oracle数据库对象的逻辑、物理、内存结构

一、先谈谈数据库和实例：

实例是个动态概念，它由一系列进程和内存区域组成；而数据库是个静态概念，主要指的是构成数据库的一系列文件。一般情况下实例与数据库是一对一的，但是在多实例数据库环境下，一个数据库可以对应多个实例。
实例 instance =进程 + 进程所使用的内存(SGA)
数据库 database=物理操作系统文件或磁盘（disk）的集合（redo文件+control文件+data文件+临时文件）
数据库实例也称作服务器,是用来访问数据库文件集的存储结构及后台进程的集合.
1、一个数据库可以被多个实例访问(称为真正的应用群集选项).
2、一个实例在其生存期内只能装载(alter database mount)和打开(alter database open)一个数据库
3、Oracle的实例在启动以后，只能load一次数据库，如果想把数据库与Instance断开，然后再重新挂在一个数据库Instance，那么就需要你首先把数据库Instance进程结束，然后重新建立这个instance的一个进程，再load另外一个数据库。否则肯定要抛除ORA-16169错误，说数据库已经被打开。因为一个数据库Instance在其生存期中最多只能load和打开一个instance。.
4、另外实例可以在没有数据文件的情况下单独启动 startup nomount,通常没什么意义。

二、数据库的逻辑和物理结构

数据库（实例）——X表空间——X段——X扩展（区）——X数据块--（OS Block）
对应的数据字典：
v$database--dba_tablespaces（user_tablespaces）-- dba_segments（user_segments）--dba_extents（user_Extents）--extent（或segment）表中的一个字段BLOCKS
数据库、表空间、段、扩展、数据块为逻辑结构
数据文件（dba_data_files）、操作系统块为物理结构

数据文件有以下类型：

1.数据文件（Data File） 
　  数据文件用来存储数据库中的全部数据，例如数据库表中的数据和索引数据.通常以为*.dbf格式，例如:userCIMS.dbf 。
2.日志文件（Redo Log File） 
　  日志文件用于记录数据库所做的全部变更（如增加、删除、修改）、以便在系统发生故障时，用它对数据库进行恢复。名字通常为Log*.dbf格式，如：Log1CIMS.dbf,Log2CIMS.dbf 。　　
3.控制文件（Control File） 
    每个Oracle数据库都有相应的控制文件，它们是较小的二进制文件，用于记录数据库的物理结构，如：数据库名、数据库的数据文件和日志文件的名字和位置等信息。用于打开、存取数据库。名字通常为Ctrl*ctl 格式，如Ctrl1CIMS.ctl。　　
4.配置文件 
　  配置文件记录Oracle数据库运行时的一些重要参数，如：数据块的大小，内存结构的配置等。名字通常为init*.ora 格式，如：tnsname.ora 。　　

段（segment）是一种在数据库中消耗物理存储空间的任何实体，在12c中段的类型由:表（table），索引（Index）， 回滚（Rollback），分区等12种组成，下面的sql可查看所有段的类型。

SQL> select distinct segment_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

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表和段的关系：表是段的一种（一个表可对应一个或多个段），但段不一定是表。表是逻辑对象；段是物理存储对象

通过下面的sql语句可以查看某个表空间的段、区、块的分布情况。

SQL> set pagesize 100; 
SQL> col SEGMENT_NAME format a20
SQL> select SEGMENT_NAME,extent_id,block_id,blocks,bytes  from dba_extents where  tablespace_name='USERS';


SEGMENT_NAME	      EXTENT_ID   BLOCK_ID     BLOCKS	   BYTES
-------------------- ---------- ---------- ---------- ----------
OJDS$PERM_INDEX 	      0        168	    8	   65536
OJDS$NODE_INDEX 	      0        136	    8	   65536
SYS_C005161		      0        152	    8	   65536
OJDS$PERMISSIONS$	      0        160	    8	   65536
OJDS$INODE$		      0        128	    8	   65536
OJDS$BINDINGS$		      0        144	    8	   65536
PK_EMP			      0        200	    8	   65536
PK_DEPT 		      0        184	    8	   65536
SALGRADE		      0        216	    8	   65536
BONUS			      0        208	    8	   65536
EMP			      0        192	    8	   65536
DEPT			      0        176	    8	   65536

