Oracle Database 19c 技术架构

Posted 2021-03-03

06、共享池（shared pool）

共享池是系统全局区 (SGA) 的组成部分，负责缓存各种类型的程序数据。例如，共享池存储已解析的SQL，PL/SQL代码，系统参数和数据字典信息。共享池?乎涉及数据库中发?的每个操作。例如，如果?户执?SQL语句，则Oracle数据库将访问共享池。

共享池分为?个?组件：

?库?速缓存 (Library cache)：是?种共享池内存结构，?于存储可执?的 SQL和PL/SQL代码。该缓存包含共享的SQL和PL/SQL区域以及控制结构，例如锁和库缓存句柄。当执?SQL语句时，数据库尝试重?以前执?的代码。如果库?速缓存中存在SQL语句的已解析表示形式并且可以共享，则数据库将重?代码。此操作称为软解析或库?速缓存命中。否则，数据库必须构建应?程序代码的新的可执?版本，这称为硬解析或库?速缓存未命中。

?保留池 (Reserved pool)：是共享池中的?个内存区域，Oracle数据库可使? 该内存区域来分配连续的?块内存。数据库从共享池中按照Chunk?式分配内存。Chunk允许将?型对象（超过5 KB）加载到缓存中，??需单个连续区域。这样，数据库减少了由于碎??耗尽连续内存的可能性。

?数据字典?速缓存 (Data dictionary cache)：存储有关数据库对象的信息（即字典数据）。此缓存也称为?缓存，因为它将数据保存为??不是缓冲区。

?服务器结果缓存 (Server result cache)：是共享池中的?个内存池，并保存结果集。服务器结果缓存包含SQL查询结果缓存和PL/SQL函数结果缓存，它们共享相同的基础结构。SQL查询结果缓存存储查询和查询?段的结果。?多数应?程序都受益于这种性能改进。PL/SQL函数结果缓存存储函数结果集。结果缓存的良好候 选者是经常调?的函数，这些函数依赖于相对静态的数据。

?其他组件 (Other components)：包括队列，锁存器，信息?命周期管理 (ILM) 位图表，活动会话历史记录 (ASH) 缓冲区和其他次要内存结构。排队是共享 的内存结构（锁），?于序列化对数据库资源的访问。它们可以与会话或事务相关 联。例如：控制?件事务，数据?件，实例恢复，介质恢复，事务恢复，作业队列等。锁存器?作低级序列化控制机制，?于保护SGA中的共享数据结构免于同时访问。例如：??速缓存对象，库?速缓存pin和?志?件并?写?。

注意：更多详细信息，请看如下内容：Shared Pool.

07、?池（Large Pool）

?池是数据库管理员可以配置的可选内存区域，可以为以下各项提供?内存分配：

??户全局区域 (UGA)：共享服务器和Oracle XA接?的会话内存（?于事务与多个数据库交互）

?I/O 缓冲区 (I/O Bu?er Area)：I/O服务器进程，并?查询操作中使?的消息缓冲区，Recovery Manager (RMAN) I/O从属进程的缓冲区，以及存储?级排队内存表。

?延迟插?池 (Deferred Inserts Pool)：快速提取功能可将数据库中定义为MEMOPTIMIZE FOR WRITE的表进??频单?数据插?。快速摄取的插?物也称 为延迟插?物。它们初在?缓冲池中缓冲，然后在每个对象每个会话每次写?1MB或60秒后由空间管理协调器 (SMCO) 和Wxxx从属后台进程异步写?磁盘。在SMCO后台进程进?扫描之前，任何会话（包括写?的会话）都?法读取该缓冲池中缓冲的任?数据，即使已提交的会话。该池在?型池中被初始化是在第??数据 插?memoptimized 表时进?。当有?够的空间时，将从?型池中分配2G。如果?型池中没有?够的空间，则会在内部发现并?动清除ORA-4031，然后使??半的 请求内存??重试分配。如果?型池中仍然没有?够的空间，则使?512M和256M 重试分配，然后禁?该功能，直到重新启动实例。初始化池后，??将保持不变。它不能增?或收缩。

?可?内存

?型池与共享池中的保留空间不同，共享池中的保留空间与从共享池分配的其他 内存使?相同的近少使? (LRU) 列表。?池没有LRU列表。内存已分配，在使?完之前?法释放。

来??户的请求是单个API调?，属于?户的SQL语句。在专?服务器环境中，?个服务器进程处理单个客户端进程的请求。每个服务器进程都使?系统资源，包括CPU周期和内存。在共享服务器环境中，将发?以下操作：

