零.概述：
oracle server由instance和database组成。
每当数据库（database）启动时，将在内存中分配SGA（system global area），并将一组oracle后台进程启动。
实例（instance）用于控制数据库，数据库用于为实例提供各种数据。

一组实例只能服务一个数据库，某些时候，一个数据库可以有多组实例。
这样的多实例结构，就是real application clusters（RAC）。

实例：由一组后台进程及在服务器中分配的共享区域。
数据库：基于磁盘的各类物理文件的集合。

一.数据库结构：

·逻辑存储结构：

    从小至大可排序为：数据块（block）、区（extent）、段（segment）、表空间（tablespace）。



数据块（block）：
      也叫logical blocks，oracle blocks，或者pages（摘自oracle 10g concept）
      是数据存储最小的逻辑单元，也是输入输出操作的最小单位。
      通过以下语句可以查询oracle标准块的大小。
        SQL> select name,value from v$parameter where name='db_block_size';

      block无论存储的是table、index、还是clustered data，其内部结构都相似。


      上图显示了block各个组成部分，其中包括：
Header （common and variable header）：包含块的物理地址，所属段的类型。
      Table Directory：存储数据表的相关信息。（？如果是非表块如何处理？）
      Row Directory：存储每个数据行片断（row piece）在行数据区中的地址。
      Free Space：剩余空间，用于新的数据行插入和更新。
                  如果一个block属于表或簇表的数据段，或属于索引的索引段，那么在其可用空间区中还可能会存储事务条目。
                    这样的数据块的数据行如果在执行DML访问时，数据块中就需要保存事务条目。
      Row Data：行数据包含了表或索引数据，行可以跨块（以后会提到行链接和行迁移）。
      其中header、table directory、row directory统称为Overhead，用于存放整个块的引导信息。

区（extent）：
      是oracle存储分配与回收的最小单位。
      当一个段已有的空间被用完之后，oracle将为该段分配新的区。


段（segment）：
      由一组区构成，
      包括数据段、索引段、临时段、回滚段。
      数据段：表数据段、索引表数据段、分区表数据段、聚簇数据段
      索引段：包括ROWID与索引键值
      临时段：当进行group by、order by、union、intersect、minus、distinct、create index时，
                若内存不足，则oracle将为这些操作分配临时段来保存产生的临时数据。
      回滚段：保存数据修改前的信息，可以用于事务回滚、数据库恢复、读一致性。
              根据使用者不同，还可以分为系统回滚段、非系统回滚段。

     表空间（tablespace）：

      一个数据库被分割到1到n个被称作表空间的逻辑存储单位。
      表空间可分为：system表空间、sysaux表空间、undo表空间、temporary表空间。
      也可以分为：大文件表空间（Bigfile tablespace）和小文件表空间（Smallfile tablespace）即默认创建的表空间。
      大文件表空间可以增强oracle数据库的存储能力，小文件表空间默认可以存放1024个datafile（10g数据）

      注：若无特殊说明（如bigfile tablespace），一般“表空间”就是“小文件表空间”。

      大文件表空间：
      大文件表空间只可用于locally managed，而且段只能为自动管理。
      但是对于撤销表和临时表而言，段为manually managed时，也可以使用大文件表空间。

      system表空间：
      用于存放系统内部表与数据字典。

      sysaux表空间：
      充当system表空间的辅助表空间，存储除数据字典之外的其他数据对象。

      undo表空间：
      只用于存储撤销信息，不可创建如表和索引等信息，一个数据库中可以有零到多个。
      当事务内的第一条DML执行时，当前使用的撤销表空间就回被分配一个撤销段和一个事务表。

      temporary表空间：
      如果system表空间是locally managed，在创建数据库时必须指定一个默认的临时表空间。
      如果system表空间是dictionary managed，且创建数据库时没有定义默认临时表空间，oracle则会将system表空间作为默认的临时存储空间。并且在alert.log中生成一条警告。

