Oracle数据库基础及应用第二章.ppt

第2章ORACLE 11g简介 2.1 Oracle 11g产品版本概述 Oracle数据库是Oracle（中文名称叫甲骨文）公司的核心产 品，Oracle数据库是一个适合于大中型企业的数据库管理系 统。在所有的数据库管理系统中（比如：微软的SQL Server ，IBM的DB2等），Oracle的主要用户涉及面非常广，包括 ：银行、电信、移动通信、航空、保险、金融、电子商务 和跨国公司等。Oracle产品是免费的，可以在Oracle官方网 站上下载到安装包，另一方面Oracle服务是收费的。 Oracle系统主要由Oracle database和Oracle application server 两大拳头产品以及Oracle管理程序包等其他产品组成。 2.1.1 Oracle 11g版本简介 针对不同的组织和个人对数据库性能、价格的不同需求， Oracle数据库 11g提供了4个版本，即标准版1、标准版、 企业版与个人版。 标准版1：最基础的版本，包括基本的数据库功能，仅 许可在最高容量为两个处理器的服务器上使用。 标准版：除了包含标准版1的易用性、能力和性能外， 还利用了RAC（真正应用集群）提供了对更大型的计算 机和服务集群的支持。支持最多4个处理器的服务器集 群。 2.1.1 Oracle 11g版本简介 针对不同的组织和个人对数据库性能、价格的不同需求， Oracle数据库 11g提供了4个版本，即标准版1、标准版、 企业版与个人版。 企业版：为关键任务的应用程序提供高效、可靠、安 全的数据管理，企业版可以运行在Windows、Linux和 UNIX的集群服务器或单一服务器上，包含了Oracle数据 库的所有组件。 个人版：只提供 Oracle作为DBMS的基本数据管理服务 ，适用于单用户开发环境，对系统配置要求也较低， 主要面向开发技术人员使用。 2.1.2 Oracle 11g可选产品概述 Oracle数据库11g的四个版本都具有相应的特性和功能，以满足应 用程序不断变化的需求。此外，Oracle还提供了具有先进技术的可选 产品，这些技术能够满足关键任务的OLTP(联机事务处理系统)、数据 仓库和互联网应用程序环境最苛刻的开发和部署需求。 Oracle真正应用集群(RAC,Real Application Cluster) RAC是通过集群技术来利用多个互连的计算机处理能力的计算环境 。 Oracle分区 它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加了数据管理 环境。 2.1.2 Oracle 11g可选产品概述 Oracle高级安全性（ASO） 它为Oracle数据库提供了网络加密的一整套功能强大的验证服务， 验证包括Oracle数据库的单点登录服务。 Oracle OLAP（联机分析处理） 它是一个可伸缩、高性能的计算引擎，它为开发分析应用程序提 供了完全集成的管理。 Oracle数据挖掘 它允许公司构建高级商务智能应用程序，这些应用程序能够挖掘 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用。 2.1.2 Oracle 11g可选产品概述 Oracle空间数据库（Oracle spatial） 它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 企业应用程序中。 Oracle Programmer 它是一个单独的Oracle产品，为构建访问和操作Oracle DataBase 11g的企业应用程序的开发人员提供了一组丰富的接口 。 2.2 Oracle 11g特性 Oracle 11g 通过新的特性和数据库优化保持了它的数据库性能领先 的记录。Oracle 11g的新性能包括： 网格计算数据库 网格计算(Grid Computing)：是指将大量服务器和存储设备作为一 台计算机进行协调使用。 网格计算的目的：提高或拓展企业内所有计算资源的效率和利用 率，以更低的成本、更高质量的服务和更大的灵活性满足用户的 需求。 网格计算的资源管理： 基础资源：构成数据存储和程序执行环境的软件和硬件。 应用程序：业务逻辑和处理流程的编码。 信息：用户需要的数据。 2.2 Oracle 11g特性 网格计算数据库 网格计算能力包括： 服务器虚拟RAC可以使一个数据库运行在网络的多个节点 上，将资源集中使用。 存储虚拟ASM提供了保证数据库在线的情况下，磁盘可以 动态加载或删除。 网格管理将多系统集成管理为一个逻辑组的控制台，可以 管理网格中独立的节点，集中维护各组系统的配置和安全设 置。 2.2 Oracle 11g特性 可管理性 自动诊断知识库：当Oracle探测到系统发生错误时，会自动创建 一个事件，并且捕捉到和这个事件相关的信息，同时进行自动化 数据库检查并通知DBA。 