1.客户端应?程序向数据库实例发送请求，并且分派进程接收该请求。

2. 分派进程将请求放在?池中的请求队列上。

3. 下?个可?的共享服务器进程将处理该请求。共享服务器进程检查公共请求 队列中是否有新请求，并以先进先出的?式接收新请求。?个共享服务器进 程在队列中接收?个请求。

4. 共享服务器进程对数据库进?所有必要的调?以完成请求。?先，共享服务器进程访问共享池中的库缓存以验证请求的项?；例如，它检查表是否存在，?户是否具有正确的特权等等。接下来，共享服务器进程访问缓冲区?速缓存以检索数据。如果数据不存在，则共享服务器进程将访问磁盘。不同的共享服务器进程可以处理每个数据库调?。因此，解析查询，获取第??，获取下??以及关闭结果集的请求可能分别由不同的共享服务器进程处理。由于不同的共享服务器进程可能会处理每个数据库调?，因此?户全局区域 (UGA) 必须是共享内存区域，因为UGA包含有关每个客户端会话的信 息。反过来说，UGA包含有关每个客户端会话的信息，并且必须对所有共享服务器进程可?，因为任何共享服务器进程都可以处理任何会话的数据库调?。

5. 请求完成后，共享服务器进程将响应放置在?型池中的呼叫分派进程的响应队列上。每个分派进程都有??的响应队列。

6. 响应队列将响应发送到分派进程。

7. 分派进程将完成的请求返回到适当的客户端应?程序。

注意：更多详细信息，请看如下内容：Large Pool.

08、数据库?速缓冲区（Database Bu?er Cache）

数据库缓冲区?速缓存，也称为缓冲区?速缓存，是系统全局区域 (SGA) 中的存储区域，?于存储从数据?件读取的数据块的副本。缓冲区是数据库块??的内存 块。每个缓冲区都有?个称为数据库缓冲区地址 (DBA) 的地址。同时连接到数据库实例的所有?户共享对缓冲区?速缓存的访问。缓冲区?速缓存的?标是优化物理I/O， 并将经常访问的块保留在缓冲区?速缓存中，并将不经常访问的块写?磁盘。

Oracle数据库?户进程第?次需要特定数据时，它将在数据库缓冲区?速缓存中搜索数据。如果进程发现缓存中已存在的数据（缓存命中），则可以直接从内存中读取数据。如果该进程在缓存中找不到数据（缓存未命中），则它必须在访问数据之前 将数据块从磁盘上的数据?件复制到缓存中的缓冲区中。通过缓存命中访问数据?通 过缓存未命中访问数据更快。

?速缓存中的缓冲区由复杂算法管理，该算法使?近少使? (LRU) 列表和 Touch Count算法的组合。LRU有助于确保近使?的块倾向于保留在内存中，以 ?程度地减少磁盘访问。

数据库?速缓冲区包括以下内容：

?默认池 (Default pool)：是通常缓存块的位置。默认块??为8 KB。除?您?动配置单独的池，否则默认池是唯?的缓冲池。其他池的可选配置对默认池?效。

?保留池 (Keep pool)：适?于经常访问但由于空间不??在默认池中过期的块。保留缓冲池的?的是在内存中保留指定的对象，从?避免I/O操作。

?回收池 (Recycle pool)：?于不经常使?的块。回收池可防?指定的对象占?缓存中不必要的空间。

??默认缓冲池 (Non-default bu?er pools)：适?于使?2 KB，4 KB，16 KB 和32 KB?标准块??的表空间。每个?默认块??都有其??的池。Oracle数据库以与默认池相同的?式管理这些池中的块。

?数据库智能闪存缓存 (Flash cache)：使您可以使?闪存设备来增加缓冲区缓 存的有效??，??需添加更多主内存。闪存缓存可以通过将数据库缓存的需频繁 访问的数据存储到闪存中?不是从磁盘读取数据来提?数据库性能。当数据库请求 数据时，系统?先在数据库缓冲区?速缓存中查找。如果找不到数据，则系统将在 数据库智能闪存缓存中查找。如果它在那?找不到数据，则只会在磁盘存储中查 找。您必须在Oracle Real Application Clusters环境中的所有实例上配置闪存缓存， 或者不配置任何节点的闪存存储。

