02Oracle數(shù)據庫的體系結構

1、第2章 Oracle數(shù)據庫的體系結構2.1 Oracle數(shù)據庫的物理存儲結構Oracle數(shù)據庫的物理存儲結構由存儲在磁盤中的操作系統(tǒng)文件組成。包括構成數(shù)據庫的各種物理文件，包括數(shù)據文件，控制文件，重演日志文件，歸檔重演日志文件，參數(shù)文件，警告、跟蹤日志文件和備份文件等。Oracle數(shù)據庫存儲結構 物理存儲結構數(shù)據文件（Data File）重做日志文件（Redo Log File）控制文件（Control File） 邏輯存儲結構表空間（Table Space）段（Segment）區(qū)（Extent）塊（Block）Oracle數(shù)據庫文件類型及其關聯(lián)2.1.1 數(shù)據文件（Data File） 數(shù)據

2、庫中所有的數(shù)據最終都保存在數(shù)據文件中。每個Oracle數(shù)據庫都有一個或多個物理數(shù)據文件數(shù)據文件中包括表數(shù)據索引數(shù)據數(shù)據字典定義回滾事務所需的信息存儲過程、函數(shù)和數(shù)據包的代碼用來排序的臨時數(shù)據一個數(shù)據文件只能與一個數(shù)據庫相關聯(lián)(N:1)。可以對數(shù)據文件設置一些特性，在數(shù)據庫空間用完的情況下可以自動擴展。一個或多個數(shù)據文件構成了一個數(shù)據庫存儲的邏輯單元表空間(table space)。 提示：表空間是數(shù)據庫存儲的邏輯單位。數(shù)據庫文件如果離開了表空間將失去意義，而表空間如果離開了數(shù)據文件將失去物理基礎數(shù)據文件的特點例：使用數(shù)據字典dba_data_files查看表空間system所對應的數(shù)據文件的部

3、分信息。SQLdesc dba_data_files;SQLselect file_name,tablespace_name, autoextensible from dba_data_files where tablespace_name=SYSTEM;dba_data_files表結構：查詢執(zhí)行結果：2.1.2 控制文件數(shù)據庫控制文件(control file)是一個很小的二進制文件，用于維護數(shù)據庫的全局物理結構，它存放著數(shù)據庫中數(shù)據文件和日志文件的信息。創(chuàng)建數(shù)據庫時，同時就提供了與之對應的控制文件。每一個控制文件只能與一個Oracle數(shù)據庫相關聯(lián)?？刂莆募藬?shù)據庫實例在啟動和正常操作

4、時，訪問數(shù)據庫所需的關于數(shù)據庫的信息。 一旦損壞，數(shù)據庫將無法正常工作查詢當前數(shù)據庫的控制文件信息 （ 使用數(shù)據字典：V$controlfile ） 提示：Oracle一般會默認創(chuàng)建3個包含相同信息的控制文件，分別存儲在不同磁盤互為鏡像，以防其中之一受損時，數(shù)據庫可以調用其他控制文件繼續(xù)工作SQLcolumn name format a50;SQLselect name from V$controlfile;控制文件包含的信息數(shù)據庫名稱數(shù)據庫創(chuàng)建的時間戳相關的數(shù)據文件、重演日志文件的名稱和位置表空間信息數(shù)據文件脫機范圍日志歷史歸檔日志信息備份組和備份塊信息備份數(shù)據文件和重演日志信息數(shù)據文件拷貝

5、信息當前日志序列數(shù)檢查點(checkpoint)信息2.1.3 重做日志文件每一個Oracle數(shù)據庫都有一個由兩個或多個重演日志文件(redo log file)構成的文件組，這組重演日志文件合稱為數(shù)據庫的重演日志。一個重演日志文件是由重做條目(redo entry，也叫重做記錄)組成的。重演日志的主要功能是記錄下所有數(shù)據的改變。重演日志文件中的信息可以用在數(shù)據庫從系統(tǒng)失敗或者介質失敗的恢復之中 。 記錄數(shù)據庫所有修改信息的文件，簡稱日志文件，是數(shù)據庫最重要的文件之一。其中修改信息包括數(shù)據的修改信息或者數(shù)據庫結構的修改信息等。為了確保日志文件的安全，在實際應用中，允許對日志文件進行鏡像，它們構

