Oracle體系結(jié)構(gòu)全面介紹
通過學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫及實例，我們可以知道Oracle體系結(jié)構(gòu)中的可分為三個范疇：數(shù)據(jù)庫內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如表)、存儲區(qū)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)（包括共享存儲區(qū)和進程）、數(shù)據(jù)庫的外部結(jié)構(gòu)。
一、Oracle體系結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部結(jié)構(gòu),即Oracle數(shù)據(jù)的邏輯表現(xiàn)層，也稱oracleschema,包括以下這些內(nèi)容：
1.表、列、約束條件、數(shù)據(jù)類型(包括抽象數(shù)據(jù)類型)
2.分區(qū)與子分區(qū)
3.用戶與模式
4.索引、簇和散列簇
5.視圖
6.序列
7.過程、函數(shù)、軟件包和觸發(fā)器
8.同義詞
9.權(quán)限及角色
10.數(shù)據(jù)庫鏈接
11段、盤區(qū)和塊
12.回滾段
13.快照與顯形圖
14.各部分的具體介紹以后將在Oralceschema欄目中討論。
二、Oracle體系結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)
包括內(nèi)存緩沖池與后臺進程：
1.系統(tǒng)全局區(qū)（SGA），主要包括：
1）數(shù)據(jù)塊緩存區(qū)
數(shù)據(jù)塊緩存區(qū)(datablockbuffercache)是SGA中的一個高速緩存區(qū)域，用來存儲從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)塊(如表、索引和簇)。數(shù)據(jù)塊緩存區(qū)的大小由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器init.ora文件中的DB_LOCK_BUFFERS參數(shù)決定(用數(shù)據(jù)庫塊的個數(shù)表示)。在調(diào)整和管理數(shù)據(jù)庫時，調(diào)整數(shù)據(jù)塊緩存區(qū)的大小是一個重要的部分。
因為數(shù)據(jù)塊緩存區(qū)的大小固定，并且其大小通常小于數(shù)據(jù)庫段所使用的空間，所以它不能一次裝載下內(nèi)存中所有的數(shù)據(jù)庫段。通常，數(shù)據(jù)塊緩存區(qū)只是數(shù)據(jù)庫大小的1%～2%，Oracle使用最近最少使用(LRU，leastrecentlyused)算法來管理可用空間。當存儲區(qū)需要自由空間時，最近最少使用塊將被移出，新數(shù)據(jù)塊將在存儲區(qū)代替它的位置。通過這種方法，將最頻繁使用的數(shù)據(jù)保存在存儲區(qū)中。
然而，如果SGA的大小不足以容納所有最常使用的數(shù)據(jù)，那么，不同的對象將爭用數(shù)據(jù)塊緩存區(qū)中的空間。當多個應(yīng)用程序共享同一個SGA時，很有可能發(fā)生這種情況。此時，每個應(yīng)用的最近使用段都將與其他應(yīng)用的最近使用段爭奪SGA中的空間。其結(jié)果是，對數(shù)據(jù)塊緩存區(qū)的數(shù)據(jù)請求將出現(xiàn)較低的命中率，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。
2）字典緩存區(qū)
