Oracle【体系结构】浅谈数据库体系结构

前言： 提到体系结构，大家很自然的想起最经典的 9i 体系结构图，今天咱们就浅谈Oracle体系结构，以及各控件结构的功能，触发机制。学习体系结构，请记住3+3+3+5+N原则会有很大帮助，下面我们对9i体系结构进行简单分析。第一组3的产生： Oracle数据库，我们就一定会想到C/S模式，即Client客户端到Server服务器端的连接。Client可以认为是app应用，那么什么是数据库服务器呢？简单的说，数据库server 就是物理操作系统文件或磁盘的集合。传统的app直接连接到数据库有什么问题？通过数据库的定义，我们可以想到，传统的app连接方法就是应用直接对物理操作系统文件或磁盘访问，这种连接方式必然存在一种缺陷，即大量的物理磁盘IO问题，为了避免大量磁盘IO问题，我们会想到如果前端app不直接对物理磁盘访问，而对内存的访问效率就可以有质的飞跃，所以在此推出实例。所谓的实例就是内存结构和后台进程，一种高效管理数据库的工具。第二组3的产生： 假如app有如下一个需求，select c1,c2 from t where c1=1; 那么前端应用的执行流程又是什么呢？ 首先Client 客户端用户进程通过网络连接（sqlplususer/password@net_servername）连接到指定Instance，Instance实例为每个用户进程分配一段大小为4M-5M左右的内存区域，该内存来自pga，PGA_AGGREGATE_TARGET定义了总的pga大小，Oracle要求分配的总的pga不超过该值，但也不是绝对的，为了避免大量的磁盘操作，有时有可能会超过这个值。当一条sql select c1,c2 from t where c1=1; 请求时，我们极希望可以从内存中获取该数据，所以Oracle先对共享池扫描，如果共享池中没有，Oracle对该sql进行语法分析，查看各关键词是否正确，语句是否正确，然后进行语义分析，查看sql中涉及的对象，权限是否满足等，为方便这些pl/sql程序管理，例如：table，index，procedures、packages和triggers等，Oracle引入library cache，将table，index，procedures、packages和triggers等执行过的pl/sql，通过hash算法记录在library cache内存结构中。为了加速对sql的解析，快速定位到表名，列名，索引等信息，Oracle在内存中存储这些表、索引等数据字典信息，所以引入dictionary cache。以上 library cache 和 dictionary cache都是为了加快pl/sql解析效率，并且两个模块共同存放在shared_pool共享池中。语法分析，语义分析通过之后，Oracle通过内部优化，选择最优的执行方式，最终生成行资源，将结果显示给客户端。如果将来还有select c1,c2 from t where c1=1; 语句产生，Oracle为了避免相同语句的多次解析，将该sql存储在内存中，所以引出了database buffer cache。再次如果有大量的操作需要直接写盘，此时对磁盘的IO影响很大，必然造成性能问题，所以Oracle在将脏数据写入磁盘时，先将数据写到内存当中，然后慢慢写到物理磁盘上。如果此时有脏块写入而没有提交，数据库宕机，redolog buffer 没有脏块写出，数据库在实例恢复时就需要做回滚；如果redolog buffer 有脏块写出，并成功写入物理磁盘的redlogfile中，那么实例恢复时进行前滚，所以Oracle引入了 redolog buffer 。第三组3的产生： 通过上面的分析，Oracle将脏数据全部写在内存当中是很不安全的，为了保证数据的安全必须将脏数据写入物理磁盘，所以Oracle引入datafiles。Oracle在对脏数据的处理机制是先写日志，后写磁盘，所以引入redolog files。那么当数据库宕机时，数据库要完成实例恢复，这时就需要加载数据文件，日志文件，为了让Oracle知道这些数据文件，日志文件所对应的物理地址，文件头信息等，Oracle推出control files，并且在实例恢复时，通过三者块头的SCN号判断是否一致，如果不一致说明数据库需要进行恢复。第一个5的产生： 当Instance实例毁坏时，为了能够修复实例，Oracle引入smon进程；当Client客户端应用连接突然挂掉时，Oracle为了处理这些垃圾连接引入了pmon；当内存中的脏块需要写盘时，Oracle引入了dbwn进程；当内存中的日志需要写盘时，引入lgwr进程；当数据库为了保证一致性检查时，引入ckpt进程。其他： 通过Oracle启动的过程我们发现，当Oracle加载为nomount状态，Oracle需要知道加载哪个数据库，并且数据库分配的资源环境是多少，所以Oracle引入参数文件；因为Oracle将所有的用户信息都存放在数据库中，并且可以通过数据字典查看，但是如果数据库此时宕机无法登陆时，使用普通用户登陆需要进行语义分析，此时数据字典不可读，语义分析失败，为了解决这个问题，Oracle引入口令文件，通过操作系统校验登陆数据库。当数据库启动归档日志模式时，为了保存归档日志，Oracle引入归档日志文件。