Oracle数据库架构与实施全解析

### Oracle数据库架构与实施全解析 #### 1. Oracle数据库基础设置 在启动Oracle 12c数据库时，为了让Oracle能自动找到相关文件，建议将参数文件（PFILE）和服务器参数文件（SPFILE）放在默认位置，并采用默认命名规则。这样做可以避免每次启动数据库时都要手动指定文件位置，提高管理的便捷性。 #### 2. 数据库逻辑结构应用 了解数据库的物理结构后，可将其进一步划分为逻辑结构。这些逻辑结构都存在于数据文件中，能帮助我们将数据组织成易于管理和逻辑清晰的部分。若不进行逻辑划分，数据库将面临管理困难、性能不佳、数据查找困难等问题。 ##### 2.1 表空间（Tablespaces） 表空间是物理存储的第一级逻辑组织。每个Oracle 12c数据库都应具备以下表空间： - **SYSTEM**：存储运行数据库本身所需的核心对象。 - **SYSAUX**：存储辅助对象，与数据库的核心功能无直接关联。 - **UNDO**：存储用于事务恢复的回滚段。 - **TEMP**：用于临时存储。 每个表空间负责组织一个或多个数据文件。随着数据库的增长，可添加更多数据文件。例如，若数据库包含销售、人力资源、会计和历史数据，可创建以下表空间： | 表空间名称 | 用途 | | ---- | ---- | | SALES_DATA | 存储销售数据 | | SALES_INDEX | 存储销售数据索引 | | HR_DATA | 存储人力资源数据 | | HR_INDEX | 存储人力资源数据索引 | | ACCOUNTING_DATA | 存储会计数据 | | ACCOUNTING_INDEX | 存储会计数据索引 | | HISTORY_DATA | 存储历史数据 | | HISTORY_INDEX | 存储历史数据索引 | 将表和索引在逻辑和物理上分离是数据库中的常见做法，这样可以提高性能，并且在数据文件出现问题时，可独立备份和恢复表空间。 ##### 2.2 段（Segments） 段是表空间之后的下一个逻辑存储结构，是数据库中需要物理存储的对象，包括表、索引、物化视图和分区等。而视图、过程、同义词和序列等对象不属于段，它们是存储在SYSTEM表空间中的代码片段。 创建段时，应指定其所属的表空间，这有助于提高性能。例如，将EMPLOYEES表存储在HR_DATA表空间中，将该表LAST_NAME列的索引存储在HR_INDEXES表空间中，可避免在查询员工信息时，从存储表数据的同一数据文件中读取索引。 ##### 2.3 区（Extents） 区类似于树木的年轮，段增长时会获得新的区。创建表时，表会获得第一个区，随着数据的插入，区会逐渐填满，当区填满后，会从表空间中获取另一个区。 表空间最初是空闲空间，创建对象时，空闲空间会以区的形式分配给段。普通表空间由已使用的区和空闲空间组成。当所有空闲空间都被填满时，数据文件将没有可用空间，此时需要DBA采取措施释放更多空间。 区不一定是连续的，不同对象的区可能会相互交织，但Oracle 12c能够有效管理这种情况。如果表空间包含多个数据文件，区会以循环方式在所有数据文件中创建，这有助于提高性能。例如，一个大表所在的表空间由四个数据文件组成，表扩展时，区会按1,2,3,4,1,2,3,4...的顺序分配。 ##### 2.4 Oracle块（Oracle blocks） Oracle块是Oracle在任何给定时间读取或写入的最小单位。虽然Oracle通常会一次读取或写入多个块，但现在这些操作大多由系统自动调整，用户可在一定程度上手动调整。 数据和索引存储在块中。插入新行时，Oracle会先找到段，询问段是否有可用空间，段返回一个未满的块，然后将行或索引条目添加到该块中。如果没有可用块，段会从表空间中获取一个新的空闲区。 Oracle块由操作系统块组成，其大小应能被操作系统块大小整除，且不能小于操作系统块大小。 ##### 2.5 可插拔数据库（Pluggable Databases） Oracle 12c引入了可插拔数据库的概念，这是一种可选架构。在该架构中，一个或多个较小的模式、数据表、索引和数据字典子集作为可插拔数据库（PDB）运行在一个更大的容器数据库（CDB）中。 CDB作为根数据库实例，每个PDB作为租户在其中运行，形成多租户架构。