实验1 oracle 10g体系结构介绍.ppt

,第1章Oracle10g体系结构介绍,资源与环境科学学院,主要内容,1.1引言,1.2Oracle10g的体系结构,资源与环境科学学院,1.1.3Oracle网络配置方案及数据库服务器的配置方案简介,1.1引言,1.1.1Oracle10g是什么,1.1.2Oracle与其他数据库的比较,1.1.4必备的数据库基础,资源与环境科学学院,1.1.1Oracle10g是什么,Oracle10g是一整套网络数据库应用解决方案的总称。包括oracle10g数据库、数据库主要备选组件和其他产品系列。,Oracle10g数据库,这里所指的数据库即OracleDatabase10gRelease2（10.2.0），主要用于存储和处理数据。,资源与环境科学学院,Oracle10g数据库有4种版本。1、企业版：面向企业级应用，主要用于构建安全的、可靠的、大容量的互联网应用数据库和数据仓库。2、标准版：面向工作组、部门级应用，为互联网/内联网应用程序提供了前所未有的易用性和很高的性价比。从针对小型商务的单服务环境到大型的分布式部门环境，包含了构建关键商务的应用程序所必需的全部工具。3、个人版：是全功能单用户版本，面向开发技术人员。4、定制：允许用户选择要安装的组件，需要用户非常熟悉Oracle的组成。,资源与环境科学学院,Oracle10g数据库主要备选组件,Oracle10g数据库的4种版本可以基本满足不同用户的需求，如果用户还有其他特殊需求，还可以选择一些备选组件。1、Oracle真正应用集群：通过集群技术使多个互连的计算机资源集成并共享，允许从集群化系统配置的多个节点访问单个数据库，使应用程序和数据库用户不受硬件和软件故障的影响，同时提供了随硬件环境而扩展的高性能。2、Oracle分区：为大型的底层数据库表和索引增加了重要的可管理性、可用性、和性能，从而为OLTP、数据中心和数据仓库应用程序增强了数据管理环境。3、Oracle高级安全性：为Oracle数据库提供了网络加密和一整套功能强大的验证服务。4、Oracle标签安全性：为详细的访问控制提供了先进和灵活的基于行标签的安全性。5、OracleOLAP:是一个可伸缩、高性能的计算引擎，为开发分析应用程序提供了完全集成的管理。OLAP完全集成在数据库中，并提供了一整套分析功能。,资源与环境科学学院,6、Oracle数据挖掘：允许用户构建高级商务智能应用程序，能够挖掘企业数据库，洞察新的问题，并将这些信息集成到商务应用程序中。7、Oracle空间数据库（OracleSpatial）:一种不需要中间接口而直接使用数据库系统来存储和管理空间数据的空间数据库组件。通过对象-关系模式来进行空间数据的存储，把所有空间要素对象化，将空间几何数据和属性数据一同存储在数据库中，并且每一个空间对象对应数据库中的一行，根据相关数据的空间关系进行数据分析。允许用户和应用程序开发人员将他们的空间数据紧密集成到企业级应用中。供应商的工具和应用软件能够直接从Oracle数据库访问空间数据，从而提供互操作性并使成本最低。,Oracle10g其他产品系列,除了数据库组件外，Oracle10g还提供了丰富的其他产品系列：,资源与环境科学学院,1、Oracle10g开发套件（OracleDeveloperSuite）：提供了完整的集成开发环境，可完成从概念设计、逻辑设计和物理设计的全过程。2、Oracle10g应用服务器（Oracle10gApplicationServer）:为开发、集成和配置企业应用程序和Web服务提供了全面的解决方案。它基于功能强大的J2EE服务器，提供完整的商务集成和智能组件。3、Oracle10g协作套件（OracleCollaborationSuite）：是第一个利用了关系数据库来降低硬件、软件和管理成本，从而安全、可靠且经济高效地简化业务通信并整合信息的产品。4、Oracle10g应用程序（Oracle10gApplications）：Oracle提供了丰富的应用程序，包括财务管理、人力资源管理、项目管理等。