oracle 數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)

1、第二章 oracle數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)續(xù),2.4 數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)存儲的容器，作用是用來收集、存儲數(shù)據(jù)和返回信息。 數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)就是數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)的方式。前面已經(jīng)談到數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)可以分為邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)兩個方面，兩者相互獨立又密切相關(guān),從邏輯結(jié)構(gòu)方面講，oracle 數(shù)據(jù)庫以邏輯結(jié)構(gòu)進行內(nèi)部的管理和維護的，這些結(jié)構(gòu)包括表空間、段、區(qū)和塊。 從物理結(jié)構(gòu)方面講，oracle 數(shù)據(jù)庫有外部的存儲方法，oracle 數(shù)據(jù)庫由一系列的物理文件組成，主要有數(shù)據(jù)文件、控制文件和重做日志文件,物理結(jié)構(gòu)以及和表空間的關(guān)系如圖,數(shù)據(jù)文件：用于存放所有的系統(tǒng)和用戶數(shù)據(jù)，默認以dbf 為擴展名。 日

2、志文件：記錄了對數(shù)據(jù)庫進行的所有操作，默認以log 為擴展名。 控制文件：記錄了數(shù)據(jù)庫所有文件的控制信息，默認以ctl 為擴展名。 oracle 將這些文件默認安裝在oracle 安裝目錄下的oradata 子目錄下，以實例命名的子 目錄下。在創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)庫時，可以選擇數(shù)據(jù)庫的安裝目錄,2.4.1 數(shù)據(jù)文件（data files,數(shù)據(jù)文件是用于存儲數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的物理文件，它由若干個操作系統(tǒng)文件組成，在數(shù)據(jù)文件中存儲著用戶數(shù)據(jù)(表、索引等)、數(shù)據(jù)字典以及回滾段數(shù)據(jù)等。 數(shù)據(jù)文件和表空間有著密切的關(guān)系，oracle 數(shù)據(jù)庫至少要包含一個數(shù)據(jù)文件，并且數(shù)據(jù)文件是表空間的物理組成元素，一個表空間可以包含

3、多個數(shù)據(jù)文件，并且每個數(shù)據(jù)文件只能惟一地屬于某個表空間。 關(guān)于“表空間”在后面會給大家詳細介紹,實例2-3】查看數(shù)據(jù)文件的位置和名稱,1）以管理員身份登錄 sql connect / as sysdba 已連接,2.4.2 日志文件（redo log files,重做日志文件是用于記錄數(shù)據(jù)庫變化的物理文件，其作用是在發(fā)生意外時恢復(fù)oracle數(shù)據(jù)庫。 默認為每個數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建3 個重做日志文件，每個日志文件作為一個組（數(shù)據(jù)庫至少要包含兩個重做日志組）。日志組的文件是循環(huán)使用的，當一個日志寫滿后，自動切換到另一個日志文件。 重做日志有兩種工作模式，歸檔模式和非歸檔模式。在歸檔模式下，將對重做日志文件

4、進行歸檔，保留所有的重做日志記錄，這樣數(shù)據(jù)庫可以從所有類型的失敗中恢復(fù)。非歸檔模式不保留以前的重做日志記錄，這樣數(shù)據(jù)庫只能從掉電等事件中恢復(fù),實例2-4】查看日志文件的位置和名稱,2.4.3 控制文件（control files,控制文件是一個很小的二進制文件，用于記錄和維護數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，oracle 數(shù)據(jù)庫至少要包含一個控制文件。一般情況下，實例和數(shù)據(jù)庫是一一對應(yīng)的關(guān)系，oracle 數(shù)據(jù)庫通過控制文件在實例和數(shù)據(jù)庫之間建立關(guān)聯(lián)。 在啟動數(shù)據(jù)庫時，系統(tǒng)會根據(jù)初始化參數(shù)control_files來定位控制文件，oracle 從控制文件中讀取組成數(shù)據(jù)庫所有物理文件的信息，這樣就可以打開必要的文件。

