Oracle資料庫物件的邏輯、物理、記憶體結構

一、先談談資料庫和例項：

例項是個動態概念，它由一系列程序和記憶體區域組成；而資料庫是個靜態概念，主要指的是構成資料庫的一系列檔案。一般情況下例項與資料庫是一對一的，但是在多例項資料庫環境下，一個數據庫可以對應多個例項。例項 instance =程序 + 程序所使用的記憶體(SGA)
資料庫 database=物理作業系統檔案或磁碟（disk）的集合（redo檔案+control檔案+data檔案+臨時檔案）資料庫例項也稱作伺服器, 是用來訪問資料庫檔案集的儲存結構及後臺程序的集合.
1、一個數據庫可以被多個例項訪問(稱為真正的應用群集選項).
2

二、資料庫的邏輯和物理結構

資料庫（例項）——X表空間——X段——X擴充套件（區）——X資料塊--（OS Block）對應的資料字典：
v$database--dba_tablespaces（user_tablespaces）-- dba_segments（user_segments）--dba_extents（user_Extents）--extent（或segment）表中的一個欄位BLOCKS
資料庫、表空間、段、擴充套件、資料塊為邏輯結構資料檔案（dba_data_files）、作業系統塊為物理結構

資料檔案有以下型別：

1.資料檔案（DataFile）

資料檔案用來儲存資料庫中的全部資料，例如資料庫表中的資料和索引資料

2.日誌檔案（RedoLogFile）

日誌檔案用於記錄資料庫所做的全部變更（如增加、刪除、修改）、以便在系統發生故障時，用它對資料庫進行恢復。名字通常為Log*.dbf格式，如：Log1CIMS.dbf,Log2CIMS.dbf。　　

3.控制檔案（ControlFile）

每個Oracle資料庫都有相應的控制檔案，它們是較小的二進位制檔案，用於記錄資料庫的物理結構，如：資料庫名、資料庫的資料檔案和日誌檔案的名字和位置等資訊。用於開啟、存取資料庫。名字通常為Ctrl*ctl格式，如Ctrl1CIMS.ctl。　　

4.配置檔案

配置檔案記錄Oracle資料庫執行時的一些重要引數，如：資料塊的大小，記憶體結構的配置等。名字通常為init*.ora格式，如：tnsname.ora。　　

段（segment）是一種在資料庫中消耗物理儲存空間的任何實體，在12c中段的型別由:表（table），索引（Index），回滾（Rollback），分割槽等12種組成，下面的sql可檢視所有段的型別。

SQL> select distinctsegment_type from dba_segments;

SEGMENT_TYPE

------------------------------------------------------

LOBINDEX

INDEX PARTITION

TABLE SUBPARTITION

ROLLBACK

TABLE PARTITION

NESTED TABLE

LOB PARTITION

LOBSEGMENT

INDEX

TABLE

TYPE2 UNDO

SEGMENT_TYPE

------------------------------------------------------

CLUSTER

已選擇12行。

表和段的關係：表是段的一種（一個表可對應一個或多個段），但段不一定是表。表是邏輯物件；段是物理儲存物件

通過下面的sql語句可以檢視某個表空間的段、區、塊的分佈情況。

SQL> set pagesize 100;

SQL> col SEGMENT_NAME format a20

SQL> select SEGMENT_NAME,extent_id,block_id,blocks,bytes  fromdba_extents where  tablespace_name='USERS';

SEGMENT_NAME           EXTENT_ID   BLOCK_ID    BLOCKS            BYTES

-------------------- -------------------- ---------- ----------

OJDS$PERM_INDEX0168 865536

OJDS$NODE_INDEX0136 865536

SYS_C005161                     0152 865536

OJDS$PERMISSIONS$ 0160 865536

OJDS$INODE$      0128 865536

OJDS$BINDINGS$   0144 865536

PK_EMP                          0 200865536

PK_DEPT                 0184 865536

SALGRADE               0 216865536

BONUS                           0 208865536

EMP                             0 192865536

DEPT                            0 176865536

已選擇12行。

DBA_TABLESPACES記錄的是表空間的邏輯資訊，而DBA_DATA_FILES檢視則記錄的是物理資料檔案的資訊，這些資訊包括資料檔案的名稱、大小、所屬表空間等資訊：

SQL> selectfile_id,relative_fno,file_name,tablespace_name,round(bytes/1024/1024,2) MB from dba_data_files;