,资源与环境科学学院,1.1.2Oracle与其他数据库的比较,1、操作系统平台比较,Oracle：能在所有主流的操作系统平台（Windows，Linux，Unix，Solaris）上运行，支持所有的工业标准，完全开放，使客户可以选择最适宜的解决方案。SQLServer：只能在Windows操作系统上运行，Windows平台的可靠性、安全性和伸缩性逊于Unix等，所以在处理大数据量的关键业务时，Oracle是不二之选。DB2(IBM开发的一种分布式数据库解决方案，即大型关系型数据库平台）：能在所有主流平台上运行，最适于海量数据。,资源与环境科学学院,2、可伸缩性比较,Oracle：提供了RAC的高可用性和高伸缩性的集群解决方案。SQLServer：很难处理日益增多的用户数和数据量，伸缩性有限。DB2：具有很好的并行性。它把数据库管理扩充到了并行的、多节点的环境，支持数据库分区技术。,3、安全性比较,Oracle：获得最高认证级别的ISO标准认证。SQLServer：没有获得任何安全证书。DB2：获得最高认证级别的ISO标准认证。,资源与环境科学学院,Oracle：性能最高，保持Windows操作系统下的TPC-D和TPC-C的世界记录。TPC是事务处理委员会，一个专门对数据库性能进行测试的机构。SQLServer：多用户时性能不佳。DB2：适用于数据仓库和OLTP（联机事务处理）性能较高。,4、性能比较,5、编程模式比较,Oracle：多层次网络计算，支持多种工业标准，可以用ODBC，JDBC，OCI等网络接口连接服务器。SQLServer：只支持Windows客户机，可以用ADO，DAO，OLEDB，ODBC网络接口连接服务器。DB2：跨平台，多层结构，支持ODBC，JDBC等网络接口连接服务器。,资源与环境科学学院,网络数据库配置主要有二种模式：C/S模式：客户机/服务器（Client/Server，C/S）模式，两层结构，又称胖客户机模式,其原理如图1所示。,数据库管理系统+数据库,数据库应用系统,Internet/Intranet,数据库服务器,客户机,图1-1C/S模式,1.1.3Oracle网络配置方案及数据库服务器的配置方案简介,资源与环境科学学院,基于C/S模式的网络数据库在前端计算机上安装专门的应用程序来操作后台数据库服务器中的数据，前端应用程序可以完成计算和接收处理数据的工作，后台数据库服务器主要完成数据的管理工作。C/S模式的优点是速度较快、功能完备，缺点是维护升级很不方便，主要是基于行业的数据库应用，如股票接收系统，邮局汇款系统等。由于有多个系统，在每个客户机上就要安装多个前端客户程序，因此这种模式也被称为胖客户机模式。,C/S/S模式：也可以称为浏览器/服务器（Browser/Server）模式，三层结构，或瘦客户机模式,其原理如图所示。,Internet/Intranet,客户机,数据库服务器,数据库管理系统+数据库,Web服务器,Web服务器软件,IE浏览器,图1-2C/S/S模式,应用服务器,资源与环境科学学院,基于C/S/S模式的Web网络数据库应用模式主要用于浏览、查询Internet/Intranet信息，受目前技术条件的限制，其功能较弱。但由于面向的是不特定的用户，客户机无须维护和升级。例子如互联网上订票、购物等使用的数据库系统，这也是目前开展电子商务应用的常用模式。,Oracle数据库服务器的配置方案：在安装、部署Oracle10g数据库软件前，根据不同硬件平台和操作系统平台可以采取不同的配置方案。,单磁盘独立主机结构,多磁盘、镜像独立主机结构,多数据库独立主机结构,集群主机结构,资源与环境科学学院,1.1.4必备的数据库基础,1、数据库系统：数据库系统简称为DBS（DataBaseSystem），是实现有组织地、动态地存储和管理大量的关联的数据，支持多用户访问的软、硬件资源和相关技术人员的系统，如图所示：,用户,应用程序1,应用程序n,应用程序2,数据库应用开发人员,数据库管理系统,数据库,数据库管理员,图1-6数据库系统,资源与环境科学学院,2、数据库管理系统：数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，DBMS），是数据库建立、使用、维护和配置的软件系统，是位于操作系统和数据库应用系统之间的数据库管理软件，是数据库系统的基础。