Oracle 体系结构 – 逻辑和物理存储结构之间的关系

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Oracle 数据库从物理存储中完全抽象出逻辑存储。逻辑数据存储采用“段”的形式。段的类型有很多种：典型的段是“表”。这些段以物理形式存储在数据文件中。通过表空间将逻辑存储从物理存储中抽象出来。逻辑结构和物理结构及其定义之间的关联在数据字典中定义。

物理数据库结构

Oracle 数据库包括三类文件，以及其他几种数据库之外（或者说是可选的）的文件。必需的文件是控制文件（control file）、联机重做日志文件（online redo

log file）和数据文件（data file）。通常所说的外部文件（还有一些事高级选项需要的）是初始化文件、口令文件、归档重做日志文件以及日志和追踪文件。

控制文件

控制文件包含指向数据库其余部分的指针：联机重做日志文件和数据文件的位置，以及更新的归档日志文件（如果数据库处于归档日志模式）的位置。它还存储这维护数据库完整性所需的信息：例如各种重要的序列号和时间戳。例如，如果将恢复管理器工具用于备份，则控制文件也将存储这些备份的详细信息。控制文件的大小通常不过数 MB，却起着至关重要的作用。

不必考虑使控制文件的多路副本保持同步，Oracle 将做好这一切。维护工作将自动完成，只需要控制要制作多少副本，以及要将副本放于何处即可。如果创建数据库时设置的副本数量或位置有误，就可以在后期添加或删除副本，或移动它们，但要注意，执行任何此类工作都需要停机，因此，最好还是一开始就设置好。如果任何控制文件副本受损，数据库实例将立即终止。Oracle 不允许使用控制文件数量低于要求的数据库。

联机重做日志文件

重做日志按时间顺序存储应用于数据库的一连串的变更向量。其中仅包含重建（或重做）所有已完成工作的最少限度的信息。如果数据文件（或整个数据库）受损，则可以将这些变更向量应用于数据文件备份来重做工作，将它们恢复到发生故障的那一刻前的状态。重做日志包含两类文件：联机重做日志文件（必需的）和归档日志文件（可选的）。

每个数据库至少有两个联机重做日志文件，但与控制文件一样，优秀的 DBA 总是为每个联机重做日志文件创建多个副本。联机重做日志包含多组联机重做日志文件，每个文件都称为一个成员。Oracle 数据库至少需要两个组，其中每个组知道有一个成员在运行。处于性能考虑，可以创建两个以上的组，出于安全起见，每组要有多个成员。

其中一个组是当前组：LGWR 将更改写入当前联机重做日志文件。当用户会话更新数据库缓冲区缓存中的数据时，也将尽可能少的变更向量写出到重做日志缓冲区。LGWR 将此缓冲区不断转储到当前联机重做日志文件组中的文件。日志文件的大小固定不变，因此，当前组中文件最终会被写满。此时，LGWR 将执行称为“日志切换”的操作。这使第二个组称为当前组，并开始执行写入。如果数据库配置得当 ARCn 进程将归档（实际上是备份）第一个组中的日志文件成员。当第二个组变满时，LGWR 将再切换回第一个组，使第一个组成为当前组，并重写其内容。ARCn 将接着归档第二个组。这样，联机重做日志文件组（及其成员）将被循环使用，而每次日志切换将生成归档重做日志文件。

与控制文件一样，如果每组具有多个成员（事实也应当如此），那么仍然不必担心保持这些成员同步的问题。LGWR 能够确保对所有成员进程并行写操作，从而使这些成员完全相同。如果丢失某个组的一个成员，只要还存在其他成员，数据库仍然能够继续运行。

联机重做日志文件组的大小与数量涉及调整问题。通常，我们应当选择与预期活动数相适应的大小。至少为 50MB，但某些活动数特别多的数据库需要将此数值提高到数 GB，否则，每过几分钟，文件就会变慢。就十分忙碌的数据库而言，每秒钟可生成数 MB 的重做数据，就基本处于静态的数据库而言，每小时也不过生成数 MB 的重做数据。每个联机重做日志组的成员数量取决于适当的容错级别，也依照住址标准中的文档记录而定。不过，不必再数据库创建阶段担心这个问题。在稍后的任意时间，都能够移动、添加或删除联机重做日志文件，并且可以任意创建不同大小的联机重做日志文件。上述操作都可以在不停机的情况下“联机”执行，因此对于最终用户来说是透明的。

数据文件

在数据库创建阶段，至少必须创建两个数据文件。一个用于 SYSTEM 表空间（存储数据字典），一个用于 SYSAUX 表空间（存储数据字典的辅助数据），一个用于 UNDO 表空间（存储保护事务所需的撤销段）。

数据文件是数据的存储仓库。数据文件的大小与数量实际上是不受限制。其大小只受操作系统和硬件功能的限制。

数据文件是系统管理员可以看见的物理结构。从逻辑上讲，它们是段（包含编程人员可以看到的用户数据的段，以及构成数据字典的段）的储存库。“段（segment）”是数据的存储结构，典型的段是表和索引。在数据库的生命周期内，可以随时重命名、移动、添加或删除数据文件，也可以重设其大小。对某些数据文件执行某些操作时，将产生停机时间。

在操作系统级别看，数据文件由多个操作系统块组成。在内部，将数据文件的格式设置为 Oracle“块（block）”。在每个数据文件中，这些块连续编号。在创建数据文件时，块大小固定不变，在大多数环境中，整个数据库的块大小都是一样的。块大小设计调整问题，大小范围是 2KB 到 32KB（收到平台的限制）。Oracle 块大小与操作系统的块大小不存在任何关联。

