Oracle体系结构和用户管理

本篇博客将对Oracle的体系结构、存储结构、内存结构和进程结构进行初步介绍，从而从宏观上把握它的物理组成、文件组成和各种进程，对于进一步的了解可以起到很好地作用

一、Oralce体系结构

1、概述

Oracle的体系结构是数据库的组成，工作过程，以及数据库中数据的组织与管理机制，要了解oracle数据库的体系结构，就必须要理解oracle的主要组件和重要的概念。Oracle体系结构包含一系列组件，包括实例、用户进程、服务进程、数据文件及其他文件，如参数文件、口令文件和归档日志文件等。如下图所示：

实例和数据库是oracle数据库体系结构的核心组成部分，也是最重要的两个概念，dba的主要工作就是维护实例和数据库。

1）实例

实例是后台进程和内存的集合，必须启动实例才能访问数据库中的数据。

Oracle启动时，将分配一个系统全局区（SGA），并启动一系列oracle后台进程

一个实例只能打开并使用一个数据库

Oracle分为单进程实例和多进程实例，现在普遍都是多进程实例，多进程就是多用户，不同用户使用不同进程来执行oracle的不同部分。

2）数据库

数据库是一个数据的集合，该集合被视为一个逻辑单元。

Oracle 数据库由操作系统文件组成，这些文件为数据库信息提供实际物理存储区

Oracle 数据库包括逻辑结构和物理结构。

物理结构：是指存储数据库信息的一组操作系统文件，每个数据库有一个逻辑结构和一个物理结构。物理结构是指构成数据库的一组操作系统文件，主要由3种类型文件组成：数据文件，控制文件和重做日志文件。

逻辑结构：是指数据库数据的逻辑存储结构，包括：表空间，数据段，表，视图等。

二、oracle存储结构

Oracle的存储结构分为物理结构和逻辑结构，这两种存储结构既相互独立又相互联系。

1、物理结构：

物理结构就是oracle数据库创建后使用的操作系统物理文件，分为以下两种：

1）主要文件

数据文件：数据文件是物理存储数据库的文件，数据文件的特点：每个数据文件只与一个数据库相联系，一个表空间可以包含一个或多个数据文件，一个数据文件只能属于一个表空间。数据文件包含数据库的用户或应用程序数据，以及元数据和数据字典。

重做日志文件：它记录了对数据的所有更改信息，并提供一种数据恢复机制，如果数据库服务器发生崩溃，但未丢失任何数据文件，那么实例便可使用这些文件中的信息恢复数据库。

控制文件：当数据库读取时，要根据控制文件的信息查找数据文件。控制文件存储了数据文件和重做日志文件的名称和位置。一个数据库至少有两份控制文件，oracle11g默认包括3个控制文件，各个控制文件内容相同，可以避免因为一个控制文件的损坏导致无法启动数据库。控制文件记录了以下关键信息：数据文件的位置和大小、重做日志文件的位置及大小、数据库名称及创建时间、日志序列号。控制文件对数据库至关重要。没有这些文件，就无法打开数据文件以访问数据库中的数据。

2）其他文件

参数文件：用于定义实例启动时的配置

口令文件：允许sysdba、sysoper 和sysasm 远程连接到实例并执行管理任务

归档日志文件：使用这些文件和数据库备份，可以恢复丢失的数据文件。也就是说，归档日志能够恢复还原的数据文件

2、oracle逻辑结构

Oracle的逻辑组件包括表空间、段、区、块和模式等。

1）表空间

表空间是数据库中最大的逻辑单位， SYSTEM 和SYSAUX 表空间是在创建数据库时创建的必须存在的表空间，还会有TEMP，USERS等。

每个表空间是由一个或多个数据文件组成的，一个数据文件只能与一个表空间相关联。

表空间的大小等于构成该表空间的所有数据文件大小之和。

表空间和数据文件是相对应的，如果没有数据文件，表空间不可能独立存在，如果只有表空间没有数据文件也是不行的，就好比如果电脑没有硬盘，你不能再逻辑上看到C盘D盘，在这里硬盘就相当于是数据文件，而C盘就相当于是表空间。我们可以把多个数据文件组成一个表空间，然后在表空间里面存储数据，表空间和数据文件是对应的，一个表空间可以是由一个或多个数据文件组成的，但是一个数据文件只能在一个表空间当中。

表空间的作用：

对于不同的用户分配不同的表空间，对不同的模式对象分配不同的表空间，方便对用户操作和模式对象的管理。

可以将不同数据文件创建到不同的磁盘中，有利于管理磁盘空间，提高i/o性能，备份和恢复数据等。

SYSTEM表空间：用于存放oracle系统内部表和数据字典的数据，如表明、列名、用户名等。

SYSAUX表空间：作为SYSTEM的辅助表空间，用于存放各种数据库工具（如企业管理器、StasPack、logMiner等）用到的数据。用于存放各种模式的对象数据，如智能代理用户DBSNMP、数据挖掘用户ODM等。

USERS表空间：作为用户使用的表空间，可以在这个表空间上创建各种对象，如创建表，索引等。

TEMP表空间：存放临时数据的特殊表空间，例如：当需要进行排序时，系统就将排序的数据临时存放在该表空间，排序处理完成后，即可释放排序数据所占用的空间，称之为临时表空间。

以上表空间我们不能创建，系统安装好之后自动创建好了，我们也可以根据需要自己创建。

创建表空间的语法是：

CREATE TABLESPACE tablespacename

DATAFILE ‘filename’ [SIZE integer [K|M]]

[AUTOEXTEND [OFF|ON]];

