滚雪球学Oracle[1.2讲]：Oracle数据库架构基础

全文目录：

- 前言
- 一、Oracle数据库的物理存储结构详解
- - [1.1 数据文件的组成与管理](#1.1 数据文件的组成与管理)
  - [1.2 控制文件的作用与保护策略](#1.2 控制文件的作用与保护策略)
  - - 控制文件的主要作用：
    - 控制文件的保护策略：
  - [1.3 重做日志文件的配置与优化](#1.3 重做日志文件的配置与优化)
- 二、Oracle数据库的逻辑存储结构详解
- - [2.1 表空间的类型与管理](#2.1 表空间的类型与管理)
  - [2.2 段的分类与管理](#2.2 段的分类与管理)
  - - 常见的段类型：
    - 案例演示：查询表段的信息
  - [2.3 数据块的内部结构与管理](#2.3 数据块的内部结构与管理)
  - - 数据块的管理优化：
- 三、总结与下期预告

前言

在上一篇文章【Oracle数据库概述】中，我们简要介绍了Oracle数据库的基本架构、主要组件及其在企业级应用中的重要性。我们初步了解了Oracle数据库是如何通过其健壮的事务处理能力和可扩展性来支撑复杂的应用需求。

随着对数据库系统的深入理解，管理Oracle数据库不再只是数据的简单存储，而是如何高效、灵活地处理大规模数据。因此，本期我们将带大家深入解析Oracle数据库的物理和逻辑存储结构。这是理解Oracle性能优化、容量规划和数据管理的基础。文章不仅涵盖物理存储（如数据文件、控制文件、重做日志文件等）的结构和配置，还会详细解释逻辑存储（如表空间、段、数据块等）的内在原理。为了帮助大家更好地理解，我们将在多个部分中提供实际的操作案例。

在此基础上，最后会为下期内容【Oracle数据库内存与进程架构】进行预告，带大家继续全面掌握Oracle数据库的整体架构。

一、Oracle数据库的物理存储结构详解

1.1 数据文件的组成与管理

Oracle数据库中的数据文件是用于实际存储数据的物理文件。每个表或索引中的数据最终都会以数据块的形式存储在数据文件中，数据库管理员必须对这些文件进行合理的管理和优化。

数据文件的主要特点：

数据块 ：Oracle将数据存储为块，数据块是数据库存储和检索的最小单位。数据文件由数据块组成，数据块的大小由DB_BLOCK_SIZE参数控制，典型大小为8KB，但根据业务需求可以进行调整。
数据文件与表空间的关系：表空间是数据库中存储数据的逻辑单位，一个表空间可以包含一个或多个数据文件；反过来，一个数据文件也只能属于一个表空间。
扩展数据文件容量：随着数据库使用量的增加，表空间可能会填满。我们可以手动或者配置自动扩展功能来增加数据文件的大小。

实际操作案例：添加数据文件

sql 复制代码

ALTER TABLESPACE users ADD DATAFILE '/u01/oradata/users02.dbf' SIZE 100M;

在这个示例中，我们为users表空间添加了一个新的数据文件，初始大小为100MB。通过这样的操作，表空间的容量可以灵活扩展。

数据文件管理的优化策略：

自动扩展功能 ：在创建或修改数据文件时，可以配置自动扩展选项，确保当空间不足时数据文件可以自动增加容量，避免服务中断。可以使用AUTOEXTEND ON选项来实现自动扩展。
sql 复制代码
```
ALTER DATABASE DATAFILE '/u01/oradata/users01.dbf' AUTOEXTEND ON NEXT 10M MAXSIZE UNLIMITED;
```
定期检查空间使用情况：通过定期监控数据文件的使用情况，可以提前预估空间需求，避免空间不足。可以使用以下SQL语句进行监控：
sql 复制代码
```
SELECT tablespace_name, file_name, bytes/1024/1024 AS size_mb
FROM dba_data_files;
```

1.2 控制文件的作用与保护策略

控制文件是Oracle数据库的核心文件之一，记录了数据库的物理文件结构和一些关键信息，如数据库名称、数据库的SCN（系统改变号）以及数据文件和重做日志文件的位置。

控制文件的主要作用：

记录数据库结构信息：控制文件包含了数据库的文件名、位置和状态信息，包括数据文件、重做日志文件以及归档日志文件的信息。
跟踪数据库SCN：SCN（系统改变号）是Oracle用于跟踪事务提交的机制，控制文件负责记录最新的SCN。
用于数据库恢复：在数据库故障或崩溃后，控制文件提供了数据库恢复所需的关键信息。

控制文件的保护策略：

冗余控制文件：为了防止单点故障，建议为控制文件配置多个副本，分布在不同的磁盘上，以防止由于磁盘损坏导致的控制文件丢失。通过多副本存储，可以提升系统的容错能力。

实际操作：在数据库初始化参数文件中指定多个控制文件路径：
bash 复制代码
```
CONTROL_FILES = ('/u01/oradata/control01.ctl', '/u02/oradata/control02.ctl', '/u03/oradata/control03.ctl')
```
定期备份控制文件：在执行数据库备份时，可以同时备份控制文件。通过备份控制文件，可以在数据库重建或迁移时恢复数据库的结构信息。