事件打包服务：当用户需要进行进一步测试或保留信息时，用此 服务与某一个事件的信息打包，并且还可以将打包的信息发给 Oracle团队，得到相关技术支持。 自动地基于磁盘备份与恢复：简化了备份和恢复操作。备份调度 成自动化操作，自动化优化调整。备份失败时可以自动重启，确 保Oracle能够有一个一致的环境。 2.2 Oracle 11g特性 可管理性 应用优化 在Oracle 11g中，用户可让Oracle自动将3倍于原有性能的Profile 应用到SQL语句上。 计划管理 允许用户将某一特定语句的查询计划固定下来，不管统计的数 据变化或是数据库版本变化都不会影响、改变查询计划。 自动化内存调整 Oracle 11g数据库管理员只需要对内存参数进行配置就可实现全 表的自动优化，用户只需要知道可用的总的内存数量和共享区的 大小，就可以自动完成对PGA、SGA和操作系统的进程的内存分配 。 2.2 Oracle 11g特性 高可用性的加强 缩短应用和数据库升级的时间 闪回(FlashBack)错误能力 优化PL/SQL SQL新语法 新的PL/SQL数据类型 Continue关键字 2.3 Oracle 11g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。分别与其对应的是存储结构和软件 结构。 体 系 结 构 存储结构 软件结构 物理存储结构 逻辑存储结构 进程结构 内存结构 既相互独立 又相互联系 图2-1：数据库的体系结构 数据库的主要功能是保存数据，换言之，数据库可以看作 是保存数据的容器。 数据库的存储结构就是数据库存储数据的方式。 Oracle数据库把数据存储在文件中，这些保存数据库不同 信息的文件组成了Oracle的物理结构。 为了便于用户对数据库进行访问，Oracle将数据库按照规 定的结构划分为不同级别的逻辑单元。这里指的逻辑单元 包括表、视图等常见的数据库组件。 逻辑存储结构和物理存储结构是分离的，对物理存储结构 的管理可以不影响对逻辑存储结构的访问。 2.3.1 数据库的存储结构 数据库 数据文件 物理结构 控制文件 重做日志 文件 物理块 (OS块) 数据块 (Data Block) 表空间 (Tablespace ) 逻辑结构 区(Extent) 段 (Segment) 大 小 存储粒度 图2-2：Oracle 11g的存储结构 2.3.1.2 数据库的逻辑结构 Oracle数据库的逻辑存储结构主要用于描述Oracle内部组 织和管理数据的方式。它是Oracle数据库存储结构的核心 内容，对Oracle数据库的所有操作都会涉及到其逻辑存储 结构。 数据库的逻辑结构是从逻辑的角度分析数据库的组成。它 包括方案(Schema)、数据块(Data Block)、区间(Extent)、段 (Segment)、表(Table)和表空间(Tablespace)等。 数据库由若干个表空间组成，表空间由又由多个段组成， 段由区间组成，区间则由数据块组成。 1. 方案 方案是用户使用的一系列数据库对象的集合。一个 用户一般对应一个方案，该用户的方案名等于用户名 ，并作为该 用户的默认方案。 1. 方案 方案对象直接处理数据库数据的逻辑结构，如： 表(Table)数据库中最常用的数据存储单元，是包含数据库 中所有数据的数据库对象。 视图(View)虚拟的表，视图可以把表或其他视图的数据按 照一定的条件组合起来。视图不包含数据，它只是从基表中 读取数据。 索引(Index)是一种可选的数据结构，在表中的某些字段建 立索引，能够显著地提高对该 表的查询速度，提高读取数 据的效率，减少查询时的硬盘I/O操作。 聚簇(Clusters)为了提高数据存取效率，把一些经常被同时 访问的表共享公共列在物理上存储在一起得到的表的组合叫 做簇。 2.数据块 数据块是Oracle管理数据库存储空间的最小数据存储 单位，又称逻辑块或Oracle块。 一个数据块对应磁盘上一定数量的数据库空间，标准 的数据块大小由初始参数DB_BLOCK_SIZE指定，大小 一般是操作系统块大小的整数倍。 因此，数据块既是逻辑单位，也是物理单位。 2.数据块 数据块包括：公共的变长头、表目录、行目录、空闲 空间、行数据。 数据块头 表目录区 行目录区 可用空间区 行数据区 图2-4：数据块的格式 2.数据块 公共的变长头 存放数据块的基本信息，如地址块的物理地址和块所属的段类型等。 表目录 存放在此块中有行数据的表的信息。 行目录 包含此块中实际行数据的信息，是已被数据行占用的空间。 空闲空间 是一个块中未使用的区域。插入新行时需要存储空间，更新数据也可能 造成存储空间的增加，这些存储空间都需要从空闲空间中分配。 行数据 包含表或索引数据。行数据的存储可以跨越数据块。 3.区间 区间是数据库存储空间中分配的一个逻辑单元，由一 组相邻的数据块组成，它是Oracle分配磁盘空间的最 小单位。 