      表空间是逻辑存储单位，而实际上数据是存储在数据文件（datafile）中。
      下图是两者的关系：


      数据文件只能存在于一个表空间中，一个表空间可以存放多个数据文件。
      举个例子，一个最简单的数据库最少需要一个表空间和一个数据文件。

·物理存储结构：


Oracle 数据库由多种操作系统的物理文件组成。
其中主要包括：数据文件、控制文件、参数文件、重做日志文件、归档日志文件、口令文件、跟踪文件、警告文件。


      数据文件：（.dbf）
      用于存放用户应用程序数据和oracle系统内部数据的文件。
      创建表空间时，同时会创建数据文件，在创建表，索引，簇等数据库对象时，但无法指定用哪个数据文件存放。

      控制文件：（.ctl）
      是一种二进制文件，在数据库实例开启的时候，控制文件必须可写，如果控制文件无法被访问，数据库也将无法工作。
        用于存放数据库名及其创建日期，数据文件、日志文件的名称和位置、表空间信息、脱机的数据文件、日志历史信息、当前日志文件序列号、数据库检查点、系统更改号、归档当前信息、回滚段的起止、备份集和备份块等。
        每当添加、重命名或者移除数据文件或重做日志文件时，控制文件就会被更新以反映这些数据库物理结构变化，目的是：oracle可以借此在数据库启动时识别打开的数据库文件和重做日志文件，也可以在恢复数据库时识别当前可用及需要恢复的文件。
        因此，每次更改物理结构时（alter database），如添加一个数据文件，一定要备份控制文件，同时更新备份文件。
        此外，数据库恢复（database recovery）时也要用到控制文件。
至少需要一个控制文件，否则实例无法启动。

      重做日志文件：（.log）
      记录数据库发生过的更改信息，如修改，添加，删除及由oracle内部行为而引起数据库变化的操作。
      如果某种故障导致无法将修改过的数据永久的写入数据文件，那么这些修改内容可以从重做日志中获得。
      每个oracle数据库都有两个或更多的重做日志文件。

      归档日志文件：（.log)
        oracle将在重做日志文件被覆盖之前，将其内容保存至指定位置，被保存的重做日志集合称为“归档日志文件”。
      可以通过
      SQL> select name,log_mode from v$database;来查询归档情况。

      服务器参数文件：（.ora）
      参数文件包含了数据库与实例的配置参数列表，在安装oracle DB的时候会自动创建，文件名为SPFILEsid.ora
      spfile为二进制文件，为动态的，被修改的参数可立即生效。

      口令文件（密码文件）：
      用于验证sysdba权限的二进制文件，当远程用户以sysdba或sysoper连接时，将用该文件验证。
      该文件会在创建实例的时候自动创建。

警告文件（.log）：
      即警告日志文件，为文本文件，记录运行信息与错误信息。
      运行信息：oracle实例的祁东和关闭，建立表空间，增加数据文件等。
      错误信息：如空间扩展失败，启动实例失败等。
      查询路径：
      SQL> select name,value from v$parameter where name = 'background_dump_dest';

      跟踪文件（.trc）：
      包括后台跟踪文件与用户进程跟踪文件，
      后台进程跟踪文件：用于记录后台经常的警告或错误信息。命名格式为__.trc。
      用户进程跟踪文件：用于记录与用户进程的相关信息，用于跟踪sql语句，用于判断sql预计执行性能，由user_dump_dest确认，命名格式为_ora_.trc。
查询路径：
      SQL> select value from v$parameter where name = 'background_dump_dest';
      或者改为'user_dump_dest';



二.实例结构：

·内存（SGA&PGA）：

            Oracle在内存中存储以下信息：
          程序代码、已连接的会话信息、程序执行过程中所需的信息、需要在oracle进程间共享并进行通信的信息、以及缓存。

          其中基本的内存结构包括SGA与PGA：


          SGA（System global area）：
          此区域由所有的服务器进程和后台进程共享。
主要包括了database buffer cache、redo log buffer、shared pool、large pool、java pool、streams pool。

          buffer cache：
          存放oracle最近访问过的数据块（缓冲块），若请求数据在缓冲区中，oracle便直接读取出来并返回给用户，否则服务器进程将数据从磁盘的数据文件中读出，存入缓冲区；
          最常访问的数据块将放置到缓冲区前端，反之放入后端，缓冲区填满时，会挤掉不常被访问的块、

