參考：Oracle架構實現原理、含五大進程解析(圖文詳解)

一.Oracle RDBMS架構圖

Oracle RDBMS架構圖

Oracle指的是Oracle RDBMS(Relational databases Management system)，一套Oracle數據庫管理系統，也稱之為Oracle Server。而Oracle Server主要有兩大部分：

Oracle Server = 實例 + 數據庫 (Instance和Database是相互獨立的)

• 數據庫 = 數據文件 + 控制文件 +日志文件
• 實例 = 內存池 + 后臺進程

所以可以細分為： Oracle Server = 內存池 + 后臺進程 + 數據文件 + 控制文件 + 日志文件

一臺Oracle Server支持創建多個Database，而且每個Datacase是互相隔離而獨立的。不同的Database擁有屬于自己的全套相關文件，例如：有各自的密碼文件，參數文件，數據文件，控制文件和日志文件。
Database由一些物理文件(如：存放在存儲設備中的二維表文件)組成。二維表存儲在Database中，但Database的內容不能被用戶直接讀取，用戶必須通過Oracle instance才能夠訪問Database，一個Instance只能連接一個Database，但是一個Database可以被多個Instance連接。
將上面的Oracle RDBMS架構圖進行抽象分類，可以將Oracle架構抽象為：Oracle體系 = 內存結構 + 進程結構 + 存儲結構

Oracle組成分布

二.內存結構

Oracle Instance是Oracle RDBMS的核心之一，負責RDBMS的管理功能。Oracle Instance主要由內存池SGA和后臺進程組成。

系統全局區SGA

系統全局區分布

SGA(System Global Area)是與Oracle性能關系最大的核心部分，也是對Oracle進行調優的主要考量。SGA內存池會在Instance啟動時被分配，在Instance關閉時被釋放。在一定范圍內，SGA可以在Instance運行時通過自動方式響應DBA的指令。

1.高速緩存緩沖區(數據庫緩沖區)

數據庫緩沖區是oracle執行SQL語句的區域。
例如在更新數據時，用戶執行的SQL語句不會直接對磁盤上的數據文件進行更改操作，而是首先將數據文件復制到數據庫緩沖區緩存(就是說數據庫緩沖區里會存放著SQL相關數據文件副本)，再更改應用于數據庫緩沖區緩存中這些數據塊的副本。而且數據塊副本將在緩存中保留一段時間，直至其占用的緩沖區被另一個數據庫覆蓋為止(緩沖區Size有限)。
在查詢數據時，為了提高執行效率，查詢的數據也要經過緩存。建立的Session會計算出那些數據塊包含關鍵的行，并將它們復制到數據庫緩沖區中進行緩存。此后，相關關鍵行會傳輸到Session的PGA作進一步處理。這些數據塊也會在數據庫緩存區緩存中保留一段時間。
一般情況下，被頻繁訪問的數據塊會存在于數據庫緩沖區緩存中，從而最大程度地減少對磁盤I/O的需要。

那什么時候會將被更新的數據塊副本寫入到磁盤中的數據文件呢?

答案就是：如果在緩沖區緩存中存儲的數據塊與磁盤上的數據塊不同時，那么這樣的緩沖區常稱為”臟緩沖區”，臟緩沖區中的數據塊副本就必須寫回到磁盤的數據文件中。

調優:數據庫緩沖區緩存的大小會對性能產生至關重要的影響，具體需要多大的Size才能成為最佳配比還要結合實際的生產環境而言。總體而言可以依據以下兩點基本要求來判斷：

1. 緩存應足夠大，以便能緩存所有被頻繁訪問的數據塊。如果緩存過小，那么將導致磁盤I/0活動過多，因為頻繁訪問的數據塊持續從磁盤讀取，并由其他數據塊使用和重寫，然后再從磁盤讀取。
2. 但也不能太大，以至于它會將極少被訪問的塊也一并加入到緩存中，這樣會增長在緩存中搜索的時間。

數據庫緩沖區緩存在Instance啟動時被分配。從數據庫9i開始，可以隨時將其調大或調小。可以采用手動方式重調，也可以根據工作負荷自動重調大小(事務)。

2.日志緩沖區

日志緩沖區是小型的、用于短期存儲將寫入到磁盤上的重做日志的變更向量的臨時區域。主要作用是提供更加快的日志處理效率。

3.共享池

共享池的大小也對性能產生重要影響

1. 它應該足夠大，以便緩存所有頻繁執行的代碼和頻繁訪問的對象定義。如果共享池過小，則性能下降，因為服務器會話將反復搶奪其中的空間來分析語句，此后，這些語句會被其他語句重寫，在重新執行時，將不得不再次分析。如果共享池小于最優容量，則性能將下降。但有一個最小容量，如果低于此限度，則語句將失敗。
2. 但也不能過大，以至于連僅執行一次的語句也要緩存。過大的共享池也會對性能產生不良影響，因為搜索需要的時間過長。

