《ORACLE系統(tǒng)架構(gòu)》課件介紹本課件將深入探討ORACLE數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的架構(gòu)，包括其核心組件、體系結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵技術(shù)。ORACLE數(shù)據(jù)庫發(fā)展簡史11970s系統(tǒng)R開發(fā)21980sORACLE1.0發(fā)布31990s網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫興起42000s云數(shù)據(jù)庫時代ORACLE的發(fā)展歷程，從最初的系統(tǒng)R，到第一個版本的發(fā)布，再到互聯(lián)網(wǎng)時代的崛起，以及云計算的興起，ORACLE始終與時代同步，不斷創(chuàng)新，成為全球領(lǐng)先的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。ORACLE系統(tǒng)架構(gòu)概述ORACLE數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)架構(gòu)包括實例(Instance)和數(shù)據(jù)庫(Database)兩部分。實例是一個內(nèi)存中的進程集合，負責管理數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫則是存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)集合。核心組件:實例(Instance)Oracle實例Oracle實例是運行Oracle數(shù)據(jù)庫所需的內(nèi)存和進程的集合。實例結(jié)構(gòu)實例包括系統(tǒng)全局區(qū)(SGA)、用戶全局區(qū)(UGA)以及一系列后臺進程。實例與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系邏輯概念數(shù)據(jù)庫是存儲數(shù)據(jù)的邏輯集合,包含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、完整性約束等。物理實現(xiàn)實例是數(shù)據(jù)庫的物理實現(xiàn),包括內(nèi)存、進程、文件等,是運行數(shù)據(jù)庫的具體環(huán)境。相互依存實例是數(shù)據(jù)庫運行的平臺,數(shù)據(jù)庫是實例管理的對象,兩者互相依存,缺一不可。實例中的重要進程數(shù)據(jù)庫寫入進程(DBWn)將內(nèi)存緩沖區(qū)中的臟塊寫入數(shù)據(jù)文件。日志寫入進程(LGWR)將重做日志緩沖區(qū)寫入日志文件。檢查點進程(CKPT)將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入磁盤，確保數(shù)據(jù)一致性。系統(tǒng)監(jiān)控進程(SMON)負責實例的啟動、關(guān)閉和恢復(fù)等操作。內(nèi)存結(jié)構(gòu):系統(tǒng)全局區(qū)(SGA)系統(tǒng)全局區(qū)(SGA)是Oracle實例的核心內(nèi)存區(qū)域。它是共享內(nèi)存池，用于存儲數(shù)據(jù)庫操作所需的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和信息。數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)高速緩存存儲最近訪問的數(shù)據(jù)塊，減少磁盤I/O次數(shù)。日志緩沖區(qū)存儲事務(wù)日志記錄，確保事務(wù)一致性。共享池存儲已解析的SQL語句、共享庫等，提高執(zhí)行效率。內(nèi)存結(jié)構(gòu):用戶全局區(qū)(UGA)用戶全局區(qū)(UGA)是每個用戶私有的內(nèi)存區(qū)域，用于存儲用戶的會話信息和數(shù)據(jù)。每個用戶連接到Oracle數(shù)據(jù)庫時，系統(tǒng)會為其分配一個UGA區(qū)域。