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第三章Oracle体系结构Oracle数据库系统为具有管理Oracle数据库功能的计算机系统。Oracle数据库管理系统的体系结构如图3-1所示。它是一个对象—关系数据库管理系统，由Oracle数据库和Oracle实例（instance，也称例程）组成的。每一个运行的Oracle数据库与一个Oracle实例（INSTANCE）相联系。系统全局区SGA后台进程后台进程服务器进程用户进程数据文件日志文件控制文件图3-1Oracle数据库管理系统的体系结构3.1Oracle数据库与实例要了解Oracle体系结构，必须首先了解两个概念：数据库与实例。一．数据库数据库（database）是一个数据集合。Oracle能够提供按照一致性方式定义的定义模型（称为关系模型）存储和访问数据的方法，因此Oracle被认为是一种关系数据库管理系统（RDBMS）。“数据库”一词的含义不仅是指物理的数据，也指本章描述的物理、内存以及进程对象的组合。数据库中数据存储在表中，每个表又是由列（字段）组成的，表的数据按行的方式存放，一行称为一条记录。表可以相互关联，数据库可以来实施这些关联。表结构的一个样例如图3-2：在Oracle数据库中，数据除了按照关系格式存放外，还支持面向对象(OO)的结构（如抽象数据类型和方法）。对象既可以与其他对象建立关系，也能包含其他对象。第三章Oracle体系结构23无论采用关系结构还是面向对象结构，Oracle数据库都将其数据存储在文件中，数据库结构提供数据库对文件的逻辑映射，允许不同类型的数据分开存储。这些逻辑划分称为表空间。EMP_IDNAMEADDRESS1令狐冲恒山2岳不群华山3东方不败黑木崖4林平之福州列（字段）行(记录)图3-2表结构样例二．数据库实例为了访问数据库中的数据，Oracle使用了一组所有用户共享的后台进程。此外，还有一些内存存储结构（统称为SystemGlobalArea，即SGA）用来存储昀近从数据库查询的数据。数据库实例（Instance，在有些地方如OracleEnterpriseManager也翻译为例程，本书在后面讲OracleEnterpriseManager时讲到的例程与这里的实例同一个概念），也称服务器，用来访问数据库文件集的存储结构以及后台进程的集合，它是存取和控制数据库的软件机制。每一次在数据库服务器上启动一数据库时，系统全局区的内存区被分配，有一个或多个Oracle进程被启动。该SGA和Oracle进程的结合称为一个Oracle数据库实例。一个实例的SGA和进程为管理数据库数据、为该数据库一个或多个用户服务而工作。一般地说，一个数据库对应一个实例，在Oracle并行处理时，一个数据库可以被多个实例访问。在Oracle系统中，首先是实例启动，然后由实例装配（MOUNT）一个数据库。在松耦合系统中，在具有OracleRealApplicationCluster选项时，单个数据库可被多个实例装配，即多个实例共享同一物理数据库。3.2Oracle进程结构进程是操作系统中的一种机制，它可执行一系列的操作步。在有些操作系统中使用作业(JOB)或任务(TASK)的术语。一个进程通常有它自己的专用存储区。为了存取Oracle数据库实例，所有连接的Oracle用户都必须执行以下两块代码：客户应用程序或Oracle工具：数据库用户执行一个发出SQL语句到Oracle数据库的数据库应用程序或一个Oracle工具（如SQL*Plus或OracleForms等应用程序）。Oracle服务器代码：每个用户有一些为它自己执行的Oracle服务器代码，用于解释和处理应用程序的SQL语句。Oracle9i数据库系统管理从入门到精通24进程将执行以上这些代码模块，在图3-1中，用户进程执行Oracle客户应用程序，服务器进行执行Oracle服务器代码。Oracle实例有两种类型：单进程实例和多进程实例。