Oracle數(shù)據(jù)庫的邏輯結構與物理結構

1、 講 義Oracle數(shù)據(jù)庫2009.3李明俊第四章第四章 Oracle數(shù)據(jù)庫體系結構本章內容4.1 Oracle 數(shù)據(jù)庫的邏輯結構4.2 Oracle 數(shù)據(jù)庫的物理結構4.3 數(shù)據(jù)字典4.4 Oracle的內存結構的內存結構 4.1 Oracle 數(shù)據(jù)庫的邏輯結構 從邏輯上看，Oracle數(shù)據(jù)庫可以劃分為表空間、段、區(qū)和塊，以有效管理、存儲、檢索數(shù)據(jù)。Oracle數(shù)據(jù)庫結構數(shù)據(jù)庫結構數(shù)據(jù)庫表空間用戶表空間索引表空間臨時表空間回退表空間 段數(shù)據(jù)段索引段臨時段回退段 區(qū)空閑區(qū)使用區(qū)數(shù)據(jù)文件用戶文件索引文件臨時文件回退文件數(shù)據(jù)塊4.1.1 表空間（表空間（TABLESPACE）1表空間及其作用 邏輯

2、上來說，Oracle數(shù)據(jù)庫劃分為表空間，一個表空間通常將相關的邏輯結構組織在一起。 一個數(shù)據(jù)庫通常由一個或多個表空間組成，表空間可分為系統(tǒng)（SYSTEM）表空間和非系統(tǒng)表空間。 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)邏輯上存儲在表空間上，實際上存儲在表空間所對應的物理數(shù)據(jù)文件上。 2表空間類型數(shù)據(jù)字典管理表空間Oracle8以下版本采用。本地化管理表空間Oracle8i以上版本采用。Oracle8i-Oracle9i Release 1兩種方法都可采用。Oracle9i Release2完全采用本地化管理表空間。 兩種管理方法的區(qū)別： -數(shù)據(jù)字典管理表空間當空間需要擴充時必須通過 查詢數(shù)據(jù)字典來查找空閑塊，對磁盤碎片不

3、能自動合并。 -本地化管理表空間使用位圖的方法查找空閑空間，產生的磁盤碎片可以自動合并。目前安裝的數(shù)據(jù)庫是Oracle9i Release2版，可通過查詢DBA_TABLESPACES了解表空間的狀態(tài)。表空間表空間用戶表空間系統(tǒng)表空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件1數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件2數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件3 一個表空間中的數(shù)據(jù)文件的個數(shù)與操作系統(tǒng)有關，一般來說是1022個；一個數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)文件的最大個數(shù)是65533。 使用CREATE DATABASE或CREATE CONTROLFILE語句中的MAXDATAFILES參數(shù)會限制每一個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)文件個數(shù)。 數(shù)據(jù)庫的表空間個數(shù)沒有限制，但數(shù)據(jù)庫只允

4、許65533個數(shù)據(jù)文件，一個表空間至少有一個數(shù)據(jù)文件，因此數(shù)據(jù)庫的表空間數(shù)不能超過65533個。 數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）可利用表空間完成下列工作： 控制數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的磁盤分配。 將確定的空間份額分配給數(shù)據(jù)庫用戶。 通過使單個表空間聯(lián)機或脫機，控制數(shù)據(jù)的可用性。 執(zhí)行部分數(shù)據(jù)庫后備或恢復操作。 為提高性能，跨越設備分配數(shù)據(jù)存儲。3建立表空間下列命令建立一個表空間的格式：下列命令建立一個表空間的格式： CREATE TABLESPACE tablespace CREATE TABLESPACE tablespace DATAFILE datafile SIZE nnnM DATAFILE dataf

5、ile SIZE nnnM 【autoxtend on next nnnMautoxtend on next nnnM maxsize nnnnM | unlimited maxsize nnnnM | unlimited】 EXTENT MANAGEMENT LOCAL EXTENT MANAGEMENT LOCAL UNIFORM SIZE nnnM | AUTOALLOCATE; UNIFORM SIZE nnnM | AUTOALLOCATE; tablespace tablespace表空間表空間 datafile - datafile -數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件 autoxtend on

