oracle数据库体系结构

1. oracle的体系结构概况

oracle数据库的体系结构从宏观方面可以分为两部分：instance + database

   instance：oracle实例，即共享的内存区域（SGA）+ 相关进程
   database：数据库文件，大致包括以下三种

data file：数据文件，存储表的数据信息
control file：控制文件，存储当前数据库的结构信息，同时也包括data文件和redo文件的名称、位置、归档信息等，一旦数据库受损，通过这些文件可以进行恢复
redo log file：重做日志文件，存储数据库的全部变更操作和结果。当数据库断电或其他情况，导致实例失败，内存结构消失，内存中的数据还未来得及写入到数据文件中时，就可以通过redo文件，重做之前的操作，重新执行

下面详细对instance和database进行分解和解释

oracle实例 —— instance

   oracle实例，是访问oracle数据库的基本方式，用户想要访问数据库的数据，必须得通过实例进行数据访问，一个实例只能打开一个数据库链接。而一个实例由 内存结构 和 后台进程 组成。

内存结构（SGA——系统全局区）

系统全局区主要有以下几个部分：

   shared pool：共享池，存储最近使用的执行计划和数据字典等信息，将执行计划放在库缓存区（library cache），将数据字典放在数据字典缓存区（data dictionary cache）中。在执行一条sql时，服务器进程会先在SGA共享池中进行sql编译，再将编译结果（执行计划）放到库缓存区中，如果没有找到这条sql的执行计划，数据库就会首先进行语义、语法、用户权限验证，而这些相关信息都是保存在数据字典中的，数据库会把这些数据加载到数据字典缓存区中，提高数据的访问速度。

   database buffer cache：数据库高速缓存区，存储最近使用到的数据块。在读取数据库某条数据时，数据库进程会先从数据库高速缓存区中查询数据块，如果没有找到，就会从数据文件中查找该数据的数据块，并将结果返回给用户，同时会copy一份数据到数据库高速缓存区中供下次使用；存储数据更改也是先写入数据库高速缓存区，再写入到数据文件中去，使用的算法也是LRU（最近最少使用）算法。

   redo log buffer cache：重做日志缓存区，存储数据库的所有变更操作和变更结构，包括数据块的所有变化（数据块的原始值和新值），这些数据最终都被写入到redo文件中。当数据库实例执行失败后，可以通过redo文件来进行数据恢复。

后台进程

oracle的进程主要分为三类：用户进程、服务器进程和后台进程。

用户进程：即客户端侧的进程，比如用工具登录到sql服务器时，就会启动用户进程，用户进程和oracle服务器之间建立连接的同时，会创建会话，会话信息包括用户连接到服务器的方式，或用户的登录信息等。

服务器进程：oracle服务器接收到用户请求时，会创建一个服务器进程，代表用户进程来和oracle实例进行通信。

后台进程：
   SMON：系统监控进程，对数据库系统进行监控，如果实例化失败，SMON进程会进行实例的恢复。
   DBWN：写数据进程，将数据库高速缓存区中已经更改的数据写入到数据文件中。什么时候触发该进程呢？脏块数量达到上限；或者高速缓存区没有自由空间；或者检查点进程执行了。

什么是脏块？即还在高速缓存区中，但是还没有写入到数据文件的数据块。

会有同学认为，只要sql语句没有commit，数据就不会被写入到数据文件中，这种想法是错误的！
有时候用户还没来得及commit，但是数据库服务器的空闲内存不足时，会由DBWN进程将部分脏块写入到数据文件中，以便腾出宝贵的内存供其他进程使用。那么问题来了，如果数据库操作失败了，那已经写入到数据文件中的数据怎么进行回滚呢？不用担心，可以借助undo文件进行撤销。

   LGWR：写redo进程，将redo缓存区中数据写入到redo文件中。什么时候触发该进程呢？commit时；或者三分之一redo缓存区满了；或者redo缓存区中的数据满1MB；或者在DBWN写之前。
   CKPT：检查点进程，数据库高速缓存区中已经更改的数据在写入到数据文件时，要同时进行数据文件、控制文件、redo文件状态的更改，来保证三者的一致性。
   PMON：进程监控器进程，释放用户进程处理结束后的资源（比如用户数据入库失败后的事务回滚、释放锁、释放其他资源等）。

2. oracle文件存储

Oracle数据库组织为数据库(database)、表空间(tablespace)、操作系统文件、表(table)、段(segment)、盘区(extent)和基本数据块(data blocks)。


表空间：存放数据库中全部的数据。一个表空间包括一个或多个数据文件，数据文件是用来物理存储表空间内全部逻辑结构数据，一个数据文件只能归属于一个表空间。

段：包含表空间中一种指定类型的逻辑存储结构，一个表空间下有多个段，在oracle中有几种类型的段，主要有数据段、索引段、回滚段和临时段等。段不能跨越表空间，但是可以跨越一个表空间内的多个数据文件。

区：区指得是逻辑上连续的一段存储空间，段的增大或减小是以区为单位，一个段可以分为多个区。

块：区是oracle管理数据文件存储空间的单位，一个区包括多个数据块。

3. 表空间管理

分法1
   系统表空间：保存数据库的基本信息，包括数据字典等信息，创库时自动创建。
   用户表空间：存放用户数据，由用户创建。

分法2
   字典管理表空间：通过数据字典来管理表空间，数据字典存储了数据文件、表、索引、列、用户、权限信息和其他一些数据库对象的定义，以及区的分配和回收等信息都是记录在数据字典中的。
   本地管理表空间：在每个数据文件上都有一个位图信息，位图记录每个数据块空间的使用状况，位图中的每一位都对应一个数据块或一组数据块，消耗的资源更少。

最后附上一张DBMS整体架构简图，以加深理解。