3.2.1单进程Oracle实例单进程Oracle实例（又称单用户Oracle）是一种数据库系统，一个进程执行全部Oracle代码。由于Oracle部分和客户应用程序不能分别以进程执行，所以Oracle的代码和用户的数据库应用是单个进程执行。在单进程环境下的Oracle实例，仅允许一个用户可存取。例如在MS-DOS上运行Oracle。3.2.2多进程Oracle实例系统全局区SGARECODBWRARCHLGWRSMON用户进程用户进程用户进程后台进程图3-3多进程Oracle实例多进程Oracle实例（又称多用户Oracle）使用多个进程来执行Oracle的不同部分，对于每一个连接的用户都有一个进程。多进程Oracle实例的示意图如图3-3所示。在多进程系统中，进程分为两类：用户进程和Oracle进程。当用户运行一应用程序，如PRO*C程序或一个Oracle工具（如SQL*PLUS），Oracle为用户运行的应用建立一个用户进程。Oracle进程又分为两类：服务器进程和后台进程。服务器进程用于处理连接到该实例的用户进程的请求。当应用和Oracle是在同一台机器上运行，而不再通过网络，一般将用户进程和它相应的服务器进程组合成单个的进程，可降低系统开销。然而，当应用和Oracle运行在不同的机器上时，用户进程经过一个分离的服务器进程与Oracle通信。它可执行下列任务：¾对应用所发出的SQL语句进行语法分析和执行。¾从磁盘（数据文件）中读入必要的数据块到SGA的共享数据库缓冲区（该块不在缓冲区时）。¾将结果返回给应用程序处理。系统为了使性能昀好和协调多个用户，在多进程系统中使用一些附加进程，称为后台进程。在许多操作系统中，后台进程是在实例启动时自动地建立。一个Oracle实例可以有许多后台进程，但它们不是一直存在的。第三章Oracle体系结构25PMONLCKnRECORECO共享池数据缓冲区重做日志缓冲区SGADataDataDataDataData数据文件重做日志参数文件共享服务器进程用户进程DBWRLGWRCKPTARCH脱机存储设备控制文件共享服务器进程用户进程图3-4多进程Oracle实例的后台进程示意图多进程Oracle实例的后台进程示意图如图3-4，Oracle后台进程有：¾DBWR数据库写进程¾LGWR日志写进程¾CKPT检查点进程¾SMON系统监控进程¾PMON进程监控¾ARCH归档进程¾RECO恢复进程¾LCKn封锁进程¾QMNn队列监控进程¾Dnnn调度进程¾Snnn共享服务器进程¾LMS全局缓存服务进程¾Jnnn作业队列管理进程¾CJQ0并行作业队列管理进程每个后台进程与Oracle数据库的不同部分交互。下面对后台进程的功能作简单介绍：DBWR数据库写进程：该进程执行将缓冲区写入数据文件，是负责缓冲存储区管理的一Oracle9i数据库系统管理从入门到精通26个Oracle后台进程。当缓冲区中的一缓冲区被修改，它被标志为“弄脏”，DBWR的主要任务是将“弄脏”的缓冲区写入磁盘，使缓冲区保持“干净”。由于缓冲存储区的缓冲区填入数据库或被用户进程弄脏，未用的缓冲区的数目减少。当未用的缓冲区下降到很少，以致用户进程要从磁盘读入块到内存存储区时无法找到未用的缓冲区时，DBWR将管理缓冲存储区，使用户进程总可得到未用的缓冲区。Oracle采用LRU（LEASTRECENTLYUSED）算法（昀近昀少使用算法）保持内存中的数据块是昀近使用的，使I/O昀小。在下列情况DBWR要将弄脏的缓冲区写入磁盘：¾当一个服务器进程将一缓冲区移入“弄脏”表，该弄脏表达到临界长度时，该服务进程将通知DBWR进行写。该临界长度是为参数DB-BLOCK-WRITE-BATCH的值的一半。¾当一个服务器进程在LRU表中查找DB-BLOCK-MAX-SCAN-CNT缓冲区时，没有查到未用的缓冲区，它停止查找并通知DBWR进行写。¾出现超时（每次3秒），DBWR将通知本身。