參考：Oracle架構(gòu)實現(xiàn)原理、含五大進程解析(圖文詳解)

一.Oracle RDBMS架構(gòu)圖

Oracle RDBMS架構(gòu)圖

Oracle指的是Oracle RDBMS(Relational databases Management system)，一套Oracle數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，也稱之為Oracle Server。而Oracle Server主要有兩大部分：

Oracle Server = 實例 + 數(shù)據(jù)庫 (Instance和Database是相互獨立的)

• 數(shù)據(jù)庫 = 數(shù)據(jù)文件 + 控制文件 +日志文件
• 實例 = 內(nèi)存池 + 后臺進程

所以可以細分為： Oracle Server = 內(nèi)存池 + 后臺進程 + 數(shù)據(jù)文件 + 控制文件 + 日志文件

一臺Oracle Server支持創(chuàng)建多個Database，而且每個Datacase是互相隔離而獨立的。不同的Database擁有屬于自己的全套相關(guān)文件，例如：有各自的密碼文件，參數(shù)文件，數(shù)據(jù)文件，控制文件和日志文件。
Database由一些物理文件(如：存放在存儲設(shè)備中的二維表文件)組成。二維表存儲在Database中，但Database的內(nèi)容不能被用戶直接讀取，用戶必須通過Oracle instance才能夠訪問Database，一個Instance只能連接一個Database，但是一個Database可以被多個Instance連接。
將上面的Oracle RDBMS架構(gòu)圖進行抽象分類，可以將Oracle架構(gòu)抽象為：Oracle體系 = 內(nèi)存結(jié)構(gòu) + 進程結(jié)構(gòu) + 存儲結(jié)構(gòu)

Oracle組成分布

二.內(nèi)存結(jié)構(gòu)

Oracle Instance是Oracle RDBMS的核心之一，負責(zé)RDBMS的管理功能。Oracle Instance主要由內(nèi)存池SGA和后臺進程組成。

系統(tǒng)全局區(qū)SGA

系統(tǒng)全局區(qū)分布

SGA(System Global Area)是與Oracle性能關(guān)系最大的核心部分，也是對Oracle進行調(diào)優(yōu)的主要考量。SGA內(nèi)存池會在Instance啟動時被分配，在Instance關(guān)閉時被釋放。在一定范圍內(nèi)，SGA可以在Instance運行時通過自動方式響應(yīng)DBA的指令。

1.高速緩存緩沖區(qū)(數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū))

數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)是oracle執(zhí)行SQL語句的區(qū)域。
例如在更新數(shù)據(jù)時，用戶執(zhí)行的SQL語句不會直接對磁盤上的數(shù)據(jù)文件進行更改操作，而是首先將數(shù)據(jù)文件復(fù)制到數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)緩存(就是說數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)里會存放著SQL相關(guān)數(shù)據(jù)文件副本)，再更改應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)緩存中這些數(shù)據(jù)塊的副本。而且數(shù)據(jù)塊副本將在緩存中保留一段時間，直至其占用的緩沖區(qū)被另一個數(shù)據(jù)庫覆蓋為止(緩沖區(qū)Size有限)。
在查詢數(shù)據(jù)時，為了提高執(zhí)行效率，查詢的數(shù)據(jù)也要經(jīng)過緩存。建立的Session會計算出那些數(shù)據(jù)塊包含關(guān)鍵的行，并將它們復(fù)制到數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)中進行緩存。此后，相關(guān)關(guān)鍵行會傳輸?shù)絊ession的PGA作進一步處理。這些數(shù)據(jù)塊也會在數(shù)據(jù)庫緩存區(qū)緩存中保留一段時間。
一般情況下，被頻繁訪問的數(shù)據(jù)塊會存在于數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)緩存中，從而最大程度地減少對磁盤I/O的需要。

那什么時候會將被更新的數(shù)據(jù)塊副本寫入到磁盤中的數(shù)據(jù)文件呢?

答案就是：如果在緩沖區(qū)緩存中存儲的數(shù)據(jù)塊與磁盤上的數(shù)據(jù)塊不同時，那么這樣的緩沖區(qū)常稱為”臟緩沖區(qū)”，臟緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)塊副本就必須寫回到磁盤的數(shù)據(jù)文件中。

調(diào)優(yōu):數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)緩存的大小會對性能產(chǎn)生至關(guān)重要的影響，具體需要多大的Size才能成為最佳配比還要結(jié)合實際的生產(chǎn)環(huán)境而言?？傮w而言可以依據(jù)以下兩點基本要求來判斷：

1. 緩存應(yīng)足夠大，以便能緩存所有被頻繁訪問的數(shù)據(jù)塊。如果緩存過小，那么將導(dǎo)致磁盤I/0活動過多，因為頻繁訪問的數(shù)據(jù)塊持續(xù)從磁盤讀取，并由其他數(shù)據(jù)塊使用和重寫，然后再從磁盤讀取。
2. 但也不能太大，以至于它會將極少被訪問的塊也一并加入到緩存中，這樣會增長在緩存中搜索的時間。

