2. Oracle体系结构

一. Oracle体系结构图

　　体系结构图如下：

　　体系结构图看似简单；其中很有玄机。它对Oracle来讲；相当于武功中的心法。配合体系结构来学Oracle；能起到事半功倍的效果。我们平时遇到Oracle的各种问题；很大部分都能从体系结构中找到解决方法或者更优的途径。现在我们来慢慢解析Oracle体系结构图

二. Oracle Database Server 概念

• Oracle Database Server： 是由Oracle实例+Oracle数据库
• 实例：实例是数据库启动时初始化的一组进程和内存结构
• 数据库：数据库则指的是用户存储数据的一些物理文件

三. Oracle实例

　　Oracle 实例是由内存结构和一组后台进程构成；Oracle 数据库实例启动时；就需要分配共享内存，启动后台进程。

3.1 内存结构

　　Oracle数据库所使用的内存主要涉及是：系统全局区(SGA)和程序全局区(PGA)；如何分配和设置共享内存参数；这对数据库性能非常重要。好在对Oracle11G以上的版本来讲；引进了自动内存管理；这个在Oracle数据库创建时；根据服务器环境已经合理设置；若非特殊设置无需配置。不像PostgreSQL数据库初始化给的是保守值。

3.1.1 程序全局区(PGA)

　　PGA指的是程序全局区(Program Global Area)，Oracle会为每个会话启动一个Oracle进程(用户进程)，而PGA是服务这些Oracle进程。进程创建时分配，进程结束时释放。那么它有哪些作用呢？

1. 用于存放会话的登录信息；这个好理解。会话是存在于Oracle客服端向服务器发送请求。当然要知道该用户的权限信息以及相关信息。
2. 存放绑定变量信息；在会话中define variable。
3. 当发起的请求需要排序；排序所需的内存是PGA提供的

3.1.2 系统全局区(SGA)

　　SGA指的是系统全局区(System Global Area)；如Oracle体系结构图而言：
　　SGA = Buffer Cache + Redo Log Buffer + Shared Pool + 大池+ Java 池+ 流池

• Buffer Cache

　　Buffer Cache：数据缓冲区，用于存储最近从数据文件获取的镜像，同样的数据在内存读写IO比物理磁盘要快得多；SGA中的数据缓冲区增大可以有效地减少物理读；从而拥有更优的性能。

• Redo Log Buffer

　　Redo Log Buffer：日志缓冲区，记录数据库变更；最终通过LGWR进程写出到Rede Log

• Shared Pool

　　Shared Pool ：即共享池。共享池主要由库缓存(共享SQL区和PL/SQL区)和数据字典缓存组成：
　　库缓存：这块内存区域会缓存最近执行的SQL代码，这样，同样的SQL代码多次执行的时候，就不用重复地去进行SQL解析，可以很大程度上提高系统性能。
　　数据字典缓存：存储oracle中的数据字典，这样在分析SQL代码的时候，就不用频繁去磁盘上读取数据字典中的数据。
Oracle通过Shared Pool来实现SQL共享，减少代码硬解析。从而提供数据库的性能。

3.2 进程结构

　　Oracle进程有分：用户进程；服务器进程；后台进程。我们通常了解后台进程就行了。如Oracle体系结构图：后台进程 必须有 PMON + SMON + DBWR + LGWR + CKPT

3.2.1 PMON

PMON：程序监控进程；清除失效的用户进程，释放用户进程所用的资源。

3.2.2 SMON

SMON：系统监控进程；监控Oracle数据库正常运转。侧重点用于实例恢复；还用于清理临时表空间、清理回滚段、合并空闲数据块。

3.2.3 CKPT

CKPT：检查点进程；负责发起检查点信号；用于更新保持日志文件，数据文件和控制文件的SCN一致性。由CKPT发起通知DBWR；DBWR将内存区的脏数据写入数据文件。从而保持控制文件的SCN和数据文件的SCN一致。

