Oracle数据库的体系结构经典课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第2章 Oracle数据库的体系结构,本章要点：,了解Oracle的物理存储结构。,了解Oracle的逻辑存储结构。,了解Oracle进程结构。,了解Oracle内存结构。,熟悉Oracle中的数据字典。,理解数据字典的作用。,2,2.1 物理存储结构,Oracle的物理存储结构是由存储在磁盘中的操作系统文件所组成的，Oracle在运行时需要使用这些文件。,一般Oracle数据库在物理上主要由3种类型的文件组成，分别是数据文件(*.dbf)、控制文件(*.ctl)和重做日志文件(*.log)。,3,2.1.1 数据文件,数据文件(Data File)是指存储数据库数据的文件。,数据文件一般有以下几个特点。,(1)一个表空间由一个或多个数据文件组成。,(2),一个数据文件只对应一个数据库。而一个数据库通常包含多个数据文件。,(3),数据文件可以通过设置其自动扩展参数，实现其自动扩展的功能。,如果想要了解数据文件的信息，可以查询数据字典,dba_data_files,和,v$datafile,。其中，,dba_data_files,主要有如下字段。,file_name,：数据文件的名称以及存放路径。,file_id,：数据文件在数据库中的,ID,号。,tablespace_name,：数据文件对应的表空间名。,bytes,：数据文件的大小。,blocks,：数据文件所占用的数据块数。,status,：数据文件的状态。,autoextensible,：数据文件是否可扩展。,4,2.1.1 数据文件,另一个数据字典,v$datafile,则记录了数据文件的动态信息，它主要有如下字段。,file#,：存放数据文件的编号。,status,：数据文件的状态。,checkpoint_change#,：数据文件的同步号，随着系统的运行自动修改，以维持所有数据文件的同步。,bytes,：数据文件的大小。,blocks,：数据文件所占用的数据块数。,name,：数据文件的名称以及存放路径。,5,2.1.2 控制文件,控制文件,(Control File)是一个很小的二进制文件,，用于描述和维护数据库的物理结构。在Oracle数据库中，控制文件相当重要，它存放有数据库中数据文件和日志文件的信息。,【,例2.3,】,使用数据字典,v$controlfile，,查看当前数据库的控制文件的名称与路径，具体如下：,SQL COLUMN name FORMAT A50;,SQL SELECT name FROM v$controlfile;,NAME,-,E:APPADMINISTRATORORADATAORCLCONTROL01.CTL,E:APPADMINISTRATORORADATAORCLCONTROL02.CTL,E:APPADMINISTRATORORADATAORCLCONTROL03.CTL,6,2.1.3 重做日志文件,重做日志文件,(,Redo Log File,)是记录数据库中所有修改信息的文件，简称日志文件。,日志文件是数据库系统的最重要的文件之一，它可以保证数据库安全，是进行数据库备份与恢复的重要手段。如果日志文件受损，数据库同样可能会无法正常运行。,Oracle中的日志文件组是循环使用的，当所有日志文件组的空间都被填满后，系统将重新切换到第一个日志文件组。发生日志切换时，日志文件组中已有的日志信息是否被覆盖，取决于数据库的运行模式。,7,2.1.4 其他文件,1参数文件,参数文件用于记录Oracle数据库的基本参数信息，主要包括数据库名和控制文件所在路径等。参数文件分为文本参数文件和服务器参数文件。,2备份文件,文件受损时，可以借助于备份文件对受损文件进行恢复。对文件进行还原的过程，就是用备份文件替换该文件的过程。,3归档重做日志文件,归档重做日志文件用于对写满的日志文件进行复制并保存，具体功能由归档进程ARCn实现，该进程负责将写满的重做日志文件复制到归档日志目标中。,4警告、跟踪日志文件,当一个进程发现了一个内部错误时，它可以将关于错误的信息存储到它的跟踪文件中。而警告文件则是一种特殊的跟踪文件，它包含错误事件的说明，而随之产生的跟踪文件则记录该错误的详细信息。,8,2.2 逻辑存储结构,Oracle数据库的逻辑存储结构如图2-1所示。,9,2.2.1 表空间(Tablespace),表空间是Oracle中最大的逻辑存储结构，它与物理上的一个或多个数据文件相对应，每个Oracle数据库都至少拥有一个表空间，表空间的大小等于构成该表空间的所有数据文件大小的总和。