Oracle数据库架构入门概述

Oracle数据库架构入门概述

本文分为四个部分简单概述

一、入门概述

二、数据库实例简述

三、数据库物理存储和逻辑存储结构简述

四、网络体系结构概述

入门概述

Oracle 数据库服务器包括一个数据库和至少一个数据库实例 （通常是指只有一个实例）。 因为实例和数据库关联紧密，通常我们说Oracle 数据库这个术语，一般既指实例，也指数据库。

数据库

数据库是一组文件，位于磁盘，用于存储数据。 这些文件可以独立于数据库实例存在。

数据库实例

实例是管理数据库文件的一组内存结构。 该实例包含一个叫做系统全局区 （SGA） 的共享内存区和一组后台进程。 实例可以独立于数

据库文件而存在。

数据库与实例的关系

1）oracle 11g版本及之前

单库环境下，一个实例对应一个数据库；可以理解一个实例管理和维护一个数据库；

RAC集群环境下，多台Oracle 数据库服务器的实例对应一个数据库；可以理解为多个实例（每个集群服务器上一个实例），管理和共同维护一个数据库（同一份物理数据文件）；

2）12c版本及之后

非容器数据库（非CDB）类型，数据库与实例的概念与以前版本完全一致；

容器数据库（CDB）类型，一个CDB数据库，可以创建很多PDB数据库，因此这种情况下，一个实例管理和维护多个PDB数据库，N:1的关系；RAC集群环境下，多台Oracle 数据库服务器的实例，管理和维护多个PDB数据库，N:N的关系；

备注：Oracle 21c版本以后，只能创建容器类型的数据库了。

物理和逻辑角度观察数据库

物理角度是在操作系统级别可查看的数据。 例如，使用操作系统实用程序，如 Linux ls 和 ps，可以列出数据库文件和进程。

逻辑角度，表、视图、索引等这样的逻辑数据只在数据库层面有意义。 SQL 语句可以列出 Oracle 数据库中的表，但操作系统实用程序却不能。

Oracle数据库和实例架构图

数据库实例简述

Oracle 数据库使用内存结构和进程，来管理和访问数据库。可以将Oracle实例简单理解为一块内存区域和一组进程。

当应用程序连接到 Oracle 数据库时，会有一个服务端进程为其一对一服务（专用模式下），服务端进程连接到一个数据库实例。 实例为其分配除 SGA 之外的其他内存区。

Oracle内存结构

Oracle 数据库创建和使用内存结构有几个目的，例如，用于在多个用户之间共享程序代码和数据的内存，以及用于每个已连接用户的私有数据区域

系统全局区(SGA)

SGA 是数据库实例的一组共享的内存结构，包含一个数据库实例的数据和控制信息。 例如，SGA 组件包括数据块缓存和共享 SQL 区域。

程序全局区(PGA)

PGA 是数据库实例的一个非共享内存区域，包含专供服务器进程或后台进程使用的数据和控制信息。每个服务器进程和后台进程都有其自己的 PGA。

Oracle数据库进程

客户端进程

运行在客户端操作系统

这些进程被创建和维护，主要用来运行应用程序代码或 Oracle 工具。 多数环境中都由单独的计算机来运行客户端进程。

服务端进程

运行在oracle服务器操作系统

这些进程与客户端进程通信，并与 Oracle 数据库进行交互，以完成客户端请求。

后台进程

运行在oracle服务器操作系统

后台进程是数据库实例的一部分，它们执行维护任务、操作数据库、最大化并发环境下的性能等等。每个后台进程执行一个独特的任务（例如将内存数据块写入磁盘文件的数据库写进程，将日志缓存写入磁盘日志文件的日志写进程，等等），进程之间互相协同完成整体工作。

备注：Oracle 进程包括服务器进程和后台进程。 在大多数的环境中， Oracle 进程和客户端进程在不同的计算机上运行。

数据库物理存储和逻辑存储结构简述

物理存储结构

物理数据库结构即存储数据的文件。

数据文件

每个 Oracle 数据库都有一个或多个物理数据文件，其中包含数据库的所有数据。数据库的逻辑数据结构，如表和索引，物理上就是存储在这些数据文件中。
现实数据库的使用环境中，我们所有的业务表数据，全都存放在数据文件中。