可以通過DBA_SEGMENTS查詢資料庫中段的資訊，這些資訊包括物件名稱、型別、所屬表空間、空間使用等資訊。DBA_EXTENTS檢視記錄了Segment中區的分配情況，可以通過以下兩個查詢獲得某個使用者每個區的分配情況：

SQL> select distinct OWNER from dba_extents ;

OWNER

--------------------------------------------------------------------------------

APEX_040200

MDSYS

MYMOTIF

OUTLN

CTXSYS

SYSTEM

AUDSYS

DVSYS

SCOTT

GSMADMIN_INTERNAL

ORDSYS

DBSNMP

OJVMSYS

ORDDATA

XDB

SYS

LBACSYS

WMSYS

已選擇18行。

SQL> col SEGMENT_NAME format a20

SQL> selectsegment_name,file_id,extent_id,block_id,blocks from dba_extents where OWNER='SCOTT';

SEGMENT_NAME              FILE_ID EXTENT_ID   BLOCK_ID        BLOCKS

-------------------- -------------------- ---------- ----------

SALGRADE               602168

PK_EMP                          602008

PK_DEPT                 601848

EMP                                601928

DEPT                            601768

BONUS                           602088

已選擇6行。

資料庫邏輯上最小的單元就是data block, block 可以設定為2K, 4K, 8K....

利用dba_tablespaces可以用來檢視所有表空間的基本資訊；而dba_data_files可以用來檢視相關資料檔案的資訊（需要管理員許可權）。

例：

1、檢視當前資料庫所有表空間：

SQL> select TABLESPACE_NAME fromdba_tablespaces;

TABLESPACE_NAME

---------------

SYSTEM

SYSAUX

UNDOTBS1

TEMP

USERS

MYMOTIF_TS

已選擇6行。

2、查詢當前資料庫中的所有表空間和對應的作業系統資料檔案：

SQL> col FILE_NAME format a40

SQL> selectfile_name,tablespace_name from dba_data_files;

FILE_NAME                                   TABLESPACE_NAME

-------------------------------------------------------

/u01/app/oracle/oradata/xe/system01.dbf  SYSTEM

/u01/app/oracle/oradata/xe/sysaux01.dbf  SYSAUX

/u01/app/oracle/oradata/mymotif_ts.dbf      MYMOTIF_TS

/u01/app/oracle/oradata/xe/users01.dbf      USERS

/u01/app/oracle/oradata/xe/undotbs01.dbfUNDOTBS1

3、當前使用者（scott）下的資料段：

SQL>  descuser_segments

名稱是否為空? 型別

-----------------------------------------------------------------------------

SEGMENT_NAMEVARCHAR2(128)

PARTITION_NAMEVARCHAR2(128)

SEGMENT_TYPEVARCHAR2(18)

SEGMENT_SUBTYPEVARCHAR2(10)

TABLESPACE_NAMEVARCHAR2(30)

BYTESNUMBER

BLOCKSNUMBER

EXTENTSNUMBER

INITIAL_EXTENTNUMBER

NEXT_EXTENTNUMBER

MIN_EXTENTSNUMBER

MAX_EXTENTSNUMBER

MAX_SIZENUMBER

RETENTIONVARCHAR2(7)

MINRETENTIONNUMBER

PCT_INCREASENUMBER

FREELISTSNUMBER

FREELIST_GROUPSNUMBER

BUFFER_POOLVARCHAR2(7)

FLASH_CACHEVARCHAR2(7)

CELL_FLASH_CACHEVARCHAR2(7)

INMEMORYVARCHAR2(8)

INMEMORY_PRIORITYVARCHAR2(8)

INMEMORY_DISTRIBUTEVARCHAR2(15)

INMEMORY_DUPLICATEVARCHAR2(13)

INMEMORY_COMPRESSIONVARCHAR2(17)

SQL> columnTABLESPACE_NAMEformata20

SQL> columnSEGMENT_NAMEformata20

SQL> selectSEGMENT_NAME,TABLESPACE_NAMEfromuser_segments;

SEGMENT_NAME          TABLESPACE_NAME

-------------------- --------------------

COURSE                MYMOTIF_TS

SC                    MYMOTIF_TS

STUDENT      MYMOTIF_TS

SYS_C0010000          MYMOTIF_TS

SYS_C0010005          MYMOTIF_TS

SYS_C0010008          MYMOTIF_TS

已選擇6行。

（12c在sysdba下有3000多條記錄）

SQL>  selectSEGMENT_NAME,EXTENT_IDfromuser_extents;