每个PDB包含自己的模式、数据库、索引和小型数据字典，以在更大的CDB中保持独立。例如，可在一个CDB中为销售、人力资源和新产品部门分别创建PDB。 采用可插拔数据库架构有以下好处： - 减少冗余的物理结构、内存开销和后台进程，将这些资源集中到CDB中，从而在消耗较少资源的情况下，将更多数据库作为PDB租户整合到CDB中。 - 可通过克隆现有PDB轻松创建新的PDB，并可根据需要在不同CDB之间移动PDB，支持迁移、升级和测试。 #### 3. 实施Oracle数据库前的准备 在创建数据库并存储数据之前，需要进行规划，确定整体数据库架构。数据库是信息系统的一部分，需了解其在系统中的布局。常见的系统架构有以下几种： - **客户端 - 服务器（Client - server）** - 用户工作站安装应用程序，运行时访问远程数据库服务器上的数据。工作站负责呈现和应用逻辑，数据库服务器作为数据存储。 - 客户端应用程序通过ODBC、JDBC或Oracle Net等协议访问数据库。数据库根据用户的SQL查询和数据操作语言（DML）语句提供数据。 - 虽然客户端 - 服务器架构相对较旧，但在许多情况下仍能满足业务的即时需求，且一些遗留应用程序仍在使用该架构。 ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; A(客户端工作站):::process -->|ODBC/JDBC/Oracle Net| B(数据库服务器):::process A -->|应用逻辑和呈现| C(用户):::process B -->|提供数据| A ``` - **多层（Multi - tier）** - 多层应用是当前的行业标准，由多个Web、应用和数据库服务器为瘦客户端提供内容，通过Web浏览器呈现。 - 客户端仅作为Web浏览器访问Web服务器，不进行实际处理。Web服务器接收请求并解析后，将其发送到应用服务器进行处理。 - 应用服务器使用相关应用逻辑处理用户请求，期间可能需要访问数据库。应用服务器通过JDBC或Oracle Net等协议与数据库服务器通信，使用通用Web账户连接数据库，形成连接池以提高性能。 - 多层架构的优势在于可使用不同供应商的组件，实现“最佳组合”配置；可根据用户数量添加服务器以提升处理能力；具备容错能力，当某个服务器出现故障时，冗余服务器可接管工作。 ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; A(客户端浏览器):::process -->|HTTP/HTTPS| B(Web服务器):::process B -->|解析请求| C(应用服务器):::process C -->|JDBC/Oracle Net| D(数据库服务器):::process D -->|数据结果| C C -->|处理结果| B B -->|呈现内容| A ``` - **组件配置（Component configurations）** - 在某些情况下，Oracle数据库可作为大型商业现货（COTS）应用的辅助数据存储。例如，Oracle Designer使用Oracle数据库作为存储应用代码的仓库，遵循客户端 - 服务器模型。 - Oracle Internet Directory（OID）是Oracle在多层环境中作为子组件的一个例子。OID是Oracle对LDAP（轻量级目录访问协议）的实现，用于快速查找数据，如电子邮件地址簿或用户凭证验证。OID存储在Oracle数据库中，为更大的系统提供身份验证服务。 在实施Oracle数据库时，了解数据库适合的系统架构类别至关重要，因为这有助于确定数据库的特定需求，从而更好地进行系统设置。 ### Oracle数据库架构与实施全解析 #### 4. 