5、如果控制文件丟失或出現(xiàn)錯誤，數(shù)據(jù)庫的啟動就會失敗。為了保護數(shù)據(jù)庫的安全，oracle 采用復(fù)合控制文件，即控制文件同時可以有多個鏡像,查看控制文件內(nèi)容：alter database backup controlfrile to trace as /home/oracle/ctl.trc,實例2-5】查看日志文件的位置和名稱,2.4.4 歸檔日志文件(archivelog,重做日志可用于進行“實例恢復(fù)”(例如電源斷電時的恢復(fù))， 但如果執(zhí)行介質(zhì)恢復(fù)(例如數(shù)據(jù)文件意外丟失)，則必須要用到歸檔日志。歸檔日志是非活動重做日志的備份，數(shù)據(jù)庫只有處于archivelog 模式時才會生成歸檔日志，并且每次日

6、志切換都會生成歸檔日志,如圖所示,假定數(shù)據(jù)庫只包含兩個日志組，并且處于archivelog 模式。初始階段lgwr 會將事務(wù)變化寫入到日志組一，當日志組一寫滿之后，lgwr 會將事務(wù)變化寫入到日志組二中， 并且會促使arcn 進程將日志組一的內(nèi)容保存到歸檔日志中，依此類推,實例2-6】查看歸檔模式,2.4.5 初始化參數(shù)文件,除了以上文件，oracle 數(shù)據(jù)庫中還用到初始化參數(shù)文件（parameter file）、口令文件（password file）、跟蹤文件（trace file）和警告文件（alert file）。 實例是由一組內(nèi)存結(jié)構(gòu)和后臺進程組成的，那么這些內(nèi)存結(jié)構(gòu)到底要占用多大內(nèi)存

7、，且當啟動實例時會運行哪些后臺進程呢?這是通過定義參數(shù)文件中的初始化參數(shù)來完成的， 初始化參數(shù)文件有兩種： 靜態(tài)初始化參數(shù)文件，該文件是一個可以編輯的文本文件； 服務(wù)器端初始化參數(shù)文件，一個二進制格式的文件，駐留在服 務(wù)器端。 初始化參數(shù)會在以后的章節(jié)介紹,2.4.6 其他文件,其他文件主要包括口令文件(password file)、跟蹤文件(trace file)和警告文件(alertfile)。它們屬于操作系統(tǒng)文件，不是數(shù)據(jù)庫文件的一部分。 口令文件用于存放特權(quán)用戶及其口令的文件，“特權(quán)用戶”是指具有啟動、關(guān)閉oracle服務(wù)器并建立數(shù)據(jù)庫等特殊權(quán)利的用戶。sys 賬戶是一個具有系統(tǒng)管理員

8、特權(quán)的賬戶。 跟蹤文件用于存放后臺進程和服務(wù)器進程的跟蹤信息。后臺進程跟蹤文件存放著后臺進,2.4.6 其他文件,跟蹤文件用于存放后臺進程和服務(wù)器進程的跟蹤信息。后臺進程跟蹤文件存放著后臺進程的警告和錯誤信息，并且每個后臺進程都有相應(yīng)的跟蹤文件。服務(wù)器進程跟蹤文件用于存放sql 語句的跟蹤信息，并且只有在激活sql 跟蹤后才會生成服務(wù)器進程跟蹤文件，該類文件會記載sql 語句的執(zhí)行時間、執(zhí)行計劃等信息，并且主要用于sql 語句調(diào)整。 警告文件由連續(xù)的消息和錯誤組成。通過查看警告文件，可以查看到oracle 內(nèi)部錯誤、塊損壞錯誤以及非默認的初始化參數(shù)值，并且可以監(jiān)視特權(quán)用戶的所有操作，例如啟動、

