Oracle體系結構概述與SQL解析剖析

Oracle服務器

是一個數據庫管理系統，它提供了一種全面、開放、集成的方法來管理信息。

Oracle服務器由Oracle數據庫和Oracle實例組成。

oracle數據庫軟件和Oracle數據庫軟件能夠分開存儲。oracle數據庫軟件通常存放在oralce服務器的本地硬盤上，而Oracle數據庫實例所對應的文件（.ctl、.log、.dbf）通常存放在存儲服務器上。

一個經常使用的冗餘結構以下圖所示：

​ 體系結構圖

​ 存儲服務器

實例和數據庫的關係

一個Oracle數據庫能夠對應多個數據庫實例。對於數據庫實例a、b，和數據庫db1，若是有1萬個用戶鏈接數據庫db1，則其中5千個用戶鏈接到實例a，5千個用戶鏈接到實例b（RAC技術）。

數據庫結構

Oracle內存結構

與Oracle相關聯的內存結構包括：

• 系統全局區(SGA)：由全部服務器進程後臺進程共享

• 程序全局區（PGA）： 專用於每個服務器進程或後臺進程，每個進程使用一個PGA。

SGA是包含了數據庫實例控制信息和數據的內存區。

其中，咱們須要着重關心的是共享池（Share Pool）和數據庫緩衝區高速緩存（Database buffer cache）。

SGA包含的數據結構：

• 共享池：緩存可在各個用戶之間共享的各個結構；（SQL語句以及對應的執行計劃）

• Streams 池：由Oracle Streams使用；

• 大型池：這是一個可選的區域，可爲某些大型進程（如Oeacle的備份和恢復操做、I/O服務器進程）提供大量內存分配；

• Java池：用於Java虛擬機（JVM）中特定會話的全部Java代碼和數據；

• 數據庫緩衝區高速緩存：緩存從數據庫檢索的數據塊

• 重作日誌緩衝區：高速緩存重作信息（用於實例恢復），直到能夠將其寫入磁盤中存儲的物理重作日誌

Oracle進程結構

對於每個用戶進程，oracle服務器都會創建一個與之對應的服務器進程。也就是說當前若是有100個用戶與oracle服務器進行鏈接，那麼，oracle將創建100個服務器進程來處理用戶鏈接。

Oracle實例管理

• 控制文件：記錄了各文件存放的位置以及當前的運行狀態；

• 數據文件：存放數據；

• 重作日誌文件：對數據文件全部的修改記錄；

• 系統監視器： 出現故障後，在啓動實例時執行崩潰恢復任務，對共享池中存在的內存碎片進行整理。

• 進程監視器： 用戶進程失敗時，執行進程清理任務；對sql process進行整理。

• 數據庫寫進程：將數據庫緩衝區高速緩存中修改後的的數據塊寫入數據文件；

• 日誌寫進程：

  ​ 觸發條件：

  • 當某個事務提交時
  • 當重作日誌緩衝區中變化的記錄超過1MB時
  • 當重作日誌緩衝區中所存的記錄已超過緩衝區容量的1/3
  • 在DBWR將數據庫高速緩衝區中修改過的數據塊寫到數據文件以前
  • 每3秒鐘

  歸檔進程： 發生日誌切換時將重作日誌文件複製到歸檔存儲器

  檢查點： 經過更新全部數據文件的和控制文件指出新的檢查點

Oracle數據庫服務器由Oracle數據庫和Oracle實例組成，Oracle實例由系統全局區SGA的內存結構和後臺進程組成。這些後臺進程能夠處理運行實例時所涉及到的大量後臺任務。

物理數據庫結構

SQL解析剖析

讀數據

1. 客戶端輸入SQL語句

2. SQL語句經過網絡到達數據庫實例

3. server process接收SQL語句

   3.1 判斷SQL在Shared Pool中是否存在緩存

   ​ a. 若是有，則在shared pool中找到對應的sql語句以及對應的執行計劃，而後再去執行

   ​ b. 執行3.1

   3.1 SQL解析成執行計劃，而後才能執行

   解析流程：

   ​ a. 判斷SQL語法是否存在問題

   ​ b. 判斷SQL對應的表、視圖是否存在

   ​ c. 判斷用戶是否有對應表、視圖的權限

   ​ d. 判斷如何執行（挑出最優的執行計劃做爲執行計劃，最費時間，耗費CPU，I/O資源）

   ​ e. 選擇最優執行方案生成執行計劃

   3.1 執行SQL

   SQL Process根據SQL語句對應的執行計劃，執行SQL，讀取高速緩存，若是緩存中存在數據，則將緩存中的數據返回給用戶，不然讀取dbf中的數據並將數據存入緩存，而後將數據返回給用戶。

   邏輯讀：從內存中讀取數據

   物理讀：從物理磁盤中讀取數據

緩存命中率： 命中率低必定有問題，命中率高不必定沒問題。

比起緩存命中率，咱們更關心每秒物理讀。

寫數據

sql process 將表讀到內存中，而後再對錶進行修改。Oracle數據庫對dbf文件的修改都會強日誌。

數據庫寫進程（DBWn）負責將修改後的數據寫入數據文件dbf。

日誌寫進程（LGWR）將日誌寫入日誌文件。

（單一職責原則）

軟解析和硬解析

軟解析： 從高速緩存中獲取執行計劃

硬解析：對SQL process接收到的SQL進行解析，判斷sql語法，查詢的表是否存在，是否有權限，判斷如何執行（挑出最優的執行計劃做爲執行計劃，最費時間，耗費CPU，I/O資源）；

SQL Process執行sql後，會將數據放入高速緩存，再由DBRn和LGER分別寫入數據文件dbf和日誌文件log。所以，對於用戶來講，數據庫響應快慢由SQL Process直接影響。哪怕DBRn和LOWR兩個進程再繁忙，用戶也是感覺不到的。

服務器進程和數據庫緩衝區高速緩衝

算法 ：使用最近最少使用算法管理緩衝區

高速緩衝區狀態

• 空閒或未使用：實例剛啓動，緩衝區爲空
• 已鏈接： SQL Process正在對內存中的數據進行讀寫操做。其餘會話正在等待
• 髒數據 ：緩衝中的數據和磁盤中的數據不一致（對緩衝中的數據進行了修改，可是尚未寫入磁盤）。須要先將髒數據寫入磁盤才能騰出緩衝區。
• 乾淨的 ：緩衝區已解除鏈接。若是沒有再次使用當前內容（數據塊），如今能夠考慮當即騰出緩衝區。此時，不是緩衝區中的數據快已經同磁盤中的數據保持同步，就是緩衝區中包含對數據快的讀取一致性快照。