DBMS主要功能如下：,数据定义功能：用户可通过DBMS提供的DDL（DataDefinitionLanguage，数据定义语言）对数据库中的数据对象进行定义。,数据操纵功能：用户可通过DBMS提供的DML（DataManipulationLanguage，数据操纵语言）实现对数据库的查询、录入、删除和修改等操作。,数据库的运行管理：DBMS统一管理和控制数据库的建立、运转、和维护，保证数据的安全性、完整性、并发控制和备份与恢复。,数据库的建立与维护：DBMS提供一些实用程序，完成数据库的初始化、数据的转换、存储、数据库的重新组织、性能监控和分析等。,资源与环境科学学院,3、数据库应用系统：数据库应用系统指的是为满足用户需求，采用各种应用开发工具（如VB、VC、PB和Delphi等）和开发技术开发的数据库应用软件。,4、数据库系统相关人员：主要包括：数据库管理员：简称DBA，负责全面管理数据库系统。其主要职责包括设计数据的信息内容和结构、决定数据库的存储结构和存取策略、定义数据库的安全性要求和完整性约束条件、监控数据库的使用的运行情况、改进和重组数据库等。应用程序设计人员：开发数据库应用系统的人员，可以使用数据库管理的一些功能。最终用户：使用数据库应用系统的人员。,资源与环境科学学院,5、数据模型：数据模型是描述数据、数据之间的联系、数据的语义、数据一致性约束的概念性工具的集合。常见的有以下三种模型：,层次模型：最早的数据模型用树状结构描述数据，比如，家族的成员结构、一个部门自上而下的权利机构等。网状模型：描述的数据犹如网上的节点，相互之间可以建立联系，没有层次结构自上而下的限制，但是其定义语言极其复杂，数据的独立性较差。关系模型：以二维表来描述数据，每个表有多个字段列和记录行。每个字段列有固定的属性（数字、字符、日期等）且长度固定。关系模型数据结构简单、清晰，具有很高的数据独立性，因此是目前主流的数据库数据模型。,资源与环境科学学院,6、关系型数据库：关系型数据库的理论基础是关系模型。关系模型的核心是以二维表来表示数据。一个关系型数据库包含若干个二维的表格。每个表格又包括若干个表行和表列。一个完整的表行称为记录，一个表列称为字段。而表又被称为关系，这就是关系型数据库中关系的核心含义。在一个关系型数据库中，表可以描述为：表名（字段1，字段2，字段3，字段n）。例如，身份证表（身份证号码，姓名，住址，颁证机关等）。见表1-1,表1-1身份证表,资源与环境科学学院,1.2Oracle10g的体系结构,从可观察的体系结构上讲，完整的Oracle数据库包括数据库（DB）及其专门用来管理它的数据库管理系统（DBMS）两大部分。分别对应的是存储结构和软件结构。,1.2.1存储结构,分为逻辑存储结构和物理存储结构。逻辑存储结构由Oracle数据库定义、创建和管理，从逻辑的角度描述Oracle数据库的内部存储结构，在操作系统中无法找到逻辑存储结构，但可通过查询Oracle数据库的数据字典，找到逻辑结构描述。逻辑结构是Oracle数据库管理数据的技术方案，比物理存储结构更高一层，许多初始化参数都是针对逻辑结构来定义的。,资源与环境科学学院,Oracle数据库,表空间,表空间,表空间,表,索引,视图,数据段,数据段,索引段,临时段,回滚段,数据区间,数据区间,数据块,数据块,数据库,表空间,逻辑对象,数据段,数据区间,数据块,资源与环境科学学院,物理存储结构物理存储结构是现实的数据存储单元，对应于操作系统文件，包括控制文件、数据文件和重做日志文件。跟Oracle数据库有关，但从技术上看，不属于Oracle数据库的附件文件有密码文件（PWD.ora）、参数文件（SPFILE.ora）和归档重做日志文件。