cache_advice string ON
SQL>
SQL> select * from v$db_cache_advice;
SQL>
Large Pool Size rman 和一些并行处理时候会用到。
Java Pool Size java存储过程的支持
Streams Pool Size
Oracle 10g 中 sga_target自动调整只是针对这四项：data buffer cache, large_pool, shared_pool, java_pool
1) 03:41:30 SQL> show sga
2)
3) Total System Global Area 285212672 bytes
4) Fixed Size 1218992 bytes
5) Variable Size 71304784 bytes
6) Database Buffers 209715200 bytes
7) Redo Buffers 2973696 bytes
8) 04:45:40 SQL>
9)
04:46:18 SQL> select name,bytes/(1024*1024) ,resizeable from v$sgainfo;
10)
11) NAME BYTES/(1024*1024) RES
12) -------------------------------- ----------------- ---
13) Fixed SGA Size 1.16252136 No
14) Redo Buffers 2.8359375 No
15) Buffer Cache Size 200 Yes
16) Shared Pool Size 60 Yes
17) Large Pool Size 4 Yes
18) Java Pool Size 4 Yes
19) Streams Pool Size 0 Yes
20) Granule Size 4 No ；区组大小为4M
21) Maximum SGA Size 272 No
22) Startup overhead in Shared Pool 36 No
23) Free SGA Memory Available 0
24)
04:49:34 SQL> select sum(bytes)/(1024*1024) size_in_mb from v$sgastat;
25)
26) SIZE_IN_MB
27) ----------
28) 276.003071
29)
30)
04:48:19 SQL> select * from v$sgastat;
31)
32) POOL NAME BYTES
33) ------------ -------------------------- ----------
34) shared pool KKJ WRK LAT 300
35) shared pool kfkhsh_kfdsg 2052
36) shared pool event statistics ptr arra 680
37) shared pool KGKP randnum 40000
38) large pool PX msg pool 206208
39) large pool free memory 3988096
40) java pool free memory 4194304
41)
42) 602 rows selected.
43)
04:50:37 SQL> show parameter sga;
44)
45) NAME TYPE VALUE
46) ------------------------------------ ----------- ------------------------------
47) lock_sga boolean FALSE
48) pre_page_sga boolean FALSE
49) sga_max_size big integer 272M
50) sga_target big integer 272M
SGA动态尺寸总计不能超过初始化参数SGA_MAX_SIZE的值。
如果sga_target超过了sga_max_size的大小，在Instance重新启动后，sga_max_size会调整成和sga_target一样大小的值。
如果在初始化参数里这些内存池设置为非零，则系统启动后，这些值将作为该参数对应的最小值运行。如果那个值在系统运行时不够，则Oracle将自动为其添加容量，以帮助其优化操作，直到内存使用达到SGA_TARGET所表明的上限。
[oracle@oraserv ~]$ !sql
sqlplus '/as sysdba';
SQL*Plus: Release 10.2.0.1.0 - Production on Sat Mar 19 11:17:30 2011
Copyright (c) 1982, 2005, Oracle. All rights reserved.
Connected to an idle instance.
11:17:35 SQL> startup
ORACLE instance started.
Total System Global Area 419430400 bytes
Fixed Size 1219784 bytes
Variable Size 289407800 bytes
Database Buffers 125829120 bytes
Redo Buffers 2973696 bytes
Database mounted.
Database opened.
11:18:13 SQL> show parameter sga
NAME TYPE VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
lock_sga boolean FALSE
pre_page_sga boolean FALSE
sga_max_size big integer 400M
sga_target big integer 300M
11:18:23 SQL> alter system set sga_target=500m ;
alter system set sga_target=500m
*
ERROR at line 1:
ORA-02097: parameter cannot be modified because specified value is invalid
ORA-00823: Specified value of sga_target greater than sga_max_size
11:18:38 SQL> alter system set sga_target=500m scope=spfile;
System altered.
11:18:54 SQL> startup force;
ORACLE instance started.
Total System Global Area 524288000 bytes
Fixed Size 1220360 bytes
Variable Size 176161016 bytes
Database Buffers 343932928 bytes
Redo Buffers 2973696 bytes
Database mounted.
Database opened.