还有一些诸如java_pool是因为Oracle本身就是由java开发，为了更方便调用自身java组件所以引入java_pool，stream_pool完全是为了支持流复制，所以Oracle引入stream_pool，为了方便大的存入sql以外的块，例如数据库的备份恢复，Oracle引入了large_pool数据文件：（1）内容：存放普通用户的用户数据，系统用户的数据字典信息（2）作用：存取数据（3）特点：至少有一个system表空间用来存放数据字典信息，N个用户表空间，根据业务需求的不同可以创建bigfile tablespace，smallfile tablespace等控制文件：（1）作用：a.存放数据库基本信息，比如：数据文件位置，日志文件位置 b.存放数据库结构信息，比如：maxlogfiles限制了日志文件最多多少个，maxdatafiles限制了数据文件最多多少个等 c.记录最近一次系统中datafiles，controlfiles，redologfiles三者中的SCN号 d.记录归档信息 e.记录rman备份片信息（2）特点：a.大小基本不变，因为在初始化时就分配了空间，记录各文件的信息，如初始化maxlogfiles为30，就一次性分配30个地址记录将来会产生的30个日志文件的信息 b.数据库中只要一个就行，因为很重要，所以经常至少2个作为镜像文件同时存在日志文件：（1）内容：按照系统SCN内存时钟SCN号记录数据库中改变的块（2）作用：实例的恢复（3）特点：至少两个，大小不变，顺序写入，写满切换，循环覆写参数文件：（1）内容作用：记录数据库库名以及一些定制参数设置信息（2）特点：有两种，通过spfile启动的数据库可以修改部分系统参数，无需重启直接生效，但系统参数设置错误会导致下次数据库启动失败；通过pfile启动的数据库修改参数需要重启才能生效，万一参数修改错误可能直接就启动失败口令文件：（1）内容：记录超级用户的口令，例如sys用户（2）作用：用于超级用户的登录校验（3）特点：本地口令验证方式登录数据库归档日志文件：（1）内容：联机日志的镜像备份（2）作用：用于系统的不完全恢复（3）特点：大小<=联机日志大小，名字具有唯一性shared_pool：（1）内容：存放执行过的pl/sql信息（2）作用：加快sql语句的解析效率（3）特点：由library cache 和 dictionary cache两部分组成，library cache主要是存放最近解析过的sql语句，函数，解析树，存储过程，执行计划等；dictionary cache则存放了执行sql语句过程中，所参照的数据字典信息，包括sql语句所涉及到得表名，列信息，权限信息等。dictionary cache也叫做row cache，因为这里面的数据都是以数据行的形式存放的，而不是以数据块的形式存放的。database buffer cache：（1）内容：存放执行过的pl/sql信息，以及即将写入数据文件的数据（2）作用：加快sql语句的执行效率（3）特点：8i以前使用db_block_buffer设置default、buffer_pool_keep设置keep、buffer_pool_recycle设置recycle。而8i以后使用db_cache_size设置default、db_keep_cache_size设置keep、db_recycle_cache_size设置recycle。10g不能自动设置db_keep_cache_size和db_recycle_cache_size，必须手工设置。redolog buffer ：（1）内容：记录数据库中块改变信息（2）作用：记录数据库中块改变信息，实例的恢复（3）特点：每次脏块写物理磁盘之前，先写到内存模块的redolog buffer中large_pool：（1）内容：sga系统全局区中的一个可选组件（2）作用：IO的并行处理进程，数据库的rman备份恢复（3）特点：存放pl/sql以外的块java_pool：（1）内容：sga系统全局区中的一个可选组件（2）作用：有效调用java或jar包有关的程序stream_pool：（1）内容：sga系统全局区中的一个可选组件（2）作用：当Oracle配置流复制时，存放sql语句，10G及以上版本PMON进程：（1）作用：a.监控与Oracle有关的意外死掉的进程 b.重启意外死掉的调度器 c.动态注册监听器（2）特点：进程监控（3）触发条件：监控和重启意外死掉的进程SMON进程：（1）作用：a.空间管理，定期合并空闲，回收临时段 b.实例的恢复，包括前滚所有重做日志中的改变，回滚没有提交的事物（2）特点：系统监控（3）触发条件：定期触发，意外宕机实例恢复时LGWR进程：（1）作用：不断的将日志缓冲区中的脏块写入redolog物理磁盘（2）特点：日志写进程（3）触发条件：a.事务提交commit b.每隔 3 秒自动写 c.redolog buffer 日志缓冲区1/3满 d.日志缓冲区中一次涉及的脏块大于1M e.任何一次数据写之前DBWN进程：（1）作用：不断的将日志缓冲区中的脏块写入datafile物理磁盘（2）特点：数据写进程（3）触发条件：a.发生检查点 b.每隔 3 秒自动写 c.脏数据缓冲区达到阀值，default 10% d.缓冲区没有空闲可用 e.集群环境中的ping，多个实例都可以看到数据 f.表空间的truncate、drop g.表空间的read only，表空间的脱机操作 h.热备份begin backupCKPT进程：（1）作用：每产生检查点对数据进行同步，将数据写到数据文件头、控制文件头、日志文件头（2）特点：产生检查点（3）触发条件：a.shutdown immediate b.alter system checkpoint;




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