,在安装Oracle时，Oracle数据库系统一般会自动创建一系列表空间(如system)。可以通过数据字典dba_tablespaces查看表空间的信息。,10,2.2.1 表空间(Tablespace),表,空,间,说,明,sysaux,辅助系统表空间。用于减少系统表空间的负荷，提高系统的作业效率。该表空间由Oracle系统内部自动维护，一般不用于存储用户数据,system,系统表空间，用于存储系统的数据字典、系统的管理信息和用户数据表等,temp,临时表空间。用于存储临时的数据，例如存储排序时产生的临时数据。一般情况下，数据库中的所有用户都使用temp作为默认的临时表空间。临时表空间本身不是临时存在的，而是永久存在的，只是保存在临时表空间中的段是临时的。临时表空间的存在，可以减少临时段与存储在其他表空间中的永久段之间的磁盘I/O争用,undotbs1,撤消表空间。用于在自动撤消管理方式下存储撤消信息。在撤消表空间中，除了回退段以外，不能建立任何其他类型的段。所以，用户不可以在撤消表空间中创建任何数据库对象,users,用户表空间。用于存储永久性用户对象和私有信息,11,2.2.2 段(Segment),按照段中所存储数据的特征，可以将段分为4种类型,1数据段,2索引段,3临时段,4回退段,12,2.2.3 区(Extent),在Oracle数据库中，区是磁盘空间分配的最小单位，由一个或多个数据块组成。当一个段中的所有空间被使用完后，系统将自动为该段分配一个新的区。,一个或多个区组成一个段，所以段的大小由区的个数决定。不过，一个数据段可以包含的区的个数并不是无限制的，它由如下两个参数决定。,minextents：定义段初始分配的区的个数，也就是段最少可分配的区的个数。,maxextents：定义一个段最多可以分配的区的个数。,13,2.2.4 数据块(Block),数据块(也可以简称为块)是用来管理存储空间的最基本单位，也是最小的逻辑存储单位。Oracle数据库在进行输入输出操作时，都是以块为单位进行逻辑读写操作的。,数据块都具有相同的结构，其结构如图2-2所示。,块的默认大小，由初始化参数,db_block_size,指定，数据库创建完成之后，该参数值无法再修改。通过,SHOW PARAMETER,语句可以查看该参数的信息，如下：,SQL SHOW PARAMETER db_block_size;,NAME TYPE VALUE,-,db_block_size integer 8192,14,2.3 Oracle进程结构,Oracle数据库启动时，会启动多个Oracle后台进程，后台进程是用于执行特定任务的可执行代码块，在系统启动后异步地为所有数据库用户执行不同的任务。,通过查询数据字典v$bgprocess，可以了解数据库中启动的后台进程信息。,15,2.3.1 DBWn进程,DBWn(Database Writer，数据库写入)进程，是Oracle中采用LRU(Least Recently Used，最近最少使用)算法将数据缓冲区中的数据写入数据文件的进程。,DBWn进程主要有如下几个作用：,管理数据缓冲区，以便用户进程总能找到空闲的缓冲区。,将所有修改后的缓冲区数据写入数据文件。,使用LRU算法将最近使用过的块保留在内存中。,通过延迟写来优化磁盘I/O读写。,16,2.3.1 DBWn进程,其工作过程如下。,(1)当一个用户进程产生后，服务器进程查找内存缓冲区中是否存在用户进程所需要的数据。,(2)如果内存中没有需要的数据，则服务器进程从数据文件中读取数据。这时，服务器进程会首先从LRU中查找是否有存放数据的空闲块。,(3)如果LRU中没有空闲块，则将LRU中的DIRTY数据块移入DIRTY LIST(弄脏表)。,(4)如果DIRTY LIST超长，服务器进程将会通知DBWn进程将数据写入磁盘，刷新缓冲区。,(5)当LRU中有空闲块后，服务器进程从磁盘的数据文件中读取数据并存放到数据缓冲区中。,17,2.3.2 LGWR进程,LGWR(Log Writer，日志写入)进程，是负责管理日志缓冲区的一个后台进程，用于将日志缓冲区中的日志数据写入磁盘的日志文件中。,LGWR进程将日志信息同步地写入在线日志文件组的多个日志成员文件中，如果日志文件组中的某个成员文件被删除或者不可使用，则LGWR进程可以将日志信息写入该组的其他文件中，从而不影响数据库正常运行，但会在警告日志文件中记录错误。,18,2.3.3 CKPT进程,CKPT(Check Point，检查点或检验点)进程，一般在发生日志切换时自动产生，用于缩短实例恢复所需的时间。