,Oracle数据库,数据文件,控制文件,重做日志文件,物理块,物理块,物理块,数据库,物理文件,物理块,资源与环境科学学院,数据库（Database）,表空间（Tablespace）,段（Segment）,区（Extent）,数据块（DataBlock）,逻辑结构,物理结构,大,小,存储粒度,数据文件,控制文件,物理块（OS块）,图Oracle10g数据库层次结构图,重做日志文件,资源与环境科学学院,逻辑上表空间和物理上的数据文件，二者之间是什么关系呢？表空间是最大的逻辑单位。一个表空间在物理上对应于若干个数据文件，一个数据文件只能属于一个表空间。任何数据库对象（数据）被逻辑地存储在表空间中（物理地存储在数据文件中）。数据文件的大小决定了表空间的大小。当数据文件存储的数据量增大，数据文件会自动增大，但删除其中数据时，数据文件不会缩小，而是有更多的空闲区。,控制文件是一个很小的，但很关键的二进制文件，对数据库的成功启动和正常运行至关重要，因为它存储了如下关键信息：数据库名称,资源与环境科学学院,数据文件和重做日志文件的名称、位置、联机/脱机状态和大小。发生磁盘故障或用户错误时，用于恢复数据库的信息（日志序列号、检查点）。,重做日志文件（redofile）为什么需要重做日志文件？当用户对数据进行修改时，Oracle实际上是在内存中修改数据，过一段时间再集中把内存中的修改结果成批写到数据文件中，这样做是为了提高性能，因为内存的速度要比硬盘快很多。但如果在将内存中的修改结果写入到数据文件之前发生故障，导致计算机或数据库崩溃，那么这些修改结果将丢失！,资源与环境科学学院,为了保证数据不丢失，需要一种机制，时刻保存这些修改结果，以便在发生故障后，能重现当时的数据操作（重现事务所需信息），进行数据库恢复。重做日志文件就是用来随时保存这些修改结果，即Oracle随时将内存中的修改结果保存到重做日志文件中。“随时”表示在将修改结果写入数据文件之前，可能已经分多次写入重做日志文件了。因此，即使发生数据库崩溃，oracle也可以利用重做日志文件中的信息来恢复丢失的数据。Oracle是以循环方式来使用重做日志文件的，所以每个数据库至少需要2个重做日志文件。当第一个写满后，后台进程LGWR（日志写进程）开始写入第二个重做日志文件，循环往复。如想保留所有的重做日志文件信息，可以启用自动归档功能，将即将被覆盖的重做日志文件中的内容存储到另外的归档文件中，以便不丢失任何重做日志，得以恢复任何数据！,资源与环境科学学院,其他文件：包括参数文件、口令文件、归档重做日志文件和后台进程跟踪文件等。参数文件即初始化参数文件，用于存储SGA、可选的Oracle特性和后台进程的配置参数。从oracle9i开始，有两种类型：文本参数文件（pfile）和二进制服务器参数文件（SPFILE）。二者作用相同，可以使用其中之一来配置例程和数据库选项。文本参数文件可以使用文本编辑器编辑，而服务器参数文件不能直接用文本编辑器编辑，否则会破坏二进制文件结构。口令文件（passwordfile）为二进制文件，用于验证特权用户。即验证具有SYSOPER或SYSDBA权限的特殊数据库用户，这些用户可以启动例程、关闭例程、创建数据库、执行备份恢复等操作。命名格式为PWD.ora。例如,资源与环境科学学院,d:oracleproduct10.2.0db_1databasePWDorcl.ora预警文件（alertfile）预警文件按时间顺序记录了由服务器进程、后台进程（DBWn、LGWR）写入的消息和错误。查看预警文件就可以知道是否有Oracle内部错误、块损坏错误，以及非默认的初始化参数，还可以监视特权用户的操作，监视数据库物理结构的变化，如创建新表空间、数据文件等。预警文件的位置由初始化参数background_dump_dest确定。命名格式为alert_.log。后台进程跟踪文件用来记录后台进程的警告或错误信息。位置由background_dump_dest确定。命名格式为_.trc，,资源与环境科学学院,归档日志文件非活动的重做日志文件的备份。通过使用归档日志文件，可以保留所有重做历史记录。