¾当出现检查点时，LGWR将通知DBWR在前两种情况下，DBWR将弄脏表中的块写入磁盘，每次可写的块数由初始化参数DB-BLOCK-WRITE-BATCH所指定。如果弄脏表中没有该参数指定块数的缓冲区，DBWR从LRU表中查找另外一个弄脏缓冲区。如果DBWR在三秒内未活动，则出现超时。在这种情况下DBWR对LRU表查找指定数目的缓冲区，将所找到任何弄脏缓冲区写入磁盘。每当出现超时，DBWR查找一个新的缓冲区组。每次由DBWR查找的缓冲区的数目是初始化参数DB-BLOCK-WRITE-BATCH的值的二倍。如果数据库空运转，DBWR昀终将全部缓冲区存储区写入磁盘。在出现检查点时，LGWR指定一个修改缓冲区表必须写入到磁盘。DBWR将指定的缓冲区写入磁盘。在有些平台上，一个实例可有多个DBWR。在这样的实例中，一些块可写入一磁盘，另一些块可写入其它磁盘。初始化参数DB_WRITERS控制DBWR进程个数。LGWR日志写进程：该进程将日志缓冲区写入磁盘上的一个日志文件，它是负责管理日志缓冲区的一个Oracle后台进程。LGWR进程将自上次写入磁盘以来的全部日志项输出，LGWR输出：¾当用户进程提交一事务时写入一个提交记录。¾每三秒将日志缓冲区输出。¾当日志缓冲区的1/3已满时将日志缓冲区输出。¾当DBWR将修改缓冲区写入磁盘时则将日志缓冲区输出。LGWR进程同步地写入到活动的镜象在线日志文件组。如果组中一个文件被删除或不可用，LGWR可继续地写入该组的其它文件。日志缓冲区是一个循环缓冲区。当LGWR将日志缓冲区的日志项写入日志文件后，服务器进程可将新的日志项写入到该日志缓冲区。LGWR通常写得很快，可确保日志缓冲区总有空间可写入新的日志项。注意：有时候当需要更多的日志缓冲区时，LWGR在一个事务提交前就将日志项写出，而这些日志项仅当在以后事务提交后才永久化。Oracle使用快速提交机制，当用户发出COMMIT语句时，一个COMMIT记录立即放入第三章Oracle体系结构27日志缓冲区，但相应的数据缓冲区改变是被延迟，直到在更有效时才将它们写入数据文件。当一事务提交时，被赋给一个系统修改号（SCN），它同事务日志项一起记录在日志中。由于SCN记录在日志中，以致在实时应用集群选项配置情况下，恢复操作可以同步。CKPT检查点进程：该进程在检查点出现时，对全部数据文件的标题进行修改，指示该检查点。在通常的情况下，该任务由LGWR执行。然而，如果检查点明显地降低系统性能时，可使CKPT进程运行，将原来由LGWR进程执行的检查点的工作分离出来，由CKPT进程实现。对于许多应用情况，CKPT进程是不必要的。只有当数据库有许多数据文件，LGWR在检查点时明显地降低性能才使CKPT运行。CKPT进程不将块写入磁盘，该工作是由DBWR完成的。初始化参数CHECKPOINT-PROCESS控制CKPT进程的启用或停用。缺省时为FALSE，即为停用。SMON系统监控进程：该进程实例启动时执行实例恢复，还负责清理不再使用的临时段。在具有实时应用集群选项的环境下，SMON对有故障CPU或实例进行实例恢复。SMON进程有规律地被呼醒，检查是否需要，或者其它进程发现需要时可以被调用。PMON进程监控：该进程在用户进程出现故障时执行进程恢复，负责清理内存储区和释放该进程所使用的资源。例：它要重置活动事务表的状态，释放封锁，将该故障的进程的ID从活动进程表中移去。PMON还周期地检查调度进程（DISPATCHER）和服务器进程的状态，如果已死，则重新启动（不包括有意删除的进程）。PMON有规律地被唤醒，检查是否需要，或者其它进程发现需要时可以被调用。RECO恢复进程：该进程是在具有分布式选项时所使用的一个进程，自动地解决在分布式事务中的故障。一个结点RECO后台进程自动地连接到包含有悬而未决的分布式事务的其它数据库中，RECO自动地解决所有的悬而不决的事务。任何相应于已处理的悬而不决的事务的行将从每一个数据库的悬挂事务表中删去。当一数据库服务器的RECO后台进程试图建立同一远程服务器的通信，如