Oracle学习笔记--第2章 oracle 数据库体系结构

第2章 oracle 数据库体系结构

目录：

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2.1物理存储结构

2.1.1数据文件

2.2.2控制文件

2.1.3重做日志文件

2.1.4其他文件

2.2逻辑存储结构

2.3Oracle进程

2.4Oracle内存结构

2.5数据字典

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2.1---------------------------------------------------- 物理存储结构----------------------------------------------------------------

Oracle数据库在物理上由3中类型的文件组成：数据文件(.dbf), 控制文件(.ctl), 重做日志文件(.log)；

    2.1.1数据文件：存储数据库数据的文件。包括表的记录和索引等，若被频繁访问，则存储在内存缓冲区。

  特点：一个表空间由一个或多个数据文件组成。

一个数据文件只对应一个数据库，一个数据库包括多个数据文件。

数据文件可设置自动扩展参数，实现自动扩展的功能。

数据文件的数据字典：dba_data-file 和 v$datafile(记录数据文件动态信息)

dba_data-file主要字段如下：

* file_name:数据文件名称，路径。
* file_id: 数据文件在数据库中的id号
* tablespace_name:数据文件表空间名
* bytes:数据文件大小
* blocks：所占块数
* status: 数据文件状态
* autoextensible: 是否可扩展

v$datafile主要字段如下：

* file#:存放数据文件编号
* status:数据文件状态
* checkpoint#：数据文件同步号，随系统的运行自动修改，以维持所有数据文件的同步。
* bytes: 数据文件大小
* block:数据文件所占数据块数
* name：数据文件名称，路径。

提示：数据字典字段的查看方法 describe/desc + 数据字典：如 desc v$datafile;

例子1-dba_data-file：

以system用户登录进oracle之后：

SQL> column file_name format A50;
SQL> column tablespace_name format A50;
SQL> select file_name,tablespace_name,autoextensible from dba_data_file where tablespace_name ='SYSTEM';

(注意："tablespace_name ='SYSTEM'  "中，SYSTEM 这个用户名要大写)

例子2-v$datafile：

SQL> column name format A50;
SQL> select file#,name,checkpoint_change# from v$datafile;

   2.1.2控制文件：很小的二进制文件，用于描述和维护数据库的物理结构，存放有数据库文件盒控制文件的信息，很重要。

一旦控制文件受损，数据库可能无法正常运行

SQL> column name format A50;
SQL> select name from v$controlfile;

运行效果跟前面类似，这里不列举效果图。

Oracle一般默认创建3个相同的控制文件，来保证数据库可及时调用其他备用控制文件继续工作。

    2.1.3重做日志文件：记录数据库中所有修改信息的文件，简称“日志文件”

其中，修改信息，包括数据的修改和数据库结构的修改。而查询 ，不会记录到日志文件中。

日志文件是数据库系统最最重要的文件之一，它可以保证数据库的安全，是进行数据库备份和恢复的重要手段

一旦日志文件受损，数据库可能无法正常运行

工作方式：数据库出现修改信息时，修改后的信息首先存储到内存的 日志缓冲区 中，对应的日志信息则存储在日志缓冲区，一定数量时，由Oracle后台进程LGWR将日志写到日志文件中。

提交修改信息后，数据文件只保留修改后的数据，而日志文件中，既保留修改后，也保留修改前的数据，以备数据恢复。so，日志文件这么重要，自然有多份。

实际应用中，允许对日志文件进行镜像，日志文件与镜像文件构成一个 日志文件组，一个组中的日志文件最好放在不同磁盘。镜像最多5个。

当所有日志文件组空间填满后，系统重新切换到第一个日志文件组，切换时，组中已有的日志信息是否覆盖，取决于十几块的运行模式。(归档/非归档模式，如果是归档，则先写到归档日志文件中，再被新内容覆盖；如果非归档模式，则直接覆盖)

2.1.4其他文件：参数文件，备份文件，归档重做日志文件，警告、跟踪日志文件。

参数文件：记录oracle数据库基本参数，包括文本参数文件（Parameter File, PFILE）,服务器参数文件（Server Parameter File, SPFILE）