6、next autoxtend on next文件空間自動增加文件空間自動增加 EXTENT MANAGEMENT LOCAL EXTENT MANAGEMENT LOCAL代表本地化表空間代表本地化表空間 UNIFORM UNIFORM 區(qū)大小相同區(qū)大小相同 AUTOALLOCATE AUTOALLOCATE 區(qū)大小系統(tǒng)動態(tài)自動分配區(qū)大小系統(tǒng)動態(tài)自動分配下列命令建立一個下列命令建立一個USER_DATAUSER_DATA本地化管理表空間，尺寸為本地化管理表空間，尺寸為100M100M。CREATE TABLESPACE USER_DATA DATAFILE CREATE TABLESPACE

7、USER_DATA DATAFILE f:oracleoradatatestuserl_data.dbff:oracleoradatatestuserl_data.dbf SIZE 100m SIZE 100m autoxtend on next 100m maxsize 1000m autoxtend on next 100m maxsize 1000m EXTENT MANAGEMENT LOCAL UNIFORM size 500k; EXTENT MANAGEMENT LOCAL UNIFORM size 500k; 其中：其中： f:oracleoradatatestuserl_da

8、ta.dbff:oracleoradatatestuserl_data.dbf SIZE 100m SIZE 100m autoxtend on next 100m maxsize 1000m autoxtend on next 100m maxsize 1000m 是對數(shù)據(jù)文件的描述，而下面的子句是對表空間的描述。是對數(shù)據(jù)文件的描述，而下面的子句是對表空間的描述。 EXTENT MANAGEMENT LOCAL UNIFORM size 500k; EXTENT MANAGEMENT LOCAL UNIFORM size 500k; 下列命令建立一個下列命令建立一個USER_DATAUSER

9、_DATA本地化管理表空間，尺寸為本地化管理表空間，尺寸為300M300M， DATAFILE DATAFILE從句指定多個數(shù)據(jù)文件，并用逗號隔開，從句指定多個數(shù)據(jù)文件，并用逗號隔開，以建立大容量的數(shù)據(jù)文件。以建立大容量的數(shù)據(jù)文件。CREATE TABLESPACE USER_DATA DATAFILE CREATE TABLESPACE USER_DATA DATAFILE f:oracleoradatatestuserl_data.dbff:oracleoradatatestuserl_data.dbf SIZE 100mSIZE 100m autoxtend on next 100m m

10、axsize 1000m, autoxtend on next 100m maxsize 1000m, f:oracleoradatatestuser2_data.dbff:oracleoradatatestuser2_data.dbf SIZE 100mSIZE 100m autoxtend on next 100m maxsize unlimited, autoxtend on next 100m maxsize unlimited, f:oracleoradatatestuser3_data.dbff:oracleoradatatestuser3_data.dbf SIZE 100mSI

11、ZE 100m EXTENT MANAGEMENT LOCAL UNIFORM size 500k; EXTENT MANAGEMENT LOCAL UNIFORM size 500k; 下列命令建立一個臨時表空間，使用臨時表空間可以使得排序操作更加有效，以改進性能。臨時表空間內不能駐留永久數(shù)據(jù)。只能為臨時段指定臨時表空間。 Create temporary Tablespace TEMP2 Tempfile D:oracleoradatatestTemp01.dbf Size 500M EXTENT MANAGERMENT LOCAL Uniform Size 5M;4修改表空間 1.修改表

12、空間的數(shù)據(jù)文件，給表空間增加數(shù)據(jù)文件 ALTER TABLESPACE USER_DATA ADD DATAFILE f:oracleoradatauser01.dbf SIZE 30M; 2.修改表空間的可用性，將表空間聯(lián)機 ALTER TABLESPACE USER_DATA ONLINE;3.修改表空間的非可用性，將表空間脫機 ALTER TABLESPACE APPL_DATA OFFLINE;4.修改表空間管理只讀模式 ALTER TABLESPACE USER_DATA READ ONLY;5.修改表空間管理只讀寫模式 ALTER TABLESPACE USER_DATA READ

