第3章Oracle数据库系统结构

数据高速缓冲区
• 功能
– 存储从数据文件中检索出来的数据拷贝。应用 程序要访问的数据必须从磁盘的数据文件读到 数据缓冲区中处理。 – 在数据缓冲区中被修改后的数据由数据写入进 程写到硬盘的数据文件中永久保存。 – 提高获取和更新数据的性能。
• 数据高速缓冲区的工作过程
• 缓冲块的类型
– 脏缓存块（Dirty Buffers）：脏缓存块中保存 的是已经被修改过的数据。 – 空闲缓存块（Free Buffers）：空闲缓存块中不 包含任何数据，它们等待后台进程或服务器进 程向其中写入数据。 – 命中缓存块（Pinned Buffers）：命中缓存块是 那些正被使用的数据块，同时还有很多会话等 待修改或访问的数据块。 – 干净缓存块（Clean Buffers）：干净缓存块是 指那些当前没有被使用，即将被换出内存的缓 存块。
告警文件
• 告警文件也是数据库中重要的诊断文件， 记录数据库在启动、关闭和运行期间后台 进程的活动情况。 • 在数据库出现故障时，应首先查看该文件， 但文件中的信息与任何错误状态没有必然 的联系。
3.2.3逻辑存储结构的构成与关系
• • • • Oracle数据块 区 段 表空间
• Oracle数据库的逻辑存储结构分为Oracle数 据块（Oracle Data Block）、区（Extent）、 段（Segment）和表空间（Table space）。
段
• 段是由一个或多个连续或不连续的区组成 的逻辑存储单元。 • 段分类
– 表段 – 索引段 – 临时段 – 回退段
• • • •
利用回退段中保存的回退信息，可以实现 事务回滚 数据库恢复 数据的读一致性 闪回查询
表空间
• 表空间是Oracle数据库最大的逻辑存储单元， 数据库的大小从逻辑上看就是由表空间决 定 • 表空间与数据库文件直接关联，一个表空 间包含一个或多个数据文件，一个数据文 件只能从属于某一个表空间，数据库对象 就是存储在表空间对应的一个或多个数据 文件中
3.2 Oracle数据库存储结构
• 存储结构概述 • 物理存储结构概述 • 逻辑存储结构概述
3.2.1存储结构概述
• 一个数据库在物理上包含多个数据文件， 在逻辑上包含多个表空间。
• 一个表空间包含一个或多个数据文件，一 个数据文件只能从属于某个表空间。 • 数据库的逻辑块由一个或多个操作系统块 构成。 • 一个逻辑区只能从属于某一个数据文件， 而一个数据文件可包含一个或多个逻辑区。
控制文件
• 控制文件是记录数据库结构信息的重要的 二进制文件，由Oracle系统进行读写操作， DBA不能直接操作控制文件。 • 数据库启动时，根据初始化参数文件中的 CONTROL_FILES参数找到控制文件，然后根 据控制文件中的信息，进行数据库数据文 件和重做日志文件的加载，最后打开数据 库。 • 一个数据库至少需要一个控制文件，如果 控制文件损坏将导致数据库无法启动。
大型池
• 功能
– 大型池是一个可选的内存配置项，主要为 Oracle多线程服务器、服务器I/O进程、数据库 备份与恢复操作、执行具有大量排序操作的 SQL语句、执行并行化的数据库操作等需要大 量缓存的操作提供内存空间。如果没有在SGA 区中创建大型池，上述操作所需要的缓存空间 将在共享池或PGA中分配，因而影响共享池或 PGA的使用效率。
• 重做日志缓冲区的工作过程
• 重做日志缓冲区的大小
– LOG_BUFFER – 较大的重做日志缓冲区，可以减少对重做日志 文件写的次数，适合长时间运行的、产生大量 重做记录的事务。
共享池
• 功能
– 共享池用于缓存最近执行过的SQL语句、PL/SQL 程序和数据字典信息，是对SQL语句、PL/SQL程 序进行语法分析、编译、执行的区域。
表空间分类： • 系统表空间 • 非系统表空间
– 撤销表空间 – 临时表空间 – 用户表空间
3.3 Oracle数据库内存结构
• Oracle内存结构概述 • SGA • PGA
3.3.1Oracle内存结构概述
• 用户的所有操作都在内存中进行，最后由 数据库后台进程将操作结果写入各种物理 文件中永久性保存。 • 内存结构类型：
• 缓存块的管理
– 脏缓存块列表：包含那些已经被修改但还没有 写入数据文件的脏缓存块。 – LRU列表（Least Recently Used）：包含所有的 空闲缓存块、命中缓存块和那些还没有来得及 移入到脏缓存块列表中的脏缓存块。在该列表 中，最近被访问的缓存块被移动到列表的头部， 而其他缓存块向列表尾部移动，最近最少被访 问的缓存块最先被移出LRU列表，从而保证最 频繁使用的缓存块始终保存在内存中。
第3章 Oracle数据库系统结构
主要内容
• • • • Oracle数据库系统结构概述 Oracle数据库存储结构 Oracle数据库内存结构 Oracle数据库后台进程
