1、第2章 Oracle數據庫體系構造教 師：陳玉明：Page 1內容簡介本課主要講授Oracle 10g體系構造適用于數據庫管理員(DBA)Oracle 9i同樣適用2廈門理工學院計算機系.概 要DBA的職責Oracle體系構造由內存構造、進程構造、存儲構造組成內存構造由SGA、PGA組成存儲構造由邏輯存儲、物理存儲組成進程構造由用戶進程和Oracle進程組成.3廈門理工學院計算機系.什么是DBA？數據庫管理員是一個或一組全面擔任管理和控制數據庫系統的人員。簡稱:DBA(Data Base Administrator)4廈門理工學院計算機系.DBA的主要職責了解ORA

2、CLE數據庫的體系構造擔任數據庫管理系統的安裝和晉級啟動和封鎖數據庫管理和監控數據庫用戶管理數據庫特權管理存儲空間建立數據庫后備和恢復數據庫5廈門理工學院計算機系.DBA與實際知識作為一名合格的DBA,必需深化地掌握Oracle 10g數據庫的體系構造.在實際知識的指點下,才會使許多難以了解和掌握的操作變得容易.6廈門理工學院計算機系.Oracle任務原理客戶效力器效力器進程(PGA區)用戶進程(SQL語句)Oracle server數據庫系統處置過程表示7廈門理工學院計算機系.處置過程可以簡單的描畫為:用戶在其機器上運轉基于Oracle的運用程序(如:SQL*PLUS、PL/SQL Deve

3、loper等),即啟動用戶進程.客戶機、效力器之間建立銜接(Connect).效力器為用戶建立會話(Session),并為該會話建立一個PGA(Program Global Area,程序全局區)以存儲與該會話相關的信息.在同一個銜接中,不同的用戶有不同的會話.啟動效力進程,由該效力進程擔任執行該會話的各項義務.用戶進程發送SQL語句(select、update、commit.)效力器進程解析、編譯、執行SQL語句，然后將結果寫入數據庫并前往結果給用戶進程。用戶進程接納前往的SQL執行結果。在運用程序中顯示SQL執行結果.Oracle任務原理客戶效力器效力器進程(PGA區)用戶進程(SQL語句

4、)Oracle server8廈門理工學院計算機系.處置查詢用戶進程效力器進程解析StatementOKHandle執行OKHandle提取ResultsSELECT *FROM empORDER BY ename;9廈門理工學院計算機系.總體構造總體構造的三大部分10廈門理工學院計算機系.總體構造11廈門理工學院計算機系.總體構造其中:內存構造：包括SGA和PGA.運用內存最多的是SGA,同時也是影響數據庫性能的最大參數.進程構造：包括前臺進程、后臺進程.前臺進程是指效力進程和用戶進程.前臺進程是根據實踐需求而運轉的，并在需求終了后立刻終了。后臺進程是指在Oracle數據庫啟動后,自動啟動的

5、幾個操作系統進程.存儲構造：包括控制文件、數據構造、日志文件等操作系統文件.12廈門理工學院計算機系.存儲構造Oracle數據庫的存儲構造分為邏輯存儲構造和物理存儲構造,這兩種存儲構造既相互獨立又相互聯絡.數據庫結構數據文件日志文件控制文件參數文件物理構造表空間段范圍數據庫塊邏輯構造13廈門理工學院計算機系.物理存儲構造物理存儲構造主要描畫Oracle數據庫的外部存儲構造,即在操作系統種如何組織、管理數據.因此，物理存儲構造是和操作系統平臺有關的.14廈門理工學院計算機系.邏輯存儲構造邏輯存儲構造主要描畫Oracle數據庫的內部存儲構造,即從技術概念上描畫在Oracle數據庫種如何組織、管理數

