Oracle体系结构和组件

系统的体系结构决定了数据库如何使用内存、硬件和网络，以及哪个进程或程序运行在哪台机器上。
Oracle数据库服务器有两个主要的组成部分：数据库和实例(instance)。Oracle数据库用于存储和检索信息，是数据的集合。Oracle实例是指数据库服务器的内存及相关处理程序。

Oracle体系结构组件概览

图示并解释Oracle体系结构和组件

Oracle体系结构如下图所示：

Oracle体系结构

物理结构

一个Oracle数据库的物理结构，是由为数据库信息提供真实屋物理存储的操作系统文件决定的。

  • 控制文件
  • 数据文件
  • 重做日志文件

内存结构

Oracle内存结构由两个存储区域组成：

  • 系统全局区（System Global Area，SGA）：在实例启动时被分配，是Oracle实例的一个基本组件

  • 程序全局区（Program Global Area，PGA）：在服务器进程启动时分配

系统全局区

SGA(系统全局区)包括共享池、数据库缓冲区高速缓存、重做日志缓冲区、Java池、大型共享池等（锁管理、统计数据）。

SGA能配置两个可选存储结构：大池和Java池

  • SGA是可变大小的,使用SGA_MAX_SIZE来设置大小
  • SGA组件分配SGA内存空间,并分割成更小的颗粒
    • 分配连续的虚拟内存
    • 基于SGA_ MAX_ SIZE来分配大小

1. 共享池(SHARE POOL)

共享池
 共享池包括`库高速缓存`和`数据字典高速缓存`，共享池的主要作用和功能如下：

  1. 共享池是对SQL、PL/SQL程序进行语法分析、编译、执行的内存区域。

  2. 共享池由库缓存和数据字典缓存组成。

  3. 库缓存含有最近执行的SQL、PL/SQL语句的分析码和执行计划；

  4. 数据字典缓存含有从数据字典中得到的表、索引、列定义和权限等信息。共享池的大小直接影响数据库的性能。

  5. 共享池的大小由初始化参数shared_pool_size决定，该参数以KB或MB为单位。默认的大小为8MB。

  6. 查询语句：SQL > show parameter shared_pool_size

  7. 用如下命令可以调整，参数为SHARED_POOL_SIZE：

    1
    2
    ALTER SYSTEM SET
    SHARED_POOL_SIZE = 64M;

2. 数据高速缓冲区(DATABASE BUFFER CACHE)

  1. 由最近最少使用（LRU）算法来管理
  2. 用于存储从磁盘数据文件中读入的数据，服务器进程将读入的数据保存在数据缓冲区中，当后续的请求需要这些数据时可以在内存中找到，不再从磁盘读取，提高了读取速度。
  3. 数据高速缓冲区中存放着Oracle系统最近使用过的数据库数据块。
  4. 数据缓冲区的大小对数据库的读取速度有直接的影响。
  5. 数据缓冲区直接由初始化参数文件中的DB_CACHE_SIZE参数决定，DB_ CACHE_ ADVICE能被设置为收集统计量,以预测不同高速缓存的大小调整
  6. DB_BLOCK_SIZE用于定义标准块的大小
  7. 查询语句：SQL > show parameter db
  8. 可以使用ALTER_SYSTEM动态调节大小，包括增加或减小
1
ALTER SYSTEM SET DB_CACHE_SIZE 96M;

3. 重做日志缓冲区(REDO LOG BUFFER)

  1. 日志记录数据库的所有修改信息，日志信息首先产生于日志缓冲区。
  2. 当日志缓冲区的日志数据达到一定数量时，由后台进程将日志数据写入日志文件中。
  3. 在初始化参数文件中查询参数log_buffer。
  4. 查询语句：SQL > show parameter log_buffer

4. 库高速缓存

库高速缓存存储的是最，近使用过的SQL和PL /SQL语句相关的信息。库高速缓存:

  • 使得共同使用的语句可以共享
  • 可由最近最少使用(LRU)算法来管理
  • 由两种结构组成:
    • 共享SQL区域
    • 共享PL /SQL区域
  • 它的大小由 共享池大小的设置来决定

5. 数据字典高速缓存

数据字典高速缓存是数据库中最近最多使用的定义的集合

  • 它包 括数据库文件、表、索引、列、用户、特权和其它数据库对象的有关信息
  • 在解析阶段，服务器进程查看数据字典,核对信息，以解析对象名，并验证存取
  • 把数据字典信息高速缓存到内存,提高查询响应时间
  • 大小由共享池大小的设置来决定