9、關(guān)閉數(shù)據(jù)庫等,2.5 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu),在oracle 數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)被組織成邏輯對象，如我們常用的表、視圖、索引等數(shù)據(jù)對象。 為了很好的組織和管理這些對象，需要合理的分配空間。邏輯對象存儲是通過表空間 （table space）、段（segment）、數(shù)據(jù)區(qū)間（extent，簡稱區(qū)）和數(shù)據(jù)塊（block）來完成的。 它們并不是相互獨立的，表空間包含一些段，段由數(shù)據(jù)區(qū)間組成，數(shù)據(jù)區(qū)間由連續(xù)的數(shù)據(jù)塊 組成。它們的作用和相互的關(guān)系如圖,2.5 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu),2.5.1 表空間,表空間用于組織數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫邏輯上由一個或多個表空間組成，而表空間物理 上是由一個或多個數(shù)據(jù)文件組成的。 通過使用多

10、個表空間，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)對象被分門別類存放在不同的表空間中。這樣數(shù)據(jù)庫的管理員可以有效的控制數(shù)據(jù)庫的磁盤空間，并控制用戶的空間使用配額。 通過使用不同類型的表空間，還可以提高數(shù)據(jù)訪問的性能,system 表空間是系統(tǒng)表空間，用來存放表空間、數(shù)據(jù)文件等管理信息；users 表空間，用來存放用戶的私有信息。管理員可以為其他數(shù)據(jù)庫應(yīng)用創(chuàng)建新的表空間,實例2-7】查看表空間,2.2 oracle 內(nèi)存結(jié)構(gòu),oracle 的內(nèi)存由系統(tǒng)全局區(qū)（system global area，簡稱sga）和程序全局區(qū)（program global area，簡稱pga）組成。 sga 是一組由oracle 分配的共享內(nèi)

11、存區(qū)域，用戶和進程可以共享其中的信息，在實例 啟動時分配。當實例啟動時，sga 存儲區(qū)被自動分配，當實例關(guān)閉時，存儲區(qū)被回收,在啟動數(shù)據(jù)庫實例時，可以看到sga 分配的信息 在實例啟動后也可用show sga（或select * from v$sga）顯示sga 信息。 pga 是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器內(nèi)存中為進程分配的專用的內(nèi)存區(qū)域，是進程私有的內(nèi)存區(qū)，在 進程啟動時分配,1.5.2 段,段是一個動態(tài)存儲分配概念。它用來存儲能夠自動增長的數(shù)據(jù)庫對象，如表會隨著數(shù)據(jù)的插入不斷擴大所占有的存儲空間, 一般情況下一個數(shù)據(jù)庫對象擁有一個段。 段由多個區(qū)組成，這些區(qū)可以連續(xù)，也可以不連續(xù)。表空間可以包含一個或多

12、個段，但一個段只能屬于一個表空間。 段有多種類型，不同的數(shù)據(jù)庫對象需要分配不同類型的段。存放表的段稱為數(shù)據(jù)段； 存放索引的段稱為索引段； 用來存放排序操作所產(chǎn)生的臨時數(shù)據(jù)的段稱為臨時段，臨時段在必要時創(chuàng)建，使用完畢后即撤銷； 存放事務(wù)對數(shù)據(jù)的修改的舊值的段稱為回滾段，回滾段的作 用是用來撤銷對數(shù)據(jù)的修改,2.5.3 區(qū)(extents,數(shù)據(jù)區(qū)間簡稱為區(qū)，區(qū)是為段分配空間的邏輯單位，oracle 在分配空間時，并不是以塊為單位進行的，而是將多個連續(xù)的塊一次性的分配給數(shù)據(jù)庫對象。這些連續(xù)的塊在回收存儲 空間時，也一起回收。這些連續(xù)的數(shù)據(jù)塊就是數(shù)據(jù)區(qū)間。 當創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫對象時，oracle為這些對