6、成一個日志文件組，同一個族的日志文件最好放在不同的磁盤中。Oracle中的多個日志文件組是循環(huán)使用的。當所有的日志文件組的空間都被填滿后，系統(tǒng)將重新切換到第一個日志文件組，發(fā)生日志切換時，日志文件組中已有的信息是否被覆蓋取決于系統(tǒng)運行的模式（歸檔模式和非歸檔模式。）日志文件組2.1.4 其他文件 1.歸檔重演日志文件 歸檔重演日志文件(archive log file)就是對寫滿的重演日志文件進行復制并保存而生成的文件。 可以通過設置數(shù)據庫為歸檔模式(ARCHIVELOG mode)下來自動地保存日志文件。歸檔進程(ARCO)在后臺負責把寫滿的重演日志文件復制到歸檔日志目標中。歸檔日志文件在數(shù)

7、據庫恢復時起決定性作用。2. 參數(shù)文件(parameter file) 參數(shù)文件包含了一組關于數(shù)據庫和實例的配置參數(shù)。主要包括數(shù)據庫名和控制文件所在路徑。有文本參數(shù)文件（parameterFile,簡稱Pfile。ini.ora）和服務器參數(shù)文件（Server Parameter File ,簡稱Spfile，spfile.ora）兩種類型。 Oracle推薦用戶使用一個服務器參數(shù)文件作為維護初始化參數(shù)的動態(tài)手段。一個服務器參數(shù)文件允許用戶在一個服務器端的磁盤文件里持久地保存和管理初始化參數(shù)。3. 警告、跟蹤日志文件 每一個服務器和后臺進程都可以寫入一個相關的跟蹤文件(trace file)。

8、當一個進程發(fā)現(xiàn)了一個內部錯誤的時候，它把關于錯誤的信息轉儲到它的跟蹤文件里。寫入到跟蹤文件的一部分信息是給數(shù)據庫管理員使用的，而其他信息是給Oracle支持服務的。跟蹤文件信息還可以用于調整應用程序和實例。 警告文件(alert file)是一種特殊的跟蹤文件，一個數(shù)據庫的警告文件就是包括按時間排序的消息和錯誤的記錄。 4. 備份文件 用戶管理的備份和恢復實際上就是要求用戶在試圖恢復備份的時候先還原備份文件。服務器管理的備份和恢復管理了備份過程，例如，調度備份及恢復過程就是在需要恢復的時候施加正確的備份文件。 主要的邏輯存儲結構：表空間各種段數(shù)據段索引段臨時段回滾段區(qū)間數(shù)據塊 2.2 Orac

9、le數(shù)據庫的邏輯存儲結構表空間段數(shù)據塊數(shù)據塊數(shù)據庫表空間段區(qū)區(qū)Oracle數(shù)據庫的邏輯結構表空間是Oracle中最大的邏輯存儲結構，它與物理上的一個或多個數(shù)據文件相對應，每個Oracle數(shù)據庫都至少擁有一個表空間。表空間的大小等于構成表空間的所有數(shù)據文件大小的總和。表空間用于存儲用戶在數(shù)據庫中創(chuàng)建的所有的內容。2.2.1 表空間(Tablespace)表空間與數(shù)據文件的關系 一個表空間與硬盤上的一個或多個物理數(shù)據文件相對應。例：通過數(shù)據字典dba_tablespaces,查看當前數(shù)據庫的所有表空間的名稱SQLselect tablespace_name from dba_tablespaces

10、;Oracle自動創(chuàng)建的表空間的說明：見P23頁中表2-1系統(tǒng)表空間臨時表空間工具表空間用戶表空間數(shù)據庫索引表空間回滾表空間主要的數(shù)據庫表空間Oracle允許在逐個表空間基礎上控制數(shù)據庫數(shù)據的可用性在聯(lián)機表空間中的數(shù)據對于應用程序和數(shù)據庫來說是可用的在脫機表空間中的數(shù)據對于應用程序和數(shù)據庫來說是不可用的，即使當數(shù)據庫是可用的也是如此。 聯(lián)機和脫機表空間永久表空間和臨時表空間在Oracle數(shù)據庫中，大多數(shù)表空間是永久表空間。永久表空間存儲單個SQL請求和事務中必須存留的信息。Oracle還允許在數(shù)據庫中創(chuàng)建臨時表空間。臨時表空間使事務能夠用于處理復雜SQL操作的大量臨時工作空間，如存儲查詢、連接