數(shù)據(jù)庫對象的信息存儲在數(shù)據(jù)字典表中，這些信息包括用戶帳號數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)文件名、段名、盤區(qū)位置、表說明和權(quán)限，當數(shù)據(jù)庫需要這些信息(如檢查用戶查詢一個表的授權(quán))時，將讀取數(shù)據(jù)字典表并且將返回的數(shù)據(jù)存儲在字典緩存區(qū)的SGA中。
數(shù)據(jù)字典緩存區(qū)通過最近最少使用(LRU)算法來管理。字典緩存區(qū)的大小由數(shù)據(jù)庫內(nèi)部管理。字典緩存區(qū)是SQL共享池的一部分，共享池的大小由數(shù)據(jù)庫文件init.ora中的SHARED_POOL_SIZE參數(shù)來設(shè)置。
如果字典緩存區(qū)太小，數(shù)據(jù)庫就不得不反復(fù)查詢數(shù)據(jù)字典表以訪問數(shù)據(jù)庫所需的信息，這些查詢稱為循環(huán)調(diào)用(recuesivecall)，這時的查詢速度相對字典緩存區(qū)獨立完成查詢時要低。
3）重做日志緩沖區(qū)
重做項描述對數(shù)據(jù)庫進行的修改。它們寫到聯(lián)機重做日志文件中，以便在數(shù)據(jù)庫恢復(fù)過程中用于向前滾動操作。然而，在被寫入聯(lián)機重做日志文件之前，事務(wù)首先被記錄在稱作重做日志緩沖區(qū)(redologbuffer)的SGA中。數(shù)據(jù)庫可以周期地分批向聯(lián)機重做日志文件中寫重做項的內(nèi)容，從而優(yōu)化這個操作。重做日志緩沖區(qū)的大小(以字節(jié)為單位)由init.ora文件中的LOG_BUFFER參數(shù)決定。
4）SQL共享池
SQL共享池存儲數(shù)據(jù)字典緩存區(qū)及庫緩存區(qū)(librarycache)，即對數(shù)據(jù)庫進行操作的語句信息。當數(shù)據(jù)塊緩沖區(qū)和字典緩存區(qū)能夠共享數(shù)據(jù)庫用戶間的結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)信息時，庫緩存區(qū)允許共享常用的SQL語句。
SQL共享池包括執(zhí)行計劃及運行數(shù)據(jù)庫的SQL語句的語法分析樹。在第二次運行(由任何用戶)相同的SQL語句時，可以利用SQL共享池中可用的語法分析信息來加快執(zhí)行速度。
SQL共享池通過LRU算法來管理。當SQL共享池填滿時，將從庫緩存區(qū)中刪掉最近最少使用的執(zhí)行路徑和語法分析樹，以便為新的條目騰出空間。如果SQL共享池太小，語句將被連續(xù)不斷地再裝入到庫緩存區(qū)，從而影響操作性能。
SQL共享池的大小(以字節(jié)為單位)由init.ora文件參數(shù)SHARED_POOL_SIZE決定。
5）大池
大池(LargePool)是一個可選內(nèi)存區(qū)。如果使用線程服務(wù)器選項或頻繁執(zhí)行備份/恢復(fù)操作，只要創(chuàng)建一個大池，就可以更有效地管理這些操作。大池將致力于支持SQL大型命令。利用大池，就可以防止這些SQL大型命令把條目重寫入SQL共享池中，從而減少再裝入到庫緩存區(qū)中的語句數(shù)量。大池的大小(以字節(jié)為單位)通過init.ora文件的LARGE_POOL_SIZE參數(shù)設(shè)置，用戶可以使用init.ora文件的LARGE_POOL_MIN_ALLOC參數(shù)設(shè)置大池中的最小位置。Oracle8i已不用這個參數(shù)。作為使用LargePool的一種選擇方案，可以用init.ora文件的SHARED_POOL_RESERVED_SIZE參數(shù)為SQL大型語句保留一部分SQL共享池。
6）Java池
由其名字可知，Java池為Java命令提供語法分析。Java池的大小(以字節(jié)為單位)通過在Oracle8i引入的init.ora文件的JAVA_POOL_SIZE參數(shù)設(shè)置。init.ora文件的JAVA_POOL_SIZE參數(shù)缺省設(shè)置為10MB。
