Oracle9i 数据库管理实务讲座(三)_Oracle教程

　　前言
　　
　　前两期的专栏内容已分别为大家介绍了 Oracle9i for Linux 的安装方式，以及Oracle9i 企业版概观。但是如何组态与治理 Oracle9i 数据库才是我们要讨论的重点。本文将深入探讨 Oracle9i Instance的组成要素与其运作原理，为您揭开 Oracle9i 的神秘面纱。
　　
　　本文将涵盖以下主题：
　　
　　n Oracle9i 服务器架构简介。
　　
　　n 何谓 Oracle9i Instance
　　
　　n 系统全域区
　　
　　n 背景处理程序
　　在开始任何Oracle9i数据库治理工作之前，您必须先熟悉 Oracle9i服务器之整体架构及其运作原理。所以我先为大家简介 Oracle9i 服务器的基本组成架构。
　　Oracle9i服务器架构
　　
　　以Oracle9i数据库系统本身而言，大致上可区分为两个主要部分：
　　
　　n Oracle9i执行个体(Oracle9i Instance)
　　
　　n Oracle9i数据库档案(Database files)。
　　简言之，Oracle9i Instance 是指数据库服务器的内存与相关处理程序。您可以想象它就是Oracle9i的心脏。数据库实体则由操作系统内的各式档案组成。假如您想深入了解Oracle9i 系统运作或从事进阶的效能调校，那么一定要搞清楚这两部分彼此的互动关系才行！Oracle9i服务器基本架构如图1所示：
　　　 Oracle9i 数据库治理实务讲座(三)（图一）

　　图1：Oracle9i 服务器基本架构。
　　
　　图1上半部为内存内Oracle9i Instance，下半部则是位于操作系统的各种数据库档案(有关这些档案的细部信息将在下一期说明)。彼此之间是藉由各个背景处理程序互相沟通。
　　接下来我们先讨论Oracle9i Instance的组成要素。
　　何谓Oracle9i Instance?
　　
　　第一次接触Oracle数据库的使用者经常对「Oracle Instance」这个名词感到混淆，因为Instance这个单字从字典上查到的意义跟数据库一点关系也没有！某些中文书译者喜欢将Oracle Instance译为「Oracle实例」，但是我认为这个译名十分不恰当！我个人比较倾向称它为「Oracle执行个体」；俗称「Oracle数据库引擎」。既然是数据库引擎，就表示Oracle数据库内大大小小的事都跟它有关系，当然这也是我们一开始就先讨论的主要原因啰。
　　
　　Oracle9i 执行个体主要是由以下两项要素组成：
　　
　　n 系统全域区(System Global Area)
　　
　　n 背景处理程序(background processes)
　　
　　来看看什么是「系统全域区」？
　　
　　系统全域区
　　
　　当您激活Oracle9i数据库时，系统会先在内存内规划一个固定区域，用来储存每位使用者所需存取的资料，以及Oracle9i运作时必备的系统信息。我们称此区域为系统全域区(System Global Area)，俗称SGA (注1) 。
　　在 Oracle8i 时，SGA 的大小是由起始参数档(initialization parameter file )内的某些参数所设定。但最麻烦的是每次调整参数之后必须等重新激活数据库才生效(感觉就像在Windows系统修改了一些设定就要重新开机)。光是数据库的关闭与激活就花去不少时间(难怪大家羡幕 Oracle Consultant 很好赚….., just kidding!! )，何况是执行要害性任务的数据库哪能一天到晚开来关去!? 从 Oracle9i 开始，DBA 可以动态配置内存的大小；这样的技术我们称为「dynamic SGA」。有了dynamic SGA ，SGA 的各组成区域都可以动态地进行规划与调整，而不需先关闭数据库。
　　
　　Tips: 起始参数档(Initialization Parameter file)之意义
　　
　　如上所述，Oracle Instance被激活时，系统必须藉由某些参数值来配置适当大小的内存空间。换言之，我们可以在激活Instance之前就先规划这些参数的设定值，并储存在操作系统下的某个档案里。往后只要利用此档案就可开启相对应的Oracle Instance — 我们就将这个档案称之为起始参数档。
　　
　　一般来说，我们还是应该在激活 Oracle9i 之前就妥善规划好适当的内存空间。例如，起始参数档的 SGA_MAX_SIZE(注2)可设定 SGA 所占用的最大内存空间。假如考虑 Oracle9i 的执行效能，理应将此参数尽可能设到最大！但有一点需要注重的是：SGA_MAX_SIZE 尽量不要超过物理内存大小，否则将会使用到硬盘上的虚拟内存，反而导致效能低落。
　　SGA 的大小可由起始参数档之特定参数所控制，表1整理出与SGA相关的参数名称及其意义：
　　　 Oracle9i 数据库治理实务讲座(三)（图二）