11、查詢和建立索引等。段是一組盤區(qū)，是Oracle管理數(shù)據庫對象的單位。是終端用戶能處理的最小單位。Oracle為段分配的空間是以數(shù)據區(qū)為單位的，當斷的數(shù)據區(qū)已滿，Oracle圍棋分配另一個數(shù)據區(qū)。段的數(shù)據區(qū)可以是不連續(xù)的磁盤空間。段可以分為：數(shù)據段、索引段、臨時段、回退段四種類型。2.2.2 段(Segment)1.數(shù)據段 用于存儲表中的數(shù)據。數(shù)據段的名稱與表的名稱相同。系統(tǒng)為分區(qū)表的每個分區(qū)分配一個數(shù)據段。2.索引段 用于存儲表中國的所有索引信息。索引段的名稱與索引相同。分區(qū)索引的每一個分區(qū)對應一個索引段。3.臨時表 臨時段用于存儲臨時數(shù)據。排序或者匯總時所產生的臨時數(shù)據都存儲在臨時段中，該段

12、由系統(tǒng)在用戶的臨時表空間中自動創(chuàng)建，兵在排序或者匯總結束是自動消除。4.回退段 用于存儲用戶數(shù)據被修改之前的值。用于用戶進行回退（恢復）操作時使用。每個Oracle數(shù)據庫至少擁有一個回退段。2.2.3 區(qū)（EXtent）區(qū)時磁盤空間分配的最小單位，由一個或多個數(shù)據塊組成。當段中的所有空間被使用完后，系統(tǒng)將自動為該段分配一個新的區(qū)。段所包含的區(qū)的個數(shù)由：minextents和maxextents參數(shù)決定。2.2.4 數(shù)據塊是用來管理存儲空間的最基本的單位，也是最小的邏輯存儲單位。塊頭部：包含數(shù)據塊中的餓一般屬性信息，如物理地址、所屬斷的類型等。表目錄：用來存儲相關對象的信息。行目錄：用來存儲數(shù)據

13、塊中有效的行信息?？臻e空間：數(shù)據塊中還沒有使用的存儲空間。行空間： 數(shù)據塊中已使用的存儲空間塊頭部表目錄行目錄空閑空間行空間塊頭部信息區(qū) 塊的默認大小，由 db_block_size參數(shù)在數(shù)據庫創(chuàng)建時指定，一旦數(shù)據庫創(chuàng)建成功后無法修改。2.2.5表空間、段、分區(qū)和數(shù)據塊的關系圖2.3 Oracle數(shù)據庫系統(tǒng)結構與實例Oracle數(shù)據庫系統(tǒng)結構包括：Oracle實例（Instance）、數(shù)據庫文件、用戶進程、服務器進程，以及其他文件如：密碼文件、和歸檔文件（Archive Log File）等。Oracle數(shù)據庫管理系統(tǒng)包括： Oracle數(shù)據庫 和 Oracle實例 Oracle數(shù)據庫是一組相

14、關的操作系統(tǒng)文件的集合2.3.1 Oracle數(shù)據庫系統(tǒng)結構Library cacheData dict cacheOracle數(shù)據庫系統(tǒng)結構Oracle 系統(tǒng)結構圖2.3.2 Oracle數(shù)據庫實例 Oracle實例由一些內存區(qū)和后臺進程組成。內存區(qū)域主要包括：數(shù)據庫高速緩存、共享池、流池以及其他可選內存區(qū)（如java池）。后臺進程主要由：系統(tǒng)監(jiān)控進程（SMON）、進程監(jiān)控（PMON）、數(shù)據庫寫進程（DBWR）、日志寫進程（LGWR）、檢驗點進程(CKPT)、其他進程（如ARCn進程、RECO進程）1. 實例和數(shù)據庫之間的關系2. Oracle實例與參數(shù)文件每個實例都要用稱為SID (sys