SEGMENT_NAME           EXTENT_ID

-------------------- ----------

STUDENT                 0

COURSE                          0

SC                              0

SYS_C0010000                    0

SYS_C0010005                    0

SYS_C0010008                    0

已選擇6行。

（12c在sysdba下有4920條記錄）

基本上每個物件對應一個段（ Segment），只有分割槽對應多個段，這裡的物件包括表、檢視、序列、同意詞、索引、觸發器、儲存.過程等等，段可以跨越多個數據檔案。

三、Oracle Server系統程序與記憶體結構　　

　　當在計算機伺服器上啟動Oracle資料庫後，稱伺服器上啟動了一個Oracle例項（Instance）。ORACLE 例項（Instance）是存取和控制資料庫的軟體機制，它包含系統全域性區（SGA）和ORACLE程序兩部分。SGA是系統為例項分配的一組共享記憶體緩衝區，用於存放資料庫例項和控制資訊，以實現對資料庫中資料的治理和操作。　　　　程序是作業系統中一個極為重要的概念。一個程序執行一組操作，完成一個特定的任務.對ORACLE資料庫治理系統來說，程序由使用者程序、伺服器程序和後臺程序所組成。　　　　當用戶執行一個應用程式時，系統就為它建立一個使用者程序。伺服器程序處理與之相連的使用者程序的請求，它與使用者程序相通訊，為相連的使用者程序的ORACLE請求服務。　　　　為了提高系統性能，更好地實現多使用者功能，ORACLE還在系統後臺啟動一些後臺程序，用於資料庫資料操作。　　

系統程序的後臺程序主要包括：

SMON 系統監控程序：（system monitor）負責完成自動例項恢復和回收分類（sort）表空間。

PMON 程序監控程序：（PRocess monitor）實現使用者程序故障恢復、清理記憶體區和釋放該程序所需資源等。

DBWR 資料庫寫程序：資料庫緩衝區的治理程序。

在它的治理下，資料庫緩衝區中總保持有一定數量的自由緩衝塊，以確保使用者程序總能找到供其使用的自由緩衝塊。

LGWR 日誌檔案寫程序：是日誌緩衝區的治理程序，負責把日誌緩衝區中的日誌項寫入磁碟中的日誌檔案上。每個例項只有一個LGWR程序。

ARCH 歸檔程序：（archiver process）把已經填滿的線上日誌檔案拷貝到一個指定的儲存裝置上。僅當日志文件組開關（switch）出現時，才進行ARCH操作。ARCH不是必須的，而只有當自動歸檔可使用或者當手工歸檔請求時才發出。

RECO 恢復程序：是在具有分散式選項時使用的一個程序，主要用於解決引用分散式事務時所出現的故障。它只能在答應分散式事務的系統中出現。

LCKn 封鎖程序：用於並行伺服器系統，主要完成例項之間的封鎖。

記憶體結構（SGA）

SGA是Oracle為一個例項分配的一組共享記憶體緩衝區，它包含該例項的資料和控制資訊。SGA在例項啟動時被自動分配，當例項關閉時被收回。資料庫的所有資料操作都要通過SGA來進行。　　SGA中記憶體根據存放資訊的不同，可以分為如下幾個區域：
1、Buffer Cache：存放資料庫中資料庫塊的拷貝。它是由一組緩衝塊所組成，這些緩衝塊為所有與該例項相連結的使用者程序所共享。緩衝塊的數目由初始化引數DB_BLOCK_BUFFERS確定，緩衝塊的大小由初始化引數DB_BLOCK_SIZE確定。大的資料塊可提高查詢速度。它由DBWR操作。

2、日誌緩衝區Redo Log Buffer：存放資料操作的更改資訊。它們以日誌項（redo entry）的形式存放在日誌緩衝區中。當需要進行資料庫恢復時，日誌項用於重構或回滾對資料庫所做的變更。日誌緩衝區的大小由初始化引數LOG_BUFFER確定。大的日誌緩衝區可減少日誌檔案I/O的次數。後臺程序LGWR將日誌緩衝區中的資訊寫入磁碟的日誌檔案中，可啟動ARCH後臺程序進行日誌資訊歸檔。
3、共享池Shared Pool：包含用來處理的SQL語句資訊。它包含共享SQL區和資料字典儲存區。共享SQL區包含執行特定的SQL語句所用的資訊。資料字典區用於存放資料字典，它為所有使用者程序所共享。
4、Cursors：一些記憶體指標，執行待處理的SQL語句 
5、其他資訊區：除了上述幾個資訊區外，還包括一些程序之間的通訊資訊（如封鎖資訊）；在多線索伺服器配置下，還有一些程式全域性區的資訊，請求佇列和響應佇列等。