3.2.4 DBWR

DBWR：数据库写进程；负责将修改过的数据块从数据缓存区(Buffer Cache)写入数据磁盘。

3.2.5 LGWR

LGWR：日志写进程；负责将日志缓冲区(Redo Log Buffer)的记录写入日志文件。

四. Oracle数据库

　　Oracle数据库包括控制文件、数据文件、联机日志文件、参数文件、口令文件、归档日志文件等 。如下图解

4.1 控制文件

控制文件记录了当前数据库的结构信息,同时也包含数据文件及日志文件的信息以及相关的状态,归档信息等等。

控制文件中包含哪些内容

• 数据库的名字、ID、创建的时间戳
• 表空间的名字
• 联机日志文件、数据文件的位置、个数、名字
• 联机日志的Sequence号码
• 检查点的信息
• 撤销段的开始或结束
• 归档信息
• 备份信息

　　在参数文件中描述其位置，个数等等。通常采用分散放开，多路复用的原则。在数据库在mount状态使用

SQL> select value from  v$parameter where name = 'control_files';

VALUE
-------------------------------------------------------------------
/u01/app/oradata/ora235/control01.ctl, /u01/app/oradata/ora235/control02.ctl

　　通过上面SQL；我们可以获知控制文件的数量和名称。如何查看控制文件的内容呢？控制文件是一个二进制文件。首先我们需要控制文件内容转存到一个文本文件

alter database backup controlfile  to trace as '/home/oracle/lottu_control.txt';

　　转存文件的部分内容如下：

[oracle@oracle235 ~]$ cat /home/oracle/lottu_control.txt
-- The following are current System-scope REDO Log Archival related
-- parameters and can be included in the database initialization file.
--
-- LOG_ARCHIVE_DEST=''
-- LOG_ARCHIVE_DUPLEX_DEST=''
--
-- LOG_ARCHIVE_FORMAT=%t_%s_%r.dbf
--
-- DB_UNIQUE_NAME="ora235"
--
-- LOG_ARCHIVE_CONFIG='SEND, RECEIVE, NODG_CONFIG'
-- LOG_ARCHIVE_MAX_PROCESSES=
-- STANDBY_FILE_MANAGEMENT=MANUAL
-- STANDBY_ARCHIVE_DEST=?/dbs/arch
-- FAL_CLIENT=''
-- FAL_SERVER=''
--
-- LOG_ARCHIVE_DEST_1='LOCATION=/u01/app/oracle/dbs/arch'
-- LOG_ARCHIVE_DEST_1='MANDATORY NOREOPEN NODELAY'
-- LOG_ARCHIVE_DEST_1='ARCH NOAFFIRM EXPEDITE NOVERIFY SYNC'
-- LOG_ARCHIVE_DEST_1='NOREGISTER NOALTERNATE NODEPENDENCY'
-- LOG_ARCHIVE_DEST_1='NOMAX_FAILURE NOQUOTA_SIZE NOQUOTA_USED NODB_UNIQUE_NAME'
-- LOG_ARCHIVE_DEST_1='VALID_FOR=(PRIMARY_ROLE,ONLINE_LOGFILES)'
-- LOG_ARCHIVE_DEST_STATE_1=ENABLE

--
-- Below are two sets of SQL statements, each of which creates a new
-- control file and uses it to open the database. The first set opens
-- the database with the NORESETLOGS option and should be used only if
-- the current versions of all online logs are available. The second
-- set opens the database with the RESETLOGS option and should be used
-- if online logs are unavailable.
-- The appropriate set of statements can be copied from the trace into
-- a script file, edited as necessary, and executed when there is a
-- need to re-create the control file.
--
--     Set #. NORESETLOGS case
--
-- The following commands will create a new control file and use it
-- to open the database.
-- Data used by Recovery Manager will be lost.
-- Additional logs may be required for media recovery of offline
-- Use this only if the current versions of all online logs are
-- available.