確定最優容量是一個性能調整問題，大多數數據庫都需要一個數百MB的共享池。有些應用程序需要1GB以上的共享池，但很少有應用程序能夠在共享池小于100MB時充分運行。

4.大型池

主要用途是供共享的服務器進程使用。

5.JAVA池

只有當應用程序需要在數據庫中運行java存儲程序時，才需要java池。

三.進程結構

進程結構

1.用戶進程

用戶連接進程是連接用戶和Oracle Instance的橋梁。只有在User與Instance建立了連接以后，User才能夠對Oracle Server進行操作。
用戶連接進程 = 用戶進程 + 服務進程 + PGA

A.用戶進程User Process

當一個Database User請求連接到Oracle Server時，Oracle Server會創建User Process。

User Process的作用：

為Database User與Server Process建立連接 并不會直接與Oracle Server交互
connect連接：是User和Server Process之間的通信通道。

服務器進程和用戶進程

B.Server Process服務進程

用于處理Database User和Oracle Server之間的連接。
當一個User與User Process建立了一個connect后，Oracle Server會創建一個Server Process。然后再由User Process與Server Process建立了連接之后，Server Process會通過用戶提交的請求信息來確定與oracle instance建立一個會話。

Server Process的作用：

與Oracle Server直接交互 復制執行和返回結果

C.Session會話

一個用戶通過User Process(本質是通過Server Process)與Oracle Instance建立連接后稱之為一個會話，一個用戶可以建立多個會話，即同時使用同一個用戶可以多次的連接到同一個實例，也就是說多個session可以使用同一個connect。

會話

2.程序全局區PGA

程序全局區

PGA：Oracle Server Process分配來專門用于當前User Session的內存區。該區域是私有的，不同的用戶擁有不同的PGA。

PGA包含了Server Process數據和控制信息的內存區域。，由下列3個部分組成：

1. 棧空間：存儲Session的變量、數組等的內存空間。
2. Session Info：如果運行的不是多線程服務器，會話信息將保存在PGA中，如果是多線程服務器，則保存在SGA中。
3. 私有SQL區：用來保存綁定變量(binding variables)和運行時緩沖區(runtime buffers)等信息。

Oracle的connect連接和session會話與User Process緊密相關

注意：在RDBMS中由db_name和instance_name共同確定一個Database，所以Instance_name被用于Oracle與OS之間的聯系同時也被用于Oracle Server與外部連接時使用。

所以在User提交連接請求的時候，User Process首先會與Server Process建立Connect，然后Server Process會通過請求中所包含的db_name和Instance_name來確定需要且可以被連接的數據庫(RDBMS可以存在多個數據庫)，這樣就確保了RDBMS在擁有多個數據庫的情況下，還能夠保證每一個Database的獨立性。而且同一個Database可以被多個屬于這個Databse的不同用戶發起的Instance連接。這一個功能是非常有必要的，因為每一個不同的數據庫中都包含有同名的sys、system等系統用戶。

四.后臺進程

后臺進程主要是完成數據庫管理任務 ，后臺進程是Oracle Instance和Oracle Database的聯系紐帶，分為核心進程和非核心進程。

1. 核心進程：核心進程，必須存在，有一個終止，所有數據庫進程全部終止，實例崩潰!其中五大進程全都是核心進程。
2. 非核心進程：完成數據庫的額外功能，非核心進程死亡數據庫不會崩潰!

常用的核心進程：

常用的核心進程

在用戶訪問數據庫時，首先會提交請求，再分配SGA內存，創建并啟動后臺進程和實例，最后建立連接和會話。Oracle Server運行過程中必須啟動上面的前五個進程。否則實例無法創建。

A.數據庫寫入進程(DBWn)

數據庫寫入進程

Server process連接Oracle后，通過數據庫寫進程(DBWn)將數據緩沖區中的“臟緩沖區”的數據塊寫入到存儲結構(數據文件、磁盤文件)
Database writer (DBWn)數據庫寫進程：
只做一件事，將數據寫到磁盤。就是將數據庫的變化寫入到數據文件。
該進程最多20 個，即使你有36 個CPU 也只能最多有20 個數據庫寫進程。
進程名稱DBW0-DBW9 DBWa-DBWj

注意：數據庫寫進程越多，寫數據的效率越高。該進程的個數應該和cpu的個數對應，如果設置的數據庫寫進程數大于CPU 的個數也不會有太明顯的效果，因為CPU 是分時的。

B.檢查點(CKPT)

檢查點

Checkpoint (CKPT)檢查點進程：

主要用戶更新數據文件頭，更新控制文件和觸發DBWn數據庫寫進程。
Ckpt 進程會降低數據庫性能，但是提高數據庫崩潰時，自我恢復的性能。我們可以理解為階段性的保存數據，一定的條件滿足就觸發，執行DBWn存盤操作。

C.進程監視進程(PMON)

進程監視進程

PMON在后臺進程執行失敗后負責清理數據庫緩存和閑置資源，是Oracle的自動維護機制。
清除死進程 重新啟動部分進程(如調度進程) 監聽的自動注冊 回滾事務 釋放鎖 釋放其他資