7）多緩沖池
可以在SGA中創(chuàng)建多個緩沖池，能夠用多個緩沖池把大數(shù)據(jù)集與其他的應(yīng)用程序分開，以減少它們爭奪數(shù)據(jù)塊緩存區(qū)內(nèi)相同資源的可能性。對于創(chuàng)建的每一個緩沖池，都要規(guī)定其LRU鎖存器的大小和數(shù)量。緩沖區(qū)的數(shù)量必須至少比LRU鎖存器的數(shù)量多50倍。
創(chuàng)建緩沖池時，需要規(guī)定保存區(qū)(keeparea)的大小和再循環(huán)區(qū)(recyclearea)的大小。與SQL共享池的保留區(qū)一樣，保存區(qū)保持條目，而再循環(huán)區(qū)則被頻繁地再循環(huán)使用?？梢酝ㄟ^BUFFER_POOL_KEEP參數(shù)規(guī)定來保存區(qū)的大小。例如：
保存和再循環(huán)緩沖池的容量減少了數(shù)據(jù)塊緩沖存儲區(qū)中的可用空間(通過DB_BLOCK_BUFFERS參數(shù)設(shè)置)。對于使用一個新緩沖池的表，通過表的storage子句中的buffer_pool參數(shù)來規(guī)定緩沖池的名字。例如，如果需要從內(nèi)存中快速刪除一個表，就把它賦予RECYCLE池。缺省池叫作DEFAULT，這樣就能在以后用altertable命令把一個表轉(zhuǎn)移到DEFAULT池。#p#
2.程序全局區(qū)(PGA)。
程序全局區(qū)(PGA，ProgramGlobalArea)是存儲區(qū)中的一個區(qū)域，由一個Oracle用戶進程所使用，PGA中的內(nèi)存不能共享。
3.環(huán)境區(qū)
4.后臺進程
數(shù)據(jù)庫擁有多個后臺進程，其數(shù)量取決于數(shù)據(jù)庫的配置。這些進程由數(shù)據(jù)庫管理，它們只需要進行很少的管理。每個后臺進程創(chuàng)建一個跟蹤文件。在實例操作期間保存跟蹤文件。后臺進程跟蹤文件的命名約定和位置隨操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫版本而不同。一般來說，跟蹤文件含有后臺進程名或后臺進程的操作系統(tǒng)進程ID。可以設(shè)置初始化參數(shù)文件的BACKGROUND_DUMP_DEST參數(shù)來規(guī)定后臺進程跟蹤文件的位置，但是有些版本的Oracle忽略這種設(shè)置。排除數(shù)據(jù)庫故障時，跟蹤文件就顯得非常重要。影響后臺進程的嚴重問題通常記錄在數(shù)據(jù)庫的警告日志上。警告日志通常位于BACKGROUND_DUMP_DEST目錄下。一般來說，這個目錄是ORACLE_BASE目錄下的/ADMIN/INSTANCE_NAME/BDUMP目錄。
1）SMON
當啟動一個數(shù)據(jù)庫時，SMON(SystemMonitor，系統(tǒng)監(jiān)控程序)進程執(zhí)行所需的實例恢復(fù)操作(使用聯(lián)機重做日志文件)，它也可以清除數(shù)據(jù)庫，取消系統(tǒng)不再需要的事務(wù)對象。SMON的另一個用途是：將鄰接的自由盤區(qū)組成一個較大的自由盤區(qū)。對于某些表空間，數(shù)據(jù)庫管理員必須手工執(zhí)行自由空間合并；SMON只合并表空間中的自由空間，這些表空間的缺省pctincrease存儲值為非零。
2）PMON
PMON(進程監(jiān)控程序)后臺進程清除失敗用戶的進程，釋放用戶當時正在使用的資源。當一個持有鎖的進程被取消時，其效果是顯而易見的，PMON負責(zé)釋放鎖并使其可以被其他用戶使用。同SMON一樣，PMON周期性地喚醒檢測它是否需要被使用。
3）DBWR
DBWR(數(shù)據(jù)庫寫入程序)后臺進程負責(zé)管理數(shù)據(jù)塊緩存區(qū)及字典緩存區(qū)的內(nèi)容。它以批方式把修改塊從SGA寫到數(shù)據(jù)文件中。