在检查点期间，CKPT进程更新控制文件与数据文件的标题，从而反映最近成功的SCN(System Change Number，系统更改号)。,在Oracle数据库中，控制检查点产生的参数有如下两种。,log_checkpoint_timeout,log_checkpoint_interval,19,2.3.4 SMON进程,SMON(System Monitor，系统监控)进程，用于数据库实例出现故障或系统崩溃时，通过将联机重做日志文件中的条目应用于数据文件，执行崩溃恢复。,SMON进程一般用于定期合并字典管理的表空间中的空闲空间，此外，它还用于在系统重新启动期间清理所有表空间中的临时段。,20,2.3.5 PMON进程,PMON(Process Monitor，进程监控)进程，用于在用户进程出现故障时执行进程恢复操作，负责清理内存存储区和释放该进程所使用的资源。,PMON进程周期性检查调度进程和服务器进程的状态，如果发现进程已死，则重新启动它。PMON进程被有规律地唤醒，检查是否需要使用，或者其他进程发现需要时也可以调用此进程。,21,2.3.6 ARCn进程,ARCn(Archive Process，归档)进程，用于将写满的日志文件复制到归档日志文件中，防止日志文件组中的日志信息由于日志文件组的循环使用而被覆盖。,一个Oracle数据库实例中，允许启动的ARCn进程的个数由参数log_archive_max_ processes决定。,22,2.3.7 RECO进程,RECO(Recovery，恢复)进程存在于分布式数据库系统中，用于自动解决在分布式数据库中出现的事务故障。,当一个数据库服务器的RECO进程试图与一个远程服务器建立通信时，如果远程服务器不可用或者无法建立网络连接，则RECO进程将自动在一个时间间隔之后再次连接。,23,2.4 Oracle内存结构,Oracle内存结构是影响数据库性能的主要因素之一，其结构如图2-3所示。,24,2.4.1 系统全局区(SGA),系统全局区(System Global Area，SGA)是Oracle为系统分配的一组共享的内存结构，可以包含一个数据库实例的数据或控制信息。,1数据缓冲区,数据缓冲区用于存储从磁盘数据文件中读取的数据，供所有用户共享。由于系统读取内存的速度要比读取磁盘快得多，所以数据缓冲区的存在可以提高数据库的整体效率。,2日志缓冲区,日志缓冲区用于存储数据库的修改操作信息。,3共享池,共享池用于保存最近执行的SQL语句、PL/SQL程序的数据字典信息，它是对SQL语句和PL/SQL程序进行语法分析、编译和执行的内存区域。共享池主要包括如下两种子缓存。,库缓存(Library Cache),数据字典缓存(Data Dictionary Cache),4大型池,大型池，用于提供一个大的缓冲区供数据库的备份与恢复操作使用，它是SGA的可选区域。,5Java池,Java池，用于在数据库中支持Java的运行。,25,2.4.2 程序全局区(PGA),程序全局区(Program Global Area，PGA)是Oracle系统分配给一个进程的私有内存区域。,程序全局区的大小由参数pga_aggregate_target决定，可以通过SHOW PARAMETER语句查看该参数的信息，如下：,SQL SHOW PARAMETER pga_aggregate_target;,NAME TYPE VALUE,-,pga_aggregate_target big integer 20M,26,2.5 数 据 字 典,数据字典是由Oracle自动创建并更新的一组表，它是Oracle数据库的重要组成部分，提供了数据库结构、数据库对象空间分配和数据库用户等有关的信息。,数据字典的所有者为sys用户，而数据字典表和数据字典视图都被保存在system表空间中。,27,2.5.1 Oracle数据字典介绍,Oracle数据字典(Data Dictionary)是存储在数据库中的所有对象信息的知识库，Oracle数据库管理系统使用数据字典获取对象信息和安全信息，而用户和数据库系统管理员则用数据字典来查询数据库信息。,Oracle数据字典保存有数据库中对象和段的信息，例如表、视图、索引、包、存储过程以及与用户、权限、角色、审计和约束等相关的信息。,28,2.5.1 Oracle数据字典介绍,视图类型,说,明,USER视图,USER视图的名称以user_为前缀，用来记录用户对象的信息。,例如user_tables视图，它记录用户的表信息,ALL视图,ALL视图的名称以all_为前缀，用来记录用户对象的信息以及被授权访问的对象信息。