?最近最少使?列表（LRU）：包含指向脏缓冲区和?脏缓冲区的指针。LRU 列表有?个热端和?个冷端。冷缓冲区是近未使?过的缓冲区。热缓冲区经常被 访问并且近已经被使?。从概念上讲，只有?个LRU，但是对于数据并发，数据 库实际上使?了多个LRU。

?检查点队列 (Checkpoint queue)：检查点队列是?个链表结构，是由缓冲区 头部结构构成；当数据块被修改后，缓冲区通过此链表结构来跟踪数据块的修改。链表的顺序是根据早应?于该数据块的RBA（Redo Block Address）地址排序得到的。

?Flash缓冲区 (Flash Bu?er Area)：由DEFAULT Flash LRU链和KEEP Flash LRU链组成。如果没有数据库智能闪存缓存，则当进程尝试访问某个块并且该块在 缓冲区缓存中不存在时，该块将?先从磁盘读?内存（物理读取）。当内存中缓冲 区?速缓存已满时，将根据近少使? (LRU) 机制将缓冲区从内存中逐出。使? Database Smart Flash Cache，当?净的内存中缓冲区过期时，该缓冲区的内容将通过Database Writer进程 (DBWn) 在后台写?闪存中，并且缓冲区头作为元数据保留在内存中DEFAULT闪存或KEEP闪存LRU列表，具体取决于FLASH_CACHE对象属性的值。KEEP闪存LRU列表?于将缓冲区头保留在单独的列表上，以防?常规缓冲区头替换它们。因此，属于指定为KEEP的对象的闪存缓冲区标头倾向于在闪存缓存中保留更?时间。如果将FLASH_CACHE对象属性设置为NONE，则系统不会在闪存缓存或内存中保留相应的缓冲区。当再次访问已过期的内存缓冲区时，系统将检查闪存缓存。如果找到了缓冲区，它将从闪存缓存中读回它，这仅花费从磁 盘读取的时间的??部分。跨实时应?程序群集 (RAC) 的闪存缓存缓冲区的?致性 与缓存融合的维护?式相同。因为闪存?速缓存是扩展?速缓存，并且直接路径I/O 完全绕过了缓冲区?速缓存，所以此功能不?持直接路径I/O。请注意，系统不会将 脏缓冲区放?闪存缓存中，因为它可能必须将缓冲区读取到内存中才能对它们进? 检查点，因为写?闪存缓存不会计?检查点。

注意：更多详细信息，请看如下内容：Database Bu?er Cache.

09、内存中列式存储区（In-Memory Area）

In-Memory存储区是?个可选的SGA组件，其中包含内存中列存储（IM列存 储），该存储区使?针对快速扫描进?了优化的列格式将表和分区存储在内存中。IM 列存储使数据能够以传统的?格式（在缓冲区?速缓存中）和列格式同时在SGA中填充。数据库透明地将在线事务处理 (OLTP) 查询（例如主键查找）发送到缓冲区?速缓存，并将分析和报告查询发送到IM列存储。在获取数据时，Oracle数据库还可以从同?查询中的两个内存区域读取数据。双格式体系结构不会使内存需求加倍。缓冲区?速缓存经过优化，可以以?数据库?得多的??运?。

您应该仅在IM列存储中填充关键的数据。要将对象添加到IM列存储中，请在创建或更改对象时为该对象打开INMEMORY属性。您可以在表空间（对于表空间中的所 有新表和视图），表，（?）分区，物化视图或对象内的列?集上指定此属性。

IM列存储以优化的存储单元（?不是传统的Oracle数据块）管理数据和元数据。内存中压缩单元 (IMCU) 是?种压缩的只读存储单元，其中包含?个或多个列的数 据。快照元数据单元 (SMU) 包含相关IMCU的元数据和事务信息。每个IMCU都映射到 ?个单独的SMU。

表达式统计信息存储 (ESS) 是?个存储有关表达式评估的统计信息的存储库。ESS驻留在SGA中，并且也保留在磁盘上。启?IM列存储后，数据库会将ESS?于其 内存中表达式（IM表达式）功能。内存中表达单元 (IMEU) 是?于存储实现的IM表达式和?户定义的虚拟列的存储容器。请注意，ESS独?于IM列存储。ESS是数据库的永久组件，不能禁?。

从概念上讲，IMEU是其?IMCU的逻辑扩展。就像IMCU可以包含多个列?样，IMEU可以包含多个虚拟列。每个IMEU都恰好映射到?个IMCU，映射到同??集。IMEU包含与其关联的IMCU中包含的数据的表达结果。填充IMCU后，还将填充关联 的IMEU。

