Oracle数据库系统及应用第2章 Oracle的体系结构

第2章Oracle的体系结构南京信息工程大学计算机与软件学院教学目的与要求（1）理解Oracle体系结构有关概念；（2）掌握Oracle数据库的逻辑存储结构和物理存储结构；（3）掌握Oracle实例的内存结构和进程结构；（4）理解Oracle数据库中数据字典的作用。2.1Oracle体系结构概述2.2逻辑存储结构2.3物理存储结构2.4实例的内存结构2.5实例的进程结构2.6数据字典本章主要内容教学重点与难点（1）Oracle实例概念的理解（2）逻辑存储结构和物理存储结构及其之间的关系（3）Oracle实例的内存结构和进程结构2.1Oracle体系结构概述（1）有关概念完整的Oracle数据库系统通常由两个部分组成：实例（INSTANCE）和数据库（DATABASE）。数据库是一系列物理文件的集合（数据文件，控制文件，联机日志，参数文件等）；实例则是由一组Oracle后台进程/线程以及在服务器分配的共享内存区。关系：数据库可以由多个实例装载和打开，而实例可以在任何时间装载和打开一个数据库。启动Oracle数据库服务器时，实际上是在服务器的内存中创建一个Oracle实例。（2）处理请求的方式专用服务器连接为每个用户请求分配一个专用服务器进程，当用户请求结束后，对应的服务器进程也被终止。（需要有与用户请求同等数量的服务器进程）共享服务器连接始终保持一定数量的服务器进程，用户的请求由一个称为“调度程序”的特殊服务进程为其分配一个服务器进程。（使用很少的服务器进程为多个用户请求提供服务）（3）Oracle的存储结构逻辑存储结构用于描述Oracle内部组织和管理数据的方式。物理存储结构

用于描述Oracle外部即操作系统中组织和管理数据的方式。2.2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构成，即创建数据库后形成的逻辑概念之间的关系。在逻辑上，Oracle将保存的数据划分为一个个小单元来进行存储和维护，高一级的存储单元由一个或多个低一级的存储单元组成。2.2.1数据块

数据块是Oracle用来管理存储空间的最小单元，也是执行数据库输入输出操作时的最小单位。相对应地，操作系统执行输入输出操作的最小单位为一个操作系统块的大小。在操作系统中，执行I/O操作是以操作系统块为单位，而在Oracle中，执行的I/O操作以Oracle数据块为单位。

Oracle数据块的大小是操作系统块的整数倍。数据块的标准大小由初始化参数DB_BLOCK_SIZE确定。具有标准大小的块被称为标准块，与标准块大小不同的块称为非标准块。（Oracle支持在同一个数据库中使用多种大小的块）块头部表目录行目录空闲空间行空间头部信息区存储区2.2.2盘区

盘区是由一系列物理上连续存放的数据块所构成的Oracle存储结构，由一个或多个数据块组成一个盘区，而一个或多个盘区组成一个段。当一个段中的所有空间被使用完后，系统将自动为该段分配一个新的盘区。盘区是Oracle存储分配的最小单位。2.2.3段

段是由一系列盘区组成的，它不再是存储空间的分配单位，而是一个独立的逻辑存储结构。对于具有独立存储结构的对象，它的数据全部存储在保存它的段中。一个段只属于一个特定的数据库对象，每当创建一个具有独立段的数据库对象时，Oracle将为它创建一个段。根据段中存放的数据库对象类型，可以将段分为五种类型：数据段、索引段、临时段、回退段和LOB段。2.2.4表空间

表空间是在Oracle中用户可以使用的最大的逻辑存储结构，用户在数据库中建立的所有内容都被存储在表空间中。Oracle使用表空间将相关的逻辑结构组合在一起，表空间在物理上与数据文件相对应，每一个表空间由一个或多个数据文件组成的，一个数据文件只可以属于一个表空间。

在创建数据库时，Oracle会自动创建一些默认的表空间，除了用于存储用户数据的普通表空间外，还会存在3种类型的表空间：SYSTEM表空间、撤销表空间和临时表空间。1.SYSTEM表空间（系统表空间）保存信息：（1）数据字典和内部系统表基表；（2）PL/SQL程序的源代码和解析代码；（3）数据库对象的定义。特点：（1）系统自动创建和维护；（2）大量的读操作，少量的写操作。SYSAUX表空间：作为SYSTEM表空间的辅助表空间。（10g以后版本）2.撤销表空间保存信息：撤销信息（回退信息）特点：（1）只包含撤销段（回退段）；（2）大量的写操作，少量的读操作；（3）使用DBCA创建数据库时，会自动创建一个默认的撤销表空间UNDOTBS；（4）DBA可以为数据库创建多个撤销表空间，但每个数据库实例最多只能使用一个撤销表空间。3.临时表空间保存信息：SQL语句在执行过程中所产生的临时数据特点：（1）使用DBCA创建数据库时，会自动创建默认的临时表空间TEMP；（2）用户可以创建其他的临时表空间；（3）同一个实例中的所有SQL语句的排序操作共享一个排序段。2.3物理存储结构

