数据库系统设计与开发
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北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9
《数据库设计与开发》讲义
4.2.1.1 ORACLE內存结构
–数据库缓冲区高速缓存: DB_BLOCK_SIZE和DB_BLOCK_BUFFERS是决 定缓冲区高速缓存大小的两个初始化参数。 DB_BLOCK_SIZE设置Oracle块大小， DB_BLOCK_BUFFERS决定分配给缓冲区高速缓 存的块的数量。两参数相乘就可得出缓冲区 高速缓存的内存总数(以字节为单位)。 ORACLE 9i可以通过ALTER SYSTEM SET DB_CACHE_SIZE动态设置。
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《数据库设计与开发》讲义
4.2.1.1 ORACLE內存结构
–共享池： 字典高速缓存含有RDBMS引擎分析SQL语句所使用 的数据字典信息。在这个区域中含有段信息、安全 性、访问权限和在可用的自由存储空间等信息。 共享池的大小取决于init.ora文件参数 SHARED_POOL_SIZE，它是以字节为单位的。ORACLE 9i可以通过ALTER SYSTEM SET SHARED_POOL_SIZE动 态设置。 共享区经过长期装卸和卸载数据对象会产生许多 碎片，如果在共享池中没有足够的连续空间用来装 载目标数据，会产生错误。这个问题可以通过运行 SQL命令ALTER SYSTEM FLUSH SHARED_POOL解决。但 是如果在数据库操作时，经常遇到共享池错误，就 必须增大共享池。
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《数据库设计与开发》讲义
4.2.1 ORACLE数据库实例组成
• 实例中每一个进程都有各自的一个内存块，该内存块 用于保存私有变量、地址堆栈和其他运行时的信息。 • 进程间使用公共共享区并在公共共享区内完成它们的 工作。公共共享区是能够在同一时间内被不同程序和 不同进程读写的一块内存区。该内存块称为系统全局 区(SGA)。因为SGA驻留在一个共享内存段中，所以它 经常被称作共享全局区。 • 后台进程就像数据库的手，是直接处理数据库的组件； SGA就像大脑，在必要时间接地调度手处理它们的信息 与存储检索。SGA参与发生在数据库中全部的信息和服 务器的处理。 • 单用户的Oracle配置(Personal Oracle Lite)，不使 用多进程执行数据库的功能。相反，所有的数据库功 能由一个Oracle进程完成。由于这个原因，单用户也 称为单进程Oracle。
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《数据库设计与开发》讲义
4.2.1.1 ORACLE內存结构
–重做日志缓冲区： 对具有多个CPU的服务器而言，Oracle服 务器不允许使用重做分配闩所书写的重做日 志项所需空间比参数 LOG_SMALL_ENTRY_MAX_SIZE大。相反，进程 必须持有一个重做复制闩。可获得的重做复 制闩的数量等于LOG_SIMULTANEOUS_COPIES 初始化参数的值。 LOG_SIMULTANEOUS_COPIES的缺省值是系统 中CPU的数量。使用重做复制闩，多个进程 能同时写入重做日志缓冲区。 可以使用V$LATCH动态性能视图监控重做 分配闩与重做复制闩。
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–重做日志缓冲区： 为强迫重做日志顺序写入，Oracle服务器 使用闩控制对缓存的访问。闩是一个Oracle 进程对一个内存结构的锁定，一个进程必须 持有重做分配闩，才能写入重做日志缓冲区。 当一个进程持有分配闩时，其他任何进程都 不能使用这个分配闩写入重做日志缓冲区。 Oracle服务器使用 LOG_SMALL_ENTRY_MAX_SIZE初始化参数限制 一次写入的重做的总量。这个参数以字节为 单位，其缺省值随操作系统和硬件不同而不 同。
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4.2.1.2 ORACLE进程
• 用户进程：每个用户进程被分配一部分内存区， 称为进程全局区(PGA)。 当一个用户进程通过专用服务器方式连接数 据库时，用户的会话数据、堆栈空间和游标状 态信息存储在进程全局区中。用户的会话数据 包括安全和资源使用信息；堆栈空间含有为用 户会话指定的本地变量；游标状态区包括运行 时的游标信息、返回的行和游标返回的代码。 如果用户进程通过共享服务器进程方式进行 连接，游标和会话信息被存储在系统全局区 (SGA)中。尽管对整个数据库而言，这并不增加 对内存空间的要求，但是它需要一个更大的系 统全局区来存放这些附加的会话信息。
