Oracle第三节-Oracle的基本架构

Oracle的基本架构

oracle基本架构如下

在oracle有SGA中，有个数据高速缓冲区（database buffer cache），由许多大小相等的缓存块组成。这些块根据使用情况不同，可分为脏缓冲块、空闲缓存块和命中缓存块三类：

1. 脏缓存块（dirty buffers）：它保存的是已经被修改过的数据。当一条SQL语句对某个缓存块中的数据进行修改后，这个缓存块就被标记为脏缓存块。

2. 空闲缓存块（free buffers）：不包含任何数据，它们等待后台进程或服务器进程向其中写入数据。当oracle从数据文件中读取数据时，将会寻找空闲缓存块，以便将数据写入其中。

3. 命中缓存块（pinned buffers）：是那些正被使用，或者被显式地声明为保留的缓存块。这些缓存块始终保留在数据高速缓冲区中，不会被换出。

数据库缓冲区缓存&数据库写入器

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，想想，如果允许这么做，那么频繁的磁盘IO对于系统性能的影响是毁灭性的。所以，实际的处理流程是这样的： 

select ename,salary from emp where name='东方不败'

我们来看这么一条简单的查询语句，oracle是如何处理的。首先，当用户提交了该条sql语句，由对应的用户进程（比如我们常用的sql developer）将其发送给服务器，监听程序监听到该条请求，会为其建立一个对应的服务器进程，然后服务器进程会先扫描缓冲区中有没有包含关键行（"东方不败"）的数据块，如果有，这就算一次缓存命中了，然后相关行会传输到PGA进行进一步处理，最终经过格式化后展示给用户；如果没有命中，那么服务器进程会首先将对应行复制到缓冲区内，然后再返回给客户端。

DML（insert，update，delete）操作同理，加入用户发送一条update语句，服务进程依然先去扫描缓冲区，如果缓存命中，则直接更新，数据变脏；如果没有命中，由服务器进程将对应数据块先从磁盘上复制到缓冲区内，再进行更新操作。

脏缓冲区

　　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（DBWn）

　　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。

DBWn什么时候写入？

DBWn是个比较懒的进程，它会尽可能少的进行写入，在以下四种情况它会执行写入：

1. 没有任何可用缓冲区（不得不写啊）

2. 脏缓冲区过多

3. 3秒超时（最晚3秒会执行一次写入）

4. 遇到检查点，即checkPoint（检查点），检查点是个Oracle事件，遇到检查点，DBWn会执行写入。比如实例有序关闭的时候会有检查点，DBWn会将所有脏缓冲区写入到磁盘上去的，这很容易理解，要保持数据文件的一致性。

注意：

　　从上述DBWn的几个写入时机，我们能意识到，DBWn的写入不是直接依赖于会话的更新操作的。不是一有脏缓冲区，它就执行写入。而且，DBWn执行写入跟commit操作也没有任何关系，不要以为commit操作的影响结果会实时流入到磁盘中去。

DBWn采用极懒算法进行写入，原因我们应该要清楚：频繁的磁盘IO对系统的压力很大，如果DBWn很积极地去写入磁盘，那对系统性能的影响就太大了，换个角度想，如果DBWn很勤快的写磁盘，那么数据库缓冲区存在的意义也就不大了。

　　当然，讲到这儿，我们可能会意识到一个问题，DBWn如此懒地进行数据转储，如果在某一时刻，数据库缓冲区缓存内存在着大量的脏缓冲区（生产环境中，这是常态），也就是有大量的未commit和已commit的数据还在内存中，没有持久化到磁盘中，然后突然系统断电了，这种情况下，数据是不是就丢掉了？数据当然不会丢失，这就引出了重做日志（redo log）的概念，接下来，我们就来谈谈对应重做日志的内存结构和后台进程。

 日志缓冲区&日志写入器

当我们执行一些DML操作（insert,update,delete），数据块发生改变了，产生的变更向量则会写入到重做日志文件中去。有了这些记录，当系统由于断电等因素突然宕掉，数据库缓冲区缓存内的大量脏数据还没来得及写入到数据文件中去，在重新启动的时候，会有一个实例恢复的过程，在此过程中就应用了重做日志记录来使数据保持一致；或者数据库遭遇了物理损坏，比如磁盘损坏了，此时可以通过Oracle的备份恢复工具（如RMAN）进行数据恢复，原理就是 提取备份集-->应用重做日志文件中的变更记录。

日志缓冲区

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，试想下，如果每一次用户DML操作都要进行等待重做记录被写入到磁盘中去，体验会有多差劲。

日志写入器（LGWR）

顾名思义，日志写入器（LGWR）就是把日志缓冲区内的内容写入到磁盘的重做日志文件中去，相比数据库写入器（DBWn），日志写入器就勤快多了。

以下三种情况LGWR会执行写入：

a.commit时写入

　　前面提过，DBWn的写入和commit没有任何关系，如果commit时数据库没有任何记录，那数据就真的丢失了，Oracle 的重做日志就是为了保证数据安全而存在的，commit时，会话会先挂起，等待LGWR将这些记录写入到磁盘上的重做日志文件中，才会通知用户提交完成。所以，LGWR在commit时执行写入，是为了确保事务永不丢失。

b.日志缓冲区的占用率达到1/3。

c.DBWn要写入脏缓冲区前

这个写入是为了数据回滚考虑的。DBWn完全可能写入还没提交的事务（参照上面提到的写入时机），那如何保证事务回滚呢？

　　首先要知道，DBWn除了写入实际的数据，还会写入撤销数据（不了解的同学可参考我的另一篇博文中对于撤销段的描述 Oracle闪回技术详解。）简单说，事务回滚需要撤销数据，在写入撤销数据前，会先写入针对撤销数据的日志记录（有点绕），若用户要进行事务回滚，就可以应用这些日志记录来构造撤销数据，然后进行回滚。

我们对这两块最重要的内存区域和对应的后台进程做个总结：

　　数据库缓冲区缓存和日志缓冲区都是为了提高性能，避免频繁IO而存在的。日志缓冲区相比数据库缓冲区缓存要小的多，并且不能进行自动管理，对于日志缓冲区的修改需要重启实例，数据库缓冲区缓存可进行自动管理。作用在数据库缓冲区缓存上的DBWn进程，为了避免频繁的磁盘IO导致系统性能下降，会尽可能少地执行写入，且DBWn的写入和commit操作没有任何关系；

　　而作用在日志缓冲区上的LGWR进程，则会非常积极地进行写入，一般情况下，它几乎是实时地将重做日志记录转储到磁盘中去。LGWR是Oracle体系结构中最大的瓶颈之一。DML的速度不可能超过LGWR将变更向量写入磁盘的速度。

  共享池

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（large 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。

  JAVA池

　　Oracle 的很多选项使用java写的，Java池用作实例化Java对象所需的堆空间

  流池（Stream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）

以上列举了Oracle常见的内存结构，要注意的是，上面列举的内存区域，除了日志缓冲区是固定的，不能动态调整也不能进行自动管理外，其他内存区域都可以进行动态调整，也可以进行自动管理。