13、象創(chuàng)建一個段，并分配初始區(qū)。當段中的初始區(qū)的存儲空間使用完畢后，oracle會為段自動分配新的區(qū)，每個區(qū)的大小不要求相同,2.5.4 數(shù)據(jù)塊,數(shù)據(jù)塊是oracle 數(shù)據(jù)庫i/o 最基本的單位，也是最小的邏輯存儲單位。oracle 數(shù)據(jù)庫以塊為單位進行邏輯讀/寫操作。常見塊的大小為2kb 或4kb，通常為操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊大小的整數(shù)倍。 在oracle9i 之前，數(shù)據(jù)塊的尺寸是由初始化參數(shù)db_block_size 確定的。在建立了數(shù)據(jù)庫之后數(shù)據(jù)塊的尺寸是不能改變的，并且所有表空間的數(shù)據(jù)塊尺寸都是完全相同的。 從oracle9i 開始，允許不同類型的表空間采用不同的數(shù)據(jù)塊尺寸，oracle9i 仍然

14、保留了初始化參數(shù)db_block_size，此時該參數(shù)用于定義默認（也稱標準）數(shù)據(jù)塊的尺寸，并且system表空間的數(shù)據(jù)塊會使用該尺寸，而其他表空間則可以根據(jù)情況來確定數(shù)據(jù)塊尺寸,實例2-8】查看標準塊的大小,2.6 sql 語句的處理,在本章的最后，我們通過sql 語句的提交和處理過程來進一步了解oracle 服務(wù)器的工 作原理。用戶的sql 語句根據(jù)其特點可劃分為， 返回查詢結(jié)果的查詢語句； 生成日志記錄dml 操作； 確保數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，并在實例故障時可以恢復(fù)的commit 操作,2.6.1 連接和建立會話,當客戶應(yīng)用需要執(zhí)行sql 語句時，首先要建立用戶進程，同時在服務(wù)器端會自動為該用

15、戶進程派生一個新的服務(wù)進程。默認情況下，用戶進程與服務(wù)器進程是一一對應(yīng)的關(guān)系。 當客戶端運行sql 語句時，用戶進程會通過網(wǎng)絡(luò)將該sql 語句發(fā)送到對應(yīng)的服務(wù)進程，并且由服務(wù)進程執(zhí)行該sql 語句，服務(wù)器進程在執(zhí)行了sql 語句之后，會將sql 語句的結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)返回到用戶進程,2.6 sql 語句的處理,連接”(connection)是用戶進程到服務(wù)器進程的網(wǎng)絡(luò)通信通道，連接和用戶進程是一 一對應(yīng)的； 而“會話”(session)則是特定用戶的連接，連接和會話是一對多的關(guān)系，但同一時刻一個連接對應(yīng)于一個會話。 例如，當以sql*plus 連接到oracle 服務(wù)器時，需要建立了一個物理“連接

16、”。而以scott用戶登錄后，會建立scott 會話,2.6.2 處理查詢語句,查詢操作分為4 個步驟： 語句解析（parse） 綁定變量（bind） 執(zhí)行（execute） 提取數(shù)據(jù)（fetch,1）語句解析,當一個查詢語句（select）發(fā)送到服務(wù)器端后，服務(wù)進程首先使用oracle 內(nèi)部的“散列”(hash)函數(shù)取得該語句的解析代碼值，如果在共享池中存在相同的解析代碼值，表明 該語句已經(jīng)存在，那么服務(wù)器進程會跳過“解析”階段，直接轉(zhuǎn)入下一階段。 如果該解析代碼值在共享池中不存在，服務(wù)器進程會檢查該語句是否符合sql 語法規(guī)則，并檢查表名、列名是否正確，以及是否有相應(yīng)的查詢權(quán)限，然后生成該