13、 WRITE;5查詢表空間信息 有關表空間的信息，可以查詢DBA_TABLESPACES、DBA_DATA_FILES、DBA_FREE_SPACE、 V$TABLESPACE、 V$SORT_USAGE、V$DATAFILE等數(shù)據(jù)字典和視圖。 DBA_TABLESPACES包含了數(shù)據(jù)庫中所有表空間的信息（表空間名字、默認的存儲參數(shù)、類型、狀態(tài)、是否永久/臨時等）,而USER_TABLESPACES包含了用戶擁有的表空間的信息。 查詢DBA_DATA_FILES返回表空間數(shù)據(jù)文件信息（表空間名、表空間的 數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)文件尺寸），是否自動擴展設置信息。 SELECT FILE_NAME,TAB

14、LESPACE_NAME,BYTES, AUTOEXTENTSIBLE,MAXBYTES FROM DBA_DATA_FILES;查詢DBA_FREE_SPACE返回所有表空間中可用的自由區(qū)，查詢一個表空間總的自由空間； USER_FREE_SPACE顯示當前用戶擁有的表空間中的自由區(qū)。 SELECT TABLESPACE_NAME, SUM(BYTES) FREE_SPACE FROM DBA_FREE_SPACE GROUP BY TABLESPACE_NAME;查詢該視圖從控制文件獲得表空間名。 SELECT * FROM V$TABLESPACE; V$DATAFILE ,這是動態(tài)性能

15、視圖，包含數(shù)據(jù)文件名字、尺寸、數(shù)據(jù)文件所在的表空間名、數(shù)據(jù)文件的狀態(tài)（OFFLINE、 ONLINE 、READ WRITE 、READ ONLY）。其他視圖 DBA_SEGMENTS、ALL_SEGMENTS、USER_SEGMENTS：包含段的類型、段的尺寸、表空間相關的存儲參數(shù)。 DBA_EXTENTS、ALL_EXTENTS、 USER_EXTENTS：包含區(qū)的尺寸、與區(qū)相關的段和表空間信息。 DBA_TEMP_FILES：包含本地化管理的臨時表空間的臨時文件。 DBA_USERS：包含為用戶指定的默認表空間和臨時表空間。 V$TEMP_EXTENT_MAP：包含一個本地化管理的臨時表

16、空間的所有區(qū)的信息6.UNDO6.UNDO表空間表空間 UNDOUNDO表空間表空間Oracle9iOracle9i中引入的全新的概念，它自動對回中引入的全新的概念，它自動對回退段進行管理，當一個回退段不足時，一個事務可以使用多個退段進行管理，當一個回退段不足時，一個事務可以使用多個回退段，回退段，OracleOracle會自動使用其他回退段，不終止事務的運行。會自動使用其他回退段，不終止事務的運行。4.1.2 段（SEGMENT） 段是表空間中指定類型的邏輯存儲結構，是為表、索引等邏輯結構分配的區(qū)（extent）的集合。 Oracle的段主要有5種類型。 數(shù)據(jù)段：用于存儲表、分區(qū)的數(shù)據(jù)。每建

17、立一張表，就分配一個段。 索引段：存儲索引數(shù)據(jù)。每建立一個索引，就分配一個索引段。 臨時段：數(shù)據(jù)庫執(zhí)行排序或子查詢時需要臨時工作區(qū)，系統(tǒng)自動建立臨時段，操作執(zhí)行結束自動釋放臨時段。 回退段：當用戶對數(shù)據(jù)庫執(zhí)行修改操作時，系統(tǒng)將修改前的數(shù)據(jù)存入回退段，在執(zhí)行回退命令rollback時，回退段中的數(shù)據(jù)用于撤消所作的修改。4.1.3 區(qū)（EXTENT） 區(qū)是分配空間的最小單位。一個區(qū)由一組連續(xù)的邏輯塊組成。 一個段至少包含一個區(qū)。當一段中所有空間已使用完，Oracle為該段分配一個新的區(qū)。區(qū)的分配和回收是系統(tǒng)自動完成的。4.1.4 塊（BLOCK） 塊是Oracle內最小的邏輯單元，是I/O的最小單