6. Java池(JAVA POOL)

  1. 存储JAVA命令服务分析要求

  2. 安装和使用JAVA时必须的

  3. 大小有JAVA_POOL_SIZE确定

6. 大型共享池(LARGE POOL)

  1. SGA可选的内存区
  2. 分担了共享池的一部分工作
  3. 用于共享服务器的UGA
  4. 用于I/O服务器进程
  5. 备份和恢复操作或RMAN
  6. 并行执行消息缓冲区（前提PARALLEL_POOL_SIZE=TRUE）
  7. 不使用LRU列表
  8. 大小由LARGE_POOL_SIZE确定
1
ALTER SYSTEM SET LARGE_POOL_SIZE = 64M;

程序全局区

除此之外，还有程序全局区(PGA)，是为每一个连接到Oracle数据库的用户进程预留的内存

PGA

1. 用户进程

用户进程是一个程序，它请求与Oracle服务器的连接

  • 它必须首先建立一个连接
  • 它不直接与Oracle服务器进行交互

2. 服务器进程

服务器进程是一个程序，它与Oracle服务器直接作用

  • 它回应用户进程产生的调用。并返回结果
  • 可能是独占的或共享的服务器

3. 后台进程

硬盘和内存之间的关系被保持，并由Oracle的后台进程驱动：

  • 必须的后台进程
DBWn PMON CKPT
LGWR SMON RECO
  • 可选的后台进程
ARCn LMON Snnn
QMNn LMDn
CJQ0 Pnnn
LCKn Dnnn

1. 数据库写进程（DBWn）

DBWn延迟写入数据文件,直到发生下列事件之一：

  1. 增量或正常检查点
  2. 灰数据缓冲区的数量达到阈值
  3. 进程扫描指定数量的块而无法找到任何空闲缓冲区时
  4. 出现超时
  5. 实时应用集群(Real Application Clusters, RAC)环境中出现ping请求
  6. 使一般表空间或临时表空间处于脱机状态
  7. 使表空间处于只读模式
  8. 删除或截断表
  9. 执行ALTER TABLESPACE表空间名BEGIN BACKUP操作

2. 日志写进程（LGWR）

LGWR在下列情况下执行从重做日志缓冲区到重做日志文件的连续写入：

  1. 当提交事务时
  2. 当重做日志缓冲区的三分之一填满时
  3. 当重做日志缓冲区中记录了超过1 MB\2MB的更改时
  4. 在DBWn将数据库缓冲区高速缓存中修改的块写入数据文件以前
  5. 每隔三秒

3. 系统监控（SMON）

  • 实例恢复
    • 前滚重做日志中的更改
    • 打开数据库供用户访问
    • 回滚未提交的事务处理
  • 每三秒对自由空间的整理
  • 对临时段的清空

4. 进程监控（PMON）

进程失败后，后台进程PMON通过下面的方法进行清理：

  • 回滚用户的当前事务处理
  • 释放当前保留的所有表锁或行锁
  • 释放用户当前保留的其它资源
  • 重新启动已失效（死锁）的调度程序

5. 检查点Checkpoint（CKPT）

  • 在检查点发信号给DBWn
  • 使用检查点信息更新数据文件的标头
  • 使用检查点信息更新控制

启动检查点的原因如下：

  • 确保定期向磁盘写入内存中发生修改的数据块，以便在系统或数据库失败时不会丢失数据
  • 缩短例程恢复所需的时间。只需处理最后一个检查点后面的重做日志条目以启动恢复操作
  • 确保提交的所有数据在关闭期间均已写入数据文件

由CKPT写入的检查点信息包括检查点位置、系统更改号、重做日志中恢复操作的起始位置以及有关日志的信息等等。

注：CKPT并不将数据块写入磁盘，或将重做块写入联机重做日志。

6. 归档日志（ARCn）

  • 可选的后台进程
  • 设置ARCHIVELOG模式时自动归档联机重做日志
  • 保留数据库的全部更改记录

4. QMNn会话内存(SESSION MEMORY)

为保留会话变量以及与该会话相关的其它信息而分配的内存。对于共享服务器环境，该会话是共享的而不是专用的。