例如all_synonyms视图，它记录用户可以存取的所有同义词信息,DBA视图,DBA视图的名称以dba_为前缀，用来记录数据库实例的所有对象的信息。,例如dba_tables视图，通过它可以访问所有用户的表信息,V$视图,V$视图的名称以v$为前缀，用来记录与数据库活动相关的性能统计动态信息。,例如v$datafile视图，它记录有关数据文件的统计信息,GV$视图,GV$视图的名称以gv$为前缀，用来记录分布式环境下所有实例的动态信息。,例如gv$lock视图，它记录出现锁的数据库实例的信息,29,2.5.2 Oracle常用数据字典,1基本的数据字典,Oracle中基本的数据字典如表2-3所示。,字典名称,说,明,dba_tables,所有用户的所有表的信息,dba_tab_columns,所有用户的表的字段信息,dba_views,所有用户的所有视图信息,dba_synonyms,所有用户的同义词信息,dba_sequences,所有用户的序列信息,dba_constraints,所有用户的表的约束信息,dba_indexes,所有用户的表的索引简要信息,dba_ind_columns,所有用户的索引的字段信息,dba_triggers,所有用户的触发器信息,dba_sources,所有用户的存储过程信息,dba_segments,所有用户的段的使用空间信息,dba_extents,所有用户的段的扩展信息,dba_objects,所有用户对象的基本信息,cat,当前用户可以访问的所有基表,tab,当前用户创建的所有基表、视图和同义词等,dict,构成数据字典的所有表的信息,30,2.5.2 Oracle常用数据字典,2与数据库组件相关的数据字典,Oracle中与数据库组件相关的数据字典如表2-4所示。,数据库组件,数据字典中的表或视图,说,明,数据库,v$datafile,记录系统的运行情况,表空间,dba_tablespaces,记录系统表空间的基本信息,dba_free_space,记录系统表空间的空闲空间的信息,控制文件,v$controlfile,记录系统控制文件的基本信息,v$controlfile_record_section,记录系统控制文件中记录文档段的信息,v$parameter,记录系统各参数的基本信息,数据文件,dba_data_files,记录系统数据文件以及表空间的基本信息,v$filestat,记录来自控制文件的数据文件信息,v$datafile_header,记录数据文件头部分的基本信息,段,dba_segments,记录段的基本信息,数据区,dba_extents,记录数据区的基本信息,日志,v$thread,记录日志线程的基本信息,v$log,记录日志文件的基本信息,v$logfile,记录日志文件的概要信息,归档,v$archived_log,记录归档日志文件的基本信息,v$archive_dest,记录归档日志文件的路径信息,数据库实例,v$instance,记录实例的基本信息,v$system_parameter,记录实例当前有效的参数信息,内存结构,v$sga,记录SGA区的大小信息,v$sgastat,记录SGA的使用统计信息,v$db_object_cache,记录对象缓存的大小信息,v$sql,记录SQL语句的详细信息,v$sqltext,记录SQL语句的语句信息,v$sqlarea,记录SQL区的SQL基本信息,后台进程,v$bgprocess,显示后台进程信息,v$session,显示当前会话信息,31,2.5.2 Oracle常用数据字典,3常用动态性能视图,Oracle中常用的动态性能视图如表2-5所示。,视图名称,说,明,v$fixed_table,显示当前发行的固定对象的说明,v$instance,显示当前实例的信息,v$latch,显示锁存器的统计数据,v$librarycache,显示有关库缓存性能的统计数据,v$rollstat,显示联机的回滚段的名字,v$rowcache,显示活动数据字典的统计,v$sga,显示有关系统全局区的总结信息,v$sgastat,显示有关系统全局区的详细信息,v$sort_usage,显示临时段的大小及会话,v$sqlarea,显示SQL区的SQL信息,v$sqltext,显示在SGA中属于共享游标的SQL语句内容,v$stsstat,显示基本的实例统计数据,v$system_event,显示一个事件的总计等待时间,v$waitstat,显示块竞争统计数据,32,2.6 习 题,参见教材P35,33,