印刻数据库

外观

Oracle 逻辑架构 ​

逻辑架构概述 ​

Oracle 数据库逻辑架构是 DBA 理解和管理数据库的基础，它描述了数据库的逻辑组件及其相互关系。Oracle 逻辑架构主要包括：

  • 数据库实例：由内存结构和进程结构组成，负责数据库的运行和管理
  • 存储结构：包括数据文件、控制文件、日志文件等物理文件的逻辑组织
  • Schema 对象：包括表、索引、视图、存储过程等数据库对象

理解逻辑架构对于性能优化、故障诊断和日常维护至关重要。

数据库实例 ​

数据库实例是 Oracle 数据库的核心，是内存结构和进程结构的集合。一个实例对应一个数据库，但在 RAC 环境中，多个实例可以共享一个数据库。

实例组成 ​

组件描述
内存结构SGA（系统全局区）和 PGA（程序全局区）
进程结构服务器进程、后台进程和辅助进程
元数据数据字典和控制信息

内存结构 ​

Oracle 数据库的内存结构分为两大区域：SGA（系统全局区）和 PGA（程序全局区）。

SGA（系统全局区） ​

SGA 是实例启动时分配的共享内存区域，所有数据库进程共享。主要包含以下组件：

数据库缓冲区高速缓存（Database Buffer Cache） ​

  • 存储从数据文件读取的数据块副本
  • 减少磁盘 I/O，提高查询性能
  • 由 LRU 算法管理，分为热区和冷区

19c vs 21c 差异：

  • 21c 引入了智能缓冲区缓存管理，自动调整热区/冷区比例
  • 21c 支持更大的缓冲区缓存，单实例可支持到 TB 级

生产环境建议：

  • 通常配置为物理内存的 40-60%
  • 监控缓冲区缓存命中率，理想值 > 95%
  • 使用 V$BUFFER_POOL_STATISTICS 视图监控
sql
-- 查询缓冲区缓存命中率
SELECT name, physical_reads, db_block_gets, consistent_gets,
       1 - (physical_reads / (db_block_gets + consistent_gets)) AS hit_ratio
FROM V$BUFFER_POOL_STATISTICS;

共享池（Shared Pool） ​

  • 存储 SQL 语句、PL/SQL 程序和数据字典信息
  • 包含库缓存和数据字典缓存

19c vs 21c 差异：

  • 21c 增强了共享池的自动调整能力
  • 21c 引入了自适应游标共享增强

生产环境建议：

  • 配置为物理内存的 10-20%
  • 监控共享池命中率，理想值 > 95%
  • 避免硬解析，使用绑定变量
sql
-- 查询共享池统计信息
SELECT * FROM V$SHARED_POOL_STATISTICS;

大池（Large Pool） ​

  • 为 RMAN、并行查询和共享服务器等操作提供大内存分配
  • 减少共享池的压力

生产环境建议：

  • 对于 RMAN 备份和并行查询密集型系统，适当增大
  • 监控大池使用情况，避免内存不足

Java 池（Java Pool） ​

  • 为 Java 虚拟机（JVM）提供内存
  • 仅当数据库中使用 Java 存储过程时需要

流池（Streams Pool） ​

  • 为 Oracle Streams 和 GoldenGate 等复制技术提供内存
  • 19c 和 21c 中已逐步被 Oracle GoldenGate 和 Oracle Data Guard 替代

重做日志缓冲区（Redo Log Buffer） ​

  • 存储事务产生的重做记录
  • 定期写入重做日志文件
  • 提高事务处理性能

19c vs 21c 差异：

  • 21c 增强了重做日志缓冲区的自动调整
  • 21c 支持更快的重做日志写入

生产环境建议：

  • 通常配置为 100MB-500MB
  • 监控重做日志缓冲区等待事件
sql
-- 查询重做日志缓冲区统计信息
SELECT redo_buffer_allocation_retries, redo_entries, redo_buffer_size
FROM V$INSTANCE_RECOVERY;

