《ORACLE系統(tǒng)架構(gòu)》課件

《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(jiǎn)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(shí)代ORACLE的發(fā)展歷程，從最初的系統(tǒng)R，到第一個(gè)版本的發(fā)布，再到互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的崛起，以及云計(jì)算的興起，ORACLE始終與時(shí)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(shí)例(Instance)和數(shù)據(jù)庫(Database)兩部分。實(shí)例是一個(gè)內(nèi)存中的進(jìn)程集合，負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫則是存儲(chǔ)在磁盤上的數(shù)據(jù)集合。核心組件:實(shí)例(Instance)Oracle實(shí)例Oracle實(shí)例是運(yùn)行Oracle數(shù)據(jù)庫所需的內(nèi)存和進(jìn)程的集合。實(shí)例結(jié)構(gòu)實(shí)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(tái)進(jìn)程。實(shí)例與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系邏輯概念數(shù)據(jù)庫是存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)實(shí)例是數(shù)據(jù)庫的物理實(shí)現(xiàn),包括內(nèi)存、進(jìn)程、文件等,是運(yùn)行數(shù)據(jù)庫的具體環(huán)境。相互依存實(shí)例是數(shù)據(jù)庫運(yùn)行的平臺(tái),數(shù)據(jù)庫是實(shí)例管理的對(duì)象,兩者互相依存,缺一不可。實(shí)例中的重要進(jìn)程數(shù)據(jù)庫寫入進(jìn)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(jìn)程(LGWR)將重做日志緩沖區(qū)寫入日志文件。檢查點(diǎn)進(jìn)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(jìn)程(SMON)負(fù)責(zé)實(shí)例的啟動(dòng)、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(shí)例的核心內(nèi)存區(qū)域。它是共享內(nèi)存池，用于存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)事務(wù)日志記錄，確保事務(wù)一致性。共享池存儲(chǔ)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(gè)用戶私有的內(nèi)存區(qū)域，用于存儲(chǔ)用戶的會(huì)話信息和數(shù)據(jù)。每個(gè)用戶連接到Oracle數(shù)據(jù)庫時(shí)，系統(tǒng)會(huì)為其分配一個(gè)UGA區(qū)域。UGA包含用戶當(dāng)前會(huì)話的上下文信息，比如用戶連接信息、當(dāng)前SQL語句、PL/SQL代碼、游標(biāo)信息等等。UGA還包含用于存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)操作過程中產(chǎn)生的臨時(shí)數(shù)據(jù)，比如排序數(shù)據(jù)、查詢結(jié)果等。當(dāng)用戶斷開連接時(shí)，其UGA區(qū)域會(huì)被釋放。內(nèi)存結(jié)構(gòu):固定區(qū)域固定區(qū)域用于存儲(chǔ)一些固定的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，例如版本信息，錯(cuò)誤信息等，它是ORACLE數(shù)據(jù)庫內(nèi)存結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要部分。128KB版本信息用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)庫版本和系統(tǒng)版本16KB錯(cuò)誤信息用于記錄錯(cuò)誤信息32KB系統(tǒng)參數(shù)用于記錄系統(tǒng)參數(shù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu):數(shù)據(jù)文件11.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)核心數(shù)據(jù)文件是Oracle數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的核心，包含所有用戶創(chuàng)建的對(duì)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(jìn)行管理，每個(gè)數(shù)據(jù)文件對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫中的一個(gè)或多個(gè)表空間。33.數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)文件由多個(gè)數(shù)據(jù)塊組成，每個(gè)數(shù)據(jù)塊大小固定，默認(rèn)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(chǔ)位置等信息。存儲(chǔ)結(jié)構(gòu):聯(lián)機(jī)重做日志在線重做日志的作用聯(lián)機(jī)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(gè)二進(jìn)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(chǔ)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)聯(lián)機(jī)重做日志文件通常存放在單獨(dú)的磁盤上，以確保日志文件不會(huì)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(gè)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(chǔ)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(shí)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(biāo)識(shí)每個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)控制文件，控制文件是數(shù)據(jù)庫正常運(yùn)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(jìn)行備份，在數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障時(shí)，可以利用備份的控制文件進(jìn)行恢復(fù)操作。