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–数据库缓冲区高速缓存：是影响整个数据库 系统运行的重要因素之一。数据库缓冲区高 速缓存是由与Oracle块相同大小的内存块组 成。所有Oracle操作的数据在使用前被装入 到数据库缓冲区高速缓存中。数据的更新在 内存块中完成。 Oracle根据最近最少被使用(LRU)列表将数 据清出缓冲区高速缓存。LRU列表记录数据块 被访问的频繁程度。当服务器在缓冲区中需 要更多空间来从磁盘读入一个数据块时，它 去访问LRU列表，以确定可以清出哪些块，使 用这种方法，保证最频繁使用的块保存在内 存中。
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4.2.1.2 ORACLE进程
• ORACLE进程可以理解为一系列执行一定任务、 提供不同服务信息的程序。主要有用户进程、 服务器进程、后台进程三种类型。 • 用户进程：当客户机向ORACLE服务器发出一个 连接请求时，就产生一个用户进程。 数据库用户操纵数据前，首先要建立一个与 数据库服务器的连接(可通过Oracle工具,如 SQL*Plus)，连接的同时产生用户进程，用户 进程并不直接作用于ORACLE服务器，而是与一 个服务器进程进行通信。
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–数据库缓冲区高速缓存： 被修改过的缓冲块称为脏的，脏列表记录 所有在内存中被修改而又尚未写入磁盘中的 数据。当Oracle接收到修改数据的请求时， 对高速缓存中的块进行数据修改，同时写入 重做日志中，然后该块被放入脏的列表中， 对这些数据的随后访问从高速缓存中读取改 变的数据的新的值。 Oracle服务器对更新的一块数据，并不立 即更新数据文件中的数据。RDBMS等到一定条 件时才将改变的数据刷新写入数据文件（参 见数据库写入进程）。
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4.2.1.2 ORACLE进程
• 服务器进程：服务器进程接受用户发出的请求， 并根据请求与数据库通信，通过这些通信完成 用户进程对数据库中数据的处理要求，同时完 成对数据库的连接操作和I/O访问。
DBWR LGWR
CKPT
Others
后台 进程
• ORACLE实例是指有自己的内存结构和相关的服务 器进程及后台进程的DBMS。 4.2.1.1 内存结构 4.2.1.2 进程
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
• ORACLE的内存结构主要有两个内存区域组成： SGA(System Global Area):系统全局区，是 ORACLE实例的基础，是一个共享区域，存放最 近使用的SQL语句、最近使用的数据、最近使用 的数据字典等信息，供各个进程调用。 PGA(Program Global Area):程序全局区，该 区域是一非共享区域，存放会话、排序、游标、 主变量等信息，被服务器进程调用，保证谁的 请求处理结果给谁，谁的排序给谁，用户声明 的、打开的、使用的、关闭的游标是私有的， 用户的主变量不被其他用户干扰。
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–共享池： 对于使用以前缓存的SQL语句，它必须在所 有方面都与缓存版本完全相同，包括标点符号 和字母的大小写。 库高速缓存包括共享和专用SQL区。共享 SQL区包括SQL语句语法分析树和执行路径；专 用SQL区存储特定的会话信息，一个用户会话 能够一次打开的专用SQL区的数量由init.ora 参数OPEN_CURSORS决定。 库高速缓存中的专用SQL区可更进一步分为 永久区和运行区。永久区中包含合法的信息， 并可应用于SQL语句的多个执行中，而运行区 中仅包含正在被执行的SQL语句的数据。
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4.2.1 ORACLE数据库实例组成
用户 进程 服务器 进程 PGA 实例 Shared pool Library cache Data Dictionary cache
PMON SMON
SGA 内存 结构
Database Redo log Buffer cache Buffer cache
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–共享池： 库高速缓存存储已提交给RDBMS的SQL语句 文本、分析过的格式与执行计划，以及已被 执行的PL/SQL包头与过程等。数据字典高速 缓存存储用于分析SQL语句的数据字典行。 Oracle服务器用库高速缓存来提高执行 SQL语句的性能。当一条SQL语句提交时，服 务器首先查找高速缓存，查看相同的语句是 否已被提交或缓存过。如果有，Oracle使用 存储的语法分析树和执行路径来执行该语句， 使用存储代码可以获得明显的性能提高。