3.1 Oracle数据库系统结构概述
• Oracle数据库的存储结构（Storage Structure） 分为物理存储结构和逻辑存储结构两种， 分别描述了在操作系统中和数据库系统内 部数据的组织与管理方式。。 • Oracle数据库的软件结构，即Oracle实例 （Instance），包括内存结构与后台进程结 构两个部分。
初始化参数文件
• 初始化参数文件是数据库启动过程所必需 的文件，记录了数据库显式参数的设置。
• 数据库启动的第一步就是根据初始化参数 文件中的设置，创建并启动实例，即分配 内存空间、启动后台进程。
跟踪文件
• 跟踪文件是数据库中重要的诊断文件
• 跟踪文件中包含数据库系统运行过程中所 发生的重大事件的有关信息，可以为数据 库运行故障的解决提供重要信息。
– DB_CACHE_SIZE（标准块）
重做日志缓冲区
• 功能
– 重做日志缓冲区用于缓存用户对数据库进行修 改操作时生成的重做记录。 – 为了提高工作效率，重做记录并不是直接写入 重做日志文件中，而是首先被服务器进程写入 重做日志缓冲区中，在一定条件下，再由日志 写入进程（LGWR）把重做日志缓冲区的内容写 入重做日志文件中做永久性保存。在归档模式 下，当重做日志切换时，由归档进程（ARCH） 将重做日志文件的内容写入归档文件中
DBWR（数据库写入进程）
• 把数据高速缓冲区中已经被修改过的数据 （脏缓存块）成批写入数据文件中永久保 存，同时使数据高速缓冲区有更多的空闲 缓存块，保证服务器进程将所需要的数据 从数据文件中读取到数据高速缓冲区中， 提高缓存命中率。
重做日志文件
• 重做日志文件是以重做记录的形式记录、 保存用户对数据库所进行的变更操作，是 数据库中最重要的物理文件。 • 利用重做日志文件可以进行事务的重做 （REDO）或回退（UNDO），是数据库实例 恢复的基础。
归档重做日志文件
• 归档重做日志文件是历史联机重做日志文 件的集合，是联机重做日志文件被覆盖之 前备份的副本。 • 如果数据库工作在归档模式，数据库归档 进程会自动将写满的重做日志文件在覆盖 之前复制到指定的位置。归档重做日志文 件是数据库出现介质故障后实现数据库完 全恢复的必要条件
• 组成
– 库缓存
• 库缓存用于缓存已经解释并执行过的SQL语句和PL/SQL程 序代码，以提高SQL或PL/SQL程序的执行效率。 • 包括SQL工作区和PL/SQL工作区
– 数据字典缓存区
• 数据字典缓存区保存最常用的数据字典信息
• 共享池大小
– SHARED_POOL_SIZE – 合适的共享池大小，可使编译过的程序代码长驻 内存，大大降低重复执行相同的SQL语句、 PL/SQL程序的系统开销，从而提高数据库的性能。
3.4 Oracle数据库后台进程
• Oracle进程概述 • Oracle服务器进程 • Oracle后台进程
3.4.1 Oracle进程概述
• 进程的概念
– 进程是操作系统中一个独立的可以调度的活动，用 于完成指定的任务。进程与程序的区别在于： – 进程是动态的概念，即动态创建，完成任务后立即 消亡；而程序是一个静态实体。 – 进程强调执行过程，而程序仅仅是指令的有序集合。
• 进程的类型
– 用户进程 – 服务器进程 – 后台进程
3.4.2Oracle后台进程
• • • • • • • • • DBWR 数据库写入进程 LGWR 日志写入进程 CKPT 检查点进程 SMON 系统监控进程 PMON 进程监控进程 ARCH 归档进程 恢复进程（RECO）2 物理存储结构概述
• • • • • • • 数据文件 控制文件 重做日志文件 归档重做日志文件 初始化参数文件 跟踪文件 告警文件
数据文件
• 数据文件是数据库中所有数据的实际存储 空间，所有数据文件大小的和构成了数据 库的大小。 • 根据数据信息类型不同，数据文件分为永 久性数据文件和临时数据文件两种。
流池
• 功能
– 流池是一个可选的内存配置项，用于对流的支 持。
• 流池大小
– STREAMS_POOL_SIZE
3.3.3PGA
• PGA是一个私有的内存区，不能共享，每个 服务器进程只能访问自己的PGA，因此PGA 又称为私有全局区（Private Global Area）。 • 系统同时为每个后台进程分配私有的PGA区。 所有服务器进程PGA与所有后台进程PGA大 小的和，即为实例的PGA的大小。 • PGA随着服务器进程与后台进程的启动而分 配，随着服务器进程和后台进程的终止而 被释放。
• SGA构成
– 数据高速缓冲区（Database Buffer Cache） – 共享池（Shared Pool） – 重做日志缓冲区（Redo Log Cache） – 大型池（Large Pool） – Java池（Java Pool） – 流池（Streams Pool） – 其它结构（如固定SGA、锁管理等）