11:19:30 SQL> show parameter sga;
NAME TYPE VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
lock_sga boolean FALSE
pre_page_sga boolean FALSE
sga_max_size big integer 500M
sga_target big integer 500M
11:19:38 SQL>
利用后台进程MMAN进行SGA动态管理
[oracle@oracle ~]$ ps -ef |grep ora_|grep ora_
oracle 8012 1 0 11:12 ? 00:00:00 ora_mman_prod
share pool：
共享池（Share Pool）用于存放最近执行的SQL语句和数据字典信息。
共享池主要有库高速缓存（Library Cache）和数据字典高速缓存（Dictionary cache）两部分组成
1）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。
http://blog.csdn.net/yujin2010good/article/details/7235864
这里还有两个概念：
物理i/o和逻辑i/o---------1：1000
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
dave哥对命中率有详细的描述
http://blog.csdn.net/tianlesoftware/article/details/4674153
2）、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;
DB buffer
数据高速缓存（Database Buffer cache）用于存放最近访问的数据块信息，它由许多小缓冲区（缓冲区大小=数据尺寸）组成
Db_cache_size 定义标准的高速缓存尺寸
Db_nk_cache_size 定义非标准的高速缓存尺寸
数据库高速缓存区：
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”
Redo log buffer
重做日志缓存区（Redo log buffer），用于记载实例的变化。执行DDL或DML语句时，服务器进程首先将事物的变化记载到重做日志缓存区，然后才会修改数据高速缓存。
重做日志缓存区由很多重做记录（Redo record）组成，并且每条重做记录记载了被修改数据块的位置以及变换后的数据
Large pool
PGA(Program Global Area)
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
2、进程结构
用户进程
server进程
当客户端运行应用程序时，会启动形影的应用进程，该进程称为用户进程；
当连接到Oracle Server 时，Oracle在服务器端会为用户进程派生一个新的进程
后台进程
启动实例时，Oracle不仅会分配SGA，还会启动后台进程。
[oracle@oraserv ~]$ ps -ef |grep ora_
oracle 4694 1 0 01:18 ? 00:00:01 ora_pmon_orcl
oracle 4696 1 0 01:18 ? 00:00:00 ora_psp0_orcl
oracle 4698 1 0 01:18 ? 00:00:00 ora_mman_orcl
oracle 4700 1 0 01:18 ? 00:00:00 ora_dbw0_orcl
oracle 4702 1 0 01:18 ? 00:00:00 ora_lgwr_orcl
oracle 4704 1 0 01:18 ? 00:00:06 ora_ckpt_orcl
oracle 4706 1 0 01:18 ? 00:00:01 ora_smon_orcl
oracle 4708 1 0 01:18 ? 00:00:00 ora_reco_orcl
oracle 4710 1 0 01:18 ? 00:00:02 ora_cjq0_orcl
oracle 4712 1 0 01:18 ? 00:00:01 ora_mmon_orcl
oracle 4714 1 0 01:18 ? 00:00:01 ora_mmnl_orcl
oracle 4716 1 0 01:18 ? 00:00:00 ora_d000_orcl
oracle 4718 1 0 01:18 ? 00:00:00 ora_s000_orcl
oracle 4722 1 0 01:18 ? 00:00:00 ora_arc0_orcl
oracle 4724 1 0 01:18 ? 00:00:00 ora_arc1_orcl
oracle 4728 1 0 01:18 ? 00:00:00 ora_qmnc_orcl
oracle 4741 1 0 01:18 ? 00:00:00 ora_q000_orcl
oracle 4743 1 0 01:18 ? 00:00:00 ora_q001_orcl
oracle 5467 1 0 03:46 ? 00:00:00 ora_j000_orcl
[oracle@oraserv ~]$
03:50:01 SQL> select paddr,name,description from v$bgprocess where paddr<>'00';
PADDR NAME DESCRIPTION
-------- ----- ----------------------------------------------------------------
30E16830 PMON process cleanup
30E16DE4 PSP0 process spawner 0
30E17398 MMAN Memory Manager
30E1794C DBW0 db writer process 0
30E1B808 ARC0 Archival Process 0
30E1BDBC ARC1 Archival Process 1
30E1C370 ARC2 Archival Process 2
30E17F00 LGWR Redo etc.
30E184B4 CKPT checkpoint
30E18A68 SMON System Monitor Process
30E1901C RECO distributed recovery
30E195D0 CJQ0 Job Queue Coordinator
30E1C924 QMNC AQ Coordinator
30E19B84 MMON Manageability Monitor Process
30E1A138 MMNL Manageability Monitor Process 2
DBWN
DBWR,用于将数据高速缓存的脏缓冲区数据写入到数据文件中
默认情况下只有一个DBWR0进程，通过db_writer_process 可以定义最多10个DBWR进程（DBWR0-DBWR9).
DBWR工作触发条件：
1、 系统发出检查点（CheckPoint）
如：alter system checkpoint local; 这是手动操作。
2、 脏数据块达到阀值
3、服务器进程不能找到空闲的缓冲区
3、超时
4、 rac ping
3、删除或截断表（表空间的相关操作只写表空间相关的内容）
4、表空间正常脱机（ALTER TABLE … OFFLINE NORMAL)
5、开始表空间备份（ALTER TABLESAPCE ...BEGIN BACKUP )
rac ping官方解释：
Every few seconds, the process in one instance sends messages to each instance. The message is received by PING on the target instance. The time for the round trip is measured and collected.