UGA包含用戶當前會話的上下文信息，比如用戶連接信息、當前SQL語句、PL/SQL代碼、游標信息等等。UGA還包含用于存儲用戶數(shù)據(jù)操作過程中產(chǎn)生的臨時數(shù)據(jù)，比如排序數(shù)據(jù)、查詢結(jié)果等。當用戶斷開連接時，其UGA區(qū)域會被釋放。內(nèi)存結(jié)構(gòu):固定區(qū)域固定區(qū)域用于存儲一些固定的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，例如版本信息，錯誤信息等，它是ORACLE數(shù)據(jù)庫內(nèi)存結(jié)構(gòu)中的一個重要部分。128KB版本信息用于標識數(shù)據(jù)庫版本和系統(tǒng)版本16KB錯誤信息用于記錄錯誤信息32KB系統(tǒng)參數(shù)用于記錄系統(tǒng)參數(shù)存儲結(jié)構(gòu):數(shù)據(jù)文件11.數(shù)據(jù)存儲核心數(shù)據(jù)文件是Oracle數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)的核心，包含所有用戶創(chuàng)建的對象，如表、索引、視圖等。22.物理文件數(shù)據(jù)文件是操作系統(tǒng)上的物理文件，由操作系統(tǒng)進行管理，每個數(shù)據(jù)文件對應(yīng)數(shù)據(jù)庫中的一個或多個表空間。33.數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)文件由多個數(shù)據(jù)塊組成，每個數(shù)據(jù)塊大小固定，默認大小為8KB，可以根據(jù)需求調(diào)整。44.文件管理Oracle通過數(shù)據(jù)字典管理數(shù)據(jù)文件，包括文件名、文件大小、存儲位置等信息。存儲結(jié)構(gòu):聯(lián)機重做日志在線重做日志的作用聯(lián)機重做日志用于記錄數(shù)據(jù)庫發(fā)生的更改操作，在數(shù)據(jù)庫故障或數(shù)據(jù)丟失的情況下提供數(shù)據(jù)恢復(fù)的能力。它是一個二進制文件，包含數(shù)據(jù)庫事務(wù)的日志信息，用于回滾和恢復(fù)操作。存儲結(jié)構(gòu)與特點聯(lián)機重做日志文件通常存放在單獨的磁盤上，以確保日志文件不會因磁盤故障而丟失。ORACLE數(shù)據(jù)庫中，重做日志是以循環(huán)的方式記錄到多個日志文件組中。它能夠保證數(shù)據(jù)一致性和完整性，并提供可靠的數(shù)據(jù)恢復(fù)保障。存儲結(jié)構(gòu):控制文件數(shù)據(jù)庫核心文件控制文件保存著數(shù)據(jù)庫實例的關(guān)鍵信息，包括數(shù)據(jù)庫名稱、數(shù)據(jù)文件列表、日志文件列表、表空間信息等。數(shù)據(jù)庫唯一標識每個數(shù)據(jù)庫只有一個控制文件，控制文件是數(shù)據(jù)庫正常運行的必要條件，它是數(shù)據(jù)庫恢復(fù)過程的重要參考文件。備份與恢復(fù)控制文件可以進行備份，在數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障時，可以利用備份的控制文件進行恢復(fù)操作。ORACLE啟動流程解析1啟動實例實例啟動后，創(chuàng)建SGA、PGA等內(nèi)存結(jié)構(gòu)，加載數(shù)據(jù)庫文件，啟動各種后臺進程。2連接數(shù)據(jù)庫用戶通過SQL*Plus、SQLDeveloper等工具建立數(shù)據(jù)庫連接，并使用數(shù)據(jù)庫服務(wù)。3數(shù)據(jù)庫打開系統(tǒng)會將數(shù)據(jù)庫狀態(tài)從關(guān)閉狀態(tài)切換到打開狀態(tài)，使數(shù)據(jù)庫可供訪問。ORACLE實例的幾種狀態(tài)啟動狀態(tài)數(shù)據(jù)庫實例已啟動并處于可訪問狀態(tài)，可以執(zhí)行SQL語句。關(guān)閉狀態(tài)數(shù)據(jù)庫實例已停止，不能執(zhí)行任何操作，需要重新啟動。