18、位。 一個數(shù)據(jù)塊對應一個或多個操作系統(tǒng)物理塊。 塊的大小是在數(shù)據(jù)庫建立時，使用參數(shù)DB_BLOCK_SIZE決定（系統(tǒng)缺省值為8K）。該參數(shù)在數(shù)據(jù)庫建立后不能更改，除非重建數(shù)據(jù)庫。4.2 Oracle 4.2 Oracle 數(shù)據(jù)庫的物理結構數(shù)據(jù)庫的物理結構 數(shù)據(jù)庫的物理結構是數(shù)據(jù)庫中操作系統(tǒng)文件的集合。 Oracle數(shù)據(jù)庫文件數(shù)據(jù)庫文件數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件控制文件控制文件重做日志重做日志重做日志重做日志參數(shù)文件參數(shù)文件口令文件口令文件歸檔的歸檔的日志文件日志文件4.2.1 數(shù)據(jù)文件 數(shù)據(jù)文件有如下特點： 每個數(shù)據(jù)庫至少有一個數(shù)據(jù)文件。 每個數(shù)據(jù)文件只與一個表空間、一個數(shù)據(jù)庫相關。 在數(shù)

19、據(jù)庫中建立的表、索引等對象只能存儲在一個表空間中。但這些對象的物理存儲可以在該表空間的不同數(shù)據(jù)文件上。一般的做法是將表數(shù)據(jù)與索引數(shù)據(jù)存放在不同的數(shù)據(jù)文件上，將回退信息與臨時數(shù)據(jù)存放在不同的數(shù)據(jù)文件上。對象對象1 1對象對象2 2對象對象3 3表空間表空間1 1表空間表空間2 2數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件1 1數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件2 2數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件3 3對象對象4 4對象對象5 5 創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件，當建立一個表空間時，會建立相應的數(shù)據(jù)文件。如建立一300M的數(shù)據(jù)文件。CREATE TABLESPACE APPL_DATA DATAFILE f:oracleoradatatestappl_data.dbf S

20、IZE 300M; 也可以給已經存在的表空間增加數(shù)據(jù)文件。ALTER TABLESPACE USERS ADD DATAFILE f:oracleoradatatestappl_data.dbf SIZE 25M; 查詢數(shù)據(jù)文件 通過V$DATAFILE，V$TEMPFILE, DBA_DATA_FILES，DAB_EXTENTS等數(shù)據(jù)字典和視圖可以查詢數(shù)據(jù)文件的相應信息。例如查詢數(shù)據(jù)文件中的狀態(tài)，名字。其中system01.dbf文件的狀態(tài)為system，表明該文件是系統(tǒng)表空間的一部分。 調整數(shù)據(jù)文件的尺寸 建立文件時設置AUTOEXTEND,使得數(shù)據(jù)文件尺寸自動擴展，或使用ALTER DA

21、TABASE設置自動擴展；CREATE TABLESPACE APPL_DATA DATAFILE f:oracleoradatatestappl_data.dbf SIZE 500M AUTOEXTEND ON NEXT 100M MAXSIZE 2000M;ALTER DATABASE DATAFILE f:oracleoradatatestappl_data.dbfAUTOEXTEND ON NEXT 100M MAXSIZE 2000M;另一方法是手工操作，執(zhí)行命令ALTER DATABASE DATAFILE的RESIZE從句來調整數(shù)據(jù)文件尺寸。ALTER DATABASE DATA