脏数据块：存放着已被修改过的数据，等待被写入到数据文件，当某缓冲块中的数据被修改后，这些块被标记为“脏”。
          空闲缓存块：等待被从数据文件中读取的数据读满。
          保留缓存块（命中）：包含正被用户访问的数据块和明确保留以作为将来使用的数据块。

          redo log buffer：
          日志信息在写入重做日志文件前，首先存放到redo log buffer中，再由LGWR写入文件，缓冲区大小由log_buffer决定，可以在实例启动后修改该参数，较大的缓冲区能减少redo log file的I/O次数。

          shared pool：
          用于缓存SQL语句、数据字典、PL/SQL语句，资源所，字符集及其他控制结构。
          库高速缓冲区（又分为共享SQL区与私有SQL区）：
              共享SQL区存放SQL于PL/SQL语句的语法分析结果和执行计划。
              私有SQL区存放绑定变量，环境和会话等信息，属于某用户所私有的。
          数据字典缓冲区：
              存放oracle系统内部所需要的数据字典，如用户名，数据对象等。

            large pool：
非必须结构，特殊情况时用于减轻共享池的压力：
              当使用恢复管理器进行备份和恢复操作时；
              使用I/O slave仿真异步I/O功能时；
              执行大量排序操作的SQL语句时；
              当使用并行查询时，大型池作为并行查询进程被彼此交换信息的地方；
          大小由large_pool_size决定。

          java池：
          用来提供内存给java虚拟机用，用于支持在数据库中运行java程序包，大小由java_pool_size决定。

          streams池：
          用于数据库与数据库之间进行数据共享，若没用到oracle流，则不需设置流池，大小由streams_pool_size决定。



·后台进程：

              是一组运行于oracle服务器端的后台程序，是实例的重要组成部分。
          其中SMON、PMON、DBWR、LGWR和CKPT必须正常启动。
            DBWR（数据写入进程）：
          将数据告诉缓冲区中的脏数据写入数据文件的进程。
          发生的三种情况：
              在database buffer cache中没有找到足够的空闲缓冲块时；
              在CKPT进程启动后；
              在“脏”数据库在database buffer cache中存放超过3秒时；
          可修改spfile的db_writer_processes来允许多个DBWR，但DBWR数量不应超过CPU数量。

          CKPT（检查点进程）：
          可视为一个事件，作用就是执行检查点，目的为减少崩溃恢复时间。
            通过修改spfile的checkpoint_process参数为true来启动。

          LGWR（日志写入进程）：
          将redo log buffer中的重做记录写入重做日志文件中。
          发生的三种情况：
              发生提交时；
              redo log buffer的信息满1/3时；
              日志信息存放超过3秒时；

          ARCH（归档进程）：
          将已写满的重做日志文件复制到归档日志文件中（归档模式中）。
          可通过修改log_archive_max_processes启动多个ARCH从而提高归档写磁盘的速度。

          SMON（系统监控进程）：
          用于在实例启动时负责对数据库进行恢复，回收不再使用的临时空间，将各个表的空间碎片合并。

          PMON（进程监控进程）：
          用于在进程启动失败或未响应时，清除此类进程，并释放所占用的资源。

          LCKn（锁定进程）：
          用于在并行服务器模式下，实例间的封锁。

          RECO（恢复进程）：
          用于分布式数据库环境，解决数据不一致，进行恢复工作。

        Dnnn（调度进程）：
          在共享服务器模式下（多线程）使用。

          SNPn（快照进程）：
          用户处理数据库快照的自动刷新，并通过DMBS_JOB包运行预定的数据库存储过程。

            查询当前实例进程的信息：
          SQL> select name,description from v$bgprocess;


三.其他：

·其他进程：


            用户进程：
指那些可以产生或执行SQL语句的应用程序。
              连接：指用户进程与实例之间建立的通信路径，通过操作系统上相关通信机制或者网络连接来实现。
              会话：指用户进程与实例之间建立连接后形成的用户与实例间的交互方式，在用户连接的过程中，会话始终存在，直到用户断开连接或终止应用程序。

          服务器进程：
              解析并执行SQL与PL/SQL；
                在database buffer cache中搜索用户进程所需要的数据，若不在，则需从硬盘的数据文件中读取至缓冲区；
              将执行结果返回给用户进程；

四.附录：

原创，参考自官方文档。

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