Oracle的體系結構大體上分為兩部分：Instance（實例）和Database（數據庫）。
- Instance（實例） ：在Oracle Instance中主要包含了SGA以及一些進程（例如：PMON、SMON、DBWn、LGWR、CKPT等）。如果一個用戶的進程連接到Oracle Server時，其實就是連接到Oracle Instance。在SGA中又包含了5大部件：Share Pool、Database Buffer Cache、Redo Log Buffer、Java Pool、Large Pool。
- Database（數據庫） ：Database其實就是一堆文件組成的，主要是用於存儲着數據，Database中主要包含三種類型的文件：Data Files、Control Files、Redo Log Files。
下面介紹幾個Oracle重要概念：
Oracle Server（Oracle服務器）
Oracle Server又包含兩部分：Oracle Instance和Oracle Database（Oracle Server是一個比較大的概念，我們通常說的Oracle服務器就是指的Oracle Server）。
Oracle Instance（Oracle實例）
Oracle Server用於管理數據，數據存儲在Oracle Database中，其表現形式為存儲在磁盤上的一堆文件，如果要去訪問這堆文件，需要有一個媒介------Oracle Instance，Oracle Instance是訪問Oracle Database的一種手段。
一個Oracle Instance對應一個且只能對應一個Oracle Database，而一個Oracle Database可以有多個Instance來訪問他，也就是說Oracle Instance和Oracle Database是多對一的方式。一般情況下我們以一台機器上安裝Oracle時都是以Instance和Database一對一的方式，但是在Oracle集群（Oracle RAC環境）的情況下他是多個Instance對應一個Database。
Oracle Instance有兩部分組成：
- Memory Structures（內存結構） ：Memory Structures就是Oracle Instance中的SGA。
- Background Process Structures（后台進程結構） ：Background Process Structures就是指PMON、SMON、DBWR、LGWR、CKPT等后台進程。
Oracle Instance啟動時就會啟動一些Background Process並且分配內存，Oracle Instance是易於消失的。（相對於數據庫文件來說，例如：一斷電就沒有了）。
Oracle數據庫Connection & Session
Oracle Connection
Oracle中的Connection是指一個Oracle的客戶端和后台的服務器建立的一個TCP連接，一定是Oracle客戶端和后台的進程（Server Process）建立的TCP連接。
在Oracle Process中有三種類型：
- Background process（后台進程）他是Oracle Instance的基本組成部分
- Server process（服務器進程）其實Background Process和Server Process都是Oracle的后台進程。其中Background Process是專注於數據庫核心服務的進程；而Server process是處理客戶端和服務器之間連接的進程。
- User process（客戶端進程） 客戶端要與服務器連接，那么在客戶端啟動起來的進程就是User Process（例如：SQL*Plus、Toad等）。用戶登錄到Oracle Server就是User Process和Server Process建立Connection。
Oracle Session
Connection建立的過程其實就是首先建立TCP連接，Oracle對用戶的身份進行認證、進行安全審計等等，當這些都通過后Oracle的Server Process才會允許客戶端使用Oracle提供的服務，當Oracle的連接建立起來以后，就意味着開始了一個會話，當連接斷開的時候這個回話就消失了。Session是和Connection相輔相成的。Session信息會存儲在Oracle的Data Dictionary中。
下圖為在Linux中啟動Oracle Instance
輸入一個【!】便可以切換到shell中。后續如果想返回sqlplus中輸入【exit】即可。
通過Linux命令ps –ef可以查看Oracle進程（Oracle Instance）
Oracle Database（Oracle數據庫）