已选择12行。

DBA_TABLESPACES记录的是表空间的逻辑信息，而DBA_DATA_FILES视图则记录的是物理数据文件的信息，这些信息包括数据文件的名称、大小、所属表空间等信息：

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

可以通过DBA_SEGMENTS查询数据库中段的信息，这些信息包括对象名称、类型、所属表空间、空间使用等信息。DBA_EXTENTS视图记录了Segment中区的分配情况，可以通过以下两个查询获得某个用户每个区的分配情况：

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

已选择18行。
SQL> col SEGMENT_NAME format a20
SQL> select segment_name,file_id,blocks from dba_extents where OWNER='SCOTT';

SEGMENT_NAME		FILE_ID  EXTENT_ID   BLOCK_ID	  BLOCKS
-------------------- ---------- ---------- ---------- ----------
SALGRADE		      6 	 0	  216	       8
PK_EMP			      6 	 0	  200	       8
PK_DEPT 		      6 	 0	  184	       8
EMP			         6 	   0	  192	       8
DEPT			      6 	 0	  176	       8
BONUS			      6 	 0	  208	       8

已选择6行。

数据库逻辑上最小的单元就是data block,block 可以设置为2K,4K,8K....

利用dba_tablespaces可以用来查看所有表空间的基本信息；而dba_data_files可以用来查看相关数据文件的信息（需要管理员权限）。

例：

1、查看当前数据库所有表空间：

SQL> select TABLESPACE_NAME from dba_tablespaces;

TABLESPACE_NAME
---------------
SYSTEM
SYSAUX
UNDOTBS1
TEMP
USERS
MYMOTIF_TS

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2、查询当前数据库中的所有表空间和对应的操作系统数据文件：

SQL> col FILE_NAME format a40
SQL> select file_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.dbf UNDOTBS1

3、当前用户（scott）下的数据段：

SQL>  desc user_segments
 名称                                    是否为空? 类型
 ----------------------------------------- -------- ----------------------------
 SEGMENT_NAME					    VARCHAR2(128)
 PARTITION_NAME 				    VARCHAR2(128)
 SEGMENT_TYPE					    VARCHAR2(18)
 SEGMENT_SUBTYPE				    VARCHAR2(10)
 TABLESPACE_NAME				    VARCHAR2(30)
 BYTES						    NUMBER
 BLOCKS 					    NUMBER
 EXTENTS					    NUMBER
 INITIAL_EXTENT 				    NUMBER
 NEXT_EXTENT					    NUMBER
 MIN_EXTENTS					    NUMBER
 MAX_EXTENTS					    NUMBER
 MAX_SIZE					    NUMBER
 RETENTION					    VARCHAR2(7)
 MINRETENTION					    NUMBER
 PCT_INCREASE					    NUMBER
 FREELISTS					    NUMBER
 FREELIST_GROUPS				    NUMBER
 BUFFER_POOL					    VARCHAR2(7)
 FLASH_CACHE					    VARCHAR2(7)
 CELL_FLASH_CACHE				    VARCHAR2(7)
 INMEMORY					    VARCHAR2(8)
 INMEMORY_PRIORITY				    VARCHAR2(8)
 INMEMORY_DISTRIBUTE				    VARCHAR2(15)
 INMEMORY_DUPLICATE				    VARCHAR2(13)
 INMEMORY_COMPRESSION				    VARCHAR2(17)

SQL> column  TABLESPACE_NAME format a20
SQL> column  SEGMENT_NAME format a20
SQL> select SEGMENT_NAME,TABLESPACE_NAME from user_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

已选择6行。
（12c在sysdba下有3000多条记录）
SQL>  select SEGMENT_NAME,EXTENT_ID from user_extents;

SEGMENT_NAME	      EXTENT_ID
-------------------- ----------
STUDENT 		      0
COURSE			      0
SC			      0
SYS_C0010000		      0
SYS_C0010005		      0
SYS_C0010008		      0