D.系統監視進程(SMON)

系統監視進程

SMON啟動后會自動的用于在實例崩潰時進行數據庫實例自動恢復。
清除作廢的排序臨時段，回收整理碎片，合并空閑空間，釋放臨時段，維護閃回的時間點。
在老數據庫版本中，當我們大量刪除表的時候，會觀測到SMON進程很忙，直到把所有的碎片空間都整理完畢。

E.重做日志文件和日志寫入進程

重做日志文件和日志寫入進程

主要用于記錄數據庫的改變和記錄數據庫被改變之前的原始狀態，所以應當對其作多重備份，用于恢復和排錯。
激活LGWR的情況：
提交指令 日志緩沖區超過1/3 每三秒 每次DBWn執行之前

F.歸檔進程(ARCn)

歸檔進程

五.存儲結構

Oracle RDBMS存儲結構主要由Database組成。
又能夠將Database分為物理結構和邏輯結構來理解。

存儲結構

1.物理結構

Database物理結構：是Database在操作系統中的文件集合，即：磁盤上的物理文件，主要由數據文件、控制文件、重做日志文件、歸檔日志文件、參數文件、口令文件組成。

A.Data Files

• 數據文件是數據的存儲倉庫。
• 包括所有的數據庫數據
• 只能屬于一個數據庫
• 來自于被稱為”表空間”的數據庫存儲邏輯單元
• 可以直接被讀進內存，在執行SQL語句的時候，會將相關的數據文件副本加載如數據緩沖區。
• 通過備份策略可以使數據文件得到保護

B.Redo Log Files

重做日志文件包含對數據庫所做的更改操作記錄，在Oracle發生故障時能夠恢復數據。

能夠恢復數據的原理：重做日志文件會按時間的順序，將應用于數據庫的一連串的變更向量(做了什么操作)存儲起來(即將變更的地方標記起來)。其中包含了所有已經完成操作的信息和完成操作之前的數據庫狀態。如果數據文件受損，就可以將這些變更向量應用于數據文件備份來進行重做(重建)工作，將它恢復到發生故障的那一刻前的狀態。重做日志文件又分為下面兩種類型：

聯機重做日志文件：記錄連續的數據庫操作 歸檔日志文件Archived Log Files：用于時間點恢復，當RedoLogFiles存滿時，會對這些日志進行歸檔備份，以便以后還原數據時使用。

C.Control Files

控制文件包含維護和驗證數據庫完整性的必要的信息。

它記錄了聯機重做日志文件、數據文件的位置、更新的歸檔日志文件的位置。它還存儲著維護數據庫完整性所需的信息，如數據庫名。控制文件是以二進制型式存儲的，用戶無法修改控制文件的內容。控制文件不過數MB，卻起著至關重要的作用。

D.Parameter File

實例參數文件，當啟動oracle實例時，SGA結構會根據此參數文件的設置內存，后臺進程會據此啟動。

E.Password File

用戶通過提交username/password來建立會話，Oracle根據存儲在數據字典的用戶定義對用戶名和口令進行驗證。

2.邏輯結構

表空間就是典型的Oracle邏輯結構類型 —— 里面存放著若干的數據文件

表空間：用于存儲數據庫對象的邏輯空間，表空間是在數據庫中開辟的一個空間，用于存放數據庫的對象，它是信息存儲的最大邏輯單位，是存放數據庫文件的地方，其中數據又被存放在表空間中的數據文件中。一個數據庫可以由多個表空間組成，Oracle的調優就是通過表空間來實現的。(Oracle數據庫獨特的高級應用)

表空間的作用：分類管理、批量處理; 將瑣碎的磁盤文件整合、抽象處理成為邏輯結構。這樣更加便于我們去管理數據庫。

邏輯空間到物理空間的映射

段、區和塊

六.簡述Oracle運行過程

這里寫圖片描述

這里寫圖片描述

• User訪問Oracle Server之前提交一個請求(包含了db_name、instance_name、username、password等信息)，Oracle Server接收到請求并通過Password File的驗證后，分配SGA內存池，啟動后臺進程同時創建并啟動實例。
• 在啟動實例之后User Process與Server Process建立Connect。
• 再通過Server process和Oracle Instance完成建立Sesscion。
• 用戶執行SQL語句，由server process接收到并直接與Oracle交互。
• SQL語句通過Server Process到達Oracle Instance，再將SQL載入數據庫緩沖區。
• Server Process通知Oracle Database將與SQL語句相關的數據塊副本加載到緩沖區中。
• 在數據庫緩存區執行SQL語句，并產生”臟緩沖區”。
• 由CKPT檢查點進程檢查到”臟緩沖區”，并調用DBWn數據庫寫進程，但在DBWn執行之前，應該由LGWR先將數據文件的原始狀態、數據庫的改變等信息記錄到Redo Log Files。
• 將更新的內容寫入到磁盤中的數據文件。 返回結果給用戶