15、tem identifier，系統(tǒng)標識符)的符號來標識 決定實例的大小及組成的參數(shù)存儲在初始化參數(shù)文件(init.ora)中，啟動實例時讀取這個文件，在運行時可由數(shù)據庫管理員修改 對該文件的任何修改都只有在數(shù)據庫下一次啟動時才起作用 2.3.3 Oracle數(shù)據庫系統(tǒng)的內存結構1.系統(tǒng)全局區(qū)(SGA)主要部分組成數(shù)據庫高速緩存區(qū)共享池重做日志緩存區(qū)大緩存池固定的SGA。緩沖區(qū)域共享區(qū)域系統(tǒng)全局區(qū)（SGA）軟件代碼區(qū)域棧空間會話信息其他區(qū)程序全局區(qū)(PGA)Oracle內存結構圖數(shù)據庫高速緩存區(qū)（Database Buffer Cache）圖 2.8 數(shù)據庫高速緩存區(qū) 用于存儲從磁盤數(shù)據文件中讀

16、取的數(shù)據，供所有用戶共享，以提高數(shù)據庫的整體效率共享池 Share pool圖 2.9 共享池中的內存結構 用于保存最近執(zhí)行的SQL語句、PL/SQL程序的數(shù)據字典信息，以用于系統(tǒng)對其進行語法分析、編譯和執(zhí)行的內存區(qū)域。重做日志緩存區(qū)用于在內存中存儲未被刷新寫入聯(lián)機重做日志文件的重做信息是Oracle在循環(huán)方式下使用的先進先出的緩沖區(qū)大小可在初始化參數(shù)文件中由log buffer參數(shù)設定，以字節(jié)為單位大緩存池是Oracle的一個可選內存區(qū)，主要用于多線程的服務器或備份還原等操作固定的SGA用于存儲極大量的值。為了對實例進行操作，這些值需要在內部進行記錄。程序全局區(qū)(PGA)獨立于SGA，不會出

17、現(xiàn)在SGA中。由操作系統(tǒng)在本地分配。在系統(tǒng)全局區(qū)可用的共享內存連接到Oracle數(shù)據庫的進程的私有的內存區(qū)程序全局區(qū)(PGA)程序全局區(qū)不能共享程序全局區(qū)含有單個進程工作時需要的數(shù)據、控制信息、進程會話變量和內部數(shù)組等2.3.4 Oracle數(shù)據庫系統(tǒng)的后臺進程圖 2.10 典型的Oracle后臺進程集合 在NT服務器上，后臺進程的執(zhí)行是作為Oracle Service的多線程實現(xiàn)的，它允許Oracle進程更有效地使用共享內存地址空間，從而減少了N T 操作系統(tǒng)處理。 Oracle數(shù)據庫啟動時，會啟動多個Oracle后臺進程，用于異步執(zhí)行不同的特定任務。通過查詢數(shù)據字典v$bgprocess可

18、以查看它們的相關信息。DBWn 進程： 數(shù)據庫寫入進程，負責將數(shù)據緩沖區(qū)中的數(shù)據寫入數(shù)據文件。其主要有以下幾個作用：管理數(shù)據緩沖區(qū)，一遍用戶進程總能找到空閑的緩沖區(qū)。將所有修改后的緩沖區(qū)數(shù)據（dirty data）寫入數(shù)據文件。使用LRU算法將最近使用過的塊保留在內存中。通過延遲些來優(yōu)化磁盤I/O讀寫。DBWn進程最多可以啟動20個，分別命名為DBW0，DBW1.DBW9，DBWa,DBWj。由參數(shù)db_writer_processes決定。LGWR 進程 日志寫入進程，負責管理日志緩沖區(qū)的后臺進程。 將日志信息同步的寫入在線日志文件組中。若整個日志文件組均無法使用，則進程會被掛起，直至問題被