6、據.因此,邏輯存儲構造是和操作系統平臺無關的,是由Oracle數據庫創建和管理的.15廈門理工學院計算機系.DBA留意DBA必需對這兩種存儲構造有明晰的了解，并且要清楚在一個詳細數據庫運用系統中，這兩種存儲構造的詳細對應關系，否那么就不能進展正常的管理操作、數據庫備份與恢復、性能優化等。16廈門理工學院計算機系.存儲構造物理存儲構造與邏輯存儲構造之間的關系從物理上看,數據庫由控制文件、數據文件、重做日志文件等操作系統文件組成；從邏輯上來看，數據庫是由系統表空間、用戶表空間等組成。表空間是最大的邏輯單位，塊是最小的邏輯單位。邏輯存儲構造中的塊最后對應到操作系統中的塊.17廈門理工學院計算機系.O

7、racle 10g體系構造- 2.1 物理構造Page 18Oracle數據庫物理構造 數據文件 日志文件 控制文件 參數文件19廈門理工學院計算機系. 數據文件(Data File)是物理存儲Oracle數據庫數據的文件。其特點如下： 每一個數據文件只與一個數據庫相聯絡。 數據文件一旦被建立那么不能修正其大小。 一個表空間可包含一個或多個數據文件。 一個數據文件只能屬于一個表空間.數據文件(Data File)20廈門理工學院計算機系.重做日志文件(Redo File) 重做日志文件(Redo Log File)記錄一切對數據庫數據的修正，以備恢復數據時運用。其特點如下： 每一個數據庫至少包

8、含兩個日志文件組。 日志文件組以循環方式進展寫操作。 每一個日志文件成員對應一個物理文件。21廈門理工學院計算機系.日志切換(Log Switch) 日志切換(Log Switch)是為實現日志文件組的循環運用而設置的。出現日志開關的情況如下： 當一個日志文件組被填滿時 封鎖數據庫時 DBA手動切換日志22廈門理工學院計算機系.日志文件寫操作Log File 1Log File 2Group 1Group 2Member 2.1Member 1.123廈門理工學院計算機系.鏡像日志文件 鏡像日志文件是為防止日志文件的喪失，在不同磁盤上同時維護兩個或多個聯機日志文件的副本。 其特點如下： 每個日

9、志文件組至少包含兩個日志文件成員。 每組的成員數目一樣。 同組的一切成員同時被修正。 同組的成員大小一樣,不同組的成員大小可不同.24廈門理工學院計算機系.鏡像日志文件操作Group 1Group 2Log File 1Log File 2Member 2.1Member 1.1Log File 3Log File 4Member 2.2Member 1.2Disk 1Disk 225廈門理工學院計算機系.控制文件 控制文件(Control File)是一個較小的二進制文件，用于描畫數據庫構造。描畫信息如下：數據庫建立的日期。數據庫名。數據庫中一切數據文件和日志文件的文件名及途徑?；謴蛿祿鞎r

10、所需的同步信息。要點留意：在翻開和存取數據庫時都要訪問該文件。鏡像控制文件。記錄控制文件名及途徑的參數為：CONTROL_FILES26廈門理工學院計算機系.參數文件 參數文件Parameter File是一個文本文件，可直接運用操作系統下的文本編輯器對其內容進展修正。該文件只在建立數據庫或啟動實例時才被訪問，在修正該文件之前必需封鎖實例。 初始參數文件：init.ora 生成參數文件：initSID.ora config.ora位于OracleHome下，如：C:oracleadminTestDBpfile27廈門理工學院計算機系.參數文件的作用參數文件的作用： 確定存儲構造的大小。 設置數

11、據庫的全部缺省值。 設置數據庫的范圍。 設置數據庫的各種物理屬性。 優化數據庫性能。28廈門理工學院計算機系.參數文件的數據類型參數文件中參數的數據類型： 整型 例：DB_BLOCK_SIZE = 2048 字符型 例：DB_NAME = ora9 邏輯型 例：CHECKPOINT_PROCESS = true29廈門理工學院計算機系.Oracle 10g體系構造-2.2 邏輯構造Page 30Oralce的邏輯構造組成Oracle的邏輯構造是由一個或多個表空間組成。 一個表空間(tablespace)由一組段組成 一個段(segment)由一組區組成 一個區(extent)由一批數據庫塊組成