盡管每一個數(shù)據(jù)庫實例只有一個SMON和一個PMON進程在運行，但是根據(jù)平臺和操作系統(tǒng)的不同，用戶可以同時擁有多個DBWR進程。使用多個DBWR進程有助于在進行大的操作期間減少DBWR中的沖突。所需DBWR進程的數(shù)量由數(shù)據(jù)庫的init.ora文件中的DB_WRITER_PROCESSES參數(shù)決定。如果系統(tǒng)支持異步I/O，可以用多個DBWRI/O從(slave)進程創(chuàng)建一個DBWR進程。DBWRI/O從進程的數(shù)量由init.ora文件的DBWR_I/O_SLAVES參數(shù)設(shè)置。
如果創(chuàng)建多個DBWR進程，這些進程就不叫做DBWR，它們將有一個數(shù)字分量。例如，如果創(chuàng)建5個DBWR進程，進程的操作系統(tǒng)名就可能是DBW0、DBW1、DBW2、DBW3和DBW4。
4）LGWR
LGWR(日志寫入程序)后臺進程負責(zé)把聯(lián)機重做日志緩沖區(qū)的內(nèi)容寫入聯(lián)機重做日志文件。LGWR分批將日志條目寫入聯(lián)機重做日志文件。重做日志緩沖區(qū)條目總是包含著數(shù)據(jù)庫的最新狀態(tài)，這是因為DBWR進程可以一直等待到把數(shù)據(jù)塊緩沖區(qū)中的修改數(shù)據(jù)塊寫入到數(shù)據(jù)文件中。
LGWR是數(shù)據(jù)庫正常操作時唯一向聯(lián)機重做日志文件寫入內(nèi)容并從重做日志緩沖區(qū)直接讀取內(nèi)容的進程。與DBWR對數(shù)據(jù)文件執(zhí)行的完全隨機訪問相反，聯(lián)機重做日志文件以序列形式寫入。如果聯(lián)機重做日志文件是鏡像文件，LGWR同時向鏡像日志文件中寫內(nèi)容。
對于Oracle8，可以創(chuàng)建多個LGWRI/O從進程以改善向聯(lián)機重做日志文件的寫入性能，其個數(shù)由數(shù)據(jù)庫的init.ora文件的LGWR_IO_SLAVES參數(shù)決定。
在Oracle8i中，這個參數(shù)已不能用，LGWRI/O從進程由DBWR_IO_SLAVES設(shè)置值派生
而來。
5）CKPT
CKPT(檢查點進程)用來減少執(zhí)行實例恢復(fù)所需的時間。檢查點使DBWR把上一個檢查點以后的全部已修改數(shù)據(jù)塊寫入數(shù)據(jù)文件，并更新數(shù)據(jù)文件頭部和控制文件以記錄該檢查點。
當一個聯(lián)機重做日志文件被填滿時，檢查點進程會自動出現(xiàn)。可以用數(shù)據(jù)庫實例的init.ora文件中的LOG_CHECKPOINT_INTERVAL參數(shù)來設(shè)置一個頻繁出現(xiàn)的檢查點。
CKPT后臺進程把早期數(shù)據(jù)庫版本中LGWR的兩個功能(向檢查點發(fā)信號及復(fù)制日志內(nèi)容)分成兩個后臺進程。當數(shù)據(jù)庫實例的init.ora文件中的CHECKPOINT_PROCESS參數(shù)被設(shè)置為TRUE時，就可以建立CKPT后臺進程。
6）ARCH
LGWR后臺進程以循環(huán)方式向聯(lián)機重做日志文件寫入；當填滿第一個日志文件后，就開始向第二個日志文件寫入；第二個日志文件填滿后，再向第三個日志文件寫入。一旦最后一個重做日志文件填滿，LGWR就開始重寫第一個重做日志文件的內(nèi)容。
當Oracle以ARCHIVELOG(歸檔日志)模式運行時，數(shù)據(jù)庫在開始重寫重做日志文件之前先對其進行備份。這些歸檔的重做日志文件通常寫入一個磁盤設(shè)備中。也可以直接寫入磁帶設(shè)備中，但是這往往要增加操作員的勞動強度。