从整体上看，Oracle的数据在逻辑上存储在表空间中，而物理上存储在表空间所对应的数据文件中。主要包括3类物理文件：数据文件、控制文件和重做日志文件。2.3.1数据文件

数据库中的数据在物理上保存在若干个操作系统文件中，这些操作系统文件就是数据文件。一个表空间在物理上对应一个或多个数据文件，而一个数据文件只能属于一个表空间。在为数据库创建表空间时，Oracle将同时创建对应的数据文件。在表空间中创建数据库对象时，只能由Oracle负责为该对象选择一个数据文件。三种增加存储空间的方式：（1）为表空间追加新的数据文件；（2）通过手工方式扩大现有的数据文件；（3）配置数据文件为自动增长方式。数据文件类型：系统数据文件撤销段文件用户数据文件临时数据文件2.3.2控制文件

数据库控制文件是一个很小的二进制文件，在其中包含了关于数据库物理结构的重要信息（如数据库名称、检查点信息、数据库创建的时间戳、所有的数据文件、重做日志文件、归档日志文件信息、备份信息等）。通过在加载数据库时读取控制文件，Oracle才能找到自己所需的操作系统文件（数据文件、重做日志文件等）。控制文件对于数据库的成功启动和正常运行至关重要。必须在整个数据库打开期间始终保持可用状态。

注意：（1）每个数据库可以拥有多个控制文件（至少一个），但一个控制文件只能属于一个数据库；（2）控制文件中的内容只能由Oracle来修改。2.3.3其他文件

归档日志文件

参数文件

密码文件

预警日志文件

后台或用户跟踪文件2.4实例的内存结构

内存结构是Oracle数据库体系结构中最为重要的部分之一，内存也是影响数据库性能的主要因素。在Oracle数据库中，服务器内存的大小将直接影响数据库的运行速度。实例的内存结构可以分为两部分：系统全局区（SystemGlobalArea,SGA）和程序全局区（ProgramGlobalArea,PGA）。2.4.1系统全局区（SGA）SGA位于系统的共享内存段中，它是由所有用户进程共享的一块内存区域（其中的数据可以被所有的服务和后台进程共享）。在数据库实例启动时，SGA的内存被自动分配；当数据库实例关闭时，SGA被回收。

SGA区中的主要包含如下内存结构：数据缓存区、共享池、重做日志缓存、Java池和大型池等结构。2.4.2程序全局区（PGA）PGA是保存某个特定服务进程的数据和控制信息的非共享的内存结构，只有服务进程本身才能够访问它自己的PGA区。每个服务进程都有它自己的PGA区，各个服务进程PGA区的总和即为实例的PGA区的大小。

PGA的内容与结构和数据库的连接模式有关。一般情况下，PGA都包含私有SQL工作区和会话内存区。2.5实例的进程结构

用户进程

服务器进程

后台进程2.5.1用户进程

用户进程不是实例的组成部分。

连接是一个用户进程与数据库实例之间的一条通信路径，这条通信路径通过操作系统平台中的进程间通信机制或网络连接来实现。

会话则是一个用户到数据库的指定连接。例如当一个用户启动SQL*Plus，并输入正确的用户名和密码连接到一个数据库库后，就为该用户创建了一个会话。会话在用户连接到实例的过程中始终存在，直到用户断开连接或终止应用程序为止。2.5.2服务器进程

服务器进程就是代表用户会话完成工作的进程，应用向数据库发送的SQL语句就是由这些进程接收并执行。在Oracle数据库中可以同时存在两种类型的服务器进程：一种类型是专用服务器进程，一个专用服务进程只能为一个用户进程提供服务；另一种是共享服务进程，一个共享服务进程可以为多个用户进程提供服务。2.5.3后台进程Oracle实例包括两部分：SGA和一组后台进程。在任意一个时刻，Oracle数据库可以处理多个并发用户请求，进行复杂的数据操作，同时还要维护数据库系统使其始终具有良好的性能。为了完成这些任务，Oracle具有一组后台进程保证数据库运行所需的实际维护任务。2.6数据字典

数据字典是Oracle数据库的核心组件，它是由一系列对于用户而言是只读的基础表和视图组成，它保存了关于数据库本身以及其中存储的所有对象的基本信息。数据字典的