Oracle体系结构笔记

Oracle Server由例程（Instance）和数据库（Database）两部分组成。

数据库是一组OS文件的集合，它由数据文件、控制文件和重做日志组成。

例程是由一组内存结构和后台进程的集合；

内存结构主要包括数据高速缓存、重做日志缓冲区和共享池3部分，这些内存结构总称SGA（System Global Area）；后台进程主要包括：SMON、PMON、DBWR、CKPT、LGWR、ARCH等。

2 SGA

2.1共享池（shared pool）用于存放最近执行的SQl语句和数据字典信息。共享池主要由库高速缓存（Library Cache）和数据字典高速缓存（Dictionary Cache）两部分组成。

2.1.1库高速缓存：用于存放最近执行的SQL语句信息，包括SQL语句文本、解析代码值及其执行计划。

2.1.2 数据字典高速缓存：用于存放数据字典的信息，包括表、列的定义以及权限信息。

2.2数据高速缓存（DatabaseBuffer Cache）用于存放最近访问的数据块信息，它由许多小缓冲区（缓存区尺寸=数据块尺寸）组成。无论是读数据还是修改数据，都是在数据高速缓存中完成的。

2.2.1数据高速缓存工作原理：采用LRU算法（LeastRecently Used）最少使用算法，最少使用最先出，最先入队最先出队，最后入队最后出队。

2.3 重做日志缓冲区（Redo LogBuffer）用于记载例程变化。执行DDL或DML语句时，服务器进程首先将事务变化记载到重做日志缓冲区，然后才会修改数据高速缓存。当执行UPDATE操作时，新数据2000将被存放到emp段所对应的缓冲区B1中，旧数据1000将被存放到UNDO（撤消/回滚）段对应的缓冲区U1中。在修改这两个缓冲区之前，首先将它们的变化写到重做日志缓冲区，然后在修改它们的数据。

2.4PGA（Program Global  Area）用于存放服务器进程的数据和控制信息，它是独立于SGA的一块内存区域。PGA由排序区（Sort Area）、会话信息（Session Information）、游标状态（Cursor State）以及堆栈空间（Stack Space）等4部分。

3 后台进程：是指由Oracle Server隐含执行的进程。启动例程时，Oracle不仅会分配SGA，还会启动后台进程；关闭例程时，Oracle不仅会释放SGA所占用的内存空间，而且还会释放后台进程所占用的Cpu和内存资源。Oracle提供了很多后台进程，在这介绍常用后台进程SMON、PMON、DBWR、LGWR、CKPT、ARCH。

3.1 SMON（System Monitor）用于执行例程回复、合并空间碎片并释放临时段。

3.2 PMON（Process Monitor）用于监视服务器进程的执行，并且在服务器进程失败时清除该服务器进程。

3.3 DBWR（Database Writer）用于将数据高速缓存的脏数据缓冲区数据写入到数据文件中。

当系统发出检查点checkpoint、服务器进程不能找到空闲缓冲区、删除后截断表、使表空间正常脱机、开始表空间备份  时，DBWR进程会开始工作。

3.4 LGWR（Log Writer）用于将重做日志缓冲区所记载的全部内容写入到重做日志文件中。当执行DML或DDl语句时，服务器进程首先将事务变化写到重做日志缓冲区，然后修改数据高速缓存。注意：Oracle总是“先日志后修改”（先记载变化然后修改数据）。因此，将脏缓冲区数据写入到数据文件之前，Oracle首先将事务变化写入到重做日志文件，也就是说，在DBWR工作之前，LGWR首先将事务变化写到重做日志。出现以下情况时，LGWR进程开始工作：提交事务（commit）、每隔3秒、当重做信息超过1M时、重做日志缓冲区已有三分之一填满。在DBWR进程将脏缓冲区数据写入到数据文件之前。

3.5 CKPT（Checkpoint Process）用于发出检查点（Checkpoint），检查点会同步数据库的数据文件、控制文件和重做日志，当发出检查点时，后台进程CKPT将检查点时刻的SCN（System Change Number）写入到控制文件和数据文件头部，同时促使后台进程DBWR将所有脏缓冲区写入到数据文件中。当发出检查点时，不仅后台进程CKPT和DBWR要开始工作，LGWR也会将重做日志缓冲区写入到重做日志，从而确保数据文件、控制文件和重做日志的一致性。出现以下情况时CKPT开始工作：日志切换、关闭例程、手工检查点操作、由初始化参数fast_start_mttr_target强制发出的检查点。

3.6 ARCH（Archive Process）用于将重做日志的事务变化复制到归档日志中，该后台进程只有在ARCHIVELOG模式下才有意义。在此模式下，进行日志切换时会自动生成归档日志。

4数据库物理结构

4.1数据文件（Data File）用于存档数据库数据，包括系统数据（数据字典）、用户数据（表、索引、簇）、UNDO数据等。当建立数据库或表空间时，数据文件是由DATAFILE选项指定的。数据库逻辑上由一个或多个表空间（Tablespace）组成，而表空间物理上则有一个或多个数据文件组成。

当建立临时表空间时，使用TEMPFILE选项可以指定临时文件。临时文件（Temporary File）用于存放排序操作产生的临时数据。当执行排序操作时，如果临时数据超过排序区尺寸，服务器进程会将临时数据放到临时表空间中。

4.2重做日志（Redo Log）用于记录数据库变化，当进行例程恢复或介质恢复时需要使用重做日志。执行DDL和DML操作时，事务变化会被写到重做日志缓冲区，而在特定时刻LGWR会将重做日志缓冲区内容写入重做日志。数据库至少含有3个重做日志组，并且这些重做日志组是循环使用。

4.3控制文件（Control File）用于记录和维护数据库的物理结构，并且每个Oracle数据库至少包含一个控制文件。每当使用Oracle Server时。一个例程只能访问一个数据库，Oracle正是通过控制文件在例程和数据库之间建立联系的。当装载数据库时，Oracle会根据初始化参数control_files定位控制文件，打开数据库时，Oracle会根据控制文件所记载的信息打开所有数据文件和重做日志。控制文件记载如下信息：

5 数据库逻辑结构

数据库数据（表、索引、簇）物理上存放在数据文件中，而逻辑上存放在表空间中，Oracle是使用表空间、段、区、数据块等逻辑存储结构管理对象空间的，它们的关系如图：

5.1表空间

表空间（Table Space）是数据库的逻辑组成部分。Oracle建议将不同类型的数据部署到不同表空间，一方面可以提高数据访问性能，另一方面便于数据管理、备份和恢复等操作。Oracle数据库中应该包含SYSTEM表空间（用于存放系统数据：数据字典信息）、SYSAUX表空间（用于存放数据库辅助系统信息）、临时表空间、UNDO表空间、数据表空间（存放表数据）、索引表空间（用于存放索引数据）。

5.2段（segment）用于存放特定逻辑 对象（表、簇、索引等）的所有数据，它是由一个或多个区组成的。常用段：表段，用于存放表的所有数据。索引段，存放索引的所有数据。临时段。UNDO段，用于存放事务所修改数据的旧值。

5.3区（Extent）是Oracle进行空间分配的逻辑单元，它是由相邻的数据块组成的。例如，建立新表时，Oracle会为此表段分配一定初始尺寸的空间，当数据占满空间时，再插入新数据时，Oracle会自动扩展此表段，为其分配一个区，一次类推。

4.Oracle块 也称为数据块，是Oracle在数据文件上执行I/O操作的最小单位，其尺寸因该设置为OS块的整数倍。