备份文件:文件受损失，可借助备份文件进行修复。还原过程，就是备份文件替换该文件的过程。

归档重做日志文件：用于对写满的日志文件进行复制并保存，由归档进程ARCn实现，该进程负责将写满的重做日志文件复制到归档日志目标中。

警告、跟踪日志文件：当一个进程发现了一个内部错误，将错误信息存到它的跟踪文件中。警告文件则是一种特殊的跟踪文件，它包含错误事件的说明，随之产生的跟踪文件则记录该错误的详细信息。

2.2---------------------------------------------------- 逻辑存储结构----------------------------------------------------------------

从逻辑结构上，oracle包括：表空间--段--区--数据块。

2.2.1表空间(Tablespace)

表空间是Oracle中最大的逻辑存储结构，它与物理上的一个或多个数据文件相对应，每个Oracle数据库都至少拥有一个表空间，表空间的大小等于构成该表空间的所有数据文件大小的总和。表空间用于存储用户在数据库中创建的所有内容。

在安装Oracle时，Oracle数据库系统一般会自动创建一系列表空间(如system)。可以通过数据字典dba_tablespaces查看表空间的信息

例子3-通过数据字典dba_tablespace查看当前数据库的所有表空间名称：

SQL> select tablespace_name from dba_tablespaces;

以上结果，显示6个表空间。

表空间	说明
sysaux	辅助系统表空间。用于减少系统表空间的负荷，提高系统的作业效率。该表空间由Oracle系统内部自动维护，一般不用于存储用户数据
system	系统表空间，用于存储系统的数据字典、系统的管理信息和用户数据表等
temp	临时表空间。用于存储临时的数据，例如存储排序时产生的临时数据。一般情况下，数据库中的所有用户都使用temp作为默认的临时表空间。临时表空间本身不是临时存在的，而是永久存在的，只是保存在临时表空间中的段是临时的。临时表空间的存在，可以减少临时段与存储在其他表空间中的永久段之间的磁盘I/O争用
undotbs1	撤消表空间。用于在自动撤消管理方式下存储撤消信息。在撤消表空间中，除了回退段以外，不能建立任何其他类型的段。所以，用户不可以在撤消表空间中创建任何数据库对象
users	用户表空间。用于存储永久性用户对象和私有信息

2.2.2段(Segment)

段是一组盘区，组成了被oracle视为一个单位的数据库对象，如表或索引。so，段，是数据库终端用户将处理的最小存储单位。段满，oracle分配另一数据区，段的数据区在磁盘上可不连续。

段，分为：数据段．索引段．临时段．回退段
2.2.3区(Extent)

在Oracle数据库中，区是磁盘空间分配的最小单位，由一个或多个数据块组成。当一个段中的所有空间被使用完后，系统将自动为该段分配一个新的区。

一个或多个区组成一个段，所以段的大小由区的个数决定。不过，一个数据段可以包含的区的个数并不是无限制的，它由如下两个参数决定。

minextents：定义段初始分配的区的个数，也就是段最少可分配的区的个数。

maxextents：定义一个段最多可以分配的区的个数。

2.2.4数据块(Block)

数据块(也可以简称为块)是用来管理存储空间的最基本单位，也是最小的逻辑存储单位。Oracle数据库在进行输入输出操作时，都是以块为单位进行逻辑读写操作的。

数据块都具有相同的结构，其结构如图所示。

块的默认大小，由初始化参数db_block_size指定，数据库创建完成之后，该参数值无法再修改。通过SHOW PARAMETER语句可以查看该参数的信息，如下：

SQL> SHOW PARAMETER db_block_size;

NAME                               TYPE          VALUE

---------------------------  ---------  ------------------------

db_block_size                    integer       8192

2.3---------------------------------------------------- Oracle进程----------------------------------------------------------------

2.3.1 DBWn进程

DBWn(Database Writer，数据库写入)进程，是Oracle中采用LRU(Least Recently Used，最近最少使用)算法将数据缓冲区中的数据写入数据文件的进程。

DBWn进程主要有如下几个作用：

管理数据缓冲区，以便用户进程总能找到空闲的缓冲区。

将所有修改后的缓冲区数据写入数据文件。

使用LRU算法将最近使用过的块保留在内存中。

通过延迟写来优化磁盘I/O读写。

2.3.2 LGWR进程

LGWR(Log Writer，日志写入)进程，是负责管理日志缓冲区的一个后台进程，用于将日志缓冲区中的日志数据写入磁盘的日志文件中。

LGWR进程将日志信息同步地写入在线日志文件组的多个日志成员文件中，如果日志文件组中的某个成员文件被删除或者不可使用，则LGWR进程可以将日志信息写入该组的其他文件中，从而不影响数据库正常运行，但会在警告日志文件中记录错误。