Oracle Database其實就是一堆文件，這堆文件是一堆數據，他們是作為一個整體。Oracle Database包含三種基本的核心文件類型Data File、Control File、Redo Log File。
- Data Files（數據文件） ：Data Files就是用於存儲數據的，Table中的數據都是保存在Data File中的。
- Control Files（控制文件） ：Oracle為了操作Data File，提供了一些Control files，這些Control File主要是記錄數據庫的一些控制信息。
- Redo Log Files（重做日志文件） ：Redo Log Files記錄着數據庫的改變，如果向數據庫中放入數據或者是修改里面的數據，只要對數據庫作了修改，那么就要將修改之前的狀態、修改之后的狀態都會記錄在Redo Log Files中，其作用就是恢復Data File。例如：數據庫有一個事務需要提交，但是提交失敗了，事務就要回滾，那么事務回滾的依據就來自於這個Redo Log Files。Redo Log Files中記錄着數據庫的改變，關於這個事務的改變，如果需要回滾就需要把Redo Log Files中的數據取出來，依照Redo Log Files中的數據把Data Files恢復到修改之前的狀態。
- Parameter File（參數文件） ：任何一個數據庫都必須要有參數文件，這個參數文件就規定了Oracle中的一些基本的參數、初始化的參數的值。
- Archived Log Files（歸檔日志文件） ：Archived Log Files和Redo Log Files是相輔相成的，Redo Log Files其實是一個反復利用的過程，他會有幾個（一般為3個）固定的文件，這些固定文件他會被依次使用，用滿了以后，Oracle就會在此寫這個文件頭，就把以前的東西沖掉了。為了進一步加強數據庫的備份恢復能力，在覆蓋之前把這些修改的信息都把他歸檔到Archived Log Files中。
- Password File ：用與戶客戶端連接到后台數據庫系統時候存儲口令的。
下面顯示在Linux安裝的Oracle的Database部分。下面顯示的這一大堆文件就是Oracle Database（一般存放在數據庫安裝路徑下的實例名對應的目錄下）。
- *.tcl控制文件
- *.dbf數據文件
- *.log重做日志文件
Memory Structures
Oracle的Memory Structures實際上包含兩部分內容：SGA和PGA：
- SGA（System Global Area系統全局區） 一個Oracle Instance對應一個SGA，SGA在Oracle Instance啟動的時候被分配，SGA是Oracle Instance的基本組成部分。一個Oracle Instance就僅有一塊SGA，SGA是一個非常大的內存空間，甚至可以占據物理內存的80%。
- PGA（Program Global Area程序全局區） 一個Server Process啟動的時候就會分配一個PGA。
整個Oracle Instance只有一個SGA，一個Server Process就會有一個PGA。在Oracle Instance中PGA可能會很多。例如啟動10個Server Process就會有10個PGA。無論啟動多少個進程，只要有一個Oracle Instance那么他就僅有一個SGA。
Oracle的使用場景一般為管理海量數據，那么大量的數據都是存儲在磁盤上的，為了提高存儲、訪問的效率，那么Oracle必然會在內存中開辟一塊很大的內存區域（內存的訪問速度要快幾千倍幾萬倍）。Oracle是一個比較耗費內存的軟件，一般他會把可用的內存全部用完，他的內存一般是消耗在SGA上。
當Linux/Unix下的Oracle進程啟動，我們可以在Linux/Unix的shell中輸入【ipcs】命令查看系統共享內存分配的情況（IPC是進程間通訊的一種機制，ipcs命令是用於查看ipc資源的、ipc狀態的）。在Linux/Unix中Oracle的SGA的實現方式就是利用Shared Memory Segments（共享內存），對於Windows的實現方式可能不同。SGA的大小是可以配置的，隨着數據庫的負載加大，Oracle Instance對內存的需求加大，那么SGA也會擴張甚至會把整個內存都消耗掉。
SGA（System Global Area）
SGA（System Global Area系統全局區），其中包含以下幾大塊的基本內存：
- Shared Pool
- Database Buffer Cache
- Redo Log Buffer
- Large Pool
- Java Pool