实际操作：备份控制文件的SQL命令：
sql 复制代码
```
ALTER DATABASE BACKUP CONTROLFILE TO '/backup/control.bak';
```

1.3 重做日志文件的配置与优化

重做日志文件是Oracle数据库事务处理的核心，用于记录数据库的变更操作。通过重做日志，数据库在发生故障时可以恢复未提交的事务。

重做日志文件的主要作用：

事务恢复：当事务提交时，重做日志会记录事务的所有变更操作。如果数据库崩溃或断电，Oracle可以使用重做日志恢复丢失的事务，确保数据一致性。
确保数据的可恢复性：当系统故障时，Oracle通过重做日志文件来重做已提交的事务，恢复数据库到一致状态。

重做日志文件的配置：

重做日志文件通常被组织为多个日志组，每个组包含一个或多个日志成员。当一个日志组写满后，Oracle会自动切换到下一个日志组，并在后台对填满的日志组进行归档或重用。

日志组的创建：
sql 复制代码
```
ALTER DATABASE ADD LOGFILE GROUP 3 ('/u01/oradata/log03a.rdo', '/u02/oradata/log03b.rdo') SIZE 50M;
```
该命令为数据库添加了一个新的日志组（组3），并指定了两个日志成员，日志大小为50MB。
日志文件的优化策略：
1. 合理配置日志组大小和数量：日志文件太小会导致频繁的日志切换，增加系统开销；太大则可能导致恢复时间延长。一般建议根据系统的事务量配置适当大小的日志文件。
2. 多副本存储：将日志文件存储在多个磁盘上，防止单一磁盘故障导致日志丢失。

实际操作案例：查看当前的重做日志组状态

sql 复制代码

SELECT group#, status, bytes/1024/1024 AS size_mb FROM v$log;

二、Oracle数据库的逻辑存储结构详解

2.1 表空间的类型与管理

表空间是Oracle逻辑存储结构中的基本单位，主要用于将数据库物理存储抽象为逻辑结构，便于数据库对象的管理。表空间将数据文件的物理存储与数据库逻辑结构分离。

表空间的分类：

永久表空间：永久表空间用于存储持久性数据，例如表和索引的实际数据。
临时表空间：临时表空间用于存储数据库运行过程中产生的临时数据，例如排序操作和联接操作生成的临时数据。临时表空间通常会被频繁使用，因此对其优化尤为重要。
撤销表空间：用于存储事务的撤销信息，撤销表空间可以保障事务的回滚、快照读等功能的正常运行。

案例演示：创建永久表空间

sql 复制代码

CREATE TABLESPACE sales_data 
DATAFILE '/u01/oradata/sales01.dbf' SIZE 500M 
AUTOEXTEND ON NEXT 100M MAXSIZE UNLIMITED;

在该示例中，我们创建了一个名为sales_data的表空间，并指定其数据文件初始大小为500MB，且允许自动扩展。

表空间管理的注意事项：

合理配置表空间大小：在创建表空间时，可以根据应用场景的需求合理配置表空间的初始大小及扩展策略。
不同类型的数据分配到不同的表空间：例如将临时数据存储在单独的临时表空间中，有助于减少数据争用，提高系统性能。

2.2 段的分类与管理

段是表空间中的实际存储单元。每个段都是用于存储特定数据库对象（如表或索引）的数据结构。不同类型的数据库对象对应不同类型的段。

常见的段类型：

表段（Table Segment）：用于存储表中的数据。
索引段（Index Segment）：用于存储索

引的结构和数据。

临时段（Temporary Segment）：用于存储临时数据，常用于排序操作。
撤销段（Undo Segment）：用于存储事务的撤销信息，以确保事务的ACID特性。

案例演示：查询表段的信息

sql 复制代码

SELECT segment_name, segment_type, tablespace_name, bytes/1024/1024 AS size_mb 
FROM dba_segments 
WHERE segment_name = 'EMPLOYEES';

通过这个查询语句，我们可以查看某个表的段信息，了解它在表空间中的大小及其物理存储结构。

2.3 数据块的内部结构与管理

数据块是Oracle数据库中逻辑存储的最小单位。每个数据块存储表或索引中的实际数据。数据块包含数据头、表目录、行目录和实际数据部分。

数据块的管理优化：

数据块大小选择：根据应用场景选择合适的数据块大小非常重要。对于OLTP系统，小块通常表现更好；而对于OLAP系统，大块可以提高性能。
分区表和索引：对于大表或大索引，通过使用分区技术，可以将数据块分区，从而提升查询和维护的性能。

三、总结与下期预告

本期文章详细讲解了Oracle数据库的物理存储结构和逻辑存储结构。我们介绍了数据文件、控制文件、重做日志文件等物理存储要素，并深入解析了表空间、段和数据块的逻辑存储架构。通过本期的学习，大家应该对Oracle数据库的存储架构有了更深刻的理解。

在下一期内容中，我们将深入探讨Oracle数据库的内存与进程架构，进一步揭示Oracle数据库的运行机制和性能优化技巧，帮助大家全面掌握Oracle数据库的整体架构。