這種歸檔功能由ARCH(歸檔進程)后臺進程完成，利用該性能的數(shù)據(jù)庫在處理大數(shù)據(jù)事務(wù)時將遇到重做日志磁盤沖突問題，這是因為當LGWR準備寫入一個重做日志文件時，ARCH正準備讀取另一個。如果歸檔日志目標磁盤寫滿，數(shù)據(jù)庫還將遇到數(shù)據(jù)庫鎖定問題。此時，ARCH凍結(jié)，禁止LGWR寫入；從而禁止在數(shù)據(jù)庫中出現(xiàn)進一步的事務(wù)處理；這種情況一起延續(xù)到歸檔重做日志文件的空間清空為止。
對于Oracle8，可以創(chuàng)建多個ARCHI/O從進程以改善對歸檔重做日志文件的寫入功能。在Oracle8.0中，ARCHI/O從進程的個數(shù)由數(shù)據(jù)庫的init.ora文件中的ARCH_IO_SLAVES參數(shù)決定。在Oracle8i中，這個參數(shù)已不能用，ARCH_IO_SLAVES設(shè)置值由DBWR_IO_SLAVES設(shè)置值派生。
7）RECO
RECO(恢復(fù)進程)后臺進程用于解決分布式數(shù)據(jù)庫中的故障問題。RECO進程試圖訪問存在疑問的分布式事務(wù)的數(shù)據(jù)庫并解析這些事務(wù)。只有在平臺支持DistributedOption(分布式選項)且init.ora文件中的DISTRIBUTED_TRANSACTIONS參數(shù)大于零時才創(chuàng)建這個進程。
8）SNPn
Oracle的快照刷新及內(nèi)部作業(yè)隊列調(diào)度依賴于它們執(zhí)行的后臺進程(快照進程)。這些后臺進程的名字以字母SNP開頭，以數(shù)字或字母結(jié)束。為一實例所創(chuàng)建的SNP進程的個數(shù)由數(shù)據(jù)庫的init.ora文件中的JOB_QUEUE_PROCESSES參數(shù)決定(在Oracle7中，該參數(shù)名為SNAPSHOT_REFRESH_PROCESSES)。
9）LCKn
當采用Oracle并行服務(wù)器選項時，多個LCK(鎖定進程)后臺進程(命名為LCK0~LCK9)用于解決內(nèi)部實例的鎖定問題。LCK進程的個數(shù)由GC_LCK_PROCS參數(shù)決定。
10）Dnnn
Dnnn(調(diào)度程序進程)是MTS結(jié)構(gòu)的一部分；這些進程有助于減少處理多重連接所需要的資源。對于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器支持的每一個協(xié)議必須至少創(chuàng)建一個調(diào)度程序進程，調(diào)度程序進程根據(jù)SQL*Net(或Net8)的配置在數(shù)據(jù)庫啟動時創(chuàng)建，在數(shù)據(jù)庫打開后可以創(chuàng)建或取消。
11）Snnn
創(chuàng)建Snnn(服務(wù)器進程)來管理需要專用服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫連接。服務(wù)器進程可以對數(shù)據(jù)文件進行I/O操作。
12)Pnnn
如果啟動數(shù)據(jù)庫中的并行查詢選項，一個查詢的資源要求可以分布在多個處理器中。當實例啟動由init.ora文件的PARALLEL_MIN_SERVERS參數(shù)確定時，指定數(shù)目的并行查詢服務(wù)器進程就啟動。每一個這樣的進程都將出現(xiàn)在操作系統(tǒng)級。需要并行操作的進程越多，啟動的并行查詢服務(wù)器進程就越多。每個并行查詢服務(wù)器進程在操作系統(tǒng)級將有一個P000、P001、P002這樣的名字。并行查詢服務(wù)器進程的最大數(shù)量由init.ora文件的PARALLEL_MAX_SERVERS參數(shù)確定。#p#
三、Oracle體系結(jié)構(gòu)中的的外部結(jié)構(gòu)
1.重做日志
Oracle保存所有數(shù)據(jù)庫事務(wù)的日志。這些事務(wù)被記錄在聯(lián)機重做日志文件(onlineredologfile)中。當數(shù)據(jù)庫被破壞時，這些日志文件能夠以正確順序恢復(fù)數(shù)據(jù)庫事務(wù)。重做日志文件信息存儲在數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件的外部。
