一、Oracle数据库是什么?
二、交互流程
三、实例内存结构和进程结构
四、存储结构
Oracle DataBase是一款关系型数据库管理系统。严格来说Oracle DataBase是由两个部分组成:
即:实例+数据库=Oracle数据库
实例:实例是数据库启动时初始化的一组进程和内存结构
数据库:数据库则指的是用户存储数据的一些物理文件
用户进程可以是一般的客户端软件,像Oracle的sqlplus,sql developer,或者是一些驱动程序等等都属于用户进程。
服务器进程有时会称为前台进程,当然是相对于后台进程来说的,服务器进程的主要作用就是处理连接到当前实例的用户进程的请求,对客户端发来的sql进行执行并返回执行结果。在专有服务器结构中,用户进程和服务器进程是一对一的,即就是,当监听程序监听到客户端来了一个请求,会为其分配一个对应的服务器进程。还有一种结构为共享服务器,这种结构就不是一个用户进程对应一个服务器进程了,会通过调度程序进行协调处理
oracle实例内存结构由两部分组成SGA(系统全局区)和PGA(用户全局区)组成,SGA是一块共享的内存区域,也是最大的一块内存区域;PGA则是用户会话专有的内存区域,每个会话在服务器端都有一块专有的内存区域就是PGA。本文主要对SGA进行分析描述。
SGA分为必须包含的内存结构和可能包含的内存结构。
必须包含的内存结构有数据库缓冲区缓存,日志缓冲区和共享池。
可能包含的内存结构包括有大池,JAVA池和流池。
缓冲区缓存 是Oracle用来执行sql 的工作区域,在更新数据时,用户会话不会直接去更新磁盘上的数据。如果缓冲区存储的块和磁盘上的块不一致,该缓冲区就叫做“脏缓冲区”,脏缓冲区最终会由数据库写入器(DBWn)写入到磁盘中去。
数据库写入器是Oracle的一个后台进程,所谓后台进程是相对于前台进程(服务器进程)来讲的。DBWn的"n"意味着一个实例是可以有多个数据库写入器的。
作用:简而言之,DBWn的作用就是将变脏了的缓冲区从数据库缓冲区缓存中写入到磁盘中的数据文件中去。
数据库缓冲区缓存这块内存区域和数据库写入器这块是比较重要的概念,别的数据库产品像mySql也都有对应的实现,只不过叫法不一样罢了。了解这块的时候,要时刻意识到会话是不会直接更新磁盘数据的,会话的更新,插入,删除包括查询等都是先作用到缓冲区上,随后,DBWn会将其中的脏缓冲区转储到磁盘上去。
日志缓冲区是一块比较小的内存区域,它是用来短期存储将写入到磁盘中的重做日志文件中的变更向量的。
日志缓冲区存在的意义依然是为了减少磁盘IO,减少用户的等待时间。
共享池是最复杂的SGA结构,它有许多子结构,我们来看看常见的几个共享池组件:
1.库缓存:库缓存这块内存区域会按已分析的格式缓存最近执行的代码,这样,同样的sql代码多次执行的时候,就不用重复地去进行代码分析,可以很大程度上提高系统性能。
2.数据字典缓存:存储oracle中的对象定义(表,视图,同义词,索引等数据库对象),这样在分析sql代码的时候,就不用频繁去磁盘上读取数据字典中的数据了
3.PL/SQL区:缓存存储过程、函数、触发器等数据库对象,这些对象都存储在数据字典中,通过将其缓存到内存中,可以在重复调用的时候提高性能。
大池:大池是个可选的内存区域,前面我们提到专有服务器连接和共享服务器连接,如果数据库采用了共享服务器连接模式,则要使用到大池;RMAN(Oracle的高级备份恢复工具)备份数据也需要大池。
流池:从重做日志中提取变更记录的进程 和 应用变更记录的进程会用到流池(如实例不正常关闭,譬如断电导致实例关闭,在重启时,Oracle会自动执行实例恢复过程,在此过程需要提取重做日志记录和应用重做日志两个动作)