掛起狀態(tài)數(shù)據(jù)庫實例處于掛起狀態(tài)，所有用戶連接都將被斷開，但數(shù)據(jù)仍可訪問。故障狀態(tài)數(shù)據(jù)庫實例出現(xiàn)故障，無法正常運行，需要進行故障排查和修復(fù)。用戶連接方式及原理1SQL*Plus命令行工具2SQLDeveloper圖形化工具3第三方工具Toad,PL/SQLDeveloper4JDBC/ODBC編程語言連接用戶可以通過多種方式連接到Oracle數(shù)據(jù)庫。這些連接方式提供了不同的用戶界面和連接功能，允許用戶以不同的方式訪問和操作數(shù)據(jù)庫。用戶連接到數(shù)據(jù)庫后，可以通過SQL語句或其他工具來執(zhí)行操作，例如查詢數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)或創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫對象。SQL執(zhí)行流程詳解1解析階段解析器將SQL語句轉(zhuǎn)換為內(nèi)部表示形式，并進行語法和語義檢查，確保語句的正確性。2優(yōu)化階段優(yōu)化器會分析多種執(zhí)行計劃，選擇最優(yōu)方案，并生成執(zhí)行計劃，以提高執(zhí)行效率。3執(zhí)行階段執(zhí)行引擎根據(jù)優(yōu)化后的執(zhí)行計劃，訪問數(shù)據(jù)文件，并進行數(shù)據(jù)操作，最終將結(jié)果返回給用戶。存儲管理:表空間與段表空間表空間是數(shù)據(jù)庫中分配存儲空間的基本單元,是數(shù)據(jù)庫物理存儲的基本結(jié)構(gòu)段段是表空間內(nèi)分配存儲空間的邏輯單元,用于存放數(shù)據(jù)庫對象的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)段存儲數(shù)據(jù)表、索引等數(shù)據(jù)庫對象的實際數(shù)據(jù),用于存放實際數(shù)據(jù)索引段存儲索引數(shù)據(jù),索引段加快查詢速度存儲管理:數(shù)據(jù)文件與塊1數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)文件中，每個文件包含多個塊。2數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊是數(shù)據(jù)存儲的基本單位，通常為8KB或16KB。3塊分配ORACLE使用塊分配算法，在數(shù)據(jù)文件中分配存儲空間。4數(shù)據(jù)組織數(shù)據(jù)塊包含數(shù)據(jù)、行頭信息、塊頭信息。存儲管理:聯(lián)機重做日志組日志組定義聯(lián)機重做日志組由多個日志文件組成，每個日志文件包含特定事務(wù)的日志記錄。順序?qū)憴C制日志記錄以順序方式寫入日志文件，確保事務(wù)的原子性和一致性。循環(huán)使用日志組中的日志文件會循環(huán)使用，當一個文件寫滿后，會覆蓋第一個文件，確保日志空間不會被耗盡。故障恢復(fù)日志組記錄所有事務(wù)操作，便于在系統(tǒng)故障時快速恢復(fù)數(shù)據(jù)庫到一致狀態(tài)。存儲管理:控制文件控制文件的作用控制文件記錄了數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)信息，例如表空間、數(shù)據(jù)文件、日志文件等信息?？刂莆募愃朴跀?shù)據(jù)庫的“身份證”?？刂莆募攸c控制文件是二進制文件，存儲在服務(wù)器磁盤上，可被多個實例共享。數(shù)據(jù)庫實例啟動時會讀取控制文件，并根據(jù)其信息來構(gòu)建數(shù)據(jù)庫環(huán)境。備份方案:熱備份在線備份數(shù)據(jù)庫無需關(guān)閉，進行備份操作。數(shù)據(jù)完整性可確保數(shù)據(jù)完整性，即使備份過程中出現(xiàn)故障，也不會丟失數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)一致性數(shù)據(jù)庫處于運行狀態(tài)，可保證備份數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫當前狀態(tài)一致。