17、語句的“執(zhí)行計 劃”，最終將select 語句和執(zhí)行計劃裝載到庫高速緩存。 執(zhí)行計劃實際是oracle 內(nèi)部執(zhí)行sql 語句的具體步驟，執(zhí)行計劃的優(yōu)劣會對應(yīng)用系統(tǒng)性能產(chǎn)生很大的影響，所以在開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)時一定要采用“執(zhí)行計劃最佳”的sql 語句。 例如，一個表上建立有索引和沒有索引，生成的執(zhí)行計劃可能是不同的,2）綁定變量,在此階段，如果查詢語句中有綁定變量，語句就要獲得綁定的變量值。 3）執(zhí)行 經(jīng)過語句解析，oracle 最終生成了執(zhí)行計劃，并將該執(zhí)行計劃裝載到了庫高速緩存。在執(zhí)行階段，服務(wù)器進程將按照執(zhí)行計劃中所安排的步驟來執(zhí)行select 語句。 首先，服務(wù)器進程要確定被選擇行所在數(shù)據(jù)塊是

18、否已經(jīng)被讀取到數(shù)據(jù)高速緩存，如果該數(shù)據(jù)塊內(nèi)容已經(jīng)被讀取到數(shù)據(jù)高速緩存，則轉(zhuǎn)入“提取數(shù)據(jù)”階段； 如果該數(shù)據(jù)塊沒有被讀取到數(shù)據(jù)高速緩存，那么服務(wù)進程會將數(shù)據(jù)塊內(nèi)容復(fù)制到數(shù)據(jù)高速緩存的緩沖區(qū)中,4）提取數(shù)據(jù)(fetch,經(jīng)過語句執(zhí)行之后，被選擇行所在數(shù)據(jù)塊內(nèi)容已經(jīng)被復(fù)制到了數(shù)據(jù)高速緩存的緩沖區(qū) 中。在提取數(shù)據(jù)階段，服務(wù)器進程從數(shù)據(jù)高速緩存中選擇相應(yīng)數(shù)據(jù)行，并將結(jié)果返回到用戶 進程,1.6.3 處理dml 語句,處理dml 語句分為3 個步驟： 語句解析（parse） 綁定變量（bind） 執(zhí)行（execute） 1語句解析 類似于處理select 語句的過程，服務(wù)器進程根據(jù)hash 函數(shù)生成該語句

19、的解析代碼 值，然后檢查dml 語句語法、dml 語句所對應(yīng)的表名、列名等，最終生成該語句的執(zhí)行 計劃，然后將dml 語句及執(zhí)行計劃存儲到庫高速緩存,2綁定變量 在此階段，如果dml 語句中有綁定變量，語句就要獲得綁定的變量值。 3執(zhí)行dml 在經(jīng)過語句解析之后，dml 語句的執(zhí)行計劃被存儲到了庫高速緩存。在執(zhí)行階段，服務(wù)器進程將按照解析階段所生成的執(zhí)行計劃來執(zhí)行該dml 語句。 對于update 語句，服務(wù)進程首先要檢查對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊和回滾塊在數(shù)據(jù)高速緩存中是否已經(jīng)存在，如果不存在，則會從數(shù)據(jù)文件中將對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊和回滾塊內(nèi)容復(fù)制到數(shù)據(jù)高速緩存?；貪L塊用來存儲舊值，這樣在必要時就可以回滾dml 語句。 然后，服務(wù)器進程在要修改的數(shù)據(jù)行上加鎖，防止其他用戶修改該數(shù)據(jù),最后，服務(wù)器進程將舊數(shù)據(jù)寫入到回滾塊所對應(yīng)的緩沖區(qū)，將新數(shù)據(jù)寫入到數(shù)據(jù)塊所對應(yīng)的緩沖區(qū)。同時將數(shù)據(jù)塊和回滾塊的變化記載到重做日志緩沖區(qū)。服務(wù)器進程寫入數(shù)據(jù)塊和回滾塊都是在數(shù)據(jù)高速緩存中完成的。