PGA（程序全局区） ​

PGA 是每个服务器进程私有的内存区域，用于存储特定于进程的数据。主要包含以下组件：

排序区（Sort Area） ​

  • 用于 SQL 查询的排序操作
  • 超过 PGA 限制时会使用临时表空间

哈希区（Hash Area） ​

  • 用于哈希连接和其他哈希操作

会话内存（Session Memory） ​

  • 存储会话状态信息

游标状态（Cursor State） ​

  • 存储 SQL 游标的执行计划和状态

19c vs 21c 差异：

  • 21c 增强了 PGA 自动管理，更智能地调整大小
  • 21c 支持 PGA 隔离，提高安全性

生产环境建议：

  • 启用自动 PGA 管理（PGA_AGGREGATE_TARGET）
  • 监控 PGA 使用情况，避免过度使用临时表空间
sql
-- 查询 PGA 使用统计信息
SELECT name, value FROM V$PGASTAT;

进程结构 ​

Oracle 数据库的进程结构包括后台进程、服务器进程和辅助进程。

后台进程 ​

后台进程负责维护数据库的正常运行，主要包括：

SMON（系统监视器进程） ​

  • 实例恢复
  • 清理临时段
  • 合并空闲空间

PMON（进程监视器进程） ​

  • 清理失效的服务器进程
  • 释放资源
  • 注册服务信息到监听器

DBWn（数据库写入进程） ​

  • 将脏数据块从缓冲区缓存写入数据文件
  • 维护检查点
  • 19c 和 21c 支持多个 DBWn 进程（最多 36 个）

LGWR（日志写入进程） ​

  • 将重做日志缓冲区的内容写入重做日志文件
  • 确保事务持久性

CKPT（检查点进程） ​

  • 更新控制文件和数据文件头的检查点信息
  • 触发 DBWn 写入脏数据块

MMON（内存监控进程） ​

  • 收集 AWR 快照
  • 监控数据库性能
  • 生成警报

19c vs 21c 差异：

  • 21c 增强了 MMON 进程的自动调整能力
  • 21c 引入了新的后台进程用于自动索引管理

服务器进程 ​

服务器进程处理客户端请求，主要包括：

专用服务器进程 ​

  • 为每个客户端连接创建一个专用进程
  • 适用于连接数较少的环境

共享服务器进程 ​

  • 多个客户端连接共享一个服务器进程
  • 适用于连接数较多的环境
  • 减少内存消耗

辅助进程 ​

辅助进程用于特定功能，如：

  • ARCH：归档重做日志文件
  • RMAN：备份和恢复操作
  • CJQ：作业队列协调器
  • QMNC：队列监视器协调器

存储结构的逻辑视图 ​

Oracle 数据库的存储结构从逻辑上分为以下层次：

表空间（Tablespace） ​

表空间是数据库的最大逻辑存储单元，包含一个或多个数据文件。主要类型包括：

  • 系统表空间：存储数据字典和系统对象
  • SYSAUX 表空间：辅助系统表空间，存储 Oracle 组件数据
  • 用户表空间：存储用户数据
  • 临时表空间：存储临时数据，如排序结果
  • UNDO 表空间：存储撤销数据，用于事务回滚和一致性读

19c vs 21c 差异：

  • 21c 支持自动表空间管理增强
  • 21c 引入了可传输表空间的增强功能

生产环境建议：

  • 为不同类型的数据创建单独的表空间
  • 合理规划表空间大小和增长策略
  • 监控表空间使用率，避免空间不足
sql
-- 查询表空间使用情况
SELECT tablespace_name, file_id, bytes/1024/1024 AS size_mb,
       (bytes - free_bytes)/1024/1024 AS used_mb,
       free_bytes/1024/1024 AS free_mb,
       ROUND((bytes - free_bytes)/bytes * 100, 2) AS used_pct
FROM (SELECT a.tablespace_name, a.file_id, a.bytes,
             NVL(b.free_bytes, 0) AS free_bytes
      FROM dba_data_files a
      LEFT JOIN (SELECT tablespace_name, file_id, SUM(bytes) AS free_bytes
                 FROM dba_free_space
                 GROUP BY tablespace_name, file_id) b
      ON a.tablespace_name = b.tablespace_name AND a.file_id = b.file_id);