重做日志文件也可以讓Oracle優(yōu)化向磁盤寫入數(shù)據(jù)的方式。當數(shù)據(jù)庫中出現(xiàn)一個事務(wù)時，就把該事務(wù)輸入到重做日志緩沖區(qū)；同時受該事務(wù)影響的數(shù)據(jù)塊不會立即寫入磁盤。
每個Oracle數(shù)據(jù)庫都有兩個或更多的聯(lián)機重做日志文件。Oracle以循環(huán)方式向聯(lián)機重做日志文件寫入：第一個日志文件被填滿后，就向第二個日志文件寫入，然后依次類推。當所有聯(lián)機重做日志文件都被填滿時，就又回到第一個日志文件，用新事務(wù)的數(shù)據(jù)對其進行重寫。如果數(shù)據(jù)庫正以ARCHIVELOG模式運行，在重寫聯(lián)機重做日志文件前，數(shù)據(jù)庫將先對其進行備份。任何時候都可以用這些歸檔重做日志文件來恢復(fù)數(shù)據(jù)庫的任何部分。
重做日志文件可以被數(shù)據(jù)庫鏡像(復(fù)制)。鏡像聯(lián)機重做日志文件不依賴操作系統(tǒng)或操作環(huán)境的硬件性能就可以對重做日志文件進行鏡像。
2.控制文件
數(shù)據(jù)庫的全局物理結(jié)構(gòu)由其控制文件(controlfile)維護?？刂莆募涗洈?shù)據(jù)庫中所有文件的控制信息。控制文件維護內(nèi)部的一致性并引導(dǎo)恢復(fù)操作。
由于控制文件對數(shù)據(jù)庫至關(guān)重要，所以聯(lián)機存儲著多個拷貝。這些文件一般存儲在各個不同的磁盤上，以便將因磁盤失效引起的潛在危險降至最低限度。創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫時，同時就提供與之對應(yīng)的控制文件。
數(shù)據(jù)庫控制文件的名字通過init.ora文件的CONTROL_FILES參數(shù)規(guī)定。盡管這是一個init.ora參數(shù)，但是CONTORL_FILES參數(shù)通常用config.ora文件規(guī)定，因為它很少變化。如果需要給數(shù)據(jù)庫添加一個新的控制文件，可關(guān)閉實例，把已存在的一個控制文件復(fù)制到新的地址，把新的地址添加到CONTROL_FILES參數(shù)設(shè)置值上，并重新啟動這個實例。
3.跟蹤文件與警告日志
在實例中運行的每一個后臺進程都有一個跟蹤文件與之相連。跟蹤文件記載后臺進程遇到的重大事件的信息。除了跟蹤文件外，Oracle還有一個稱作警告日志(alertlog)的文件，警告日志記錄數(shù)據(jù)庫文件運行中主要事件的命令及結(jié)果。例如，表空間的創(chuàng)建、重做日志的轉(zhuǎn)換、操作系統(tǒng)的恢復(fù)、數(shù)據(jù)庫的建立等信息都記錄在警告日志中。警告日志是數(shù)據(jù)庫每日管理的重要資源，當需要查找主要失敗原因時，跟蹤文件就非常有用。
應(yīng)經(jīng)常監(jiān)控警告日志。警告日志的條目將通知你數(shù)據(jù)庫操作期間遇到的任何問題，其中包括出現(xiàn)的任何ORA_0600內(nèi)部錯誤。為使警告日志便于使用，最好是每天能自動對其重新命名。例如，如果警告日志稱作alert_orcl.log，可以對它重新命名，以便其文件名包括當前日期。下次Oracle要寫該警告日志時，將找不到具有alert_orcl.log文件名的文件，因此數(shù)據(jù)庫將創(chuàng)建一個新的文件名。這樣，除了有以前的警告日志外，還有一個當前的警告日志(alert_orcl.log)。用這種方式區(qū)分警告日志條目就可以使對警告日志條目的分析更有效。
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