区间是为数据一次性预留的一个较大的存储空间，直 到那个区间被用满，数据库会继续申请一个新的预留 存储空间，即新区间，一直到段的最大区间数或者是 没有可用的磁盘空间可以申请。 4.段 一个表空间可以有多个段，而一个段只能属于一个表空间 。 段是由许多个区间组成，它是一个独立的逻辑存储结构。 如果段中的区间用完了，Oracle可以自动为它分配新的区 间。段中的区间可以是连续的，也可以是不连续的。 Oracle 11g数据库有4种类型的段，分别为：数据段、索引 段、临时段和回滚段。 4.段 数据段(Data Segment)： 存储表中所有的数据。用户创建表的同时Oracle将为表创建数据段 。在表空间中创建多少个表，该 表空间就有相同数量的数据段，并且 数据段的名称与它对应的表名相同。 索引段(Index Segment)： 存储表中最佳查询的所有索引数据。在使用Create Index语句创建索 引时或在定义 约束时自动创建索引，Oracle都将会为该索引创建它的索 引段。 临时段(Temporary Segment)： 存储表查询排序操作期间建立的临时表中的数据。用户在执行查询 数据操作时，Oracle会在专门为其分配临时段。 回滚段(Rollback Segment)： 存储修改之前的位置和值。利用这些信息，可以撤销未提交的操作 。对于回滚段的管理是由Oracle自动完成的。 5.表空间 数据库可以划分为若干的逻辑存储单元，这些存储单 元被称为表空间。 每个数据库都至少有一个系统表空间（称为SYSTEM表 空间）。 在创建表时，需要定义保存表的表空间。 表空间是最大的逻辑单位，对应一个或多个数据文件 ，表空间的大小是它所对应的数据文件大小的总和。 5.表空间 Oracle 11g包含以下几种表空间： (1)大文件表空间 它只能放置一个数据文件但其数据文件可以包括4G个数据块，如果 每个数据块的大小是8K，那么大文件表空间可以达到32T。 (2)SYSTEM表空间 又称字典表空间。当数据库创建时，SYSYEM表空间会自动创建。当 数据库打开时，SYSTEM表空间始终存在。 SYSTEM表空间中包含整个数据库的数据字典表、PL/SQL程序的源代 码和解释代码、数据库对象的定义等内容。 (3)SYSAUX表空间 辅助系统表空间。数据库组件将SYSAUX表空间作为存储数据的默认 位置，因此当数据库创建或升级时，它会自动创建。 2.表空间 Oracle 11g包含以下几种表空间： (4)Undo表空间 在自动撤销管理模式中，存储撤销管理 消息。 (5)Temporary临时表空间 保存SQL语句在执行过程中产生的临时数据，主要是在排序过程中产 生的临时数据。 表空间和方案的关系 同一方案中的对象可以存储在不同的表空间内，表空间可以存储不 同方案中的对象。 Oracle数据库 表空间表空间表空间 视图索引表 数据段数据段 数据区间数据区间 数据块数据块 临时段回滚段 数据库 表空间 逻辑对象 数据段 数据区间 数据块 图2-3：逻辑结构关系图 2.3.1.2 数据库物理存储结构 Oracle的数据在逻辑上存储在表空间中，而在物理上 存储在表空间所对应的数据文件当中。 物理存储结构由构成数据库的操作系统文件所决定。 每个Oracle数据库都由3种类型的文件组成：数据文件 、日志文件和控制文件。其中，数据文件的扩展名为 .DBF，日志文件的扩展名为.LOG，控制文件的扩展名 为.CTL。这些数据库文件为数据库信息提供真正的物 理存储。 1. 数据文件 Oracle数据库有一个或多个物理的数据文件。数据库的数 据文件包含全部数据库数据。逻辑数据库结构的数据也物 理地存储在数据文件中。 数据文件的特点：每一个数据文件只与一个数据库相联系 ；一个表空间可包含一个或多个数据文件；一个数据文件 只能属于一个表空间。 2. 日志文件 日志文件也称为重做日志文件。记录了所有对数据库数 据的修改信息，修改信息包括用户对数据的修改以及管 理员对数据结构的修改。 日志的主要功能是记录对数据所作的修改，所以对数据 库作的全部修改记录在日志当中。在出现故障时，如果 不能将修改数据永久地写入数据文件，则可利用日志得 到修改记录，从而保证已发生的操作成果不会丢失。 为了防止日志文件本身的故障，Oracle允许镜像日志，在 不同磁盘上维护两个或多个日志副本。 3.控制文件 数据库控制文件是一个较小的二进制文件，用于描述数据 库结构，用以支持数据库成功地启动和运行。 每个Oracle数据库有一个控制文件，记录数据库的物理结 构。 控制文件包含数据库名称、数据库数据文件和日志文件的 名字、位置和数据库建立日期、表空间信息、检查点信息 、当前日志序列数据等信息。 数据库的控制文件用于标识数据库和日志文件，当开始数 据库操作时它们必须处于可写状态。 当数据库的物理组成更改时，Oracle会自动更改该数据库 的控制文件，任何数据库管理员都不能直接编辑控制文件 。 