其中Shared Pool、Database Buffer Cache、Redo Log Buffer是核心的內存區域，其中Large Pool和Java Pool是可選項的（在Oracle 11g中又包含了String Pool）。
對於一個啟動好的Oracle數據庫，怎樣去查看他的SGA？以Linux為例，首先可以通過命令【ps –ef | grep oracle】查看Oracle 的Background Process。
輸入命令【show sga;】便可以查看SGA的信息了。
在早期的Oracle版本中，在Oracle啟動之后SGA就是固定不變的，在Oracle 9i以后的版本就可以在運行時發生改變，即在線動態調整SGA的值。Oracle Instance啟動起來就會分配一個SGA，用戶便可以向數據庫服務發送請求，隨着用戶發出的請求負荷增大，Oracle需要的內存資源就越大，因此SGA就需要擴張，所以便有了可以動態變化SGA的需求。
在SGA中有一個重要的參數 SGA_MAX_SIZE ，該參數決定了Oracle Instance SGA的最大值，在這個上限的范圍內，SGA可以分配他的每個部件占用多少內存。SGA可以動態增長或縮小，SGA每次增大或縮小的單位granules（granules是SGA分配內存的基本單位，通常對於SGA小於128M的情況granules=4M，SGA超過128M的情況granules=16M ）。SGA是一個連續分配的內存區域，而且他的分配最小單位是granules但是他的最大尺寸不能超過SGA_MAX_SIZE。
執行下圖中的SQL語句便可以查看當前Oracle系統的granules。下圖顯示了SGA的組成部分以及每個組成部分的granules。
SGA最大值是由SGA_MAX_SIZE決定的，它里面又包含了不同的組件（Shared Pool、Database Buffer Cache、Redo Log Buffer、Large Pool、Java Pool），這些內部組件也有其內存大小設置的參數：
- DB_CACHE_SIZE 用於設置Database Buffer Cache的內存大小
- LOG_BUFFER 用於設置Redo Log Buffer的內存大小
- SHARED_POOL_SIZE 用於設置Shared Pool的內存大小
- LARGE_POOL_SIZE 用於設置Large Pool的內存大小
- JAVA_POOL_SIZE 用於設置 Java Pool的內存大小
Oracle10g引入了一個功能，就是自動內存分配功能，例如：已經制定了SGA_MAX_SIZE，在這個上限范圍內，具體每個部件最優的尺寸設置有Oracle自動來進行分配。這樣便可以減少對如果設置SGA內部各組件的內存大小設置的問題。隨着Oracle負荷的變化，Oracle會自動去調整內存分配的最佳布局。
Shared Pool
Shared Pool（共享池）的主要作用是存儲SQL解析后的內容。例如：發出一個SQL語句或命令讓數據庫執行，SQL就需要在數據庫內部就需要被解析，建立執行計划，然后按照執行計划去執行，每個SQL語句都要被解析成原始操作去執行，解析好的SQL語句都會存儲在共享池中。
在Oracle Instance中Shared Pool非常總要，它關系到數據庫的性能，共享池包含兩塊共享內存，這兩塊共享內存關系到數據庫的性能。
- Library Cache ：Library Cache中存儲的是經過編譯解析后的SQL和PL/SQL語句的內容。如果下次在執行同樣的SQL語句的時候，就不需要解析了，立即從Library Cache獲取執行。Library Cache的SIZE會決定着編譯解析SQL語句的頻度，從而決定了性能。Library Cache中有包含兩部分內容：Shared SQL Area和Shared PL/SQL Area。Library Cache是Shared Pool的一個子部件，Library Cache的SIZE是由Shared Pool來決定的。
- Data Dictionary Cache ：Data Dictionary就是存儲着數據庫控制信息。為了提高訪問Data Dictionary的速度，此時需要一個Cache，需要的時候訪問內存即可。Data Dictionary Cache里面的信息包含了database files、tables、indexes、columns、users、privileges和其他的數據庫對象。數據字典是使用最頻繁的，幾乎所有的操作都需要到數據字典去查詢（例如：需要針對一個表進行操作，就需要到數據字典去查詢用戶對這個表是否具有訪問權限等等），他的SIZE是由Shared Pool來決定的。
可以在線去更改Shared Pool的SIZE，只需要執行下面的SQL語句即可：
- ALERT SYSTEM SET SHARED_POOL_SIZE=64M