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–共享池：共享池包括库高速缓存、数据字典 高速缓存和服务器控制结构（例如数据库字 符集）。 参见下图
库高速缓冲 共享 SQL区 专用SQL区 永久区 运行区 字典高速缓冲 控制结构
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–重做日志缓冲区：重做日志缓冲区用于在内 存中存储未被刷新写入联机重做日志文件的 重做信息。 它是循环使用的缓冲区，当重做日志缓冲 区填满时，将它的内容写入联机重做日志文 件。 重做日志缓冲区的大小是由LOG_BUFFER初 始化参数决定，以字节为单位，决定在内存 中保留多少空间缓存重做日志项。如果这个 值设置得过低，进程之间相互竞争，LGWR进 程读出和写入缓存，有可能会导致性能问题。
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
• 系统全局区：系统全局区是实例的主要部 分。它含有数据维护、SQL语句分析与重做 缓存所必须的所有内存结构。 • 系统全局区的数据是共享的，也就是说， 多个进程可以在同一时间对SGA中的数据进 行访问和修改。所有数据库操作都使用包 含在SGA中某点上的结构。 • 当实例被创建时，分配SGA；当实例关闭时， 释放SGA。
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
• SGA组成如下：
–共享池。 –数据库缓冲区高速缓存。 –重做日志缓冲区。 另外oracle9i还有Java pool，8i有Java虚 拟机，解释Java；Java pool是利用数据库技 术解释Java. oracle9i的SGA可以通过SGA_MAX_SIZE被动 态的设置大小，8i不能动态设置。
《数据库设计与开发》讲义
4.2 ORACLE数据库实例管理
• Oracle服务器就是数据库管理系统(DBMS)，由 数据库(Oracle database)和实例(Oracle instance)组成。 • 实例是一系列复杂的内存结构和操作系统进程, 它为Oracle客户提供所期望的不同程度的服务。 一个实例只能打开一个数据库，或者说一个数 据库被唯一的一个实例装载。 4.2.1 实例组成 4.2.2 实例创建 4.2.3 监控实例
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–数据库缓冲区高速缓存: DB_BLOCK_SIZE和DB_BLOCK_BUFFERS是决 定缓冲区高速缓存大小的两个初始化参数。 DB_BLOCK_SIZE设置Oracle块大小， DB_BLOCK_BUFFERS决定分配给缓冲区高速缓 存的块的数量。两参数相乘就可得出缓冲区 高速缓存的内存总数(以字节为单位)。 ORACLE 9i可以通过ALTER SYSTEM SET DB_CACHE_SIZE动态设置。
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–共享池： 字典高速缓存含有RDBMS引擎分析SQL语句所使用 的数据字典信息。在这个区域中含有段信息、安全 性、访问权限和在可用的自由存储空间等信息。 共享池的大小取决于init.ora文件参数 SHARED_POOL_SIZE，它是以字节为单位的。ORACLE 9i可以通过ALTER SYSTEM SET SHARED_POOL_SIZE动 态设置。 共享区经过长期装卸和卸载数据对象会产生许多 碎片，如果在共享池中没有足够的连续空间用来装 载目标数据，会产生错误。这个问题可以通过运行 SQL命令ALTER SYSTEM FLUSH SHARED_POOL解决。但 是如果在数据库操作时，经常遇到共享池错误，就 必须增大共享池。
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4.2.1 ORACLE数据库实例组成
• 实例中每一个进程都有各自的一个内存块，该内存块 用于保存私有变量、地址堆栈和其他运行时的信息。 • 进程间使用公共共享区并在公共共享区内完成它们的 工作。公共共享区是能够在同一时间内被不同程序和 不同进程读写的一块内存区。该内存块称为系统全局 区(SGA)。因为SGA驻留在一个共享内存段中，所以它 经常被称作共享全局区。 • 后台进程就像数据库的手，是直接处理数据库的组件； SGA就像大脑，在必要时间接地调度手处理它们的信息 与存储检索。SGA参与发生在数据库中全部的信息和服 务器的处理。 • 单用户的Oracle配置(Personal Oracle Lite)，不使 用多进程执行数据库的功能。相反，所有的数据库功 能由一个Oracle进程完成。由于这个原因，单用户也 称为单进程Oracle。