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後臺程序詳解

oracle中的程序共分為三類：使用者程序、服務程序、後臺程序。其中後臺程序伴隨例項的啟動而啟動，他們主要是維護資料庫的穩定，相當於一個企業中的管理者及內部服務人員。他們並不會直接給使用者提供服務。
1:database write(DBWn(n代表數字1..n，表示可能有幾個DBW在執行) )--資料寫入作用:把SGA中被修改的資料同步到磁碟檔案中。保證Buffer Cache中有足夠的空閒資料塊數量。觸發條件: 1、檢查點
             2、一個服務程序在設定的時間內沒有找到空閒塊
             3、每三秒自動喚醒一次。設定:DB_WRITER_PROCESS用來定義DBWn程序數量。(commit命令只是把記錄修改寫入日誌檔案，不是把修改後的資料寫入資料檔案)

2:log write(LGWR)--日誌檔案寫入作用:把log buffer中的日誌內容寫入聯機的日誌檔案中，釋放log使用者buffer空間。觸發條件:1、使用者發出commit命令。(在oracle中稱為快速提交機制(fast commit)):把redo log buffer中的記錄寫入日誌檔案，寫入一條提交的記錄
            2、三秒定時喚醒。
            3、log buffer超過1/3，或日誌數量超過1M。
            4、DBWR程序觸發:DBWn檢視將髒資料塊寫入磁碟先檢測他的相關redo記錄是否寫入聯機日誌檔案，如果沒有就通知LGWR程序。在oracle中成為提前寫機制(write ahead):redo記錄先於資料記錄被寫入磁碟

3:checkpoint(CKPT)-檢查點事件作用:維護資料庫一致性狀態。檢測點時刻資料檔案與SGA中的內容一致，這不是一個單獨的程序，要和前兩個程序一起工作呦。DBWR寫入髒資料，同時觸發LGWR程序。
      CKPT更新控制檔案中的檢查點記錄。觸發條件:日誌切換(log switch)會觸發檢查點。

4:process monitor(PMON)--程序監控作用:1、發現使用者程序異常終止，並進行清理。釋放佔用資源。(清理異常終止使用者使用的鎖)
        2、向監聽程式動態的註冊例項。觸發條件:定時被喚醒，其他程序也會主動喚醒它。

5:system monitor:(SMON)--系統監控作用:1、負責例項恢復，前滾(Roll Forward)恢復到例項關閉的狀態，使用最後一次檢查點後的日誌程序重做。這時包括提交和未提交的事務。開啟資料庫，進行回滾(Roll Back):回滾未提交的事務。(oracle承諾commit之後資料不會丟失，現在我們可以大致的瞭解是如何實現這個承諾，以及在資料的安全性和資料庫效能之間的平衡選擇。)
        2、負責清理臨時段，以釋放空間觸發條件:定期被喚醒或者被其他事務主動喚醒。

6:archive:(ARCn)--歸檔操作作用:發生日誌切換時把寫滿的聯機日誌檔案拷貝到歸檔目錄中。觸發條件:日誌切換時被LGWR喚醒。設定:LOG_ARCHIVE_MAX_PROCESSES可以設定oracle啟動的時候ARCn的個數。

7:manageability monitor:MMON--AWR主要的程序作用:1、收集AWR必須的統計資料，把統計資料寫入磁碟。10g中儲存在SYSAUX表空間中。
        2、生成server--generated報警每小時把shared pool中的統計資訊寫入磁碟，或者shared pool佔用超過15%。

8:manageability monitor light:MMNL:輕量級的MMON

9:memory manager:MMAN:自動內容管理作用:每分鐘都檢查AWR效能資訊，並根據這些資訊來決定SGA元件最佳分佈。設定:STATISTICS_LEVEL:統計級別
        SGA_TARGET:SGA總大小

10:job queue coordinator:CJQ0--資料庫定時任務

11:recover writer:RVWR
   作用:為flashback database提供日誌記錄。把資料塊的前映象寫入日誌。

12:change tarcking writer:CTWR
   作用:跟蹤資料塊的變化，把資料塊地址記錄到 change_tracking file檔案中。RMAN的增量備份將使用這個檔案來確定那些資料塊發生了變化，並進行備份。

以上是oracle中比較常見的後臺程序，不是所有的程序。其中DBWn，ARCn可以設定資料庫啟動時的數量。這些程序在系統中可以不止一個。