段（Segment） ​

段是表空间中的逻辑存储单元，用于存储特定类型的数据库对象。主要类型包括：

  • 表段：存储表数据
  • 索引段：存储索引数据
  • LOB 段：存储大对象数据
  • 回滚段：存储撤销数据（UNDO 表空间中）

区（Extent） ​

区是段的基本存储单元，由连续的数据块组成。当段需要更多空间时，会分配新的区。

数据块（Data Block） ​

数据块是 Oracle 存储的最小单元，对应磁盘上的物理块。Oracle 数据块大小通常为 8KB，但可以在创建数据库时指定为 2KB-32KB。

19c vs 21c 差异：

  • 21c 支持更大的数据块大小（最大 128KB）
  • 21c 增强了数据块压缩算法

Schema 对象 ​

Schema 对象是数据库中存储和管理数据的逻辑结构，主要包括：

表（Table） ​

存储数据的基本单元，由行和列组成。

索引（Index） ​

提高数据查询速度，减少磁盘 I/O。

视图（View） ​

基于表或其他视图的逻辑表。

存储过程和函数（Stored Procedure & Function） ​

预编译的 PL/SQL 代码块，提高执行效率。

触发器（Trigger） ​

在特定事件发生时自动执行的 PL/SQL 代码块。

序列（Sequence） ​

生成唯一数字值的对象。

同义词（Synonym） ​

对象的别名，简化访问。

连接到远程数据库的通道。

19c vs 21c 差异：

  • 21c 引入了原生 JSON 类型，增强了 JSON 支持
  • 21c 支持更灵活的分区策略
  • 21c 增强了 PL/SQL 并行执行能力

19c 和 21c 逻辑架构差异 ​

内存管理增强 ​

  • 21c：智能内存管理，自动调整 SGA 和 PGA 大小
  • 21c：支持内存隔离，提高安全性
  • 21c：更大的缓冲区缓存支持，单实例可到 TB 级

