一文理清Oracle数据库管理系统体系结构

本文主要介绍Oracle数据库管理系统的基本轮廓和程序模块结构、实例概念和组织、进程结构和功能、内存结构和用途，数据字典结构和使用、进程配置和管理、运行模式、程序接口、事务管理。

 

一、基本轮廓和程序模块结构

 

 

Oracle基本轮廓

 

Oracle数据库管理系统体系结构

 

Oracle数据库系统体系结构

 

• 启动实例（分配SGA、启动ORACLE进程）。

• 实例装配数据库（装配时实例查询控制文件：mount）。

• 数据库准备打开（打开前，数据库为关闭状态，只有DBA可存取）。

• 数据库打开（打开后，授权的用户可以存取数据库）。

• 关闭数据库（先卸载数据库，后关闭实例：unmount）。

 

2）权限：DBA可以启动实例和打开数据库。

 

3）多实例：多个实例可同时在一台计算机上运行，每个实例存取自己的物理数据库；大规模并行处理系统（MPP）中，ORACLE并行服务器（OPS）允许多个实例装配单个数据库。

 

 

三、进程结构

 

 

• 进程：具有一定独立功能的程序对某个数据集合的一次运行活动。又称作业或任务，每个进程有其专用内存区。

   

• 关系：进程是程序的执行实例，线程是进程内部的一个执行单元—函数或类对象，每个进程至少有一个线程—主执行线程，线程间通信比进程间通信容易得多，UNIX无线程概念。

   

• ORACLE进程：负责执行客户端和服务器端代码。

   

• ORACLE实例：单进程实例和多进程实例。

 

 

1、单进程ORACLE实例  

 

 

单个进程负责执行客户端和服务器端代码，ORACLE实例和客户端应用程序不能分开执行，又称单用户ORACLE（如MS-DOS下的ORACLE），使用很少。

 

单进程Oracle实例

 

 

2、多进程ORACLE实例  

 

 

多个进程负责执行代码的不同部分，为每个连接的用户使用单独的进程，又称多用户ORACLE。用户进程执行客户端代码（应用程序或ORACLE工具代码），ORACLE进程执行ORACLE服务器代码。

 

 

3、用户进程  

 

 

• 用户运行应用程序或ORACLE工具时，建立用户进程。

   

• 连接（Connection）是用户进程和ORACLE实例间的一个通信通路（通信机制+网络软件），同一用户可多次连接到同一个数据库实例。

   

• 会话（Session）是用户进程和ORACLE实例间的特定连接，同一用户可建立和存在多个会话。

   

• 在专用服务器模式中，可为每个用户会话建立服务器进程。

   

• 在多线程服务器模式中，多个用户会话可共享单个服务器进程。

 

 

4、ORACLE进程  

 

 

• ORACLE进程分为服务器进程（Server Process，又称影子进程Shadow Process）和后台进程(Background Process)。

   

• 服务器进程用于处理连接到该实例的用户进程的请求。当应用程序和ORACLE运行在同一主机时，用户进程和相应的服务器进程可组合到单个进程，以减少系统开销；当应用程序和ORACLE运行在不同的主机时，用户进程将通过一个单独的服务器进程与ORACLE联系。

   

• 服务器进程完成的工作（分析和执行SQL语句、所需数据不在SGA中时从磁盘数据文件中拷贝数据到SGA的共享数据缓冲区、按要求返回结果）。

   

• 后台进程在实例启动或安装时建立，用于优化性能和协调多用户。

 

多进程Oracle实例（大型机或小型机）

 

 

5、后台进程的作系用与关  

 

 

​

多进程Oracle实例的后台进程

 

 

 

6、跟踪文件和报警文件  

 

 

• 每个进程（前台或后台）在检测到内部错误时，将错误信息记录到其相关的跟踪文件中（Trace File：包含进程名，SNPn除外），但初始化参数SQL_TRACE必须为TRUE。

   

• 每个数据库有一个报警文件（Alert File），按时间顺序记录消息和错误。

 

 

四、内存结构

 

 

ORACLE内存结构：

 

• 软件代码区（SCA）。

• 系统全局区（SGA）。

• 程序全局区（PGA）。

• 排序区（SA）。

 

SCA	PGA	堆栈区	会话信息区	私有SQL区（专用模式）
SGA	数据库高速缓存（DBC）
重做日志缓冲区（RLB）
SA	共享池（SP）	库高速缓存	共享SQL区
私有SQL区（共享模式）
PL/SQL区（过程和包）
控制结构（锁、库、句柄）
数据字典高速缓存（DC）
控制结构（字符集转换、网络安全属性）
数据字典高速缓存（DC）
其它信息区

 

1、ORACLE内存中保存的信息  

 

• 程序代码（正在执行和可能执行的）。

   

• 连接和会话信息（活动和不活动的）。

   

• 程序执行期间需要的信息（状态信息）。

   

• ORACLE进程间共享和通信的信息（锁信息）。

   