12、 一個數據庫塊(block)對應一個或多個物理塊31廈門理工學院計算機系.邏輯構造表示圖TablespaceDatabase BlocksExtent84KSegment112KDatabaseDataFile表空間段區塊32廈門理工學院計算機系.數據庫塊(Block) 數據庫塊Database Block是數據庫運用的I/O最小單元，又稱邏輯塊或ORACLE塊。 一個數據庫塊對應一個或多個物理塊，塊的大小由參數DB_BLOCK_SIZE確定。33廈門理工學院計算機系.數據庫塊(Block) 塊的大小是操作系統塊大小的整數倍. 以Win2K為例,操作系統塊(OS block)的大小為4kb，所

13、以Oracle Block的大小可以是4kb,8kb,16kb等等。 假設塊的大小為4kb，某表每行的數據是100 bytes.，假設某查詢語句只前往1行數據,那么，在將數據讀入到數據高速緩存時,讀取的數據量時4kb而不是100 bytes.34廈門理工學院計算機系.區(extent) 區(Extent)是數據庫存儲空間分配的邏輯單位，一個區由一組數據庫塊組成，區是由段分配的，分配的第一個區稱初始區，以后分配的區稱增量區。35廈門理工學院計算機系.段(segment) 段Segment是表空間中一個指定類型的邏輯存儲構造，它由一個或多個區組成，段將占用并增長存儲空間。36廈門理工學院計算機系.

14、段的分類引導段Bootstrap Segment存儲數據字典表的定義段的分類回滾段Rollback Segment存儲修正之前的位置和值索引段Index Segment存儲表上最正確查詢的一切索引數據暫時段Temporary Segment存儲表排序操作期間建立的暫時表的數據數據(表)段Data Segment存儲表中的一切數據37廈門理工學院計算機系.表空間(tablespace) 表空間是最大的邏輯單位，對應一個或多個數據文件，表空間的大小是它所對應的數據文件大小的總和。38廈門理工學院計算機系.表空間與數據庫之間的關系數據庫、表空間、數據文件、方案對象(schema object)之間的

15、關系39廈門理工學院計算機系.Oracle 10g創建的表空間 Oracle 10g自動創建的表空間有:Example(實例表空間)Sysaux(輔助系統表空間)System(系統表空間)Temp(暫時表空間)Undotbs(重做表空間)Users(用戶的表空間)40廈門理工學院計算機系.SYSTEM(系統)表空間 System : 系統表空間,存放關于表空間的稱號、控制文件、數據文件等管理信息，是最重要的表空間. 它屬于Sys、System兩個schema(方案)，僅被這兩個或其他具有足夠權限的用戶運用。 但是均不可刪除或者重命名System表空間.41廈門理工學院計算機系.其他表空間 Te

16、mp: 暫時表空間存放暫時表和暫時數據，用于排序。 Users: 用戶表空間，永久存放用戶對象和私有信息，也被成為數據表空間。 Sysaux:輔助系統表空間，用于減少系統負荷，提高系統的作業效率. 普通地：系統用戶運用system表空間,非系統用戶運用Users表空間42廈門理工學院計算機系.Oracle 10g體系構造-2.3 軟件構造Page 43例程(instance)Oracle數據庫構造又稱為例程構造.數據庫啟動時：Oracle首先要在內存中獲取、劃分、保管各種用途的區域,運轉各種用途的后臺,即：創建一個例程(instance)；然后由該例程裝載(mount)、翻開(open)數據庫