19、解決。CKPT 進程檢驗點進程。一般在發(fā)生日志切換時自動產生，用于縮短實例恢復所需要的時間。在檢查點期間，該進程更新控制文件與數(shù)據文件的標題，從而反映最近成功SCN（系統(tǒng)更改號）。參數(shù) Log_checkpoint_timeout：設置檢查點產生的時間間隔，默認1800秒。參數(shù) Log_checkpoint_interval：設置一個檢查點需要填充的日志文件塊的數(shù)目。默認為0。SMON進程：系統(tǒng)監(jiān)控進程，所負責的工作有：數(shù)據庫實例故障恢復管理和維護表空間中的空閑空間系統(tǒng)啟動期間，回收所有表空間中的臨時段PMON進程：用戶進程監(jiān)控進程，負責用戶進程故障恢復，清理釋放用戶進程的內存區(qū)域。周期性檢查

20、調度進程和服務器進程狀態(tài)。ARCn進程：歸檔進程。用于將邪門的日志文件復制到歸檔日志文件中，防止日志文件組中的日志信息被覆蓋或者破壞。運行在數(shù)據庫服務器歸檔模式下。RECO進程：存在于分布式數(shù)據庫系統(tǒng)中，用于自動解決在分布式數(shù)據庫系統(tǒng)中出現(xiàn)的事務故障。主要負責事務回滾，保持分布式系統(tǒng)中數(shù)據的一致性。2.3.5 數(shù)據庫字典Oracle數(shù)據庫字典（data dictionary），是存儲在數(shù)據庫中的所有對象信息的知識庫，Oracle數(shù)據庫管理系統(tǒng)使用數(shù)據字典獲取對象信息和安全信息。而用戶和數(shù)據庫系統(tǒng)管理員則用數(shù)據字典查詢數(shù)據庫信息。數(shù)據字典中保存有數(shù)據庫中對象和段的信息，如：表、索引、視圖、包、存

21、儲過程以及與用戶、權限、角色、審計和約束等相關的信息數(shù)據字典試只讀的，用戶不能修改數(shù)據信息和結構。數(shù)據字典主要有：user視圖，all視圖，dba視圖，v$視圖，GV$視圖。詳見P32 表2-2。2.4 Oracle數(shù)據庫的應用結構主要的應用結構有：多磁盤結構磁盤映像系統(tǒng)客戶/服務器系統(tǒng)多線程服務器系統(tǒng)并行數(shù)據庫系統(tǒng)分布式數(shù)據庫系統(tǒng)Oracle Web Server系統(tǒng)2.4.1 多磁盤結構圖 2.14 多磁盤結構上的Oracle服務器 2.4.2 磁盤映像系統(tǒng)磁盤映像的好處。磁盤映像可以作為磁盤失效時的備份來使用?？梢愿倪M系統(tǒng)的性能2.4.3 客戶/服務器系統(tǒng) 應用程序運行在客戶端的工作站上

22、，Oracle數(shù)據庫運行在服務器上，二者通過以太網連接在一起。為了使客戶和服務器易于連接，Oracle提供了SQL*Net的高層網絡協(xié)議。在客戶/服務器環(huán)境下，所有客戶都安裝了SQL*Net客戶端軟件，服務器則安裝相應的服務端軟件。SQL*Net提供了一個程序代碼的公用接口，而不用考慮其底層的實現(xiàn)。 基于客戶服務器的Oracle系統(tǒng) 圖 2.15 基于客戶服務器的Oracle系統(tǒng) 客戶機與服務器通信必須進行的幾步操作服務器必須配置成通過網絡接受通信。服務器必須識別哪個數(shù)據庫允許網絡登錄。服務器必須運行SQL*Net?？蛻魴C必須配置成通過網絡進行通信?？蛻魴C必須有充足的內存和磁盤資源可供使用?？?/p>

23、戶機必須已安裝有SQL*Net，并指定一個連接字符串。三層模式的Oracle系統(tǒng)computerserver客戶機1客戶機2數(shù)據庫服務器應用程序服務器圖 2.16 三層模式的Oracle系統(tǒng)三層配置的優(yōu)點可量測性有利于應用程序的執(zhí)行易于分布式處理提高了性能能簡化對客戶機的維護2.4.4 多線程服務器系統(tǒng)多線程服務器(MTS)允許多用戶會話共享一組服務器進程，因而減少了支持大量用戶所必要的資源開銷。同時，多線程服務器的體系結構也允許降低這些服務器會話的全部空閑時間。多線程服務器的體系結構不同于專用服務器。 共享服務器進程不直接與調度器或服務器進程交互，而是監(jiān)控請求隊列。 多線程服務器的下列參數(shù)進