自动索引管理 ​

  • 21c：引入了自动索引功能，自动创建、维护和删除索引
  • 21c：新增了索引建议后台进程

存储优化 ​

  • 21c：支持更大的数据块大小（最大 128KB）
  • 21c：增强了表空间自动管理
  • 21c：改进了分区表管理

并行处理增强 ​

  • 21c：增强了 PL/SQL 并行执行能力
  • 21c：改进了并行查询优化

云原生支持 ​

  • 21c：增强了容器和 Kubernetes 支持
  • 21c：改进了云存储集成

生产环境逻辑架构设计最佳实践 ​

内存配置 ​

  1. 启用自动内存管理：

    • 对于 19c，考虑使用 MEMORY_TARGET 自动管理 SGA 和 PGA
    • 对于 21c，推荐使用自动内存管理，配合智能内存调整

  2. 合理分配内存比例：

    • SGA：物理内存的 40-60%
    • PGA：物理内存的 20-30%
    • 预留 20% 内存给操作系统

  3. 监控内存使用：

    • 使用 AWR 报告分析内存使用情况
    • 监控内存相关等待事件
    • 定期检查 SGA 和 PGA 命中率

进程配置 ​

  1. 配置合适的进程数：

    • 根据服务器资源和并发连接数调整 PROCESSES 参数
    • 监控进程使用率，避免进程不足

  2. 选择合适的服务器模式：

    • 连接数较少的环境，使用专用服务器模式
    • 连接数较多的环境，考虑使用共享服务器模式

  3. 监控进程状态：

    • 定期检查后台进程状态
    • 监控进程等待事件

存储逻辑设计 ​

  1. 表空间设计：

    • 为不同类型的数据创建单独的表空间
    • 使用本地管理表空间（LMT）替代字典管理表空间（DMT）
    • 启用自动扩展，但设置合理的最大值

  2. 数据块大小选择：

    • 大多数系统使用 8KB 数据块
    • 数据仓库系统可考虑使用 16KB 或 32KB 数据块
    • 小表较多的系统可考虑使用 4KB 数据块

  3. 区和段管理：

    • 使用自动段空间管理（ASSM）
    • 为大表设置合适的初始区大小
    • 监控段碎片，定期重组

常见问题（FAQ） ​

Q: 如何查看 SGA 和 PGA 的大小？ ​

A: 使用以下 SQL 语句：

sql
-- 查询 SGA 大小
SELECT name, value/1024/1024 AS size_mb FROM v$sga;

-- 查询 PGA 大小
SELECT name, value/1024/1024 AS size_mb FROM v$pgastat WHERE name = 'aggregate PGA target parameter';

Q: 如何调整 SGA 和 PGA 的大小？ ​

A: 可以通过以下方式调整：

  1. 使用自动内存管理：

    sql
    ALTER SYSTEM SET MEMORY_TARGET = 16G SCOPE = SPFILE;
ALTER SYSTEM SET MEMORY_MAX_TARGET = 20G SCOPE = SPFILE;

  2. 手动调整 SGA：

    sql
    ALTER SYSTEM SET SGA_TARGET = 12G SCOPE = SPFILE;
ALTER SYSTEM SET SHARED_POOL_SIZE = 3G SCOPE = SPFILE;
ALTER SYSTEM SET DB_CACHE_SIZE = 6G SCOPE = SPFILE;

  3. 手动调整 PGA：

    sql
    ALTER SYSTEM SET PGA_AGGREGATE_TARGET = 4G SCOPE = SPFILE;

Q: 如何监控数据库进程状态？ ​

A: 使用以下 SQL 语句：

sql
-- 查询后台进程状态
SELECT process, status, client_process, program FROM v$session WHERE type = 'BACKGROUND';

-- 查询服务器进程状态
SELECT sid, serial#, status, username, program FROM v$session WHERE type = 'USER';

Q: 如何优化缓冲区缓存命中率？ ​

A: 可以通过以下方式优化：

  1. 增加 DB_CACHE_SIZE 参数值
  2. 使用多个缓冲区池，将不同类型的数据放入不同的池
  3. 优化 SQL 查询，减少逻辑读
  4. 使用绑定变量，减少硬解析
  5. 监控 V$BUFFER_POOL_STATISTICS 视图，分析命中率

Q: 什么情况下使用共享服务器模式？ ​

A: 共享服务器模式适用于以下场景：

  1. 大量客户端连接（数百或数千）
  2. 客户端连接时间短，事务量小
  3. 内存资源有限
  4. 网络延迟较大的环境

Q: 如何查看表空间的逻辑结构？ ​

A: 使用以下 SQL 语句：

sql
-- 查询表空间、段、区和数据块信息
SELECT tablespace_name, segment_name, segment_type, extent_id, block_id, blocks
FROM dba_extents WHERE segment_name = 'YOUR_TABLE_NAME' AND owner = 'YOUR_SCHEMA';

总结 ​

Oracle 逻辑架构是数据库管理的基础，理解逻辑架构对于 DBA 至关重要。19c 和 21c 在逻辑架构上有一些重要差异，特别是在内存管理、自动索引和云原生支持方面。

在生产环境中，DBA 应该根据业务需求和系统资源，合理设计逻辑架构，包括内存配置、进程管理和存储结构。通过监控和优化逻辑架构，可以提高数据库的性能、可靠性和可扩展性。

随着 Oracle 数据库的不断发展，特别是 21c 引入的智能功能，DBA 的角色正在从手动管理向自动化管理转变。理解这些新特性和变化，将帮助 DBA 更好地适应未来的数据库管理挑战。