Oracle体系结构概述与SQL解析剖析

Oracle服务器

是一个数据库管理系统，它提供了一种全面、开放、集成的方法来管理信息。

Oracle服务器由Oracle数据库和Oracle实例组成。

oracle数据库软件和Oracle数据库软件可以分开存储。oracle数据库软件一般存放在oralce服务器的本地硬盘上，而Oracle数据库实例所对应的文件（.ctl、.log、.dbf）一般存放在存储服务器上。

一个常用的冗余结构如下图所示：

​ 体系结构图

​ 存储服务器

实例和数据库的关系

一个Oracle数据库可以对应多个数据库实例。对于数据库实例a、b，和数据库db1，如果有1万个用户连接数据库db1，则其中5千个用户连接到实例a，5千个用户连接到实例b（RAC技术）。

数据库结构

Oracle内存结构

与Oracle相关联的内存结构包括：

• 系统全局区(SGA)：由所有服务器进程后台进程共享

• 程序全局区（PGA）： 专用于每一个服务器进程或后台进程，每一个进程使用一个PGA。

SGA是包含了数据库实例控制信息和数据的内存区。

其中，我们需要着重关心的是共享池（Share Pool）和数据库缓冲区高速缓存（Database buffer cache）。

SGA包含的数据结构：

• 共享池：缓存可在各个用户之间共享的各个结构；（SQL语句以及对应的执行计划）

• Streams 池：由Oracle Streams使用；

• 大型池：这是一个可选的区域，可为某些大型进程（如Oeacle的备份和恢复操作、I/O服务器进程）提供大量内存分配；

• Java池：用于Java虚拟机（JVM）中特定会话的所有Java代码和数据；

• 数据库缓冲区高速缓存：缓存从数据库检索的数据块

• 重做日志缓冲区：高速缓存重做信息（用于实例恢复），直到可以将其写入磁盘中存储的物理重做日志

Oracle进程结构

对于每一个用户进程，oracle服务器都会建立一个与之对应的服务器进程。也就是说当前如果有100个用户与oracle服务器进行连接，那么，oracle将建立100个服务器进程来处理用户连接。

Oracle实例管理

• 控制文件：记录了各文件存放的位置以及当前的运行状态；

• 数据文件：存放数据；

• 重做日志文件：对数据文件所有的修改记录；

• 系统监视器： 出现故障后，在启动实例时执行崩溃恢复任务，对共享池中存在的内存碎片进行整理。

• 进程监视器： 用户进程失败时，执行进程清理任务；对sql process进行整理。

• 数据库写进程：将数据库缓冲区高速缓存中修改后的的数据块写入数据文件；

• 日志写进程：

  ​ 触发条件：

  • 当某个事务提交时
  • 当重做日志缓冲区中变化的记录超过1MB时
  • 当重做日志缓冲区中所存的记录已超过缓冲区容量的1/3
  • 在DBWR将数据库高速缓冲区中修改过的数据块写到数据文件之前
  • 每3秒钟

  归档进程： 发生日志切换时将重做日志文件复制到归档存储器

  检查点： 通过更新所有数据文件的和控制文件指出新的检查点

Oracle数据库服务器由Oracle数据库和Oracle实例组成，Oracle实例由系统全局区SGA的内存结构和后台进程组成。这些后台进程可以处理运行实例时所涉及到的大量后台任务。

物理数据库结构

SQL解析剖析

读数据

1. 客户端输入SQL语句

2. SQL语句通过网络到达数据库实例

3. server process接收SQL语句

   3.1 判断SQL在Shared Pool中是否存在缓存

   ​ a. 如果有，则在shared pool中找到对应的sql语句以及对应的执行计划，然后再去执行

   ​ b. 执行3.1

   3.1 SQL解析成执行计划，然后才能执行

   解析流程：

   ​ a. 判断SQL语法是否存在问题

   ​ b. 判断SQL对应的表、视图是否存在

   ​ c. 判断用户是否有对应表、视图的权限

   ​ d. 判断如何执行（挑出最优的执行计划作为执行计划，最费时间，耗费CPU，I/O资源）

   ​ e. 选择最优执行方案生成执行计划

   3.1 执行SQL

   SQL Process根据SQL语句对应的执行计划，执行SQL，读取高速缓存，如果缓存中存在数据，则将缓存中的数据返回给用户，否则读取dbf中的数据并将数据存入缓存，然后将数据返回给用户。

   逻辑读：从内存中读取数据

   物理读：从物理磁盘中读取数据

缓存命中率： 命中率低一定有问题，命中率高不一定没问题。

比起缓存命中率，我们更关心每秒物理读。

写数据

sql process 将表读到内存中，然后再对表进行修改。Oracle数据库对dbf文件的修改都会强日志。

数据库写进程（DBWn）负责将修改后的数据写入数据文件dbf。

日志写进程（LGWR）将日志写入日志文件。

（单一职责原则）

软解析和硬解析

软解析： 从高速缓存中获取执行计划

硬解析：对SQL process接收到的SQL进行解析，判断sql语法，查询的表是否存在，是否有权限，判断如何执行（挑出最优的执行计划作为执行计划，最费时间，耗费CPU，I/O资源）；

SQL Process执行sql后，会将数据放入高速缓存，再由DBRn和LGER分别写入数据文件dbf和日志文件log。因此，对于用户来说，数据库响应快慢由SQL Process直接影响。哪怕DBRn和LOWR两个进程再繁忙，用户也是感受不到的。

服务器进程和数据库缓冲区高速缓冲

算法 ：使用最近最少使用算法管理缓冲区

高速缓冲区状态

• 空闲或未使用：实例刚启动，缓冲区为空
• 已连接： SQL Process正在对内存中的数据进行读写操作。其他会话正在等待
• 脏数据 ：缓冲中的数据和磁盘中的数据不一致（对缓冲中的数据进行了修改，但是还没有写入磁盘）。需要先将脏数据写入磁盘才能腾出缓冲区。
• 干净的 ：缓冲区已解除连接。如果没有再次使用当前内容（数据块），现在可以考虑立即腾出缓冲区。此时，不是缓冲区中的数据快已经同磁盘中的数据保持同步，就是缓冲区中包含对数据快的读取一致性快照。