Database Buffer Cache
Database Buffer Cache的任務主要是用於存儲數據文件中的數據，在Oracle中數據是存儲在磁盤上的，又不可能將所有的數據文件內容都放到內存中，但訪問磁盤中的數據速度又會很慢，那么就需要將其中一部分的數據放入到內存中，當用戶去訪問時發現需要訪問的信息在內存中，那么就不需要訪問磁盤了，這樣提升了訪問的速度。
Database Buffer Cache就是包含了來自於Data File中的數據以及即將要寫到Data File中的數據（也成為Dirty Buffer）都會保存到這個Database Buffer Cache中，而且Database Buffer Cache得SIZE是最大的。例如一個用戶去訪問一個表里面的記錄時，數據庫接收到這個請求后，他首先會在這個Cache中查找是否存在該數據庫表的記錄，如果有這個記錄直接從內存中讀取該記錄返回給用戶，否則只能去磁盤上去讀取。很顯然如果希望性能提高就需要提升Cache的命中率。
Database Buffer Cache中存儲的是Data Blocks（數據塊）。Oracle中的數據是按照Block來進行存儲的，Block是Oracle存儲的最基本的單位。在Database Buffer Cache中針對Block的SIZE的設置，對應的參數是：DB_BLOCK_SIZE。
在Database Buffer Cache中包含三部分內容：
- DB_CACHE_SIZE
- DB_KEEP_CACHE_SIZE
- DB_RECYCLE_CACHE_SIZE
Database Buffer Cache可以在線去更改SIZE，只需要執行下面的SQL語句即可：
- ALERT SYSTEM SET DB_CACHE_SIZE=64M
在性能調優的過程中，需要去監控DB_CACHE_SIZE的行為和他的統計信息，可以使用DB_CACHE_ADVICE參數來設定是否要收集信息，如果收集信息那么收集后的信息就會放在V$DB_CACHE_ADVICE表中。
Redo Log Buffer
數據庫是處於經常在改變的，比如有時候事務失敗的需要回滾，就需要Redo Log Files來記錄數據庫的改變，如果想恢復數據庫文件就用Redo Log Files里面的內容進行恢復。Redo Log File在內存中有一個對應的Cache它稱為Redo Log Buffer。每次對數據進行改變，在Redo Log里面就會有相應的一條記錄，這條記錄稱為Redo Entries，一條Redo Entries就可以恢復一次對數據庫的改變。Redo Log Buffer的SIZE由參數LOG_BUFFER來決定。
Large Pool
Large Pool主要是用於處理一些額外的工作，比如說使用RMAN進行備份需要使用Large Pool或者進行並行處理的時候會需要用到Large Pool。做一些IO操作的時候也會用到Large Pool。Large Pool的SIZE由參數LARGE_POOL_SIZE來決定。
Java Pool
Oracle支持Java編程，例如支持Java編寫存儲過程的，Java Pool的SIZE由參數JAVA_POOL_SIZE來決定。
PGA（Program Global Area）
PGA（Program Global Area程序全局區）與SGA不同，每一個Background Process對應一個PGA（例如：PMON就會有一個PGA與之對應）。PGA和SGA是平等的關系，並不存在包含關系。
Process Structures
Oracle分為三種類型的進程：User Process、Server Process、Background Process。其中Server Process和Background Process都屬於后台進程。為了連接Oracle的后台服務器，那么User Process是在客戶端所必須的進程。Oracle本身的進程細分成兩類，就是前面提到的Server Process和Background Process。Oracle是可以運行在多種平台下，而Linux和Windows的進程有所不同，在Linux中進程為基本單位，所以Oracle在Linux（或Unix）中體現的是多個進程。而在Windows中一般是在進程中運行多個線程，所以Oracle在Windows中的體現是一個大的進程中運行了多個線程。
User Process
Oracle User Process就是Oracle客戶端的進程，任何程序如果想去連接到Oracle的后台，那么這個程序就是Oracle的客戶端（一般是編譯利用Oracle提供的類庫實現）。例如下面使用SQL*Plus進行登錄，通過Windows Task Manager可以看到這便是Oracle User Process。
Server Process