2.3.2 CKPT进程

CKPT(Check Point，检查点或检验点)进程，一般在发生日志切换时自动产生，用于缩短实例恢复所需的时间。在检查点期间，CKPT进程更新控制文件与数据文件的标题，从而反映最近成功的SCN(System Change Number，系统更改号)。

在Oracle数据库中，控制检查点产生的参数有如下两种。

log_checkpoint_timeout

log_checkpoint_interval

2.3.4 SMON进程

SMON(System Monitor，系统监控)进程，用于数据库实例出现故障或系统崩溃时，通过将联机重做日志文件中的条目应用于数据文件，执行崩溃恢复。

SMON进程一般用于定期合并字典管理的表空间中的空闲空间，此外，它还用于在系统重新启动期间清理所有表空间中的临时段。

2.3.5 PMON进程

PMON(Process Monitor，进程监控)进程，用于在用户进程出现故障时执行进程恢复操作，负责清理内存存储区和释放该进程所使用的资源。

PMON进程周期性检查调度进程和服务器进程的状态，如果发现进程已死，则重新启动它。PMON进程被有规律地唤醒，检查是否需要使用，或者其他进程发现需要时也可以调用此进程。

2.3.6 ARCn进程

ARCn(Archive Process，归档)进程，用于将写满的日志文件复制到归档日志文件中，防止日志文件组中的日志信息由于日志文件组的循环使用而被覆盖。

一个Oracle数据库实例中，允许启动的ARCn进程的个数由参数log_archive_max_ processes决定。

2.3.7 RECO进程

RECO(Recovery，恢复)进程存在于分布式数据库系统中，用于自动解决在分布式数据库中出现的事务故障。

当一个数据库服务器的RECO进程试图与一个远程服务器建立通信时，如果远程服务器不可用或者无法建立网络连接，则RECO进程将自动在一个时间间隔之后再次连接。

2.4---------------------------------------------------- Oracle内存结构----------------------------------------------------------------

Oracle内存结构是影响数据库性能的主要因素之一，其结构如图所示。

2.4.1 系统全局区（SGA）

系统全局区(System Global Area，SGA)是Oracle为系统分配的一组共享的内存结构，可以包含一个数据库实例的数据或控制信息。

SGA区域总内存大小有参数sga_max_size决定，可以使用SHOW PARAMTER语句查看该参数的信息。

SQL> show parameter sga_max_size; 

如果没有指定sga_max_size参数，而是指定了sga_target,oracle会自动调整SGA区域的内存大小，使总量等于sga_target的值。

1．数据缓冲区

数据缓冲区用于存储从磁盘数据文件中读取的数据，供所有用户共享。由于系统读取内存的速度要比读取磁盘快得多，所以数据缓冲区的存在可以提高数据库的整体效率。

SQL> show parameter db_cache_size; 

2．日志缓冲区

日志缓冲区用于存储数据库的修改操作信息。

SQL> show parameter log_buffer; 

3．共享池

共享池用于保存最近执行的SQL语句、PL/SQL程序的数据字典信息，它是对SQL语句和PL/SQL程序进行语法分析、编译和执行的内存区域。共享池主要包括如下两种子缓存。

库缓存(Library Cache)

数据字典缓存(Data Dictionary Cache)

SQL> show parameter shared_pool_size; 

4．大型池

大型池，用于提供一个大的缓冲区供数据库的备份与恢复操作使用，它是SGA的可选区域。

SQL> show parameter large_pool_size; 

5．Java池

Java池，用于在数据库中支持Java的运行。

SQL> show parameter java_pool_size; 

2.4.2 程序全局区（PGA）

程序全局区(Program Global Area，PGA)是Oracle系统分配给一个进程的私有内存区域。

ps:PGA不是共享区，只有服务器本身才能访问，用来保存用户在编程时使用的变量和数组。

程序全局区的大小由参数pga_aggregate_target决定，可以通过SHOW PARAMETER语句查看该参数的信息，如下：

SQL> SHOW PARAMETER pga_aggregate_target;

NAME                                   TYPE          VALUE

--------------------------------  -------------  ----------

pga_aggregate_target                   big integer   20M

2.5---------------------------------------------------- 数据字典 ----------------------------------------------------------------