22、FILE f:oracleoradatatestappl_data.dbf RESIZE 1500M;4.2.2 重做日志 Oracle數(shù)據(jù)庫的重做日志（redo log），也稱為事務日志（transaction log），是數(shù)據(jù)庫的重要組成部分，用于保護所有已提交事務的工作。 日志文件分為聯(lián)機重做日志文件和歸檔日志文件。日志文件的工作模式分為歸檔模式（Archivelog）和非歸檔模式（NoArchivelog）兩種。 數(shù)據(jù)庫的重做日志是存儲在硬盤上的一組系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件。 日日志志文文件件組組日日志志文文件件組組歸檔的事歸檔的事務日志務日志日志切換日志切換日志切換日志切換歸檔日志模式（Arch

23、ivelog） 當聯(lián)機重做日志文件寫滿一個后開始寫另一個聯(lián)機重做日志文件之前，把要開始寫的日志轉存到歸檔日志文件中，然后再寫該日志，這種方式為歸檔模式。非歸檔日志模式（NoArchivelog） 當聯(lián)機重做日志文件寫滿一個后直接覆蓋寫另一個聯(lián)機重做日志文件，進行循環(huán)覆蓋寫聯(lián)機重做日值，會丟失最早的日志，這種方式為非歸檔模式。查看聯(lián)機重做日志文件信息在V$Logfile、V$Log、V$Log_History等數(shù)據(jù)字典中，可以查看日志文件的組、狀態(tài)、名稱等信息。 4.2.3 控制文件 控制文件用于記錄和維護數(shù)據(jù)庫的全局物理結構，是成功啟動和操作數(shù)據(jù)庫必須的二進制文件，以“.CTL”為文件后綴。

24、一個數(shù)據(jù)庫至少需要一個控制文件，每個控制文件只與一個數(shù)據(jù)庫相關聯(lián)。 控制文件包含如下信息：數(shù)據(jù)庫名數(shù)據(jù)庫建立時間數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)文件和日志文件的文件名和路徑表空間名稱當前重做日志文件序號檢查點信息備份信息日志歷史記錄記錄控制文件名和路徑的參數(shù)在init.ora的control_files中。control_files=(F:oracleoradatatestCONTROL01.CTL, F:oracleoradatatestCONTROL02.CTL, F:oracleoradatatestCONTROL03.CTL)查看V$CONTROLFILE，得到控制文件的名稱和狀態(tài)。查看V$PARAM

25、ETER，得到所有初始化參數(shù)文件中的所有值、狀態(tài)等信息。查看V$CONTROLFILE_RECORD_SECTION，獲得控制文件的記錄段的信息。通過OEM導航樹來查看。3控制文件的信息查看4.2.4 參數(shù)文件 參數(shù)文件確定存儲結構的大小，設置數(shù)據(jù)庫的默認值，設置數(shù)據(jù)庫的各種物理屬性，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫性能。 參數(shù)文件定義了Oracle實例（Instance）的特性，在建立數(shù)據(jù)庫或啟動實例時必須訪問參數(shù)文件。 參數(shù)文件是一文本文件，可直接使用任何文本編輯器進行編輯。在修改該文件前必須關閉數(shù)據(jù)庫。修改的參數(shù)在重啟數(shù)據(jù)庫時才生效。 參數(shù)文件包含有實例配置參數(shù)，這些參數(shù)置成特殊值，用于初始Oracle實例的

26、許多內存和進程設置，該參數(shù)文件包含：一組實例參數(shù)的值；一個實例所啟動的數(shù)據(jù)庫名字；在SGA中存儲結構使用多少內存；如何處理聯(lián)機日志文件；數(shù)據(jù)庫控制文件的名稱和位置；回退段的信息。4.2.5 其他Oracle文件 其他Oracle文件主要有： 口令文件，用于存放用戶口令的加密文件 歸檔文件，包含恢復所需的庫結構和數(shù)據(jù)文件的副本 警告文件，存放Oracle數(shù)據(jù)庫運行當中出現(xiàn)的各種消息、警告和錯誤信息。 跟蹤文件，用于存儲后臺進程和服務器進程的跟蹤信息，包括后臺進程的警告和錯誤信息，每個后臺進程都有相應的跟蹤文件，以“.TRC”為文件后綴 服務器進程跟蹤文件，主要跟蹤SQL語句，通過它了解SQL語句