數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)緩存在Instance啟動時被分配。從數(shù)據(jù)庫9i開始，可以隨時將其調(diào)大或調(diào)小。可以采用手動方式重調(diào)，也可以根據(jù)工作負荷自動重調(diào)大小(事務(wù))。

2.日志緩沖區(qū)

日志緩沖區(qū)是小型的、用于短期存儲將寫入到磁盤上的重做日志的變更向量的臨時區(qū)域。主要作用是提供更加快的日志處理效率。

3.共享池

共享池的大小也對性能產(chǎn)生重要影響

1. 它應(yīng)該足夠大，以便緩存所有頻繁執(zhí)行的代碼和頻繁訪問的對象定義。如果共享池過小，則性能下降，因為服務(wù)器會話將反復(fù)搶奪其中的空間來分析語句，此后，這些語句會被其他語句重寫，在重新執(zhí)行時，將不得不再次分析。如果共享池小于最優(yōu)容量，則性能將下降。但有一個最小容量，如果低于此限度，則語句將失敗。
2. 但也不能過大，以至于連僅執(zhí)行一次的語句也要緩存。過大的共享池也會對性能產(chǎn)生不良影響，因為搜索需要的時間過長。

確定最優(yōu)容量是一個性能調(diào)整問題，大多數(shù)數(shù)據(jù)庫都需要一個數(shù)百MB的共享池。有些應(yīng)用程序需要1GB以上的共享池，但很少有應(yīng)用程序能夠在共享池小于100MB時充分運行。

4.大型池

主要用途是供共享的服務(wù)器進程使用。

5.JAVA池

只有當(dāng)應(yīng)用程序需要在數(shù)據(jù)庫中運行java存儲程序時，才需要java池。

三.進程結(jié)構(gòu)

進程結(jié)構(gòu)

1.用戶進程

用戶連接進程是連接用戶和Oracle Instance的橋梁。只有在User與Instance建立了連接以后，User才能夠?qū)racle Server進行操作。
用戶連接進程 = 用戶進程 + 服務(wù)進程 + PGA

A.用戶進程User Process

當(dāng)一個Database User請求連接到Oracle Server時，Oracle Server會創(chuàng)建User Process。

User Process的作用：

為Database User與Server Process建立連接 并不會直接與Oracle Server交互
connect連接：是User和Server Process之間的通信通道。

服務(wù)器進程和用戶進程

B.Server Process服務(wù)進程

用于處理Database User和Oracle Server之間的連接。
當(dāng)一個User與User Process建立了一個connect后，Oracle Server會創(chuàng)建一個Server Process。然后再由User Process與Server Process建立了連接之后，Server Process會通過用戶提交的請求信息來確定與oracle instance建立一個會話。

Server Process的作用：

與Oracle Server直接交互 復(fù)制執(zhí)行和返回結(jié)果

C.Session會話

一個用戶通過User Process(本質(zhì)是通過Server Process)與Oracle Instance建立連接后稱之為一個會話，一個用戶可以建立多個會話，即同時使用同一個用戶可以多次的連接到同一個實例，也就是說多個session可以使用同一個connect。

會話

2.程序全局區(qū)PGA

程序全局區(qū)

PGA：Oracle Server Process分配來專門用于當(dāng)前User Session的內(nèi)存區(qū)。該區(qū)域是私有的，不同的用戶擁有不同的PGA。

PGA包含了Server Process數(shù)據(jù)和控制信息的內(nèi)存區(qū)域。，由下列3個部分組成：

1. ?？臻g：存儲Session的變量、數(shù)組等的內(nèi)存空間。
2. Session Info：如果運行的不是多線程服務(wù)器，會話信息將保存在PGA中，如果是多線程服務(wù)器，則保存在SGA中。
3. 私有SQL區(qū)：用來保存綁定變量(binding variables)和運行時緩沖區(qū)(runtime buffers)等信息。

Oracle的connect連接和session會話與User Process緊密相關(guān)

注意：在RDBMS中由db_name和instance_name共同確定一個Database，所以Instance_name被用于Oracle與OS之間的聯(lián)系同時也被用于Oracle Server與外部連接時使用。

所以在User提交連接請求的時候，User Process首先會與Server Process建立Connect，然后Server Process會通過請求中所包含的db_name和Instance_name來確定需要且可以被連接的數(shù)據(jù)庫(RDBMS可以存在多個數(shù)據(jù)庫)，這樣就確保了RDBMS在擁有多個數(shù)據(jù)庫的情況下，還能夠保證每一個Database的獨立性。而且同一個Database可以被多個屬于這個Databse的不同用戶發(fā)起的Instance連接。這一個功能是非常有必要的，因為每一個不同的數(shù)據(jù)庫中都包含有同名的sys、system等系統(tǒng)用戶。