ORACLE啟動(dòng)流程解析1啟動(dòng)實(shí)例實(shí)例啟動(dòng)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(dòng)各種后臺(tái)進(jìn)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(huì)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(shí)例的幾種狀態(tài)啟動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)庫實(shí)例已啟動(dòng)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(shí)例已停止，不能執(zhí)行任何操作，需要重新啟動(dòng)。掛起狀態(tài)數(shù)據(jù)庫實(shí)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(shí)例出現(xiàn)故障，無法正常運(yùn)行，需要進(jìn)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(duì)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(jìn)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(huì)分析多種執(zhí)行計(jì)劃，選擇最優(yōu)方案，并生成執(zhí)行計(jì)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(jì)劃，訪問數(shù)據(jù)文件，并進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，最終將結(jié)果返回給用戶。存儲(chǔ)管理:表空間與段表空間表空間是數(shù)據(jù)庫中分配存儲(chǔ)空間的基本單元,是數(shù)據(jù)庫物理存儲(chǔ)的基本結(jié)構(gòu)段段是表空間內(nèi)分配存儲(chǔ)空間的邏輯單元,用于存放數(shù)據(jù)庫對(duì)象的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)段存儲(chǔ)數(shù)據(jù)表、索引等數(shù)據(jù)庫對(duì)象的實(shí)際數(shù)據(jù),用于存放實(shí)際數(shù)據(jù)索引段存儲(chǔ)索引數(shù)據(jù),索引段加快查詢速度存儲(chǔ)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(chǔ)在數(shù)據(jù)文件中，每個(gè)文件包含多個(gè)塊。2數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)管理:聯(lián)機(jī)重做日志組日志組定義聯(lián)機(jī)重做日志組由多個(gè)日志文件組成，每個(gè)日志文件包含特定事務(wù)的日志記錄。順序?qū)憴C(jī)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(huì)循環(huán)使用，當(dāng)一個(gè)文件寫滿后，會(huì)覆蓋第一個(gè)文件，確保日志空間不會(huì)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(shí)快速恢復(fù)數(shù)據(jù)庫到一致狀態(tài)。存儲(chǔ)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。控制文件類似于數(shù)據(jù)庫的“身份證”?？刂莆募攸c(diǎn)控制文件是二進(jìn)制文件，存儲(chǔ)在服務(wù)器磁盤上，可被多個(gè)實(shí)例共享。數(shù)據(jù)庫實(shí)例啟動(dòng)時(shí)會(huì)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(jìn)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(huì)丟失數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)一致性數(shù)據(jù)庫處于運(yùn)行狀態(tài)，可保證備份數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫當(dāng)前狀態(tài)一致。備份效率備份速度較快，適用于頻繁備份場(chǎng)景。備份方案:冷備份系統(tǒng)停機(jī)冷備份需要先停止數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，才能進(jìn)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(chǔ)介質(zhì)，例如磁帶、外置硬盤等。備份驗(yàn)證備份完成后，需要進(jìn)行驗(yàn)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(gè)一致性狀態(tài)，例如某個(gè)時(shí)間點(diǎn)或特定版本。ORACLE數(shù)據(jù)庫提供強(qiáng)大的恢復(fù)機(jī)制，可以應(yīng)對(duì)各種故障場(chǎng)景，包括硬件故障、軟件錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)丟失等。1目標(biāo)確定明確恢復(fù)目標(biāo)，例如恢復(fù)到某個(gè)時(shí)間點(diǎn)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(yàn)證與測(cè)試驗(yàn)證恢復(fù)結(jié)果，進(jìn)行測(cè)試以確保數(shù)據(jù)庫正常運(yùn)行恢復(fù)方案:數(shù)據(jù)文件恢復(fù)識(shí)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(dòng)數(shù)據(jù)庫，驗(yàn)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(shí)例運(yùn)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(shí)間點(diǎn)。優(yōu)化設(shè)計(jì)建議11.數(shù)據(jù)模型優(yōu)化合理設(shè)計(jì)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(jì)創(chuàng)建合適的索引，加速數(shù)據(jù)檢索，降低查詢時(shí)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(chǔ)優(yōu)化選擇合適的存儲(chǔ)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(hù)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(shí)現(xiàn)權(quán)限管理。數(shù)據(jù)加密數(shù)據(jù)加密技術(shù)保護(hù)敏感信息，包括靜態(tài)加密和動(dòng)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(jì)日志記錄數(shù)據(jù)庫操作，追蹤用戶行為，識(shí)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(shí)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(jìn)行備份和恢復(fù)測(cè)試。常見架構(gòu)部署方式獨(dú)立服務(wù)器適用于高性能、高安全需求場(chǎng)景云平臺(tái)靈活可擴(kuò)展，降低運(yùn)維成本集群模式提高可靠性和容錯(cuò)能力容器化部署簡(jiǎn)化部署，提升資源利用率總結(jié)與展望云數(shù)據(jù)庫ORACLE