• 高速缓存的外存中永久保存的数据（数据块、重做日志条目）。

   

   

 

2、虚拟内存  

 

• 可以使用虚拟内存，但整个SGA最好放在实际内存中。

   

• 通过内存分页（Paging）或交换（Swapping）实现虚拟内存和物理内存的映射，交换以进程为单位，分页以页为单位（典型内存页为4kB）。

   

• 分页和交换使用和消耗大量的系统资源，存取磁盘比存取内存大约慢50倍。

 

 

3、软件代码区（SCA）  

 

 

• 软件区用于保存正在执行和可能执行的代码。

   

• 大小一般不变，与安装、升级和操作系统有关。

   

• 软件区是只读的，可以安装为共享或非共享的。

   

• ORACLE代码是共享的，可被多个ORACLE用户和实例共享。

   

• 用户程序可以是共享或非共享的。

 

 

4、系统全局区（SGA）  

 

 

• SGA是实例启动时自动分配的确定大小的共享内存结构，包含实例的数据和控制信息，数据为多用户共享。

   

• SGA是可读写的，连接到实例的所有用户进程可读取SGA中的数据，但只有几个进程可以写SGA。

   

• SGA分为数据库缓冲区高速缓存、重做日志缓冲区、共享池、数据字典高速缓存和其它信息区。

   

• DBC（Database Buffer Cache）用于保存读自数据文件的拷贝，按脏列表（Dirty List）和LRU（Least Recently Used）列表组织；进程直接在内存中读到数据称为命中（Hint），否则成为遗漏；缓冲区池包括KEEP、RECYCLE、DEFAULT三类，初始化参数有BUFFER_POOL_KEEP和BUFFER_POOL_RECYCLE；DBC大小的初始化参数有DB_BLOCK_BUFFER和DB_BLOCK_SIZE。

   

• RLB（Redo Log Buffer）是环行缓冲区，用于保存数据库的全部修改信息，初始化参数有LOG_BUFFER，大的缓冲区可减少日志文件的I/O，缺省为OS最大数据块的4倍。

   

• SP（Shared Pool）包含库高速缓存、数据字典高速缓存和控制结构；库高速缓存包括共享SQL区、私有SQL区、PL/SQL区和控制结构；DC（Dictionary Cache）保存关于数据的逻辑和物理结构的一组表和视图，如用户信息、完整性约束、表的列名和数据类型；控制结构是SGA的固定部分，包含数据库和实例状态的一般信息（后台进程需要的）；初始化参数有SHARED_POOL_SIZE

   

• 控制SGA使用内存的初始化参数有LOCK_SGA和LOCK_SGA_AREAS（将SGA锁入物理内存）、SHARED_MEMORY_ADDRESS和HI_SGARED_MEMROY_ADDRESS（指定运行时SGA的起始地址）、USE_INDIRECT_DATA_BUFFER（支持大于4GB的物理内存）。

 

 

5、程序全局区（PGA）  

 

 

• PGA是进程对应的、可写的、独占的一个内存区，包含某个服务器或后台进程的数据和控制信息；包括堆栈信息、会话信息、私有SQL区（保存捆绑变量和运行缓冲区）；PGA大小固定并由操作系统指定，初始化参数OPEN_LINKS、DB_FILES和LOG_FILES影响PGA大小。

 

 

6、排序区（SA）  

 

 

• l  SA存在于要求排序的ORACLE用户进程的内存中（专用服务器模式时SA在PGA中，MTS模式时SA在SGA中）。

   

• 初始化参数有SORT_AREA_SIZE（缺省值又OS指定）和SORT_AREA_RETAINED_SIZE（最小值为一个数据库块，最大值为SORT_AREA_SIZE）。

 

 

五、进程配置方案

 

 

• 用户/服务器进程结构。

• 专用服务器进程结构。

• 多线程服务器进程结构。

 

 

1、用户/服务器进程结构  

 

 

客户/服务器进程组合的Oracle

 

• 应用程序和ORACLE服务器代码运行在同一进程中，又称用户进程（单任务ORACLE）。

   

• 接口程序在应用程序和ORACLE代码之间建立隔离，保护ORACLE服务器代码。

   

• 某些操作系统支持该配置（如VAX VMS），某些则不支持该配置（如UNIX）。

 

 

2、专用服务器进程结构  

 

 

• 应用程序和ORACLE服务器代码运行在两个进程中（两任务ORACLE），用户进程与服务器进程是一一对应的。

   

• 当用户进程与服务器进程配置为运行在同一主机上时，程序接口使用主机操作系统的进程间通信机制。

   

• 当用户进程与服务器进程配置为运行在不同主机上时，程序接口提供进程间的通信机制（如网络软件和SQL *Net2/Net8）。

   

 

专用服务区进程的Oracle

 

 

3、多线程服务器进程结构  

 

 

多线程服务器进程结构

 