四.后臺進程

后臺進程主要是完成數(shù)據(jù)庫管理任務(wù) ，后臺進程是Oracle Instance和Oracle Database的聯(lián)系紐帶，分為核心進程和非核心進程。

1. 核心進程：核心進程，必須存在，有一個終止，所有數(shù)據(jù)庫進程全部終止，實例崩潰!其中五大進程全都是核心進程。
2. 非核心進程：完成數(shù)據(jù)庫的額外功能，非核心進程死亡數(shù)據(jù)庫不會崩潰!

常用的核心進程：

常用的核心進程

在用戶訪問數(shù)據(jù)庫時，首先會提交請求，再分配SGA內(nèi)存，創(chuàng)建并啟動后臺進程和實例，最后建立連接和會話。Oracle Server運行過程中必須啟動上面的前五個進程。否則實例無法創(chuàng)建。

A.數(shù)據(jù)庫寫入進程(DBWn)

數(shù)據(jù)庫寫入進程

Server process連接Oracle后，通過數(shù)據(jù)庫寫進程(DBWn)將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的“臟緩沖區(qū)”的數(shù)據(jù)塊寫入到存儲結(jié)構(gòu)(數(shù)據(jù)文件、磁盤文件)
Database writer (DBWn)數(shù)據(jù)庫寫進程：
只做一件事，將數(shù)據(jù)寫到磁盤。就是將數(shù)據(jù)庫的變化寫入到數(shù)據(jù)文件。
該進程最多20 個，即使你有36 個CPU 也只能最多有20 個數(shù)據(jù)庫寫進程。
進程名稱DBW0-DBW9 DBWa-DBWj

注意：數(shù)據(jù)庫寫進程越多，寫數(shù)據(jù)的效率越高。該進程的個數(shù)應(yīng)該和cpu的個數(shù)對應(yīng)，如果設(shè)置的數(shù)據(jù)庫寫進程數(shù)大于CPU 的個數(shù)也不會有太明顯的效果，因為CPU 是分時的。

B.檢查點(CKPT)

檢查點

Checkpoint (CKPT)檢查點進程：

主要用戶更新數(shù)據(jù)文件頭，更新控制文件和觸發(fā)DBWn數(shù)據(jù)庫寫進程。
Ckpt 進程會降低數(shù)據(jù)庫性能，但是提高數(shù)據(jù)庫崩潰時，自我恢復(fù)的性能。我們可以理解為階段性的保存數(shù)據(jù)，一定的條件滿足就觸發(fā)，執(zhí)行DBWn存盤操作。

C.進程監(jiān)視進程(PMON)

進程監(jiān)視進程

PMON在后臺進程執(zhí)行失敗后負責(zé)清理數(shù)據(jù)庫緩存和閑置資源，是Oracle的自動維護機制。
清除死進程 重新啟動部分進程(如調(diào)度進程) 監(jiān)聽的自動注冊 回滾事務(wù) 釋放鎖 釋放其他資

D.系統(tǒng)監(jiān)視進程(SMON)

系統(tǒng)監(jiān)視進程

SMON啟動后會自動的用于在實例崩潰時進行數(shù)據(jù)庫實例自動恢復(fù)。
清除作廢的排序臨時段，回收整理碎片，合并空閑空間，釋放臨時段，維護閃回的時間點。
在老數(shù)據(jù)庫版本中，當(dāng)我們大量刪除表的時候，會觀測到SMON進程很忙，直到把所有的碎片空間都整理完畢。

E.重做日志文件和日志寫入進程

重做日志文件和日志寫入進程

主要用于記錄數(shù)據(jù)庫的改變和記錄數(shù)據(jù)庫被改變之前的原始狀態(tài)，所以應(yīng)當(dāng)對其作多重備份，用于恢復(fù)和排錯。
激活LGWR的情況：
提交指令 日志緩沖區(qū)超過1/3 每三秒 每次DBWn執(zhí)行之前

F.歸檔進程(ARCn)

歸檔進程

五.存儲結(jié)構(gòu)

Oracle RDBMS存儲結(jié)構(gòu)主要由Database組成。
又能夠?qū)atabase分為物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)來理解。

存儲結(jié)構(gòu)

1.物理結(jié)構(gòu)

Database物理結(jié)構(gòu)：是Database在操作系統(tǒng)中的文件集合，即：磁盤上的物理文件，主要由數(shù)據(jù)文件、控制文件、重做日志文件、歸檔日志文件、參數(shù)文件、口令文件組成。