17、；最后由這個例程來訪問和控制數據庫的各種物理構造44廈門理工學院計算機系.例程(instance)假設把Oracle數據庫比作一部汽車，instance相當于汽車的發動機一樣,啟動oracle數據庫前提應先啟動instance.45廈門理工學院計算機系.例程(instance)當用戶銜接到數據庫并運用數據庫時，實踐上是銜接到該數據庫的例程，經過例程來銜接、運用數據庫。所以例程是用戶和數據庫之間的中間層。例程與數據庫的區別：數據庫指的是存儲數據的物理構造，總是實踐存在的；例程那么是由內存構造和一系列進程組成，可以啟動和封鎖。46廈門理工學院計算機系.Oracle Instance的組成實例 IN

18、STANCE 是存取和控制數據庫的軟件機制，它由系統全局區System Global Area，簡稱SGA和后臺進程組成。后臺進程實例SGA數據高速緩存共享池日志高速緩存47廈門理工學院計算機系.軟件構造內存構造進程構造內存構造和進程構造共同組成了軟件構造48廈門理工學院計算機系.內存構造內存構造是Oracle數據庫體系中最為重要的一部分，內存也是影響數據庫性能的第一要素.按照內存的運用方法的不同,Oracle數據庫的內存又可以分為SGA(Syste Global Area)和PGA(Program Global Area).49廈門理工學院計算機系.系統全局區(SGA) SGA是ORACLE

19、系統為實例分配的一組共享緩沖存儲區，用于存放數據庫數據和控制信息，以實現對數據庫數據的管理和操作。 每個例程都只需一個SGA. 它是不同用戶進程與效力進程進展通訊的中心,數據庫的各種操作主要在SGA中進展,所以稱其為系統全局區. 創建例程時,Oracle為SGA分配內存; 終止例程時,釋放SGA所占用的內存.50廈門理工學院計算機系.系統全局區(SGA)系統全局區由以下幾個部分組成：51廈門理工學院計算機系.數據高速緩存(Database Buffer Cache)保管最近從數據文件中讀取的數據塊,其中的數據被一切用戶共享.兩個參數影響DBC：DB_BLOCK_SIZE 緩沖區數據塊大小 DB

20、_BLOCK_BUFFERS 緩沖區數據塊個數52廈門理工學院計算機系.初次訪問數據時,Oracle將讀取磁盤上的數據文件,將數據放入數據高速緩存，再處置數據；假設數據曾經位于數據高速緩存中時,Oracle直接操作數據。數據緩沖區數據文件數據高速緩存(Database Buffer Cache)53廈門理工學院計算機系.數據高速緩存(DBC)DBC的緩存塊分為三類:臟緩存塊 存放曾經被修正正的緩存塊. 當SQL修正某個緩存塊中的數據，那么這個緩存塊被標志為臟緩存塊空閑緩存塊 等待寫入數據的空閑緩存塊.命中緩存塊 最近正在被訪問的緩存塊.54廈門理工學院計算機系.管理緩存塊的列表Oracle經過

21、2個列表來管理上述緩存塊: 臟列表(DIRTY) 包括被修正正但尚未寫到數據文件的緩沖塊。 LRU(Least Recently Used)列表 包括空閑緩沖塊、命中緩存塊,以及還沒有移到臟列表的緩沖塊。55廈門理工學院計算機系.數據高速緩存任務原理讀數據入DBC之前,先在LRU中搜索空閑緩存塊;在搜索過程中假設發現臟緩存塊,那么將其移入DIRTY;找到足夠的空閑塊,將一切數據讀入；3，4.假設空閑塊缺乏，那么暫停搜索，Oralce立刻啟動DBWR進程,將DIRTY中的臟緩存塊數據寫入數據文件釋放足夠的空閑緩存塊。數據庫寫進程56廈門理工學院計算機系.重做日志高速緩存 當執行DML(Data