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–重做日志缓冲区： 对具有多个CPU的服务器而言，Oracle服 务器不允许使用重做分配闩所书写的重做日 志项所需空间比参数 LOG_SMALL_ENTRY_MAX_SIZE大。相反，进程 必须持有一个重做复制闩。可获得的重做复 制闩的数量等于LOG_SIMULTANEOUS_COPIES 初始化参数的值。 LOG_SIMULTANEOUS_COPIES的缺省值是系统 中CPU的数量。使用重做复制闩，多个进程 能同时写入重做日志缓冲区。 可以使用V$LATCH动态性能视图监控重做 分配闩与重做复制闩。
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–重做日志缓冲区： 为强迫重做日志顺序写入，Oracle服务器 使用闩控制对缓存的访问。闩是一个Oracle 进程对一个内存结构的锁定，一个进程必须 持有重做分配闩，才能写入重做日志缓冲区。 当一个进程持有分配闩时，其他任何进程都 不能使用这个分配闩写入重做日志缓冲区。 Oracle服务器使用 LOG_SMALL_ENTRY_MAX_SIZE初始化参数限制 一次写入的重做的总量。这个参数以字节为 单位，其缺省值随操作系统和硬件不同而不 同。
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4.2.1.2 ORACLE进程
• 用户进程：每个用户进程被分配一部分内存区， 称为进程全局区(PGA)。 当一个用户进程通过专用服务器方式连接数 据库时，用户的会话数据、堆栈空间和游标状 态信息存储在进程全局区中。用户的会话数据 包括安全和资源使用信息；堆栈空间含有为用 户会话指定的本地变量；游标状态区包括运行 时的游标信息、返回的行和游标返回的代码。 如果用户进程通过共享服务器进程方式进行 连接，游标和会话信息被存储在系统全局区 (SGA)中。尽管对整个数据库而言，这并不增加 对内存空间的要求，但是它需要一个更大的系 统全局区来存放这些附加的会话信息。
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–数据库缓冲区高速缓存：是影响整个数据库 系统运行的重要因素之一。数据库缓冲区高 速缓存是由与Oracle块相同大小的内存块组 成。所有Oracle操作的数据在使用前被装入 到数据库缓冲区高速缓存中。数据的更新在 内存块中完成。 Oracle根据最近最少被使用(LRU)列表将数 据清出缓冲区高速缓存。LRU列表记录数据块 被访问的频繁程度。当服务器在缓冲区中需 要更多空间来从磁盘读入一个数据块时，它 去访问LRU列表，以确定可以清出哪些块，使 用这种方法，保证最频繁使用的块保存在内 存中。
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4.2.1.2 ORACLE进程
• ORACLE进程可以理解为一系列执行一定任务、 提供不同服务信息的程序。主要有用户进程、 服务器进程、后台进程三种类型。 • 用户进程：当客户机向ORACLE服务器发出一个 连接请求时，就产生一个用户进程。 数据库用户操纵数据前，首先要建立一个与 数据库服务器的连接(可通过Oracle工具,如 SQL*Plus)，连接的同时产生用户进程，用户 进程并不直接作用于ORACLE服务器，而是与一 个服务器进程进行通信。
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–数据库缓冲区高速缓存： 被修改过的缓冲块称为脏的，脏列表记录 所有在内存中被修改而又尚未写入磁盘中的 数据。当Oracle接收到修改数据的请求时， 对高速缓存中的块进行数据修改，同时写入 重做日志中，然后该块被放入脏的列表中， 对这些数据的随后访问从高速缓存中读取改 变的数据的新的值。 Oracle服务器对更新的一块数据，并不立 即更新数据文件中的数据。RDBMS等到一定条 件时才将改变的数据刷新写入数据文件（参 见数据库写入进程）。
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4.2.1.2 ORACLE进程
• 服务器进程：服务器进程接受用户发出的请求， 并根据请求与数据库通信，通过这些通信完成 用户进程对数据库中数据的处理要求，同时完 成对数据库的连接操作和I/O访问。
DBWR LGWR
CKPT
Others
后台 进程
• ORACLE实例是指有自己的内存结构和相关的服务 器进程及后台进程的DBMS。 4.2.1.1 内存结构 4.2.1.2 进程