监听程序日志文件、跟踪文件记录监听程序的启动时间、正在监听的端口、正运行在哪台计算机上、已经建立了哪些连接等信息。其默认位置是%ORACLE_HOME%NETWORKlog，命名格式为listenerX.log。其中listenerX为监听程序名称。,资源与环境科学学院,1.2.2软件结构,Oracle数据库服务器主要由两部分组成：物理数据库和数据库管理系统。物理数据库是保存数据的物理存储设备。而数据库管理系统是用户与物理数据库之间的一个中间层，是个软件层，具有一定的结构。软件结构又称为“例程结构”，在启动数据库时，Oracle首先要在内存中获取、划分、保留各种用途的区域（表现为一定的结构）、运行各种用途的后台进程，即创建一个例程（instance），然后再由该例程加载（mount）、打开（open）数据库，最后由这个例程访问和控制数据库的各种物理结构，以便执行用户的SQL语句、调整数据库的性能。当用户连接到数据库、使用数据库时，实际上是连接到该数据库的例程，通过例程来连接、使用数据库。所以例程是用户和数据库之间的一个中间层。,资源与环境科学学院,例程和数据库是有很大区别的。这里的数据库主要指用于存储数据的物理结构，总是实际存在的；而例程则是由操作系统的内存结构和一系列进程所组成，可以启动和关闭。一台计算机上可以创建多个Oracle数据库，当同时要使用这些数据库时，就要创建多个例程。为了不使这些例程相混淆，每个例程都要用称为SID（SystemIdentify，系统标识符）的符号来区分，即创建这些数据库时填写的数据库SID。软件结构由内存结构和进程结构组成，如图所示：,资源与环境科学学院,SGA（SystemGlobalArea，系统全局区）,默认缓存池,再生缓存池,保持缓存池,数据高速缓存,重做日志高速缓存,共享池,数据字典缓存区,其他控制结构区,库缓存区,共享SQL区,私有SQL区,排序区,PL/SQL过程与包区,锁与其他控制结构区,Java池,大池,软件代码区（SoftCodeArea）,PGA（ProgramGlobalArea，程序全局区）,会话区,游标状态区,堆栈区,排序区,私有SQL区,内存结构,进程结构,BackgroundProcesses后台进程,SMON,PMON,DBWn,LGWR,CKPT,ARCn,RECO,CJQn,Jnnn,资源与环境科学学院,内存结构是Oracle数据库体系结构中最为重要的一个部分，也是影响数据库性能的第一因素。SGASGA区是例程内存结构的主要部分，每个例程都只有一个SGA区。当多个用户同时连接到一个例程时，所有的用户进程、服务器进程都可以共同使用SGA区，这是不同用户进程与服务器进程进行通信的中心。数据库的各种操作主要都在SGA区中进行，所以被称为系统全局区或主内存区，DBA应该对SGA区的组成和原理有所了解。,资源与环境科学学院,数据高速缓存保存的是最近从数据文件中读取的数据块，或存储最近经常使用的数据，其中的数据可以被所有用户共享。当被访问的数据只在数据文件中时，Oracle就会先读取磁盘上的数据文件，将读到的数据放入数据高速缓存中，再对数据进行处理；如果被访问的数据已经位于数据高速缓存中时，Oracle就直接用数据高速缓存中的数据，而不必再读取磁盘数据文件。由于读取内存的速度比读取磁盘快很多，所以这种机制能够提高数据库整体效率。数据高速缓存的大小由初始化参数DB_CACHE_SIZE指定，一般是数据库大小的1%，也常常是SGA区的最大部分。由3个较小的缓存池组成，每一个缓存池用来存储不同访问特性的数据，以便提高使用效率。另外，用户还可以为特定对象（如在创建、更改表或索引时，通过在STORAGE子句中指定BUFFER_POOL参数来设置该对象使用的缓存池）。保持（keep）缓存池再生（recycle）缓存池默认（default）缓存池,资源与环境科学学院,数据高速缓存的工作过程是：Step1:Oracle在将数据文件中的数据块复制到数据高速缓存中之前，先在数据高速缓存中找到空闲缓存块以便容纳该数据块。