通過寄存服務來「理解」Oracle資料庫基本體系結構和動作流程

2020 年 3 月 26 日
筆記

關鍵字（Keyword）：資料庫(database)，實例(instance),體系結構，記憶體，SQL

本文將資料庫問題診斷的基礎---資料庫的體系結構和基本動作流程，並通過寄存行李服務來幫助「理解」。

—

理解資料庫的體系結構

使用資料庫過程中遇到的問題可能是千奇百怪的，難以預測的，所以僅僅靠總結各種問題集合來診斷問題的話，如果遇到新問題的話，是很難解決的。縱使它有千變萬化，我有一計定海神針。即理解理解資料庫的體系結構和基本動作流程，以不變應萬變。

實例（Instance）和物理資料庫（Database）

我們首先明確2個概念：實例（Instance）和物理資料庫（Database）。

▲Figure 1-1 Oracle Instance and Database (Database Concepts) https://docs.oracle.com/en/database/oracle/oracle-database/19/cncpt/introduction-to-oracle-database.html#GUID-8F2EEEC8-0372-4419-88FF-7D77A9C0FCAD

如上圖所示，我們通常所說的資料庫其實可以分為實例（Instance）和物理資料庫（Database）2個部分。

簡單而言，實例（Instance）指後台進程/執行緒和記憶體結構，如 PMOM、SMOM、DBW、LGWR、CKPT等後台進程和伺服器進程，以及 shared pool、db buffer Cache、redo log buffer等記憶體區域。物理資料庫（Database）指存儲數據的物理文件，如數據文件、控制文件、重做日誌、歸檔日誌等物理文件。

單實例資料庫而言，實例（Instance）和物理資料庫（Database）的對應關係為1對1；RAC (real application cluster) 構成的情況下，實例（Instance）和物理資料庫（Database）的對應關係為1對多，即實例可以分別在不同伺服器上，而數據文件存儲在共享的磁碟陣列上，多實例可同時對物理資料庫進程操作。

寄存行李服務圖（簡化的體系結構圖）

如果將整個資料庫處理流程類比成火車站寄存行李服務的話，我們可以將資料庫體系結構簡化成如下內容（以下內容為高度抽象和概括的資訊，和實際略有不同）：

1. 客戶，存行李或者取行李。 2. 前台服務員，提供服務。 3. 前台，臨時存放寄存行李。4. 後台工作人員，負責將前台行李搬運到倉庫間。 5. 倉庫，用於存放行李。

▲簡化的資料庫體系結構圖1

以上內容對應到資料庫的各部分如下：

1. 客戶端進程，即用戶的客戶端，通過發行SQL語句來實現業務的需要。2. 伺服器進程，用於接收客戶端的SQL/PL/SQL語句，進行解析和執行，訪問記憶體中的相關數據，將數據文件中的數據載入記憶體。3. 資料庫記憶體結構，用於臨時處理的數據4. 後台進程, 將記憶體中的數據保存到數據文件。5. 物理文件，用於永久的存放數據

如果進一步細化一下寄存前台的主要工作，可以包括下面3類：

1. 接待工作,  接受用戶的存取請求。2. 搬運工作，根據請求處理行李。3. 登記工作，將存取結果登記入冊

並且放在倉庫中的物品也可以細化為如下2類：

1. 行李2. 登記冊

這樣簡化的資料庫體系結構圖變成如下：

▲簡化的資料庫體系結構圖2

相對應地，資料庫記憶體的主要區域的相關工作包括下面內容：

1. 共享池（shared pool），用於處理快取SQL游標，SQL語句解析，執行等工作2. 資料庫緩衝區（Database buffer cache），用於處理從數據文件中讀取的數據塊，更改數據塊等工作，主要關聯進程為DBW，伺服器進程3. 日誌緩衝區（redo log buffer），用於記錄 DML和DDL操作對數據塊的更改，主要關聯進程為LGWR

物理文件主要包括控制文件，數據文件，日誌文件。

寄存行李服務（資料庫基本動作）流程

由此，寄存行李服務（客戶操作資料庫）可以分下如下幾類：

`取行李（查詢數據）的過程：`

1. 客戶發出取行李請求。(客戶端發行SQL)2. 前台服務員，接受用戶的取行李請求。（解析和執行SQL）3. 根據請求開始處理行李，如果前台有相應的行李話，直接提供給客戶；(buffer cache中有相應數據塊，直接返回查詢結果給客戶端)4. 如果前台沒有的話，前台人員去倉庫搬運來。(buffer cache中沒有相應數據塊，伺服器進程讀取數據文件)5. 前台人員，根據情況從倉庫搬運行李。（伺服器從數據文件讀取相應數據塊）6. 前台提供給客戶行李。（返回查詢結果給客戶端）

存行李（插入數據）的過程：

1. 客戶發出存行李請求。(客戶端發行SQL)2. 前台服務員，接受用戶的存行李請求。（解析和執行SQL）3. 根據請求開始處理行李，將行李打包或貼上標籤(buffer cache中取得空塊，修改數據塊)4. 登記資訊入冊（在 Log Buffer中寫Redo資訊）5. 請後台人員將行李搬入倉庫。(DBW將相應數據塊寫入數據文件)6. 前台將存行李結果回饋給客戶。（返回Insert結果給客戶端）7. 後台人員非同期將登記冊搬入倉庫。(LGWR非同期將Redo資訊寫入更新日誌，伺服器進程無需等待)

替換行李中的物品（更新數據）的過程：

1. 客戶發出替換行李中的物品請求。(客戶端發行SQL)2. 前台服務員，接受用戶的替換請求。（解析和執行SQL）3. 根據請求開始處理行李，如果相應的行李還在前台的話，替換物品。(buffer cache中有相應數據塊，修改數據塊)4. 如果行李沒在前台的話，前台從倉庫搬運來。(buffer cache中沒有相應數據塊，伺服器進程讀取數據文件)5. 前台人員，根據情況從倉庫搬運行李。（伺服器進程從數據文件讀取相應數據塊）6. 在前台替換物品。(buffer cache中修改數據塊)7. 登記資訊入冊（在 Log Buffer中寫Redo資訊）8. 前台將替換結果回饋給客戶。（返回Update結果給客戶端）9. 後台人員非同期將登記冊搬入倉庫。(LGWR非同期將Redo資訊寫入更新日誌，伺服器進程無需等待)

客戶簽字確認（Commit）的過程：

1. 客戶同意簽字確認。(客戶端發行Commit)2. 前台服務員，接受用戶的請求。（解析和執行SQL）3. 前台服務員提供登記冊給用戶簽字後，前台等待後台回饋。（在 Log Buffer中寫Redo資訊，伺服器進程等待）4. 後台人員將登記冊搬入倉庫。(LGWR將Redo資訊寫入更新日誌)5. 前台接收到後台回饋， 將結果回饋給客戶。（返回Commit結果）

本文主要介紹了資料庫的基本體系結構和動作流程，並通過寄存行李服務來幫助「理解」，希望對你有所幫助。

※本文主要對前一篇中關於伺服器進程和DBWR進程的動作進行了修正

※特別感謝峰哥的指正

專註於技術不限於技術！

用碎片化的時間，一點一滴地提高資料庫技術和個人能力。

Tags: