Oracle體系結構概述與SQL解析剖析

Oracle服務器

是一個數據庫管理系統，它提供了一種全面、開放、集成的方法來管理信息。

Oracle服務器由Oracle數據庫和Oracle實例組成。

oracle數據庫軟件和Oracle數據庫軟件可以分開存儲。oracle數據庫軟件一般存放在oralce服務器的本地硬盤上，而Oracle數據庫實例所對應的文件（.ctl、.log、.dbf）一般存放在存儲服務器上。

一個常用的冗余結構如下圖所示：

​ 體系結構圖

​ 存儲服務器

實例和數據庫的關系

一個Oracle數據庫可以對應多個數據庫實例。對於數據庫實例a、b，和數據庫db1，如果有1萬個用戶連接數據庫db1，則其中5千個用戶連接到實例a，5千個用戶連接到實例b（RAC技術）。

數據庫結構

Oracle內存結構

與Oracle相關聯的內存結構包括：

• 系統全局區(SGA)：由所有服務器進程后台進程共享

• 程序全局區（PGA）： 專用於每一個服務器進程或后台進程，每一個進程使用一個PGA。

SGA是包含了數據庫實例控制信息和數據的內存區。

其中，我們需要着重關心的是共享池（Share Pool）和數據庫緩沖區高速緩存（Database buffer cache）。

SGA包含的數據結構：

• 共享池：緩存可在各個用戶之間共享的各個結構；（SQL語句以及對應的執行計划）

• Streams 池：由Oracle Streams使用；

• 大型池：這是一個可選的區域，可為某些大型進程（如Oeacle的備份和恢復操作、I/O服務器進程）提供大量內存分配；

• Java池：用於Java虛擬機（JVM）中特定會話的所有Java代碼和數據；

• 數據庫緩沖區高速緩存：緩存從數據庫檢索的數據塊

• 重做日志緩沖區：高速緩存重做信息（用於實例恢復），直到可以將其寫入磁盤中存儲的物理重做日志

Oracle進程結構

對於每一個用戶進程，oracle服務器都會建立一個與之對應的服務器進程。也就是說當前如果有100個用戶與oracle服務器進行連接，那么，oracle將建立100個服務器進程來處理用戶連接。

Oracle實例管理

• 控制文件：記錄了各文件存放的位置以及當前的運行狀態；

• 數據文件：存放數據；

• 重做日志文件：對數據文件所有的修改記錄；

• 系統監視器： 出現故障后，在啟動實例時執行崩潰恢復任務，對共享池中存在的內存碎片進行整理。

• 進程監視器： 用戶進程失敗時，執行進程清理任務；對sql process進行整理。

• 數據庫寫進程：將數據庫緩沖區高速緩存中修改后的的數據塊寫入數據文件；

• 日志寫進程：

  ​ 觸發條件：

  • 當某個事務提交時
  • 當重做日志緩沖區中變化的記錄超過1MB時
  • 當重做日志緩沖區中所存的記錄已超過緩沖區容量的1/3
  • 在DBWR將數據庫高速緩沖區中修改過的數據塊寫到數據文件之前
  • 每3秒鍾

  歸檔進程： 發生日志切換時將重做日志文件復制到歸檔存儲器

  檢查點： 通過更新所有數據文件的和控制文件指出新的檢查點

Oracle數據庫服務器由Oracle數據庫和Oracle實例組成，Oracle實例由系統全局區SGA的內存結構和后台進程組成。這些后台進程可以處理運行實例時所涉及到的大量后台任務。

物理數據庫結構

SQL解析剖析

讀數據

1. 客戶端輸入SQL語句

2. SQL語句通過網絡到達數據庫實例

3. server process接收SQL語句

   3.1 判斷SQL在Shared Pool中是否存在緩存

   ​ a. 如果有，則在shared pool中找到對應的sql語句以及對應的執行計划，然后再去執行

   ​ b. 執行3.1

   3.1 SQL解析成執行計划，然后才能執行

   解析流程：

   ​ a. 判斷SQL語法是否存在問題

   ​ b. 判斷SQL對應的表、視圖是否存在

   ​ c. 判斷用戶是否有對應表、視圖的權限

   ​ d. 判斷如何執行（挑出最優的執行計划作為執行計划，最費時間，耗費CPU，I/O資源）

   ​ e. 選擇最優執行方案生成執行計划

   3.1 執行SQL

   SQL Process根據SQL語句對應的執行計划，執行SQL，讀取高速緩存，如果緩存中存在數據，則將緩存中的數據返回給用戶，否則讀取dbf中的數據並將數據存入緩存，然后將數據返回給用戶。

   邏輯讀：從內存中讀取數據

   物理讀：從物理磁盤中讀取數據

緩存命中率： 命中率低一定有問題，命中率高不一定沒問題。

比起緩存命中率，我們更關心每秒物理讀。

寫數據

sql process 將表讀到內存中，然后再對表進行修改。Oracle數據庫對dbf文件的修改都會強日志。

數據庫寫進程（DBWn）負責將修改后的數據寫入數據文件dbf。

日志寫進程（LGWR）將日志寫入日志文件。

（單一職責原則）

軟解析和硬解析

軟解析： 從高速緩存中獲取執行計划

硬解析：對SQL process接收到的SQL進行解析，判斷sql語法，查詢的表是否存在，是否有權限，判斷如何執行（挑出最優的執行計划作為執行計划，最費時間，耗費CPU，I/O資源）；

SQL Process執行sql后，會將數據放入高速緩存，再由DBRn和LGER分別寫入數據文件dbf和日志文件log。因此，對於用戶來說，數據庫響應快慢由SQL Process直接影響。哪怕DBRn和LOWR兩個進程再繁忙，用戶也是感受不到的。

服務器進程和數據庫緩沖區高速緩沖

算法 ：使用最近最少使用算法管理緩沖區

高速緩沖區狀態

• 空閑或未使用：實例剛啟動，緩沖區為空
• 已連接： SQL Process正在對內存中的數據進行讀寫操作。其他會話正在等待
• 臟數據 ：緩沖中的數據和磁盤中的數據不一致（對緩沖中的數據進行了修改，但是還沒有寫入磁盤）。需要先將臟數據寫入磁盤才能騰出緩沖區。
• 干凈的 ：緩沖區已解除連接。如果沒有再次使用當前內容（數據塊），現在可以考慮立即騰出緩沖區。此時，不是緩沖區中的數據快已經同磁盤中的數據保持同步，就是緩沖區中包含對數據快的讀取一致性快照。