第2章 Oracle数据库的体系结构

数据库是存储数据的多个物理文件的集合 ，它 是静态的、永久的。 数据库实例是用户访问数据库的中间层，是使 用数据库的手段，它为用户访问数据库提供了 必要的内存空间和多个Oracle进程，它是动态 的、临时的。
因此，Oracle实例是由内存空间和Oracle 进程两部分组成。
Oracle实例结构图
1．系统全局区SGA
数据缓存区（database buffer cache） ：最近 使用过的数据 。 重做日志缓冲区（redo log buffer） ：记录了 用户对数据库执行的操作，被循环使用 。 共享池（shared pool） ：包含了库缓存区（ library cache）、数据字典缓存区（dictionary cache）、并行执行消息缓冲区（buffers for parallel execution messages），以及用于系 统控制的各种内存结构。
数据文件又可以分为以下几种：
系统数据文件 回滚数据文件 临时数据文件 用户数据文件 系统辅助数据文件 示例数据文件
2.1.2 日志文件
日志文件记录了用户对数据库的修改信息( 如增加、删除、修改)，名字通常为 REDO*.LOG格式。
日志文件也叫重做日志文件或重演日志文件 (Redo Log Files)。 日志组是日志文件的逻辑组织单元，每个日志 组中有一个或多个日志文件。 同一个日志组中的多个日志文件具有相同的信 息，它们是镜相关系
用户进程和服务进程之间的对应关系是由 Oracle数据库的工作模式决定的。数据库通 常有两种工作模式：
专用服务器模式 共享服务器模式
3．后台进程（background process）
Oracle实例启动时，为了保证该实例的正常使 用，系统将为该实例启动一些后台进程。 这些进程是操作数据库的基础，不管有没有用 户连接数据库，这些进程都会被启动。
段虽然不是存储空间的分配单位，但系统会为每 一个被存储的方案对象分配一个段。 段（segment）是以盘区为单位获得磁盘空间的 一可以分为以下几种类型：
数据段 索引段 临时段 回滚段 LOB段
2.2.3 盘区
盘区（extent）是逻辑存储结构中的一个重 要概念，因为它是Oracle最小的磁盘空间分 配单元。
2.2.1 表空间
表空间（tablespace）是Oracle数据库中最大 的逻辑存储结构 。 逻辑结构上的表空间与物理结构上的数据文件 是有关联的。这种关联是：
数据库中的一个表空间至少包含一个或多个数据 文件，而一个数据文件只能属于一个表空间。 一个表空间的大小就等于它包含的所有数据文件 大小之和。
常见的后台进程包括：
数据写进程：DBWn ，将数据缓冲区内修改过 的数据（脏数据）写入数据文件。 日志写进程 ：LGWR，将重做日志缓冲区内的 日志信息写入磁盘上的日志文件。 检查点进程 ：CKPT，负责更新所有控制文件 和数据文件的文件头来记录检查点事件的详细 信息。 系统监控进程 ：SMON）负责在数据库实例启 动时进行数据库的恢复操作。
数据块中可以存储表（table）、索引（ index）或簇表（clustered data），但其内 部结构都是类似的，如图2-11所示，主要 包括：
数据块头 表目录区 行目录区 可用空间区 行数据区
2.3 数据库实例结构
一个完整的Oracle数据库包括两个部分： 数据库和数据库实例。
在Oracle中，数据库有两种工作模式：
归档日志模式（archivelog）：
• 适用于系统投入使用后 • 当日志组写满后，将日志信息保存到归档日志文件 中，然后再循环使用。
非归档日志模式（noarchivelog）：
• 适用于开发环境和测试环境中 • 日志组写满后不会归档到归档日志文件中，直接被 新的日志信息覆盖。
数据文件 日志文件 控制文件 初始化参数文件
2.1.1 数据文件
数据文件是Oracle数据库用来存储各种数据 的地方，如表中的记录、索引数据、系统数 据和临时数据等。 一个数据库有一个或多个数据文件，但一个 数据文件只能属于一个数据库。 数据文件中存储了各种系统和用户的数据， 但它和数据库中的表没有一对一的关系。
表空间、数据文件和方案对象的存储结构
表空间
数据文件 数据文件 用户表
用户表 （方案对象）
索引 用户表
索引
新建的数据库，系统自动添加了:
system表空间 sysaux表空间 temp表空间 users表空间 undotbs1表空间
随着数据库中新数据的不断增加，如果数 据库的存储容量不能容纳新数据时，可以 通过以下三种方式增加数据库的容量：
2．服务进程（server process）
Oracle为用户进程创建一个服务进程或分配一个空闲 的服务进程。 服务进程负责在用户进程和Oracle实例之间调度请求 和响应，主要完成：