Oracle数据库 数据文件日志文件控制文件 物理块物理块物理块 数据库 物理文件 物理块 图2-4：物理存储结构 2.3.2 软件结构 在Oracle体系结构中提到，软件结构是由内存结构和进程 结构共同组成。 SGA(System Global Area，系统全局区) 数据 高速缓存 日志 高速缓存 共享池大池Java池 PGA(Program Global Area， 程序全局区) Background Processes，后台进程 服务进程排序区 会话区堆栈区 DBWRPMONSNPnRECO LGWRSMONCKPTARCH 图2-5：软件结构 2.3.2.1 内存结构 内存结构是Oracle数据库体系中最为重要的一部分，内存 也是影响数据库性能的第一因素。 按照内存的使用方法的不同，Oracle数据库的内存又可以 分为系统全局区（System Global Area，SGA）和程序共享 区（Program Global Area，PGA）两种内存结构。 1.系统全局区（SGA） SGA是一组共享内存结构，其中包含一个Oracle数据库例 程数据及控制信息。如果有多个用户同时连接到同一个例 程，则此例程的SGA数据由这些用户共享。因此，SGA也 称为共享全局区（System Global Area）。 SGA包含以下数据结构： 数据缓冲区 重做日志缓冲区 共享池 Java池 大池 1.系统全局区（SGA） SGA包含以下数据结构： 数据缓冲区(Database Buffer Cache) 用来保存从数据文件中读取最近的数据块信息，其中的 数据被所有用户共享。当用户第一次执行查询或修改数据 信息时，后台进程将所需的数据从数据文件读取出来，装 入数据缓冲区。当再有用户访问同样的数据时，Oracle就可 直接从缓冲区把数据返回给用户。 重做日志缓冲区 SGA中的循环缓冲区，用于记录数据库发生改变的信息 。 1.系统全局区（SGA） 共享池 用于缓存与SQL或PL/SQL语句、数据字典、资源销以及其他 控制结构相关的数据。 Java池(Java Pool) 为Java命令提供语法分析。 大池 它是数据库管理员配置的可选内存区域，用于分配大量的 内存，处理比共享池更大的内存。大池用于大内存操作， 提供了相对独立的内存空间。需要大池的操作有：数据库 的备份和恢复操作；执行并行化的数据库操作；执行具有 大量排序的SQL语句。 2. 程序共享区（PGA） PGA是包含Oracle进程数据和控制信息的内存区域。 它在Oracle进程启动时由Oracle创建，是Oracle进程的 私有内存区域，不能共享，只有Oracle进程才能对其 进行访问。PGA可以分为堆栈区和数据区两部分。 Oracle使用内存存储以下信息：程序代码；连接会话 的信息，包括当前并未激活的会话；程序运行过程中 的信息（例如当前查询的状态等）；Oracle进程共享 和通信的信息；缓冲区中的数据，这些数据同时保存 在外存储器中。 2.3.2.2 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 骤；是一个可以独立调用的活动，用于完成指定的任务。 进程通常有自己的专用存储区。 所有连接到Oracle的用户都必须运行以下两个模块的代码 来访问Oracle数据库例程。这些模块都是通过进程运行的 。 (1)应用程序或Oracle工具：例如预编译程序或SQL*Plus等 ，对SQL语句进行处理。 (2)Oracle服务器代码：用于解释和处理应用程序的SQL语 句。 2.3.2.2 进程结构 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。用户进程 向服务器进程请求信息。 服务器进程：接收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。 2.3.2.2 进程结构 数据库后台进程：负责完成数据库的后台管理工作的进程。 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)：用户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。 2.3.2.2 进程结构 数据库后台进程：负责完成数据库的后台管理工作的进程。 归档进程(ARCH)：当数据库服务器以归档方式进行时调用 该进程完成日志归档备份 。 检查点进程(CKPT)：可选进程，对全部数据文件和控制文 件的标题进行修改，标识该检查点，用于减少实例恢复所 需要的时间。 恢复进程(RECO)：用于分布式数据库的失败处理。当分布 在多个地点的数据没有保持同步时，便调用该进程解决。 锁进程(LCKn)：当用户在并行服务器模式下将出现多个锁 进程以确保数据的一致性。 2.3.3 数据字典 数据字典是Oracle数据库的重要组