備份效率備份速度較快，適用于頻繁備份場景。備份方案:冷備份系統(tǒng)停機冷備份需要先停止數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，才能進行數(shù)據(jù)備份。數(shù)據(jù)復(fù)制將數(shù)據(jù)文件復(fù)制到其他存儲介質(zhì)，例如磁帶、外置硬盤等。備份驗證備份完成后，需要進行驗證，確保備份數(shù)據(jù)完整有效?；謴?fù)方案:數(shù)據(jù)庫恢復(fù)數(shù)據(jù)庫恢復(fù)是指將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到某個一致性狀態(tài)，例如某個時間點或特定版本。ORACLE數(shù)據(jù)庫提供強大的恢復(fù)機制，可以應(yīng)對各種故障場景，包括硬件故障、軟件錯誤、數(shù)據(jù)丟失等。1目標確定明確恢復(fù)目標，例如恢復(fù)到某個時間點或版本2恢復(fù)模式選擇選擇合適的恢復(fù)模式，例如完全恢復(fù)、不完全恢復(fù)3恢復(fù)操作執(zhí)行執(zhí)行恢復(fù)操作，例如恢復(fù)控制文件、數(shù)據(jù)文件、日志文件4驗證與測試驗證恢復(fù)結(jié)果，進行測試以確保數(shù)據(jù)庫正常運行恢復(fù)方案:數(shù)據(jù)文件恢復(fù)識別損壞文件使用SQL*Plus或其他工具檢查數(shù)據(jù)庫的控制文件，查看數(shù)據(jù)文件是否損壞。備份恢復(fù)從備份中還原損壞的數(shù)據(jù)文件，確保版本一致性。修復(fù)數(shù)據(jù)文件使用ORACLE提供的工具修復(fù)數(shù)據(jù)文件，確保數(shù)據(jù)完整性。重啟數(shù)據(jù)庫重新啟動數(shù)據(jù)庫，驗證數(shù)據(jù)文件恢復(fù)是否成功?；謴?fù)方案:日志文件恢復(fù)1步驟一:關(guān)閉數(shù)據(jù)庫停止數(shù)據(jù)庫實例運行，以防止新的日志產(chǎn)生。2步驟二:恢復(fù)控制文件將備份的控制文件復(fù)制到數(shù)據(jù)庫目錄中。3步驟三:恢復(fù)日志文件將備份的日志文件恢復(fù)到數(shù)據(jù)庫目錄中。4步驟四:恢復(fù)數(shù)據(jù)庫使用恢復(fù)命令將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到指定的恢復(fù)時間點。優(yōu)化設(shè)計建議11.數(shù)據(jù)模型優(yōu)化合理設(shè)計數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)，減少冗余，提高查詢效率。22.索引設(shè)計創(chuàng)建合適的索引，加速數(shù)據(jù)檢索，降低查詢時間。33.查詢優(yōu)化使用高效的SQL語句，減少磁盤I/O操作，提升查詢性能。44.存儲優(yōu)化選擇合適的存儲設(shè)備，優(yōu)化數(shù)據(jù)塊大小，提高數(shù)據(jù)訪問速度。數(shù)據(jù)庫安全防護訪問控制用戶和角色管理，授權(quán)訪問權(quán)限，限制非授權(quán)用戶訪問敏感數(shù)據(jù).例如，使用基于角色的訪問控制(RBAC)實現(xiàn)權(quán)限管理。數(shù)據(jù)加密數(shù)據(jù)加密技術(shù)保護敏感信息，包括靜態(tài)加密和動態(tài)加密。例如，使用AES或DES算法加密數(shù)據(jù)庫中的敏感數(shù)據(jù).審計日志記錄數(shù)據(jù)庫操作，追蹤用戶行為，識別潛在安全問題.例如，記錄用戶登錄、數(shù)據(jù)修改、數(shù)據(jù)庫訪問等操作。備份與恢復(fù)定期備份數(shù)據(jù)庫，防止數(shù)據(jù)丟失，及時恢復(fù)受損數(shù)據(jù)。例如，使用邏輯備份或物理備份，定期進行備份和恢復(fù)測試。常見架構(gòu)部署方式獨立服務(wù)器適用于高性能、高安全需求場景云平臺靈活可擴展，降低運維成本集群模式提高可靠性和容錯能力容器化部署簡化部署，提升資源利用率總結(jié)與展望云數(shù)據(jù)庫ORACLE