案例一：创建一个自动增长的表空间tbs_work

如果不能创建，说明数据库没有启动，执行STARTUP命令之后再创建。

如果空间不够用了，可以调整表空间大小。

方法一：更改数据文件大小，并指明数据文件的存放路径，使用RESIZE关键字执行调整后的表空间大小。

方法二：向表空间内添加新的数据文件，当数据文件满了之后自动存储到新的数据文件。

案例二：改变表空间的读写状态，ONLY表示只读，WRITE表示可读写。

删除表空间

案例三、想查看系统中有多少个数据文件

案例四、如何查看表空间

案例五、查看表空间和数据文件之间的对应关系

2）段

段存在于表空间中，是一种指定类型的逻辑存储结构。

段由一组区组成

段分为4类：数据段、索引段、回退段、临时段。

3）区

区是磁盘空间分配的最小单位。磁盘按区划分，每次至少分配一个区。

区是由连续的数据块组成。

段主要有一个或多个区构成，当创建段时，至少包含一个区。

区不能跨数据文件存在，只能存在于一个数据文件中。

4）数据块

是数据中最小的数据组织单位与管理单位

Oracle数据中的数据存储于数据块中

数据块是oracle服务器所能读取或写入的最小存储单元

数据块的取值范围是2K-64KB，默认值与oracle版本有关

5）模式

模式是数据库对象的集合。包括：表、视图、索引、同义词、序列、过程和程序包等。

当创建一个用户时，oracle会自动创建一个与用户名相同的模式，因此，模式又称为用户模式。

用户登录后，默认访问的是与自己的名称相同的模式中的数量库对象。

三、oracle的内存结构

内存是影响数据库性能的第一要素，oracle内存存储的主要内容如下：

程序代码

关于已经连接的会话信息，包括当前所有活动会话和非活动会话

程序运行时必须的相关信息，如查询计划

Oracle进程之间通信和共享的信息，如锁

按照内存的使用方法不同，oracle数据库的内存又可分为系统全局区（SGA）、程序全局区（PGA）、用户全局区（UGA）

1、系统全局区（ SGA ）

数据库信息存储于系统全局区，由多个数据库进程共享，当数据库实例启动时SGA的内存本自动分配，SGA是数据库中占用服务器内存最大的一个区域，也是影响数据库性能的一个重要指标，SGA按作用不同，分为以下几个部分。

2、PGA

PGA不是实例的一部分，包含单个服务器进程或者单个后台进程所需的数据和控制信息。

PGA是在用户进程连接到数据库并创建一个会话时自动分配

该区域内保留每个与oracle数据库连接的用户进程所需的内存

当一个用户会话结束，PAG就会释放

3、UGA

用户全局区（UGA）为用户进程存储会话状态

UGA可以作为SGA或者PGA的一部分。具体位置取决于如何连接Oracle：

如果通过一个共享服务器连接，UGA包含在SAG中

如果通过一个专有服务器连接，UGA就包含在专有服务器的PGA中

案例一：验证内存结构工作的原理（select语句是如何被执行的？）

当用户执行语句select * from scott.emp的时候，工作原理分为四步，如下：

第一步：先做编译，编译包含了语法的检查和语义的检查。

第二步：如果编译没有问题会进入shared pool(共享池 )中，而shared pool 是由library cache和data dictionary cache（数据字典缓存）组成。sql语句第一时间会进入library cache中，即library cache中会存放被编译过的正确的sql语句，仅仅是sql语句而已。library cache中没有缓存的sql语句需要进行硬解析（即需要耗费设备的I/0资源从硬盘读取）。假设library cache中有这个sql语句，就不需要做硬解析，接着会查 data dictionary cache。data dictionary cache中缓存了权限和对象数据及属性，所有data dictionary cache检查用户是否对scott.emp表是否具有访问权限，如果有权限继续往下执行，如果没有权限，直接给用户返回一个结果。如果一条语句从来都没有被执行过，这条语句首先被缓存在share pool中的library cache中，下一次被执行的时候直接从share pool中取sql语句。存放sql语句也需要占用空间，share pool的空间也是有限的，为了防止share pool空间不够用，采用先进先出的规则即后执行的sql语句会覆盖先执行的sql语句来释放空间，当然share pool的空间越大越好。

第三步：data buffer cache现在hr用户可以访问scott.emp表了，data buffer cache的作用就是从磁盘或存储中将数据块调入内存，缓存在buffer cache中。总结：buffer cache缓存数据本身，library cache缓存sql语句本身。

第四步：redo log buffer<重做日志缓冲区>当用户执行insert,update,delete,create,alter等操作后，数据发生了变化，这些变化了的数据写入数据缓冲区（buffer cache）之前，先写入重做日志缓冲区，同时变化之前的数据也放入重做日志缓存中，这样做，是为了保证在数据恢复时oracle就知道哪些事务需要提交，哪些事务需要撤回。

可以通过企业管理器来查看share pool的相关信息

如果控制台打不开，可以执行命令打开：

可以从v$sgainfo中查看shared pool size

测试语句执行时间：

sql> set timing on

sql> select * from scott.emp;第一次执行sql语句

已用时间: 00: 00: 00.05

sql> /再次执行上一条命令所用的时间为00: 00: 00.00

已用时间: 00: 00: 00.00

通过上面的测试发现，缓存提高了查询的速度。

四、oracle进程结构

Oracle有5个后台进程是必须启动的，否则数据库实例无法启动成功，分别是：进程监控（PMON）进程、系统监控（SMON）进程、数据写入（DBWR）进程、日志写入（LGWR）进程、检查点（CKPT）进程。

CKPT进程：确保数据缓冲区中所有修改过的数据块都被写入数据库文件的机制。保证数据库日志文件和数据文件的同步。

Oracle体系结构和用户管理

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