22、Manipulation Language, 數據支配言語)如:update、delete、insert或者create、alter、drop 等語句時,Oracle都會為這些操作生成重做記錄. 重做日志高速緩存就是用于存儲重做記錄的緩存.57廈門理工學院計算機系.重做日志高速緩存任務原理為提高效率,重做記錄并不直接寫入磁盤的重做日志文件,而是先寫入重做日志緩存;當重做日志緩存中的重做記錄到達一定數量時,由LGWR進程寫入重做日志.(先內存后磁盤)當2個(至少2個)重做日志切換時,由ARCH將重做日志中的數據寫入歸檔日志文件，以做備份.日志寫進程歸檔進程58廈門理工學院計算機系.共享池(Sha

23、red Pool) 共享池保管了最近執行的SQL語句、PL/SQL程序和數據字典信息,是對SQL語句和PL/SQL程序進展語法分析、編譯、執行的內存區.59廈門理工學院計算機系.共享池(Shared Pool)共享池由庫緩存和數據字典緩存組成。參數SHARED_POOL_SIZE 確定共享池的大小。庫緩存(Library Cache)區包括解析用戶進程提交的SQL語句或PL/SQL程序保管最近解析過的 SQL語句或PL/SQL程序數據字典區(Dictionary cache)用于存放數據字典信息行。60廈門理工學院計算機系. Oracle DBMS執行各種SQL、PL/SQL之前,要對其進展語

24、法上的解析、對象上確實認、權限上的判別、操作上的優化等一系列操作，并生成執行方案。 庫緩存保管了曾經解析的SQL和PL/SQL。 庫緩存61廈門理工學院計算機系.數據字典緩存 在Oracle運轉過程中,Oracle會頻繁的對數據字典中的表、視圖進展訪問，以便確定操作的數據對象能否存在、能否具有適宜的權限等信息。 數據字典緩保管了最常用的數據字典信息。 數據字典緩存中存放的記錄是一條一條的, 而其他緩存區中保管的是數據塊.62廈門理工學院計算機系.大池大池用于需求大內存操作提供相對獨立的內存空間，以便提高性能。大池是可選的內存構造。 DBA可以決議能否需求在SGA中創建大池。 需求大池的操作:

25、數據庫備份和恢復 大量排序的SQL語句 并行化的數據庫操作63廈門理工學院計算機系.Java池 8i以后提供的對Java的支持,用于存放Java代碼、Java程序等. 普通不小于20M,以便虛擬機運轉.64廈門理工學院計算機系.PGA(Program Global Area) PGA是用戶進程銜接到數據庫,并創建一個對應的會話時，由Oracle為效力進程分配的，專門用于當前用戶會話的內存區。 PGA是非共享的，而SGA是共享的。 PGA大小由操作系統決議，并且分配后堅持不變； 會話終止時，自動釋放PGA所占的內存。65廈門理工學院計算機系.PGA的組成排序區會話區游標區堆棧區PGA效力器進程6

26、6廈門理工學院計算機系.排序區 執行order by、group by等包含排序操作的SQL語句時所產生的暫時數據. Oracle將預備排序的數據先暫時存儲到排序區中，并在排序區中排序，然后將排序好的數據前往給用戶.67廈門理工學院計算機系.會話區 保管會話所具有的權限、角色、性能統計信息.68廈門理工學院計算機系.游標區 當運轉帶有游標(course)的PL/SQL語句時，Oracle會在共享池中為該語句分配上下文(Context)，游標實踐上是指向該上下文的指針。69廈門理工學院計算機系.堆棧區 保管會話中的綁定變量、會話變量以及SQL語句運轉時的內存構造信息。 例如： select *

27、from emp where emp=:a; :a就是綁定變量,提示用戶輸入. 在等待用戶輸入時，先將該變量存入堆棧，以便可以同時運轉其他語句.70廈門理工學院計算機系.進程構造 進程時操作系統中的一個概念，是一個可以獨立調用的活動，用于完成指定的義務。 進程與程序的區別是：進程是動態創建的，完成后銷毀；程序是靜態的實體，可以復制、編輯。進程強調執行過程，程序僅僅是指令的有序集合。進程在內存中，程序在外存中。 71廈門理工學院計算機系.進程種類Oracle包括用戶進程和Oracle進程兩類：用 戶 進 程效力器進程后 臺 進 程Oracle進程72廈門理工學院計算機系.用戶進程 當用戶運轉一個