Oracle的后台進程分為兩類，一類是Background Process，另一類就是Server Process。Server Process主要是負責和User Process連接。Oracle的連接方式有兩種：Dedicated Server模式和Shared Server模式。Server process是處理客戶端和服務器之間連接的進程。
以Linux為例，首先通過命令ps –ef | grep oracle查看Oracle進程。
當有User Process與Server Process進行連接的時候，以Linux為例，通過ps –ef | grep oracle這時會發現后台進程中多出了一個進程（即本例中的：oracledlw），之所以客戶端可以連接到Oracle Server，就是這個進程與客戶端進程進行的通信，這個進程就是Server Process的一種。
在Oracle的服務器也可以通過SQL*plus命令進行客戶端連接到Server Process。
那么在客戶端機器使用客戶端工具訪問Oracle Server和在Oracle服務器上直接使用SQL*plus訪問Oracle Server有什么區別呢？下圖的兩個大的矩形框表示兩台物理機，黃色的框表示網卡，主機中的圓圈表示進程，兩台機器的進行通信，需要通過網卡進行連接，一般是通過TCP/IP建立的連接，對於同一台計算機的進程之間的通信方式有兩種：第一種方式為利用IPC進行通信；另一種方式為模擬TCP/IP方式，在Linux中有一個特殊的網卡【lo】這個網卡稱為Local Loopback（本地環路網卡），他的IP地址永遠是127.0.0.1，即使計算機不存在物理網卡這個網卡也是存在的。這種方式其實就是本地對本地的通信。
IPC：Inter Process Communication，包括共享內存、隊列、信號量等幾種形式。
Background Process
Background Process是Oracle Instance的核心，Oracle中有很多Background Process，下面可以通過命令 ps –ef | grep oracle 查看Oracle的進程，Oracle Background Process都是以【ora_ 】為前綴，以【_數據庫實例名 】為后綴。
Oracle Background Process又分為兩種：
- Mandatory Background Processes（必須的后台進程）：當Oracle Instance啟動完成以后這些進程必須要存在（例如：DBWn其中n表示從0開始，可能存在多個進程）。
- Optional Background Process（可選的后台進程）：根據具體的配置，這些進程可能啟動或不啟動。
DBWn（Database Writer）
DBWn是Oracle中工作最繁重的進程。他的任務是把SGA中的Database Buffer Cache中保存着已修改過的內容（Dirty Buffer）寫到Data File中，已經發生過修改的這些Buffer，在Oracle中稱為Dirty Buffer（臟數據）。Data Buffer Cache中的Dirty Buffer通過DBWn Process寫入Data File，如果數據庫的負荷比較大，來自於客戶端的請求比較多，存在大量的IO操作，需要頻繁的將緩沖區的內容寫到磁盤文件上，那么這時就可以配置多個DBWn（一共Oracle支持20個DBWn，DBW0-DBW9,DBWa-DBWg）。通常一個中小型的Oracle只需要一個DBW0 Process就可以了。
觸發DBWn Process將緩沖區的內容寫到磁盤文件的條件：
- Checkpoint Occurs
- Dirty Buffer reach threshold
- There are no free Buffers
- Timeout occurs
- RAC ping request is made
- Tablespace OFFLINE
- Tablespace READ ONLY
- Table DROP or TRUNCATE
- Tablespace BEGIN
- BACKUP
LGWR（LOG Writer）
在Oracle Instance中只有一個LGWR Process，這個Process的工作和DBWn Process類似，LGWR Process是將Redo Log Buffer中的內容寫入到Redo Log Files中。Redo Log Buffer是一個循環的Buffer，對應的Redo Log Files也是一個循環的文件組，從文件頭開始寫，當文件寫滿了，又會從文件頭開始寫（會把前面的內容覆蓋掉），為了避免將Redo Log File覆蓋掉可以選擇將其寫入到Archived Redo Log Files中。