分为基础文件和外部文件。
其中基础文件分为控制文件,联机重做日志文件和数据文件。
外部文件分为初始化参数文件,口令文件,归档重做日志文件。
所谓外部文件,意味着这些文件从严格意义上来讲并不属于Oracle数据库的一部分。
控制文件虽小,但作用重大,它包含指向数据库其余部分的指针(包括重做日志文件,数据文件,归档日志文件等的位置),存储重要的序列号和时间戳,存储RMAN备份的详细信息。控制文件一旦受损,那实例会立马终止,一般对数据文件的保护采用多路复用机制,就是冗余多份在不同物理位置。
重做日志文件的作用在讲解内存和进程结构的时候有提到过,重做日志按时间顺序存储应用于数据库的一连串的变更向量(包含联机重做日志文件和归档日志文件)。由SMON在数据库启动时自动执行的实例恢复 和 磁盘损坏所要求的提取备份恢复都会应用到重做日志进行相应的数据恢复
重做日志文件也建议进行多路复用,一个数据库至少要有两组重做日志文件。一组供LGWR进行写入,日志文件是固定大小,业务高峰期会很快写满,写满之后会切换到第二组上,在配置为归档模式的数据库中,这时由归档进程(ARCn)开始将第一组的内容进行归档备份,如此循环地进行写入和归档。需要注意的是,在归档进程还未对当前组的日志归档完毕前,是不允许LGWR对其进行重写的。
数据文件存储着实际的数据,DBWn会将数据库缓冲区中的内容写入到这类文件中去,数据文件的大小和数量是不受限制的。Oracle从10g开始,创建一个数据库至少需要两个数据文件,一个用于SYSTEM表空间,该表空间用来存储数据字典;一个用于SYSAUX表空间,这个表空间用来存储一些数据字典的辅助数据。
数据文件由一个个的Oracle块组成,这是Oracle的I/O基础单元,与操作系统块是不同的概念,Oracle块要比操作系统块大,这当然有处于性能的一些考虑,但我们考虑这样一种情况,当用户使用操作系统命令进行数据文件的备份的时候(假设1个Oracle块=8个操作系统块),已经复制了4个操作系统块,然后CPU被DBWn抢占了,DBWn又重新对这个Oracle块进行了更新,这时,当复制命令又得到了CPU时间去复制剩余的4个块的时候,就造成了整个Oracle块的数据不一致,所以,这也是在执行这种备份(用户自行备份)的时候,需要做一些额外处理,比如将表空间置为备份模式的原因。当然,使用RMAN是不存在这样的问题的,RMAN的备份机制是肯定可以得到数据一致的块的。(这块内容作了解即可)
对于数据文件的保护,一般可进行定期备份,或者使用RAID也可以。
这个文件存储了数据库所需的一些参数设置,比如各个内存区域的大小,可允许的最大进程数,最大会话数,控制文件的位置,数据库的名称等等,参数文件也是实例启动时首先要加载的文件。
一般称为外部口令文件。一般的用户名和口令是存放在数据字典中,不会存放在这个文件中。在一些特殊场景下,比如实例还未启动,这时,我可能需要以管理员的身份登入系统去执行一些恢复或者启动操作,然而此时,数据字典由于实例还没启动是不存在的,这时就需要外部口令文件进行用户身份的验证。
ARCn将联机重做日志文件会备份归档到这类文件中去,归档日志文件保留了数据更改的完整历史信息。
Oracle将其物理结构从逻辑存储结构中抽象出来,物理机构是系统管理员能看到的,逻辑结构则是用户所能感知到的。比较典型的逻辑结构就是 "段"和"表空间"。
段就是包含所有数据的逻辑结构,比较典型的段就是"表",称为表段,还有索引段,撤销段等等。
表空间从逻辑上是多个段的结合,在物理上是多个数据文件的集合,相当于在段和数据文件的对应中加入了一个中间层来解决这种多对多的关系。