27、的性能，并進行相應的調整。 4.3 4.3 數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典 數(shù)據(jù)字典是由一組擁有數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)的表和視圖組成，用于存儲Oracle數(shù)據(jù)庫的結構信息。 數(shù)據(jù)字典一般在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫時建立，沒有數(shù)據(jù)字典，PL/SQL就沒法執(zhí)行。 數(shù)據(jù)字典分為靜態(tài)字典和動態(tài)字典。 4.3.1 靜態(tài)數(shù)據(jù)字典 靜態(tài)數(shù)據(jù)字典主要是表和視圖。一般來說，數(shù)據(jù)字典中的表是不能被訪問的。可以訪問的是數(shù)據(jù)字典中的視圖。靜態(tài)數(shù)據(jù)字典中的視圖分為3類，分別有3個前綴構成。user_*、all_*、dba_*4.3.2 動態(tài)數(shù)據(jù)字典動態(tài)視圖提供有關內存和磁盤的運行情況，用戶只能讀動態(tài)視圖，不能寫。動態(tài)視圖以V$為前綴，例如V$logfile

28、、V$session、V$active_instances、V$context等。 4.4 Oracle.4 Oracle的內存結構的內存結構4.4.1 系統(tǒng)全局區(qū)：System Global AreaSGA 數(shù)據(jù)塊緩沖區(qū) 與數(shù)據(jù)文件進行數(shù)據(jù)交換 重做日志緩沖區(qū)與日志文件進行數(shù)據(jù)交換 SQL共享池處理SQL語句的內存空間，由庫緩沖、 數(shù)據(jù)字典緩沖以及用戶全局區(qū)；4.4.2 程序全局區(qū)：Program Global AreaPGA 是非共享區(qū)，存儲用戶SQL語句中的變量、數(shù)組等；4.4.3 排序區(qū) ： 存放用戶排序數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)量超出排序區(qū)大小時，將占 用磁盤臨時段。內存結構圖在下頁。Oracle

29、Oracle內存結構內存結構用戶進程程序區(qū)PGAProgramGlobalArea排序區(qū) 共享區(qū)SQL 數(shù)據(jù)緩存區(qū) 日志緩存過程.包庫緩沖字典緩沖用戶全局區(qū)全局區(qū)（ System Global AreaSGA ）LGWRARCHDBWR服務器進程數(shù)據(jù)文件日志文件歸檔日志文件4.4.4 后臺進程 后臺進程用于處理并行用戶請求所需的通用功能，它們不會損害系統(tǒng)的完整性和性能。它們把為每個用戶運行的多個Oracle程序所處理的功能統(tǒng)一起來。 后臺進程執(zhí)行I/O并監(jiān)控其他Oracle進程以增加并行性，從而使性能和可靠性更加優(yōu)越。 每個例程至少包括5個基本的后臺進程： DBWRDatabase Write

30、r 數(shù)據(jù)寫入進程； LGWRLOG Writer 日志寫入進程； SMONSystem Monitor 系統(tǒng)監(jiān)控進程 PMONProcess Monitor 進程監(jiān)控進程； CKPTCheckPoint 檢查點進程。 數(shù)據(jù)庫寫進程（DBWR）負責將更新的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)高速緩存寫入數(shù)據(jù)文件。 日志寫進程（LGWR）將重做日志緩沖區(qū)中注冊的更改寫入重做日志文件。 系統(tǒng)監(jiān)控進程（SMON）系統(tǒng)監(jiān)控程序在數(shù)據(jù)庫啟動時，負責檢查數(shù)據(jù)庫的一致性，對數(shù)據(jù)庫進行恢復操作 過程監(jiān)視進程（PMON）是一個被定時喚醒的后臺進程，負責在一個Oracle進程失敗時清理資源 檢查點進程（CKPT） -當日志文件切換時產生，檢查內存數(shù)據(jù)是否完整寫入當前文件。 歸檔進程（ARCH） -在歸檔模式下，把重做日志文件寫入歸檔日志文件。4.5 小結 Oracle數(shù)據(jù)庫的體系結