块中存在头部分和数据区域，还可能有一些空闲空间。头部分包含诸如行目录的信息，行目录列出块中行数据区域中的位置（如果将相应的块用于表段），还包含行锁定信息（如果有事务或几个事务正在处理块中的行）。数据区域包含行本身，如行（如果是表段的一部分）或索引键（如果块是索引段的一部分）。

服务器进程对数据文件执行读操作，而 DBWn 对数据文件执行写操作。

其他数据库文件

这些文件位于数据库之外。在实际中，它们都是必需的，但雅阁地将，它们并不是数据库的一部分。

• 实例参数文件（Instance Parameter File）当启动 Oracle 实例时，SGA 结构会根据此参数文件的设置内置到内存，后台进程会据此启动。这是启动实例所需的唯一文件。其中的参数有数百个，但只有一个是必需的，它就是 DB_NAME 参数。其他多有参数都有默认值。因此说，此参数文件可以很小，但必须存在。
• 口令文件（Password File）用户用过提交用户名和口令来建立对话。Oracle 服务器根据存储在数据字典的用户定义对用户名和口令进行验证。数据字典是数据库中的一组表，如果未打开数据库，将无法对其进行访问。有时，需要在使用数据字典前对用户进行身份验证：在需要启动数据库时或创建数据库时。外部口令文件是完成此任务的一种方式。它包含存在于数据字典之外的少量用户名和口令（通常少于 6 个），这些用于在使用数据字典前连接到实例。
• 归档重做日志文件（Archive Redo Log Files）当联机重做日志文件变满时，ARCn 进程会将联机重做日志文件从数据库复制到归档日志文件中。在完成后，归档日志就不再是数据库的一部分，因为它不是连续的数据库操作所必需的。但是，如果需要还原数据文件备份，它将起到重要的作用。Oracle 提供了用于管理归档重做日志文件的功能。
• 警报日志和跟踪文件（Alert Log and Trace Files）警报日志是影响视力和数据库的某些重要操作的相关消息的连续流。并非所有事项都予以记录：只记录认为确实重要的事件，例如启动和关闭、更改数据库的物理结构和更改控制实例的参数。后台进程会在检测到错误条件时生成跟踪文件，有时也用于报告特定事件。

逻辑数据库结构

Oracle 使用术语“段”来描述任何包含数据的结构。典型的段是包含数据行的表，但是 Oracle 数据库包含十多种段类型。其中最引人关注的表段、索引段和撤销段。Oracle 通过表空间（tablespace）方式，将逻辑存储从物理存储中抽象出来。表空间在逻辑上是一个或多个段的集合，在物理上是一个或多个数据文件的集合。如果使用“关系分析”术语，则段和数据文件之间存在多对多关系：可以将一个表分布在多个数据文件中，而一个数据文件也可能包含多个表的一部分。Oracle 通过在段和文件之间插���表空间实体，解决这种多对多关系的问题。

必须在创建数据库时创建 SYSAUX 表空间。如果未予指定，将创建默认的 SYSAUX 表空间。

段由多个块组成。数据文件的格式被设置为多个块，随着块的增加，这些块被分配给段。由于每次管理一个块的空间过于耗时，又将块分组为区间（extent）。区间是数据文件中编号连续的一系列块，通过为段新添区间，段将扩大。这些区间不必相邻，即使在同一数据文件中，也是如此。它们可以来自作为段所在表空间一部分的任何数据文件。

从逻辑上讲，一个表空间可以包含多个段，每个段可以包含多个区间。区间是一组 Oracle 块。从物理上界量，数据文件由多个操作系统块（由操作系统正在使用的文件系统所分配）组成。连接模型的两端的关系显示一个表空间可以包含多个数据文件，从最低级别看，一个 Oracle 块将包含多个操作系统块。

 数据字典

数据字典包含从逻辑上和物理上描述数据库及其内容的元数据。用户定义、安全信息、完整性约束和性能监视信息都是数据字典的一部分。元数据作为一组段存储在 SYSTEM 和 SYSAUX 表空间中。

从很多方面讲，构成数据字典的段与其他的段很相似。关键区别在于：数据字典表在创建数据库时生成，你无权直接访问它们。Oracle 提供了一组视图来查询字典。视图有四种形式：带有前缀 CDB_、DBA_、ALL_和 USER_。任何带有前缀 USER_的视图将描述查询视图的用户拥有的对象。任何带有前缀 ALL_的视图将显示描述您有权访问的对象的行。因此 ALL_TABLES 将显示描述你的表的行，以及描述已经授权你查看的任何人的表的行。任何带有前缀 DBA_的视图将显示数据库中每个对象的行，因此，DBA_TABLES 拥有数据库中每个表对应的行。CDB 视图与 DBA 视图相同，除非在多租户数据库中工作。在创建数据库的过程中，将创建这些视图，还会创建大量由 Oracle 提供的 PL/SQL 包来帮助数据库管理员管理数据库，帮助编程人员开发应用程序。PL/SQL 代码也存储在数据字典中。

表空间和数据文件之间的关联在数据库控制文件中维护。其中列出多有数据文件，致命其所属的表空间。如果没有控制文件，实例就无法找到数据文件，然后识别组成 SYSTEM 表空间的文件。只有打开 SYSTEM 表空间时，实例才可能访问数据字典，才可能打开数据库。

更多 Oracle 相关信息见 Oracle 专题页面 https://www.linuxidc.com/topicnews.aspx?tid=12

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