《ORACLE系統架構》課件介紹本課件將深入探討ORACLE數據庫系統的架構，包括其核心組件、體系結構以及關鍵技術。ORACLE數據庫發展簡史11970s系統R開發21980sORACLE1.0發布31990s網絡數據庫興起42000s云數據庫時代ORACLE的發展歷程，從最初的系統R，到第一個版本的發布，再到互聯網時代的崛起，以及云計算的興起，ORACLE始終與時代同步，不斷創新，成為全球領先的數據庫管理系統。ORACLE系統架構概述ORACLE數據庫系統架構包括實例(Instance)和數據庫(Database)兩部分。實例是一個內存中的進程集合，負責管理數據庫，數據庫則是存儲在磁盤上的數據集合。核心組件:實例(Instance)Oracle實例Oracle實例是運行Oracle數據庫所需的內存和進程的集合。實例結構實例包括系統全局區(SGA)、用戶全局區(UGA)以及一系列后臺進程。實例與數據庫的關系邏輯概念數據庫是存儲數據的邏輯集合,包含數據結構、數據類型、完整性約束等。物理實現實例是數據庫的物理實現,包括內存、進程、文件等,是運行數據庫的具體環境。相互依存實例是數據庫運行的平臺,數據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據庫寫入進程(DBWn)將內存緩沖區中的臟塊寫入數據文件。日志寫入進程(LGWR)將重做日志緩沖區寫入日志文件。檢查點進程(CKPT)將內存中的數據寫入磁盤，確保數據一致性。系統監控進程(SMON)負責實例的啟動、關閉和恢復等操作。內存結構:系統全局區(SGA)系統全局區(SGA)是Oracle實例的核心內存區域。它是共享內存池，用于存儲數據庫操作所需的重要數據結構和信息。數據庫緩沖區高速緩存存儲最近訪問的數據塊，減少磁盤I/O次數。日志緩沖區存儲事務日志記錄，確保事務一致性。共享池存儲已解析的SQL語句、共享庫等，提高執行效率。內存結構:用戶全局區(UGA)用戶全局區(UGA)是每個用戶私有的內存區域，用于存儲用戶的會話信息和數據。每個用戶連接到Oracle數據庫時，系統會為其分配一個UGA區域。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據操作過程中產生的臨時數據，比如排序數據、查詢結果等。當用戶斷開連接時，其UGA區域會被釋放。內存結構:固定區域固定區域用于存儲一些固定的系統數據，例如版本信息，錯誤信息等，它是ORACLE數據庫內存結構中的一個重要部分。128KB版本信息用于標識數據庫版本和系統版本16KB錯誤信息用于記錄錯誤信息32KB系統參數用于記錄系統參數存儲結構:數據文件11.數據存儲核心數據文件是Oracle數據庫存儲數據的核心，包含所有用戶創建的對象，如表、索引、視圖等。22.物理文件數據文件是操作系統上的物理文件，由操作系統進行管理，每個數據文件對應數據庫中的一個或多個表空間。33.數據塊數據文件由多個數據塊組成，每個數據塊大小固定，默認大小為8KB，可以根據需求調整。44.文件管理Oracle通過數據字典管理數據文件，包括文件名、文件大小、存儲位置等信息。存儲結構:聯機重做日志在線重做日志的作用聯機重做日志用于記錄數據庫發生的更改操作，在數據庫故障或數據丟失的情況下提供數據恢復的能力。它是一個二進制文件，包含數據庫事務的日志信息，用于回滾和恢復操作。存儲結構與特點聯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數據庫中，重做日志是以循環的方式記錄到多個日志文件組中。它能夠保證數據一致性和完整性，并提供可靠的數據恢復保障。存儲結構:控制文件數據庫核心文件控制文件保存著數據庫實例的關鍵信息，包括數據庫名稱、數據文件列表、日志文件列表、表空間信息等。數據庫唯一標識每個數據庫只有一個控制文件，控制文件是數據庫正常運行的必要條件，它是數據庫恢復過程的重要參考文件。備份與恢復控制文件可以進行備份，在數據庫出現故障時，可以利用備份的控制文件進行恢復操作。ORACLE啟動流程解析1啟動實例實例啟動后，創建SGA、PGA等內存結構，加載數據庫文件，啟動各種后臺進程。2連接數據庫用戶通過SQL*Plus、SQLDeveloper等工具建立數據庫連接，并使用數據庫服務。3數據庫打開系統會將數據庫狀態從關閉狀態切換到打開狀態，使數據庫可供訪問。ORACLE實例的幾種狀態啟動狀態數據庫實例已啟動并處于可訪問狀態，可以執行SQL語句。關閉狀態數據庫實例已停止，不能執行任何操作，需要重新啟動。掛起狀態數據庫實例處于掛起狀態，所有用戶連接都將被斷開，但數據仍可訪問。故障狀態數據庫實例出現故障，無法正常運行，需要進行故障排查和修復。