已选择6行。
（12c在sysdba下有4920条记录）

基本上每个对象对应一个段（Segment），只有分区对应多个段，这里的对象包括表、视图、序列、同意词、索引、触发器、存储.过程等等，段可以跨越多个数据文件。

三、Oracle Server系统进程与内存结构　　

　　当在计算机服务器上启动Oracle数据库后，称服务器上启动了一个Oracle实例（Instance）。ORACLE 实例（Instance）是存取和控制数据库的软件机制，它包含系统全局区（SGA）和ORACLE进程两部分。SGA是系统为实例分配的一组共享内存缓冲区，用于存放数据库实例和控制信息，以实现对数据库中数据的治理和操作。　　
　　进程是操作系统中一个极为重要的概念。一个进程执行一组操作，完成一个特定的任务.对ORACLE数据库治理系统来说，进程由用户进程、服务器进程和后台进程所组成。　　
　　当用户运行一个应用程序时，系统就为它建立一个用户进程。服务器进程处理与之相连的用户进程的请求，它与用户进程相通讯，为相连的用户进程的ORACLE请求服务。　　
　　为了提高系统性能，更好地实现多用户功能，ORACLE还在系统后台启动一些后台进程，用于数据库数据操作。　　

系统进程的后台进程主要包括：

　　SMON系统监控进程：（system monitor）负责完成自动实例恢复和回收分类（sort）表空间。
　　PMON进程监控进程：（PRocess monitor）实现用户进程故障恢复、清理内存区和释放该进程所需资源等。
　　DBWR数据库写进程：数据库缓冲区的治理进程。
在它的治理下，数据库缓冲区中总保持有一定数量的自由缓冲块，以确保用户进程总能找到供其使用的自由缓冲块。
　　LGWR日志文件写进程：是日志缓冲区的治理进程，负责把日志缓冲区中的日志项写入磁盘中的日志文件上。每个实例只有一个LGWR进程。
　　ARCH归档进程：（archiver process）把已经填满的在线日志文件拷贝到一个指定的存储设备上。仅当日志文件组开关（switch）出现时，才进行ARCH操作。ARCH不是必须的，而只有当自动归档可使用或者当手工归档请求时才发出。
　　RECO恢复进程：是在具有分布式选项时使用的一个进程，主要用于解决引用分布式事务时所出现的故障。它只能在答应分布式事务的系统中出现。
　　LCKn封锁进程：用于并行服务器系统，主要完成实例之间的封锁。

内存结构（SGA）

　　SGA是Oracle为一个实例分配的一组共享内存缓冲区，它包含该实例的数据和控制信息。SGA在实例启动时被自动分配，当实例关闭时被收回。数据库的所有数据操作都要通过SGA来进行。　　
　　SGA中内存根据存放信息的不同，可以分为如下几个区域：
1、Buffer Cache：存放数据库中数据库块的拷贝。
它是由一组缓冲块所组成，这些缓冲块为所有与该实例相链接的用户进程所共享。缓冲块的数目由初始化参数DB_BLOCK_BUFFERS确定，缓冲块的大小由初始化参数DB_BLOCK_SIZE确定。大的数据块可提高查询速度。它由DBWR操作。

2、日志缓冲区Redo Log Buffer：存放数据操作的更改信息。
它们以日志项（redo entry）的形式存放在日志缓冲区中。当需要进行数据库恢复时，日志项用于重构或回滚对数据库所做的变更。日志缓冲区的大小由初始化参数LOG_BUFFER确定。大的日志缓冲区可减少日志文件I/O的次数。后台进程LGWR将日志缓冲区中的信息写入磁盘的日志文件中，可启动ARCH后台进程进行日志信息归档。
3、共享池Shared Pool：包含用来处理的SQL语句信息。
它包含共享SQL区和数据字典存储区。共享SQL区包含执行特定的SQL语句所用的信息。数据字典区用于存放数据字典，它为所有用户进程所共享。
4、Cursors：一些内存指针，执行待处理的SQL语句
5、其他信息区：除了上述几个信息区外，还包括一些进程之间的通讯信息（如封锁信息）；在多线索服务器配置下，还有一些程序全局区的信息，请求队列和响应队列等。