-- After mounting the created controlfile, the following SQL
-- statement will place the database in the appropriate
-- protection mode:
--  ALTER DATABASE SET STANDBY DATABASE TO MAXIMIZE PERFORMANCE

STARTUP NOMOUNT
CREATE CONTROLFILE REUSE DATABASE "ORA235" NORESETLOGS  NOARCHIVELOG
    MAXLOGFILES
    MAXLOGMEMBERS
    MAXDATAFILES
    MAXINSTANCES
    MAXLOGHISTORY
LOGFILE
  GROUP  '/u01/app/oradata/ora235/redo01.log'  SIZE 50M BLOCKSIZE ,
  GROUP  '/u01/app/oradata/ora235/redo02.log'  SIZE 50M BLOCKSIZE ,
  GROUP  '/u01/app/oradata/ora235/redo03.log'  SIZE 50M BLOCKSIZE
-- STANDBY LOGFILE
DATAFILE
  '/u01/app/oradata/ora235/system01.dbf',
  '/u01/app/oradata/ora235/sysaux01.dbf',
  '/u01/app/oradata/ora235/undotbs01.dbf',
  '/u01/app/oradata/ora235/users01.dbf'
CHARACTER SET AL32UTF8
;

-- Commands to re-create incarnation table
-- Below log names MUST be changed to existing filenames on
-- disk. Any one log file from each branch can be used to
-- re-create incarnation records.
-- ALTER DATABASE REGISTER LOGFILE '/u01/app/oracle/dbs/arch1_1_982970794.dbf';
-- Recovery is required if any of the datafiles are restored backups,
-- or if the last shutdown was not normal or immediate.
RECOVER DATABASE

-- Database can now be opened normally.
ALTER DATABASE OPEN;

-- Commands to add tempfiles to temporary tablespaces.
-- Online tempfiles have complete space information.
-- Other tempfiles may require adjustment.
ALTER TABLESPACE TEMP ADD TEMPFILE '/u01/app/oradata/ora235/temp01.dbf'
     SIZE   REUSE AUTOEXTEND ON NEXT   MAXSIZE 32767M;
--

4.2 重做日志文件

　　重做日志文件记录了数据的所有变化(DML,DDL或管理员对数据所作的结构性更改等)；LGWR进程将日志缓存区的内容写入日志文件。

　　通过上面控制文件获知重做日志文件个数和大小；当第一日志文件写满了或者触发日志切换操作。会切换到下一个日志文件。依次循环类推。若数据库开启归档模式。日志切换也会触发日志归档。日志归档保证日志数据的完整性；提供恢复机制(对于意外删除或宕机利用日志文件实现数据恢复)

SQL> SELECT group#,member FROM v$logfile;

    GROUP# MEMBER
---------- --------------------------------------------------
  1 /u01/app/oradata/ora235/redo01.log
  2 /u01/app/oradata/ora235/redo02.log
  3 /u01/app/oradata/ora235/redo03.log

4.3 数据文件

　　数据文件存储着实际的数据，DBWn会将数据库缓冲区中的内容写入到这类文件中。

SQL> select file#,name from v$datafile;

     FILE# NAME
---------- ----------------------------------------
  1 /u01/app/oradata/ora235/system01.dbf
  2 /u01/app/oradata/ora235/sysaux01.dbf
  3 /u01/app/oradata/ora235/undotbs01.dbf
  4 /u01/app/oradata/ora235/users01.dbf

4.4 实例参数文件

　　这个文件存储了数据库所需的一些参数设置，比如各个内存区域的大小，可允许的最大进程数，最大会话数，控制文件的位置，数据库的名称等等，参数文件也是实例启动时首先要加载的文件。

4.5 口令文件

　　一般称为外部口令文件。一般的用户名和口令是存放在数据字典中，不会存放在这个文件中。在一些特殊场景下，比如实例还未启动，这时，我可能需要以管理员的身份登入系统去执行一些恢复或者启动操作，然而此时，数据字典由于实例还没启动是不存在的，这时就需要外部口令文件进行用户身份的验证。

4.6 归档日志文件

　　ARCn将联机重做日志文件会备份归档到这类文件中去，归档日志文件保留了数据更改的完整历史信息

五. 总结

　　本文内容都是个人对Oracle体系结构的理解；若解说存在差异；请大家多多包涵。毕竟Oracle体系结构图看似简单；里面涉及到的内容太复杂了。

参考文献

• 《深入解析Oracle》
• Oracle体系结构详解