• 多个用户进程可共享一个可用的服务器进程池（不同于共享一个服务器进程），用户进程直接与调度进程连接，调度进程通过请求和响应队列与下一个可用的服务器进程连接。该配置降低系统开销，增加用户个数。

   

• 需要的进程类型包括：网络监听进程（Net8的一部分，不是ORACLE的一部分）、调度进程（一个或多个）、共享服务器进程（一个或多个）。

   

• 该配置下用户进程必须通过Net8或SQL *Net2与服务器连接，即使用户进程与服务器进程运行在同一主机上。

   

• 实例启动时，网络监听进程打开和建立通信通路，每个调度进程给监听进程一个地址；用户进程请求连接时，监听进程检查请求，当确定用户进程可以使用共享服务器进程时，返回调度进程地址，用户进程便可直接连接到调度进程。

 

 

六、程序接口

 

1、程序接口的功能：  

 

• 提供安全屏障，防止用户进程对SGA的破坏性存取。

   

• 提供通信机制，格式化请求信息，传送数据，捕捉和返回错误。

   

• 转换和解释数据，特别是异类计算机之间、与外部程序之间的数据类型转换。

 

 

2、程序接口的结构  

 

 

• ORACLE调用接口（OCI）或运行库（SQLLIB）。

   

• 客户或用户端（UPI）。

   

• 各种Net8驱动程序（协议指定的通信软件）。

   

• 操作系统通信软件。

   

• 服务器或ORACLE端（OPI）。

 

 

3、程序接口的驱动程序  

 

 

• 驱动程序是协议相关的，执行连接、断开、捕捉和测试错误。

   

• 可以安装多个驱动程序，并选其一为缺省驱动程序，单个进程可以使用不同的驱动程序连接到不同的数据库，连接时可指定驱动程序。

 

 

4、操作系统通信软件  

 

 

• 用户端到ORACLE端的最底层连接软件是操作系统提供的通信软件（如TCP/IP、DECnet、LU6.2、ASYNC等）。

 

 

七、数据字典

 

 

1、数据字典（Data Dictionary）的信息  

 

 

• ORACLE用户名称。

• 用户的权限（特权和角色）。

• 模式对象。

• 模式对象的空间（分配的和使用的）。

• 列的缺省值。

• 完整性约束。

• 审计信息。

• 其它一般数据库信息。

 

 

2、数据字典的结构（基表、视图和动态性能表）  

 

 

• 基表保存数据库信息，ORACLE可读写，数据一般是加密格式，存储在SYSTEM表空间中。

   

• 视图汇总和显示基表中的信息，数据是解码的，多数用户可被授权访问，存储在SYSTEM表空间中。

   

• 动态性能表记录当前数据库活动的虚表，不需要磁盘空间，也不存储在任何表空间中。

 

 

3、数据字典的使用  

 

 

• 获取数据库信息（性能调整前后查看）。

   

• 保存数据库信息（DDL运行时字典相应修改）。

   

• 引用数据库信息（编程过程和程序中）。

 

 

八、事务管理

 

 

 

1、事务（Transaction）  

 

 

• 由一个或多个SQL语句组成的、完成特定任务的逻辑单位，即原子单位。事务开始时，ORACLE给事务分配一个可用的回滚段，记录回滚条目。

 

 

2、事务结束的情况  

 

 

• 用COMMIT显式提交。

• 用ROLLBACK显式回滚（到savepoint）。

• 执行DDL语句前后隐式提交。

• 断开连接（事务提交）。

• 进程异常中断（事务回滚）。

 

 

3、事务提交（修改永久化）  

 

 

 

1）事务提交前

 

• SGA的回滚段缓冲区中生成回滚记录（含旧数据）。

• SGA的重做日志缓冲区中生成重做日志条目（提交前可存入磁盘）。

• SGA的数据库缓冲区中生成数据的修改（提交前可存入磁盘）。

 

2）事务提交后

 

• 分配回滚段记录及事务的系统修改序号（SCN：唯一），并记录到表中。

• LGWR将SGA重做日志条目和SCN写入联机重做日志文件中。

• ORACLE释放表和行上的锁。

• ORACLE将事务标记为“完成”。

 

 

4、事务回滚（全部或部分取消修改）  

 

 

1）无保留点时的回滚

 

• 取消全部修改。

• ORACLE释放事务的所有数据锁。

• 事务结束。

 

2）有保留点时的回滚

 

• 回滚保留点之后执行的语句。

• 保护指定的保留点，但丢弃指定保留点之后的保留点。

• ORACLE释放所有表和指定保留点获得的行锁，但保留指定保留点前获得的数据锁。

• 事务保持活动，可以继续。

 

 

5、保留点（SavePoint）  

 

保留点是事务中的中间标记，用于将一个长事务分割为更小的部分。

 

作者丨数据与人 来源丨数据与人（ID：shujuyr） dbaplus社群欢迎广大技术人员投稿，投稿邮箱： editor@dbaplus.cn

来源：oschina

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