数据字典是由Oracle自动创建并更新的一组表，它是Oracle数据库的重要组成部分，提供了数据库结构、数据库对象空间分配和数据库用户等有关的信息。

数据字典的所有者为sys用户，而数据字典表和数据字典视图都被保存在system表空间中。

表空间	说明
User视图	USER视图的名称以user_为前缀，用来记录用户对象的信息。例如user_tables视图，它记录用户的表信息
ALL视图	ALL视图的名称以all_为前缀，用来记录用户对象的信息以及被授权访问的对象信息。例如all_synonyms视图，它记录用户可以存取的所有同义词信息
DBA视图	DBA视图的名称以dba_为前缀，用来记录数据库实例的所有对象的信息。例如dba_tables视图，通过它可以访问所有用户的表信息
V$视图	V$视图的名称以v$为前缀，用来记录与数据库活动相关的性能统计动态信息。例如v$datafile视图，它记录有关数据文件的统计信息
GV$视图	GV$视图的名称以gv$为前缀，用来记录分布式环境下所有实例的动态信息。例如gv$lock视图，它记录出现锁的数据库实例的信息

 

oracle中基本数据字典：

字典名称	说  明
dba_tables	所有用户的所有表的信息
dba_tab_columns	所有用户的表的字段信息
dba_views	所有用户的所有视图信息
dba_synonyms	所有用户的同义词信息
dba_sequences	所有用户的序列信息
dba_constraints	所有用户的表的约束信息
dba_indexes	所有用户的表的索引简要信息
dba_ind_columns	所有用户的索引的字段信息
dba_triggers	所有用户的触发器信息
dba_sources	所有用户的存储过程信息
dba_segments	所有用户的段的使用空间信息
dba_extents	所有用户的段的扩展信息
dba_objects	所有用户对象的基本信息
cat	当前用户可以访问的所有基表
tab	当前用户创建的所有基表、视图和同义词等
dict	构成数据字典的所有表的信息

与数据库组件相关的数据字典：

数据库组件	数据字典中的表或视图	说  明
数据库	v$datafile	记录系统的运行情况
表空间	dba_tablespaces	记录系统表空间的基本信息
	dba_free_space	记录系统表空间的空闲空间的信息
控制文件	v$controlfile	记录系统控制文件的基本信息
	v$controlfile_record_section	记录系统控制文件中记录文档段的信息
	v$parameter	记录系统各参数的基本信息
数据文件	dba_data_files	记录系统数据文件以及表空间的基本信息
	v$filestat	记录来自控制文件的数据文件信息
	v$datafile_header	记录数据文件头部分的基本信息
段	dba_segments	记录段的基本信息
数据区	dba_extents	记录数据区的基本信息
日志	v$thread	记录日志线程的基本信息
	v$log	记录日志文件的基本信息
	v$logfile	记录日志文件的概要信息
归档	v$archived_log	记录归档日志文件的基本信息
	v$archive_dest	记录归档日志文件的路径信息
数据库实例	v$instance	记录实例的基本信息
	v$system_parameter	记录实例当前有效的参数信息
内存结构	v$sga	记录SGA区的大小信息
	v$sgastat	记录SGA的使用统计信息
	v$db_object_cache	记录对象缓存的大小信息
	v$sql	记录SQL语句的详细信息
	v$sqltext	记录SQL语句的语句信息
	v$sqlarea	记录SQL区的SQL基本信息
后台进程	v$bgprocess	显示后台进程信息
	v$session	显示当前会话信息

 

 

常用动态性能视图：

视图名称	说  明
v$fixed_table	显示当前发行的固定对象的说明
v$instance	显示当前实例的信息
v$latch	显示锁存器的统计数据
v$librarycache	显示有关库缓存性能的统计数据
v$rollstat	显示联机的回滚段的名字
v$rowcache	显示活动数据字典的统计
v$sga	显示有关系统全局区的总结信息
v$sgastat	显示有关系统全局区的详细信息
v$sort_usage	显示临时段的大小及会话
v$sqlarea	显示SQL区的SQL信息
v$sqltext	显示在SGA中属于共享游标的SQL语句内容
v$stsstat	显示基本的实例统计数据
v$system_event	显示一个事件的总计等待时间
v$waitstat	显示块竞争统计数据