• 解析与运行应用程序提交的SQL语句； • 数据处理时用到的数据如果不在SGA 中，负责将所需的数 据块从磁盘上的数据文件读入SGA 的数据缓存区； • 以用户进程能理解的形式返回SQL 语句的执行结果。
查看控制文件的信息：
查询数据字典视图v$controlfile OEM工具—>点击“管理”选项卡—>在“存储 ”选项组中点击“控制文件”
2.1.4 参数文件
参数文件中记录着：
数据库名称 控制文件的路径 SGA的内存结构 可选的Oracle特性和后台进程的配置参数等信息。
为表空间创建新的数据文件。 为数据库创建新的表空间。 增大现有数据文件的容量。
以上操作可以使用CREATE TABLESPACE命 令或ALTER TABLESPACE命令完成，也可以 使用OEM工具完成。
2.2.2 段
一个表空间可以被划分为若干个段（segment ），一个段又可以被划分为若干个盘区。
常见的后台进程包括：
进程监控进程： PMON，负责监视用户进程， 当发现某个用户进程失败后，负责释放该用户 进程占用的资源。 归档进程 ：ARCn，在发生日志切换时将重做 日志文件中的日志条目复制到指定的归档日志 设备中。 恢复进程 ：RECO，是在分布式数据库系统中 自动解决分布式事务错误的后台进程。只有数 据库实例允许分布式事务时才会启动该进程。 调度进程 ：Dnnn，是当数据库运行在共享服务 器模式下需要的一个后台进程 。
在逻辑上定义了一组存储单元，以逐层细 分的思想将数据库对象占用的存储空间依 次划分为表空间、段、盘区和数据块。
表空间是最大的逻辑存储单元，一个数据库从 逻辑结构上划分就包括多个表空间； 一个表空间继续划分为多个段； 一个段又被划分为多个盘区，盘区是最小的磁 盘空间分配单元； 一个盘区又被划分为多个数据块，数据块是 Oracle最小的数据读写单元。
查看日志组的相关信息：
在SQL*Plus工具或iSQL*Plus工具中查询数据 字典视图V$LOG 在OEM工具的重做日志组中查看
2.1.3 控制文件
控制文件（Control File）是Oracle数据库 的物理文件之一，是一个很小的二进制文 件，它记录了：
数据库的名称 数据文件和联机日志文件的名称及位置 当前的日志序列号（Log Sequence Number） 表空间等信息
以SYSDBA身份登录到SQL*Plus工具，执 行ARCHIVE LOG LIST命令可以查看数据 库当前的运行模式，如图2-3所示。
执行ALTER DATABASE ARCHIVELOG | NOARCHIVELOG命令修改数据库的日志 模式。具体步骤如下： （1）关闭运行的数据库实例 （2）备份数据库（可选 ） （3）启动数据库实例到mount状态，但不 要打开数据库 （4）修改数据库的日志模式 （5）打开数据库 （6）查看数据库当前的日志模式
2.3.2 内存结构
数据库实例被启动后，系统将分配若干个内存 区域来存储运行时需要的各种信息：
如程序代码、连接的会话信息、进程间共享的通 信信息、常用数据和日志的缓存等。
Oracle 中的基本内存结构包括：
系统全局区（System Global Area，SGA） 程序全局区（Program Global Areas，PGA）
Java 池（Java pool） ：用来存储会话中执行 的Java代码和JVM内的数据 。 大型池（large pool） ：供一次性分配大量内 存空间时使用。
2．程序全局区PGA
私有 SQL 区 ：包含了SQL语句的绑定信息及 运行时的内存结构等数据。 游标及 SQL 区 会话内存 ：存储连接数据库用户的当前会话信 息
对于Oracle数据库来说，数据文件就像一个 仓库，重作日志文件就像该仓库的货物进 出账，控制文件就像该仓库的管理中心， 记录着整个数据库的结构。所以，当数据 库的物理结构改变时，Oracle会自动更新控 制文件。
数据库启动时，各个物理文件使用的顺序：
首先从初始化参数文件中获得控制文件的名称及 位置，然后打开控制文件。 再从控制文件中读取数据文件和联机日志文件的 信息及其他相关信息。 最后打开数据库 。
2.3.1 进程结构
进程是操作系统的基本执行单元，它是具 有独立数据处理功能的正在执行的程序， 是一系列操作步的集合，有时也被称为作 业（job）或任务（task）。 Oracle系统的进程包括三种类型：
用户进程 服务进程 后台进程
1．用户进程（user process）
用户在客户端运行一个应用程序（例如 Pro*C 程序）或 Oracle 工具（如OEM或 SQL*Plus） 时，系统将为该用户创建一个用户进程。 用户进程负责与Oracle服务器建立连接和会话 并向服务器发出数据处理请求，得到处理结果 后再输出给用户。 Oracle允许为一个用户同时创建多个会话 。