A.Data Files

• 數(shù)據(jù)文件是數(shù)據(jù)的存儲倉庫。
• 包括所有的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)
• 只能屬于一個數(shù)據(jù)庫
• 來自于被稱為”表空間”的數(shù)據(jù)庫存儲邏輯單元
• 可以直接被讀進內(nèi)存，在執(zhí)行SQL語句的時候，會將相關(guān)的數(shù)據(jù)文件副本加載如數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
• 通過備份策略可以使數(shù)據(jù)文件得到保護

B.Redo Log Files

重做日志文件包含對數(shù)據(jù)庫所做的更改操作記錄，在Oracle發(fā)生故障時能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)。

能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)的原理：重做日志文件會按時間的順序，將應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫的一連串的變更向量(做了什么操作)存儲起來(即將變更的地方標記起來)。其中包含了所有已經(jīng)完成操作的信息和完成操作之前的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)。如果數(shù)據(jù)文件受損，就可以將這些變更向量應(yīng)用于數(shù)據(jù)文件備份來進行重做(重建)工作，將它恢復(fù)到發(fā)生故障的那一刻前的狀態(tài)。重做日志文件又分為下面兩種類型：

聯(lián)機重做日志文件：記錄連續(xù)的數(shù)據(jù)庫操作 歸檔日志文件Archived Log Files：用于時間點恢復(fù)，當(dāng)RedoLogFiles存滿時，會對這些日志進行歸檔備份，以便以后還原數(shù)據(jù)時使用。

C.Control Files

控制文件包含維護和驗證數(shù)據(jù)庫完整性的必要的信息。

它記錄了聯(lián)機重做日志文件、數(shù)據(jù)文件的位置、更新的歸檔日志文件的位置。它還存儲著維護數(shù)據(jù)庫完整性所需的信息，如數(shù)據(jù)庫名。控制文件是以二進制型式存儲的，用戶無法修改控制文件的內(nèi)容?？刂莆募贿^數(shù)MB，卻起著至關(guān)重要的作用。

D.Parameter File

實例參數(shù)文件，當(dāng)啟動oracle實例時，SGA結(jié)構(gòu)會根據(jù)此參數(shù)文件的設(shè)置內(nèi)存，后臺進程會據(jù)此啟動。

E.Password File

用戶通過提交username/password來建立會話，Oracle根據(jù)存儲在數(shù)據(jù)字典的用戶定義對用戶名和口令進行驗證。

2.邏輯結(jié)構(gòu)

表空間就是典型的Oracle邏輯結(jié)構(gòu)類型 —— 里面存放著若干的數(shù)據(jù)文件

表空間：用于存儲數(shù)據(jù)庫對象的邏輯空間，表空間是在數(shù)據(jù)庫中開辟的一個空間，用于存放數(shù)據(jù)庫的對象，它是信息存儲的最大邏輯單位，是存放數(shù)據(jù)庫文件的地方，其中數(shù)據(jù)又被存放在表空間中的數(shù)據(jù)文件中。一個數(shù)據(jù)庫可以由多個表空間組成，Oracle的調(diào)優(yōu)就是通過表空間來實現(xiàn)的。(Oracle數(shù)據(jù)庫獨特的高級應(yīng)用)

表空間的作用：分類管理、批量處理; 將瑣碎的磁盤文件整合、抽象處理成為邏輯結(jié)構(gòu)。這樣更加便于我們?nèi)ス芾頂?shù)據(jù)庫。

邏輯空間到物理空間的映射

段、區(qū)和塊

六.簡述Oracle運行過程

這里寫圖片描述

這里寫圖片描述

• User訪問Oracle Server之前提交一個請求(包含了db_name、instance_name、username、password等信息)，Oracle Server接收到請求并通過Password File的驗證后，分配SGA內(nèi)存池，啟動后臺進程同時創(chuàng)建并啟動實例。
• 在啟動實例之后User Process與Server Process建立Connect。
• 再通過Server process和Oracle Instance完成建立Sesscion。
• 用戶執(zhí)行SQL語句，由server process接收到并直接與Oracle交互。
• SQL語句通過Server Process到達Oracle Instance，再將SQL載入數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)。
• Server Process通知Oracle Database將與SQL語句相關(guān)的數(shù)據(jù)塊副本加載到緩沖區(qū)中。
• 在數(shù)據(jù)庫緩存區(qū)執(zhí)行SQL語句，并產(chǎn)生”臟緩沖區(qū)”。
• 由CKPT檢查點進程檢查到”臟緩沖區(qū)”，并調(diào)用DBWn數(shù)據(jù)庫寫進程，但在DBWn執(zhí)行之前，應(yīng)該由LGWR先將數(shù)據(jù)文件的原始狀態(tài)、數(shù)據(jù)庫的改變等信息記錄到Redo Log Files。
• 將更新的內(nèi)容寫入到磁盤中的數(shù)據(jù)文件。 返回結(jié)果給用戶