觸發LGWR Process的條件：
- At Commit
- When one-third full
- When there is 1 MB of redo
- Every three seconds
- Before DBWn writes
SMON（System Monitor）
SMON（System Monitor）系統管理器，當Oracle運行時突然宕機，那么在下一次啟動Oracle Instance的時候，它里面一些沒有釋放的資源，這些資源都會由SMON進行清理；在一些事務失敗的時候也由SMON進行清理，或者由於內存空間很分散（不連續）這時需要SMON將這個分散的空間整合起來；對於一些臨時的Segment由SMON進行釋放。
PMON（Process Monitor）
PMON （ Process Monitor ）進程監控器，用於監控各個 Oracle 后台進程的，檢查各個進程是否正常，發現異常的進程將其清除掉，重新生成該進程。
CKPT（Checkpoint）
CKPT（Checkpoint）主要用於寫Checkpoint（檢查點）、在Data File的在文件頭更新檢查點信息、在Control File中更新檢查點的信息。
ARCn（Archiver）
ARCn（Archiver）是Oracle中的可選項的進程（幾乎可看作必選項進程），Oracle可以運行在兩種模式下，一種是ARCHIVELOG MODE（歸檔模式）；另一種是NOARCHIVELOG MODE（非歸檔模式）。Redo Log Files是一個循環文件組，從頭開始寫，寫完了以后，又回到最開始的地方寫（即：覆蓋原來的開頭部分），在覆蓋之前就可以通過ACRn進程將老的信息寫到Archiver Redo Log files（歸檔日志文件）中，基本上所有的生產數據庫都會運行在Archiver模式，否則數據庫發生災難性事故后就很難進行恢復了。
Logical Structure
Oracle有一套Logical Structures（邏輯結構），一個Oracle Server只有一個Oracle Database，一個Oracle Database可以由多個Tablespace組成，一個Tablespace可以有多個Segment組成，一個Segmnet可以由多個Extent組成。一個Extent是一組連續的Blocks組成，Block是Oracle中的最小基本單位，Oracle中的Block對應着操作系統的Block，操作系統的文件系統也是由Block組成的，一個Block又對應着內存中的一個Page，Oracle的Block是操作系統文件系統的Block的整數倍，例如： Oracle的一個Block對應着操作系統的1個Block或者Oracle的一個Block對應着操作系統的2個Block。Oracle中有一個重要的參數DB_BLOCK_SIZE，該參數用於設置Oracle Block的SIZE（通常Oracle的Block=8K）。一堆連續的Block組成了Extent。很多Extent（不一定是連續的）組成了Segment。一個或多個Segment就組成了一個Tablespace。一個Tablespace或多個Tablespace組成了Oracle Database。Oracle有很多Data File，這些Data File其實就是他的物理結構。一個Tablespace可以由多個Data File組成，一個Segment也可以由多個Data file組成，但Segment和Data File並沒有隸屬關系，一個Data File必然屬於一個Tablespace，但是一個Data File不一定屬於一個Segment，Extent不能跨Data File，一個Extent只能存在於一個Data File中。
Processing SQL Statements
Oracle處理SQL語句的過程分為以下階段：客戶端Connect到后台建立一個Connection，建立一個會話，建立完成后， 向后台發出SQL語句，發到后台第一個階段Parseing（其實在做Parseing之前還要做安全檢查，查看用戶的權限），Parseing就是解析SQL語句，把SQL語句分解成它能夠執行的原子操作；下一個階段叫做Banding，就是把一些變量綁定在SQL語句上，接下來就開始執行，執行完成SQL語句后，把返回的結果返回給客戶端。
SQL語句分為幾種：一種就是查詢語句，就是SELECT，第二種是DML（數據操作語言），也就是INSERT、DELETE、UPDATE。比如說去UPDATE一條記錄的時候，這條語句通過Parseing、通過安全檢查后以及解析成原子操作后開始執行的時候，如果該操做的記錄沒有在SGA的Database Buffer Cache中，就會從磁盤上的數據文件中讀取上來，然后再進行更新操作。