28、運用程序時，就建立一個用戶進程。73廈門理工學院計算機系.效力器進程 效力器進程:處置用戶進程的懇求。 處置過程:分析SQL命令并生成執行方案。從數據緩沖存儲區中讀取數據。將執行結果前往給用戶。74廈門理工學院計算機系.后臺進程后臺進程 為一切數據庫用戶異步完成各種義務。主要的后臺進程有 DBWR 數據庫寫進程 LGWR 日志寫進程 CKPT 檢查點寫進程 SMON 系統監控進程 PMON 進程監控進程 ARCH 歸檔進程 RECO 恢復進程 LCKn 封鎖進程75廈門理工學院計算機系.DBWR(數據寫)DBWR(Data Base Writer) 將數據緩沖區中一切修正正的緩沖塊數據寫到數據

29、文件中，并運用LRU算法來堅持緩沖區中的數據塊為最近經常運用的，以減少I/O次數。 該進程在啟動實例時自動啟動。76廈門理工學院計算機系.LGWR(日志寫)LGWRLog Writer 將日志緩沖區中的一切記錄項寫到日志文件中。 該進程在啟動實例時自動啟動。77廈門理工學院計算機系.啟動LGWR進展寫操作的條件用戶進程提交一個事務Commit日志緩沖區到達1/3范圍DBWR對一個檢查點需求去除緩沖塊出現超時3秒鐘內未活動，那么進展一次寫操作。78廈門理工學院計算機系.ARCH(歸檔進程)ARCH(Archiver) 在日志文件組出現切換時，將舊日志文件的內容拷貝到脫機存儲介質上，出現介質失敗時

30、用于恢復數據。ARCH存儲介質79廈門理工學院計算機系.其他后臺進程SMONSystem Monitor,系統監控進程 擔任完成自動實例恢復。該進程在啟動實例時自動啟動。PMONProcess Monitor,進程監控進程 吊銷異常中斷的用戶進程，并釋放該進程已獲得的系統資源或鎖。80廈門理工學院計算機系.RECORecover,恢復進程 在分布式操作的情況下，恢復一個事務的失敗。LCKnLock,鎖進程 在并行效力器系統間加鎖，最多可加10個鎖，分別為LCK0，LCK1，LCK9。其他后臺進程81廈門理工學院計算機系.體系構造的例如處置SQL語句的三個階段 語法分析 執行 前往指令Serve

31、r共享池數據緩沖區日志緩沖區SGAUserUserUserSQL SELECT ename FROM emp ;Server共享池數據緩沖區日志緩沖區SGAUserUserUserSMITHALLENWARD Server共享池數據緩沖區日志緩沖區SGA82廈門理工學院計算機系.體系構造的例如SELECT操作SQL SELECT sal FROM emp WHERE job = CLERK ;Server共享池數據緩沖區SGAUserUserUserB1B2EMP TableBlock 1Block283廈門理工學院計算機系.體系構造的例如UPDATE操作 為了支持讀一致性，恢復和回滾，一切修

32、正操作需求回滾段。修正操作執行： 將數據塊送到數據緩沖區 將回滾塊送到數據緩沖區 在修正行上設置行鎖 保管回滾數據到回滾段塊 將修正寫到數據塊84廈門理工學院計算機系.體系構造的例如SQL SELECT sal FROM emp WHERE job = CLERK ;Server1UserUserUser1Server2UserUserUser2共享池數據緩沖區SGAB1B2R2R1EMP TableBlock 1Block2RB01R1R2Data File 1Data File 2 SQL UPDATE emp SET sal = sal * 1.1 WHERE job = CLERK ;UPDATE操作85廈門理工學院計算機系.Oracle 10g體系構造-2.4 數據字典Page 86數據字典 數據字典是Oracle數據庫的中心組件,它由一系列只讀的