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數據庫。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據庫。用戶連接到數據庫后，可以通過SQL語句或其他工具來執行操作，例如查詢數據、更新數據或創建數據庫對象。SQL執行流程詳解1解析階段解析器將SQL語句轉換為內部表示形式，并進行語法和語義檢查，確保語句的正確性。2優化階段優化器會分析多種執行計劃，選擇最優方案，并生成執行計劃，以提高執行效率。3執行階段執行引擎根據優化后的執行計劃，訪問數據文件，并進行數據操作，最終將結果返回給用戶。存儲管理:表空間與段表空間表空間是數據庫中分配存儲空間的基本單元,是數據庫物理存儲的基本結構段段是表空間內分配存儲空間的邏輯單元,用于存放數據庫對象的數據數據段存儲數據表、索引等數據庫對象的實際數據,用于存放實際數據索引段存儲索引數據,索引段加快查詢速度存儲管理:數據文件與塊1數據文件數據庫數據存儲在數據文件中，每個文件包含多個塊。2數據塊數據塊是數據存儲的基本單位，通常為8KB或16KB。3塊分配ORACLE使用塊分配算法，在數據文件中分配存儲空間。4數據組織數據塊包含數據、行頭信息、塊頭信息。存儲管理:聯機重做日志組日志組定義聯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的日志記錄。順序寫機制日志記錄以順序方式寫入日志文件，確保事務的原子性和一致性。循環使用日志組中的日志文件會循環使用，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。故障恢復日志組記錄所有事務操作，便于在系統故障時快速恢復數據庫到一致狀態。存儲管理:控制文件控制文件的作用控制文件記錄了數據庫結構信息，例如表空間、數據文件、日志文件等信息。控制文件類似于數據庫的“身份證”。控制文件特點控制文件是二進制文件，存儲在服務器磁盤上，可被多個實例共享。數據庫實例啟動時會讀取控制文件，并根據其信息來構建數據庫環境。備份方案:熱備份在線備份數據庫無需關閉，進行備份操作。數據完整性可確保數據完整性，即使備份過程中出現故障，也不會丟失數據。數據一致性數據庫處于運行狀態，可保證備份數據與數據庫當前狀態一致。備份效率備份速度較快，適用于頻繁備份場景。備份方案:冷備份系統停機冷備份需要先停止數據庫服務器，才能進行數據備份。數據復制將數據文件復制到其他存儲介質，例如磁帶、外置硬盤等。備份驗證備份完成后，需要進行驗證，確保備份數據完整有效。恢復方案:數據庫恢復數據庫恢復是指將數據庫恢復到某個一致性狀態，例如某個時間點或特定版本。ORACLE數據庫提供強大的恢復機制，可以應對各種故障場景，包括硬件故障、軟件錯誤、數據丟失等。1目標確定明確恢復目標，例如恢復到某個時間點或版本2恢復模式選擇選擇合適的恢復模式，例如完全恢復、不完全恢復3恢復操作執行執行恢復操作，例如恢復控制文件、數據文件、日志文件4驗證與測試驗證恢復結果，進行測試以確保數據庫正常運行恢復方案:數據文件恢復識別損壞文件使用SQL*Plus或其他工具檢查數據庫的控制文件，查看數據文件是否損壞。備份恢復從備份中還原損壞的數據文件，確保版本一致性。修復數據文件使用ORACLE提供的工具修復數據文件，確保數據完整性。重啟數據庫重新啟動數據庫，驗證數據文件恢復是否成功。恢復方案:日志文件恢復1步驟一:關閉數據庫停止數據庫實例運行，以防止新的日志產生。2步驟二:恢復控制文件將備份的控制文件復制到數據庫目錄中。3步驟三:恢復日志文件將備份的日志文件恢復到數據庫目錄中。4步驟四:恢復數據庫使用恢復命令將數據庫恢復到指定的恢復時間點。優化設計建議11.數據模型優化合理設計數據庫表結構，減少冗余，提高查詢效率。22.索引設計創建合適的索引，加速數據檢索，降低查詢時間。33.查詢優化使用高效的SQL語句，減少磁盤I/O操作，提升查詢性能。44.存儲優化選擇合適的存儲設備，優化數據塊大小，提高數據訪問速度。數據庫安全防護訪問控制用戶和角色管理，授權訪問權限，限制非授權用戶訪問敏感數據.例如，使用基于角色的訪問控制(RBAC)實現權限管理。數據加密數據加密技術保護敏感信息，包括靜態加密和動態加密。例如，使用AES或DES算法加密數據庫中的敏感數據.審計日志記錄數據庫操作，追蹤用戶行為，識別潛在安全問題.例如，記錄用戶登錄、數據修改、數據庫訪問等操作。備份與恢復定期備份數據庫，防止數據丟失，及時恢復受損數據。例如，使用邏輯備份或物理備份，定期進行備份和恢復測試。常見架構部署方式獨立服務器適用于高性能、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與展望云數據庫ORACLE