　　注1：在多人使用的环境下，SGA 的资料可分享给所有同时上线的联机阶段使用，所以 SGA 有时也称为 Shared Global Area。

　　
　　注2：假如 SGA_MAX_SIZE 之设定值小于其它 SGA 相关参数设定值的总和；或是小于各相关参数默认值的总和，则 SGA_MAX_SIZE 之设定值无效。
　　如图1所示，SGA又包含数个重要区域，分别是：
　　n Database Buffer Cache (资料快取缓冲区)
　　
　　n　Redo Log Buffer (重置日志缓冲区)
　　n　Shared Pool (共享区)
　　
　　n　其它，如Large pool
　　
　　以下是每个区域之意义、用途，以及相关设定方式。
　　资料快取缓冲区
　　
　　为SGA 的主要成员，用来存放读取自数据文件的资料区块复本，或是使用者曾经处理过的资料。其用途在于有效减少存取资料时造成的磁盘读写动作，进而提升资料存取之效能。所有同时上线的使用者都可以共享此缓冲区的资料。
　　
　　整个资料快取缓冲区包含两种缓冲区串行，分别是 write list 与 LRU list：
　　
　　n　Write list 存放dirty buffers(注3)之复本，会在适当时机写入磁盘。
　　
　　n　LRU list 包含：free buffers，dirty buffers与pinned buffers。其中free buffer 为空白的缓冲区，随时可存放资料；pinned buffer则是目前使用中的缓冲区。
　　
　　注3： dirty buffer 是存放”已修改，但尚未写入磁盘的数据”之缓冲区。
　　资料快取缓冲区运作原理
　　
　　当使用者第一次向Oracle9i 送出资料查询请求时，Oracle9i 会先在资料快取缓冲区内寻找该资料。假如欲查询的资料恰好已存在于缓冲区内(这样的情况我们称之为 cache hit )，就直接从内存读出资料。
　　
　　反之，假如缓冲区内并没有使用者欲查询的资料(此情况称为 cache miss )，Oracle9i就会先从磁盘上数据文件读出适当的数据区块，放入缓冲区之后，使用者才从缓冲区读取资料。您可以想象一下：在 “cache hit” 的情况下查询资料的速度是不是比在 ”cache miss” 的情况还快很多呢？事实上，这就是资料快取缓冲区的主要用途所在。
　　让我们进行更深入的讨论！
　　
　　当资料区块从磁盘读出，预备放入缓冲区时，系统必须先确定资料快取缓冲区内有free buffers。这时候Oracle9i 会开始扫描 LRU list，扫描的原则为：
　　
　　n　从 LRU 端扫到 MRU 端
　　
　　n　当扫描到 free buffer；或是已扫描的缓冲区数目超过临界值时，就会停止扫描动作
　　
　　n 扫描 LRU list 时假如发现了dirty buffer，就将它移到 write list，然后继续扫描
　　
　　假如扫描过程顺利在LRU list 内找到 free buffer，那么Oracle9i就会把从磁盘读出的数据区块放入此 free buffer中，然后再把它移到 LRU list 的 MRU 端。
　　
　　但是，假如 LRU list 真的都没有free buffer怎么办呢？那么Oracle9i 就会停止扫描动作，然后通知数据库写入器(database writer)背景处理程序将部分 dirty buffers 先写入磁盘，接着从 LRU list 的 LRU端开始清除缓冲区。如此一来就可以空出新的free buffer了。
　　Tips：LRU list 与 LRU 算法
　　
　　所谓 LRU (least recently used)算法之基本概念为：当内存内剩余可利用的空间不足时，缓冲区尽可能先保留使用者最常使用的资料；换言之，优先清除”较不常使用的资料”，并释放其空间。我以图标方式为大家说明：
　　
　　我们将 LRU list 想象成是长条型一连串的缓冲区集合，两端点分别为「MRU端」以及「LRU端」。所谓的「MRU」为「Most Recently Used」之缩写，我将之译为”最常使用的”(或是”最近使用的”)。所以，愈靠近MRU端的缓冲区，代表其为被使用者最近查询过的资料。同理，我们将「LRU」端视为”最不常被查询的资料(Least Recently Used)”，或是”很久都没被再次查询的资料”。如下图2中的 State 0 所示：(假设目前LRU list没有任何资料存放)
　　　 Oracle9i 数据库治理实务讲座(三)（图三）

　　图2：LRU list第一种使用情况。
　　
　　图2的State1、State2、State3仿真某个使用者欲从Oracle9i数据库查询出三笔资料(A资料、B资料、C资料)。这三笔数据从磁盘读出后，依序放入LRU list的free buffers。以State3为例：因为C资料是”最近刚刚使用”的资料，所以最靠近MRU端；相较之下，A资料是”有一段时间都没用的资料”，所以比较靠近LRU端。依此类推，假如使用者持续地查询资料或进行相关数据处理动作，则LRU list内的缓冲区都会被填满，如图2的State m所示：M资料填满最后一个free buffer。
　　
　　假如下一次的查询动作预备再从磁盘读出N资料时存入缓冲区时，LRU list已经没有free buffer可以使用，系统只好清空LRU端存放A资料的缓冲区，接着再放入N资料，结果如图2State n所示。这就是LRU算法的基本运作方式。
　　
　　让我们讨论另一种情况：
　　
　　假设在State3之后，恰好有某些使用者持续地查询A资料 — 这会导致A资料一直存放在靠近MRU端的缓冲区。假如M资料被放入LRU list最后一个缓冲区，结果将如图3的State m’ 所示：您会发现图3的State m’ 与图2的State m 有点不同(缓冲区的存放数据完全相同，但存放位置不尽相同)。这时候LRU list内也没有 free buffer了，所以再放入N资料时，系统会清除LRU端存放B资料的缓冲区。不同于第一种情况的是：因