不同架构的详细分析与对比 为了更清晰地了解客户端 - 服务器、多层和组件配置这三种架构，下面通过表格形式对它们进行详细对比： | 架构类型 | 客户端 - 服务器 | 多层 | 组件配置 | | ---- | ---- | ---- | ---- | | 核心特点 | 用户工作站安装应用程序，访问远程数据库服务器数据，工作站负责呈现和应用逻辑，服务器作为数据存储 | 由多个Web、应用和数据库服务器为瘦客户端提供内容，通过Web浏览器呈现，各层分工明确 | Oracle数据库作为大型应用的辅助数据存储，为特定功能服务 | | 通信协议 | ODBC、JDBC、Oracle Net | JDBC、Oracle Net、HTTP/HTTPS | 依据具体应用，可能包含JDBC、Oracle Net等 | | 性能优势 | 数据库服务器可进行更密集处理，减轻工作站负担 | 可使用不同供应商组件实现“最佳组合”，可按需添加服务器提升性能，具备容错能力 | 满足特定应用对数据存储和快速查找的需求 | | 适用场景 | 满足业务即时需求，遗留应用程序 | 现代大型应用，用户数量多，对性能和扩展性要求高 | 特定大型商业应用，需要辅助数据存储和快速查找功能 | #### 5. 各架构下的操作流程 ##### 5.1 客户端 - 服务器架构操作流程 1. 用户在工作站启动安装的应用程序。 2. 应用程序根据业务逻辑，通过ODBC、JDBC或Oracle Net协议，使用客户端tnsnames.ora文件向数据库服务器发送数据请求。 3. 数据库服务器接收到请求后，根据用户的SQL查询或DML语句，在数据库中进行数据检索或操作。 4. 数据库服务器将处理结果返回给客户端应用程序。 5. 客户端应用程序将结果呈现给用户。 ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; A(用户启动应用程序):::process --> B(应用程序发送请求):::process B -->|ODBC/JDBC/Oracle Net| C(数据库服务器处理请求):::process C -->|返回结果| B B --> D(应用程序呈现结果给用户):::process ``` ##### 5.2 多层架构操作流程 1. 用户通过Web浏览器访问Web服务器，发送HTTP或HTTPS请求。 2. Web服务器接收到请求后，对请求进行解析，然后将其转发给相应的应用服务器。 3. 应用服务器根据用户请求，执行相关的应用逻辑。在执行过程中，若需要访问数据库，应用服务器通过JDBC或Oracle Net协议，使用通用Web账户连接数据库服务器。 4. 数据库服务器根据应用服务器的请求，执行SQL查询或DML操作，并将结果返回给应用服务器。 5. 应用服务器对数据库返回的结果进行进一步处理。 6. 应用服务器将处理后的结果返回给Web服务器。 7. Web服务器将最终结果以HTML、Java applet或ActiveX组件等形式呈现给用户。 ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; A(用户浏览器发送请求):::process -->|HTTP/HTTPS| B(Web服务器解析请求):::process B --> C(应用服务器执行逻辑):::process C -->|JDBC/Oracle Net| D(数据库服务器处理数据):::process D -->|返回结果| C C --> E(应用服务器处理结果):::process E --> B B --> F(Web服务器呈现结果给用户):::process ``` #### 6. 可插拔数据库的应用与优势总结 可插拔数据库（PDB）在现代数据库管理中具有重要的应用价值，其优势主要体现在资源利用和管理灵活性两个方面。 在资源利用方面，通过将冗余的物理结构、内存开销和后台进程集中到容器数据库（CDB）中，PDB可以在消耗较少资源的情况下，实现多个数据库的整合。这对于大型数据中心的整合或服务器资源受限的环境尤为重要，能够有效提高资源利用率，降低成本。 在管理灵活性方面，PDB的可插拔特性使得创建和迁移数据库变得更加容易。可以通过克隆现有PDB轻松创建新的PDB，满足不同部门或项目的需求。同时，还可以根据需要在不同CDB之间移动PDB，支持数据库的迁移、升级和测试工作，大大提高了数据库管理的效率和灵活性。 综上所述，Oracle数据库的架构设计和不同实施方式为企业提供了多种选择，能够满足不同业务场景的需求。在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的架构和实施方法，以充分发挥Oracle数据库的性能和优势。