控制文件

每个 Oracle 数据库都有一个控制文件。 控制文件包含指定数据库物理结构的元数据，包括数据库名称，数据文件的位置和名称、日志文件的位置和名称等。

在线重做日志文件

每个数据库都有一个联机重做日志，它包含两个或更多联机重做日志文件。 一个联机重做日志由许多重做项组成（也称为重做记录），

以记录对数据所做的所有更改（你可以理解为一个不断记录的视频、该视频记录对数据库的所有操作）。

其它文件

还有很多其他文件对 Oracle 数据库服务器的正常运行也是很重要的。 例如：参数文件、密码文件、诊断文件、 备份文件和归档重做日志文件等等。

逻辑存储结构

表空间（tablespace)

数据库由称为表空间的逻辑存储单位组成。 表空间是段（表、索引等）的逻辑容器。 每个表空间至少包含一个数据文件。
表空间是数据文件的容器，每一个数据文件，必须归属于一个表空间；一个表空间可以包含多个数据文件；

段(segment)

段是为用户对象 （例如一个表或索引）、回滚数据、或临时数据等分配的一组扩展区。

段可以简单理解为表数据的逻辑存放结构，刚开始学习时，简单理解一个表的数据，存储在一个段中。

区（extent

区是一定数量的逻辑上连续的数据块，段的每次分配以区位单位。

数据块（block）

Oracle数据库中最细的存储粒度级别。
Oracle数据库每次读写数据，最小单位为数据块。
Oracle 数据库将数据存储在数据块中。
一个数据块对应于磁盘上的特定大小的字节，一般为8k大小。

说明：Oracle数据库具有物理结构和逻辑结构。 因为物理结构和逻辑结构是分开的，因此对物理数据存储的管理，不会影响对逻辑存储结构的访问。 例如，重命名物理数据库文件并不会重命名表，尽管它的数据存储在这个文件中。

逻辑存储结构和物理存储结构的映射关系图

备注：表和段的关系为多对多，后续我会深入讲解，初学时，可以将一个段和一个表对应，即1:1对应来理解即可。

网络体系结构概述

Oracle 网络服务是数据库与网络通信协议之间的接口, 它对分布式处理和分布式数据库很有用。 通信协议定义了数据在网络上被传输和接收的方式。Oracle 网络服务支持所有主要的网络通信协议，包括 TCP/IP、 HTTP、FTP 、和 WebDAV

Oracle Net

是 Oracle 网络服务的一个组件，用于建立和保持一个客户端应用程序到数据库服务器的网络会话。 网络会话建立后，Oracle Net 作为客户端应用程序和数据库之间的数据传递员，在它们之间交换消息。Oracle Net 之所以可以执行这些工作，是因为它位于网络中的每台计算机上。

监听器

监听器是 Oracle 网络服务的一个重要组成部分，，它是一个单独的进程，运行在数据库服务器上，或在网络中的其它地方。 客户端应用程序可以发送连接请求到监听器，而监听器管理这些发送到数据库服务器的请求。 当一个连接建立之后，客户端和数据库进行直接通信（后续不再需要监听器的参与）。

为服务客户端请求，最常见的两种配置 Oracle 数据库的方式是：

专用服务器体系结构

生产环境一般使用这种方式

每个客户端进程连接到一个专用的服务器进程。 在与客户端的会话期间，服务器进程不可以被任何其他客户端共享。 Oracle 会为每个新会话分配一个专用的服务器进程。

这种专用模式下，每次监听器，监听到客户端的连接请求后，都会fork（派生）一个新的进程来专用于服务这个客户端的连接；这个fork出来的新进程，也就是我们在"Oracle数据库进程"中描述的"服务端进程"

共享务器体系结构

数据库使用一个共享进程池，用于多个会话的管理。 客户端进程与一个调度器通信，调度器是一个进程，它使许多客户端能够连接到相同的数据库实例，而无需为每个客户端建立一个专用的服务器进程。

这种模式下，每次监听器，监听到客户端的连接请求后，会将请求直接转发给调度器进程（不会派生专用的进程来服务）。

本文参考官方文档：https://docs.oracle.com/cd/E28271_01/server.1111/e25789/toc.htm