所以Oracle将从LRU列表（LRU即LeastRecentlyUsed，最近最少使用的调度算法）的尾部开始搜索，直到找到所需的空闲缓存块为止。Step2：在搜索LRU列表时，如果先搜到的是脏缓存块，就将其移入DIRTY列表中，然后继续搜索；如果搜索到的是空闲缓存块，就将数据写入其中，然后将该缓存块移动到LRU列表的头部。Step3：如果能够搜索到足够的空闲缓存块，即能将所有数据块都写入到对应的空闲缓存块中，则该搜索写入过程结束。,资源与环境科学学院,Step4:如果没有搜索到足够的空闲缓存块，则停止对LRU的搜索，激活DBWn（数据库写）进程，开始将DIRTY列表中的脏缓存块写入数据文件。Step5：已经被写入数据文件的脏缓存块将变成空闲缓存块，被放入LRU列表中。执行完这项任务后，再重新开始搜索，直到找到足够的空闲缓存块为止。,资源与环境科学学院,重做日志高速缓存当执行INSERT、UPDATE、DELETE语句对表进行修改时，或执行CREATE，ALTER，DROP等语句创建方案对象时，Oracle都会为这些操作生成重做记录，以便在可能出现的数据库恢复中用于回退事务。为了加快访问的速度和工作效率，重做记录并不直接写入重做日志文件中，而是先从数据高速缓存写入重做日志高速缓存。当重做日志高速缓存中的重做记录达到一定数量或到达某个时间点时，再由LGWR（日志写）进程分批地写入重做日志文件中（即，Oracle总是“先日志文件”或“先内存后磁盘”的）。由于重做日志文件是循环使用的，所以当出现重做日志文件切换时，还会由ARCn（归档进程）将即将被覆盖的重做日志文件中的数据写入归档日志文件中，作为备份。,资源与环境科学学院,PGA（ProgramGlobalArea,程序全局区）PGA区是在用户进程连接到数据库并创建一个对应的会话时，由Oracle为服务器进程分配的专门用于当前用户会话的内存区。这个内存区是非共享的、不可写的，只有服务器进程本身才能访问它自己的PGA区。而SGA区则是所有服务器进程都可以共享的可写的内存区。当会话终止时，Oracle会自动释放PGA区所占用的内存区。,资源与环境科学学院,Oracle进程（进程是指在内存中运行的程序，是动态概念。）Oracle进程分为服务器进程和用户进程。用户进程：是在服务器内存上运行的程序，如SQLPlusWorksheet、企业管理器等，用户进程向服务器进程请求信息。与用户进程相关的两个概念是连接和会话。连接：用户与Oracle服务器进行交互首先需要建立连接。即，启动如SQL*Plus的应用程序，产生一个用户进程，然后输入用户名、口令、主机字符串（连接标识符、网络服务名），登录到服务器，接着Oracle产生一个服务器进程。这就建立了用户进程与服务器进程间的通信通道。对于网络环境通过硬件网络、网络协议建立该通道。,资源与环境科学学院,服务器进程：接受用户进程发出的请求，根据请求与数据库通信，完成与数据库的连接操作和I/O访问。有一些特别重要的服务器进程负责完成数据库的后台管理工作，称为数据库后台进程。它在实例启动时自动建立。只要数据库还在运行，后台进程就一直存在。每个后台进程在数据库运行中执行不同的任务，起到任务分解的作用。,会话：用户与数据库之间的特定路径或连接。当用户启动一个基于Oracle的应用程序，输入正确用户名、口令，登录到数据库后，Oracle就为该用户建立一个会话。该会话在该用户使用数据库期间一直存在，直到该用户退出该应用程序或出现了非正常的中断为止。,资源与环境科学学院,重要的后台进程及其作用介绍：系统监控进程（SMON）：在数据库系统启动时执行恢复性工作的强制性进程，对有故障的CPU或实例进行恢复。进程监控进程（PMON）：用于恢复失败的数据库用户的强制性进程，获取失败用户的标识，释放该用户占用的所有数据库资源，然后回滚中止的事务。数据库写入进程（DBWR）：主要管理数据缓冲区和字典缓冲区的内容，分批将修改后的数据块写回数据库文件，系统可以拥有多个该进程。日志写入进程（LGWR）：用于将内存中的日志内容写入日志文件中，是唯一能够读写日志文件的进程。,资