rac ping是用ops时的概念了，现在已经不用这个概念了，或许没有这个概念了。
Lgwr
LGWR,用于将重做日志缓冲区所记载的全部内容写入到重做日志文件中。
Oracle 总是“先日志后修改”（先记载变化然后修改数据）；
在DBWR工作之前，LGWR首先将事务变化写入到重做日志。
LGWR工作触发条件：
1、提交事务（commit）
2、每隔3秒钟
3、当重做日志信息超过1M
4、重做日志缓冲区超过1/3满
5、在DBWR进程将脏缓冲区写入到数据文件前
思考：
checkpoint时会不会导致lgwr写？
Smon
在例程失败的情况下，SMON做以下的恢复：
Instance recovery
1、REDO，重新应用那些被记载的重做日志，但尚未记载的数据文件的数据。因为所有被提交的事务已经记载到了重做日志，所以可以确保恢复事务数据。（前滚）
2、打开数据库，在打开数据库时，既包含了被提交的数据，也包含了未被提交的数据（加锁）。
3、Undo，取消未提交的数据。打开数据库之后，Oracle会自动使用Undo段回退未提交的数据。（回滚）
整合空闲空间
临时段
Pmon
PMON，用于监视服务器进程的执行，并且在服务器进程失败时清除该服务器进程。
用户例程意外终止运行时，PMON可以轮询检测该服务进程，并执行以下操作：
1、回退用户的当前事务
2、释放服务器进程所占用的所有表锁和行锁
3、释放用户所占用的其他资源
Checkpoint
CKPT,用于发出检查点（CheckPoint），检查点会同步数据库的数据文件和控制文件、重做日志）。
当发出检查点时，后台进程CKPT将检查点时刻的SCN（System Change Number）写入到控制文件、和数据文件头部，同时会促使后台进程DBWR将所有的脏缓冲区写入到数据文件中。
当发出检查点是，不仅后台进程CKPT和DBWR要开始工作，LGWR也会将重做日志缓冲区写入到重做日志，从而确保数据文件、控制文件、重做日志的一致性。
CKPT工作触发条件：
1、日志切换（包括手动：ALTER SYSTEM SWITCH LOGFILE，手动归档应该也可以）
2、关闭实例（shutdown abort除外）
3、手工检查点操作（alter system checkpoint）
4、热备
5、当运行ALTER TABLESPACE/DATAFILE READ ONLY的时候
6、手动设置fast_start_mttr_target
检查点发生后，他会立马做出如下事件：
1、更新数据文件头部
2、更新控制文件
主要是scn，用于恢复，chpt发生的频率越高，恢复的时间越短，频率高了，数据库性能可能有影响；所以设置这个参数的时候要慎重。
Arcn
ARCH,用于将重做日志的事务变化复制到归档日志中（用于重做日志的备份）
SQL> show parameter archive
NAME TYPE VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
archive_lag_target integer 0
log_archive_config string
log_archive_dest string
log_archive_dest_1 string location=/disk1/arch
log_archive_dest_10 string
log_archive_dest_2 string
log_archive_dest_3 string
log_archive_dest_4 string
log_archive_dest_5 string
log_archive_dest_6 string
log_archive_dest_7 string
log_archive_dest_8 string
log_archive_dest_9 string
log_archive_dest_state_1 string enable
log_archive_dest_state_10 string enable
log_archive_dest_state_2 string enable
log_archive_dest_state_3 string enable
NAME TYPE VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
log_archive_dest_state_4 string enable
log_archive_dest_state_5 string enable
log_archive_dest_state_6 string enable
log_archive_dest_state_7 string enable
log_archive_dest_state_8 string enable
log_archive_dest_state_9 string enable
log_archive_duplex_dest string
log_archive_format string %s_%t_%r.log
log_archive_local_first boolean TRUE
log_archive_max_processes integer 2
log_archive_min_succeed_dest integer 1
log_archive_start boolean FALSE
log_archive_trace integer 0
remote_archive_enable string true
standby_archive_dest string ?/dbs/arch
三、 database 结构
1、物理结构
Oracle物理结构主要由：数据文件，日志文件，控制文件
当然还有一些其他的文件：参数文件，口令文件，告紧日志文件，归档日志文件等
具体内容后面一一总结
2、逻辑结构
1、表空间（tablespace），是数据库的逻辑组成部分。
2、段（Segment），用于存放特定的逻辑对象（表、簇、索引等）的所有数据，它由一个或多个区组成的。
如表段、索引段、临时段、undo段等
3、区（extent），是Oracle进行空间分配的逻辑单元，它由相邻的数据块组成。
4、Oracle 块，数据块，是Oracle 在数据文件上执行I/0的最小单位，其尺寸应该为OS块的整数倍
处理sql
服务器进程处理select语句包括解析（Parse），执行（Execute），和提取数据（Fetch）三个阶段
处理DML语句：
因为DML语句不会返回数据，所以处理DML语句只包括解析和执行两个阶段
处理commit
文章内容很多摘自各位网友和ocp ppt图片。
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