典型的IM表达式包含?列或多列（可能带有常量），并且与表中的?具有?对?的映射关系。例如，?个EMPLOYEES表的IMCU包含Weekly_salary列的1-1000?。对于此IMCU中存储的?，IMEU计算?动检测到的IM表达式weekly_salary 52，并将 ?户定义的虚拟列Quarterly_salary定义为weekly_salary 12。IMCU中的第三?下映 射到IMEU中的第三?下。

In-Memory区细分为两个池：?个1MB列式数据池，?于存储填充到内存中的实 际列格式数据 (IMCU和IMEU)，以及?个64K元数据池，?于存储有关对象的元数 据。填充到IM列存储中。这两个库的相对??由内部启发算法确定。In-Memory区中 的?部分内存都分配给1MB池。内存区域的??由初始化参数INMEMORY_SIZE（默认值为0）控制，并且???必须为100MB。从Oracle Database 12.2开始，您可以通过ALTER SYSTEM命令将INMEMORY_SIZE参数增加?少128MB，来动态增加内存 区域的??。请注意，?法动态缩?内存区域的??。

In-Memory表在?次访问表数据或数据库启动时会获取在IM列存储中分配的IMCU。通过从磁盘格式转换为新的内存列式格式，可以创建表的内存副本。每次实例重新启动时都会完成此转换，因为IM列存储副本仅驻留在内存中。完成此转换后，表 的内存版本逐渐可?于查询。如果对表进?了部分转换，则查询能够使?部分内存版本并转到磁盘进?其余操作，?不必等待整个表都被转换。

为了响应查询和数据操作语? (DML)，服务器进程扫描列数据并更新SMU元数据。后台进程将磁盘中的?数据填充到IM列存储中。In-Memory协调进程 (IMCO) 是启动后台填充和重新填充列式数据的后台进程。空间管理协调进程 (SMCO) 和空间管理?作进程 (Wnnn) 是后台进程，它们代表IMCO实际填充和重新填充数据。DML块更改将写?缓冲区?速缓存，然后再写?磁盘。然后，后台进程根据元数据失效和查询请求将磁盘中的?数据重新填充到IM列存储中。

您可以启? In-Memory 快速启动功能，以将IM列存储中的列数据以压缩列格式写回到数据库中的表空间。此功能使数据库启动更快。请注意，此功能不适?于 IMEU，它们总是从IMCU动态填充。

注意：更多详细信息，请看如下内容：Introduction to Oracle Database In-Memory.

10、数据库数据?件（Database Data Files）

数据库是?组存储?户数据和元数据的物理?件。元数据由有关数据库服务器的结构，配置和控制信息组成。您可以将数据库设计为多租户容器数据库 (CDB) 或?容器数据库 (non-CDB)（20c中只?持多租户结构）。

CDB由?个CDB根容器（也称为根），唯?的?个种?可插?数据库（种? PDB），零个或多个?户创建的可插拔数据库（简称为PDB）以及零个或多个应?程序容器组成。整个CDB称为系统容器。对于?户或应?程序，PDB在逻辑上显示为单 独的数据库。

CDB根容器名为CDB $ ROOT，包含多个数据?件，控制?件，重做?志?件， 闪回?志和归档的重做?志?件。数据?件存储与所有PDB共享的Oracle提供的元数 据和普通?户（每个容器中已知的?户）。

种?PDB名为PDB $ SEED，是系统提供的PDB模板，其中包含可?于创建新 PDB的多个数据?件。

常规PDB包含多个数据?件，这些?件包含?持应?程序所需的数据和代码。例 如，??资源应?程序。?户仅与PDB交互，?不与种?PDB或根容器交互。您可以在CDB中创建多个PDB。多租户体系结构的?标之?是每个PDB与应?程序具有?对 ?的关系。

应?程序容器是CDB中?于存储应?程序数据的PDB的可选集合。创建应?程序 容器的?的是拥有独?的主应?程序定义。CDB中可以有多个应?程序容器。

数据库分为称为表空间的逻辑存储单元，这些逻辑存储单元共同存储所有数据库 数据。每个表空间由?个或多个数据?件构成。根容器和常规PDB具有SYSTEM， SYSAUX，USERS，TEMP和UNDO表空间（在常规PDB中为可选）。种?PDB具有 SYSTEM，SYSAUX，TEMP和可选的UNDO表空间。

注意：更多详细信息，请看如下内容：Introduction to the Multitenant Architecture.

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