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

后台进程详解

oracle中的进程共分为三类：用户进程、服务进程、后台进程。其中后台进程伴随实例的启动而启动，他们主要是维护数据库的稳定，相当于一个企业中的管理者及内部服务人员。他们并不会直接给用户提供服务。

1:database write(DBWn(n代表数字1..n，表示可能有几个DBW在运行))--数据写入
作用:把SGA中被修改的数据同步到磁盘文件中。保证Buffer Cache中有足够的空闲数据块数量。
触发条件: 1)、检查点2)、一个服务进程在设定的时间内没有找到空闲块3)、每三秒自动唤醒一次。
设置:DB_WRITER_PROCESS用来定义DBWn进程数量。(commit命令只是把记录修改写入日志文件，不是把修改后的数据写入数据文件)

2:log write(LGWR)--日志文件写入
作用:把log buffer中的日志内容写入联机的日志文件中，释放log用户buffer空间。
触发条件:

1）、用户发出commit命令。(在oracle中称为快速提交机制(fast commit)):把redo log buffer中的记录写入日志文件，写入一条提交的记录
2）三秒定时唤醒。
3）log buffer超过1/3，或日志数量超过1M。
4）DBWR进程触发:DBWn视图将脏数据块写入磁盘先检测他的相关redo记录是否写入联机日志文件，如果没有就通知LGWR进程。在oracle中成为提前写机制(write ahead):redo记录先于数据记录被写入磁盘

3:checkpoint(CKPT)-检查点事件
作用:维护数据库一致性状态。检测点时刻数据文件与SGA中的内容一致，这不是一个单独的进程，要和前两个进程一起工作呦。DBWR写入脏数据，同时触发LGWR进程。
CKPT更新控制文件中的检查点记录。
触发条件:日志切换(log switch)会触发检查点。

4:process monitor(PMON)--进程监控
作用:1）发现用户进程异常终止，并进行清理。释放占用资源。(清理异常终止用户使用的锁)
2）向监听程序动态的注册实例。
触发条件:定时被唤醒，其他进程也会主动唤醒它。

5:system monitor:(SMON)--系统监控
作用:1)负责实例恢复，前滚(Roll Forward)恢复到实例关闭的状态，使用最后一次检查点后的日志进程重做。这时包括提交和未提交的事务。打开数据库，进行回滚(Roll Back):回滚未提交的事务。(oracle承诺commit之后数据不会丢失，现在我们可以大致的了解是如何实现这个承诺，以及在数据的安全性和数据库性能之间的平衡选择。)
2)负责清理临时段，以释放空间

触发条件:定期被唤醒或者被其他事务主动唤醒。

6:archive:(ARCn)--归档操作
作用:发生日志切换时把写满的联机日志文件拷贝到归档目录中。
触发条件:日志切换时被LGWR唤醒。
设置:LOG_ARCHIVE_MAX_PROCESSES可以设置oracle启动的时候ARCn的个数。

7:manageability monitor:MMON--AWR主要的进程
作用:1、收集AWR必须的统计数据，把统计数据写入磁盘。10g中保存在SYSAUX表空间中。
2、生成server--generated报警
每小时把shared pool中的统计信息写入磁盘，或者shared pool占用超过15%。

8:manageability monitor light:MMNL:轻量级的MMON

9:memory manager:MMAN:自动内容管理
作用:每分钟都检查AWR性能信息，并根据这些信息来决定SGA组件最佳分布。
设置:STATISTICS_LEVEL:统计级别
SGA_TARGET:SGA总大小

10:job queue coordinator:CJQ0--数据库定时任务

11:recover writer:RVWR
作用:为flashback database提供日志记录。把数据块的前镜像写入日志。

12:change tarcking writer:CTWR
作用:跟踪数据块的变化，把数据块地址记录到 change_tracking file文件中。RMAN的增量备份将使用这个文件来确定那些数据块发生了变化，并进行备份。

以上是oracle中比较常见的后台进程，不是所有的进程。其中DBWn，ARCn可以设置数据库启动时的数量。这些进程在系统中可以不止一个。

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（编辑：李大同）

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