24、行設置mts_dispatchersmts_serversmts_max_servers可以通過在SQL*Plus中查詢動態(tài)視圖V$SESSION來確定當前連接到啟動數(shù)據庫的類型，若結果是DEDICATED，則目前是專用服務器配置；若結果是SHARED，則目前是多線程服務器。查詢命令為： SELECT server FROM V$SESSION WHERE audsid=USERENV(SESSIONID); 2.4.5 并行數(shù)據庫系統(tǒng)配置針對一個Oracle實例訪問的數(shù)據庫針對兩個或兩個以上數(shù)據庫實例(服務器)訪問同一個數(shù)據庫Oracle并行服務器(oracle parallel serve

25、r，OPS)3個獨立的Oracle實例共享同一數(shù)據庫文件 圖 2.18 Oracle并行服務器 并行服務器的好處可以增加數(shù)據庫資源的數(shù)量或凈值數(shù)量允許數(shù)據庫為更多的用戶處理更多的工作提供了一種對災難進行恢復的手段可以根據執(zhí)行的進程的類型對用戶進行分組，并且大量占用CPU的用戶可以留在與常規(guī)聯(lián)機處理事務相分離的一個主機上設計使用并行數(shù)據庫時需要注意的問題可以使用不同的初始化參數(shù)配置在并行服務器數(shù)據庫上運行的各種實例。用戶可以把系統(tǒng)設計為使用具有一個或多個富余實例的并行服務器，以便在主實例不可獲取時仍能支持自己的所有用戶。如果硬件可以支持足夠的節(jié)點，可以在相同的數(shù)據庫上使用并行服務器的伸縮特性及故

26、障恢復能力。設計使用并行數(shù)據庫時需要注意的問題在設計多實例數(shù)據庫時，在伸縮特性及故障恢復能力這兩個功能之間進行明確的區(qū)分是非常重要的。 需要做好準備修改單實例數(shù)據庫使用的初始化參數(shù)文件中的參數(shù)，以使并行服務器使用的多個實例可以成功地相互作用。 在并行方式下啟動一個實例的兩種方法需要將初始化文件中的parallel server設為true。通過在SQL*Plus的STARTUP命令中包括PARALLEL或SHARED關鍵字。在數(shù)據庫管理器總控臺的實例管理屏上使用SHARED單選按鈕。 2.4.6 分布式數(shù)據庫系統(tǒng) 分布式數(shù)據庫系統(tǒng)是作為一個單獨的數(shù)據庫但位于不同場所的系統(tǒng)。這些場所可以在任何地

27、方，可以在緊鄰的辦公室，也可以在地球的另一端。在一個由不同節(jié)點連接起來的網絡環(huán)境中，分布式數(shù)據庫擔當一個單獨的系統(tǒng)。在一個分布式環(huán)境中，不同服務器(主機)上的數(shù)據庫彼此共享數(shù)據。每個服務器既能在物理上分離，又可以保持彼此間的邏輯關系。 分布式數(shù)據庫系統(tǒng) 圖 2.19 分布式數(shù)據庫系統(tǒng) 分布式事務會的好處其他服務器上的數(shù)據庫可以被更新，并且這些事務可以與其他事務組成一個邏輯單元數(shù)據庫對2PC的使用 接收的數(shù)據庫的3種響應方式準備好已準備好進行更新只讀沒有準備的必要退出子處理不能執(zhí)行更新2.4.7 Oracle Webserver系統(tǒng) 隨著網絡技術的迅猛發(fā)展，數(shù)據庫技術也面臨著一場深刻的變革 Oracle Web Server相當于一個簡單請求傳送者的角色 Oracle Web Server支持用內建的過程創(chuàng)建HTML文檔 Oracle Web Server的基本組成及功能 Web監(jiān)聽器在Oracle主機上的HTTP