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
• ORACLE的内存结构主要有两个内存区域组成： SGA(System Global Area):系统全局区，是 ORACLE实例的基础，是一个共享区域，存放最 近使用的SQL语句、最近使用的数据、最近使用 的数据字典等信息，供各个进程调用。 PGA(Program Global Area):程序全局区，该 区域是一非共享区域，存放会话、排序、游标、 主变量等信息，被服务器进程调用，保证谁的 请求处理结果给谁，谁的排序给谁，用户声明 的、打开的、使用的、关闭的游标是私有的， 用户的主变量不被其他用户干扰。
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–共享池： 对于使用以前缓存的SQL语句，它必须在所 有方面都与缓存版本完全相同，包括标点符号 和字母的大小写。 库高速缓存包括共享和专用SQL区。共享 SQL区包括SQL语句语法分析树和执行路径；专 用SQL区存储特定的会话信息，一个用户会话 能够一次打开的专用SQL区的数量由init.ora 参数OPEN_CURSORS决定。 库高速缓存中的专用SQL区可更进一步分为 永久区和运行区。永久区中包含合法的信息， 并可应用于SQL语句的多个执行中，而运行区 中仅包含正在被执行的SQL语句的数据。
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4.2.1 ORACLE数据库实例组成
用户 进程 服务器 进程 PGA 实例 Shared pool Library cache Data Dictionary cache
PMON SMON
SGA 内存 结构
Database Redo log Buffer cache Buffer cache
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–共享池： 库高速缓存存储已提交给RDBMS的SQL语句 文本、分析过的格式与执行计划，以及已被 执行的PL/SQL包头与过程等。数据字典高速 缓存存储用于分析SQL语句的数据字典行。 Oracle服务器用库高速缓存来提高执行 SQL语句的性能。当一条SQL语句提交时，服 务器首先查找高速缓存，查看相同的语句是 否已被提交或缓存过。如果有，Oracle使用 存储的语法分析树和执行路径来执行该语句， 使用存储代码可以获得明显的性能提高。
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–共享池：共享池包括库高速缓存、数据字典 高速缓存和服务器控制结构（例如数据库字 符集）。 参见下图
库高速缓冲 共享 SQL区 专用SQL区 永久区 运行区 字典高速缓冲 控制结构
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
–重做日志缓冲区：重做日志缓冲区用于在内 存中存储未被刷新写入联机重做日志文件的 重做信息。 它是循环使用的缓冲区，当重做日志缓冲 区填满时，将它的内容写入联机重做日志文 件。 重做日志缓冲区的大小是由LOG_BUFFER初 始化参数决定，以字节为单位，决定在内存 中保留多少空间缓存重做日志项。如果这个 值设置得过低，进程之间相互竞争，LGWR进 程读出和写入缓存，有可能会导致性能问题。
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
• 系统全局区：系统全局区是实例的主要部 分。它含有数据维护、SQL语句分析与重做 缓存所必须的所有内存结构。 • 系统全局区的数据是共享的，也就是说， 多个进程可以在同一时间对SGA中的数据进 行访问和修改。所有数据库操作都使用包 含在SGA中某点上的结构。 • 当实例被创建时，分配SGA；当实例关闭时， 释放SGA。
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4.2.1.1 ORACLE內存结构
• SGA组成如下：
–共享池。 –数据库缓冲区高速缓存。 –重做日志缓冲区。 另外oracle9i还有Java pool，8i有Java虚 拟机，解释Java；Java pool是利用数据库技 术解释Java. oracle9i的SGA可以通过SGA_MAX_SIZE被动 态的设置大小，8i不能动态设置。
《数据库设计与开发》讲义
4.2 ORACLE数据库实例管理
• Oracle服务器就是数据库管理系统(DBMS)，由 数据库(Oracle database)和实例(Oracle instance)组成。 • 实例是一系列复杂的内存结构和操作系统进程, 它为Oracle客户提供所期望的不同程度的服务。 一个实例只能打开一个数据库，或者说一个数 据库被唯一的一个实例装载。 4.2.1 实例组成 4.2.2 实例创建 4.2.3 监控实例