Tech Talk · 云技术有话聊 | 带你了解Oracle数据库基础架构及原理

8月4日，信服云数据库解决方案专家Simon Zeng在信服云《Tech Talk · 云技术有话聊》系列直播课上分享了《Oracle数据库基础&架构原理解析》，详细介绍了Oracle基础架构、Oracle数据库常见架构及技术原理、深信服DMP技术解析等内容，以下是他分享的内容摘要。

数据库简介

数据库，DataBase（简称DB），是按照一定格式存储数据的一系列文件的组合。换言之，数据库也是存储数据文件的仓库，这些文件存储了具有特定格式的数据。常见的数据库有MySQL、Oracle、SQL Server、DB2等。

数据库不是单独使用的，它总是和其他应用程序一起来组成一个完整的系统。但数据库在里面是占据了最主要的实际的应用地位。

数据库管理系统，Database Management System（简称DBMS）。数据库管理系统是专门对数据库中的数据进行增、删、改、查。

最早的关系型数据库是在 1980 年开始起步， 2010 年一直到现在乃至未来，数据库都呈现出云原生、一体化分布式、多模、HTAP等趋势。数据的类型也发生了变化，包含了结构化、图数据、文本数据等。

目前数据库整体发展是从单节点到集群再到分布式，这也体现了整个云计算时代的发展历程。

数据库基础原理

Oracle内存架构和内存实例架构包括了SGA（系统全局区）跟 PGA（程序全局区） 。SGA是内存的一个集合点，它包括了共享池、Streams池、大型池、 Java 池、数据库的缓冲池等。每一个都是为了数据库的运行更快、性能更好、更安全去设计的，还会设计大量的监控进程，来保证数据库的运行。包括系统进程、监控器数据库写进程、日志写进程等，这就形成了内存结构和实例结构。

数据库中实际存在的文件，每个文件的作用都不同。所以，要从物理文件出发，包括控制文件数据、联机重做日志文件、参数文件、备份归档文件、还有口令文件等，去理解每一个文件的具体作用，这样当出现问题的时候，就知道从哪个维度去找问题。

Oracle数据库逻辑架构的方案包括了表和索引。表空间是跟物理架构相关联的一个表空间，跟数据文件相对应，表空间往下会分得更细，比如说段区数据块、数据块，最后又跟操作系统的 OS 块又分布在一起，所以，看似没有关联的数据，但是在操作系统层面又产生了强烈的关联。

SYSTEM 和 SYSAUX 这两个表空间是最常用也是最重要的两个表空间。如果这两个表空间出现了问题，数据库会产生大量的问题。所以这些表空间的状态一定是联机状态，而且在表空间存放的是它的一个核心功能。比如数据字典，其实是系统的核心表；辅助的表空间，包括数据库的管理组件，都是放在这两个表空间里。一旦这两个表空间发生损坏，整个数据库就会发生宕机，无法使用。经常遇到的数据库恢复问题，经常和数据库的这两个表空间有关。

数据库对象以段形式存储在表空间中。每个段包含一个或多个区。区由相邻的数据块组成，这意味着每一个区只可以存在于一个数据文件中。数据块是数据库中最小的 I/O 单元。数据库从操作系统 (OS) 请求数据块集时，OS 会将数据块集映射到存储设备上的实际文件系统或磁盘块。因此，用户不必了解数据库中任何数据块的物理地址。这还意味着一个数据文件可以条带化或镜像在多个磁盘上。

对于数据库层面来说，权限是基本也是很重要的一环，是保证数据库安全稳定运行的一个因素。Oracle数据库用户和权限管理包含系统权限和对象权限。

系统权限是指用户可使用每一个系统权限执行特定的数据库操作或对数据库操作分类。例如，创建表空间的权限就是一个系统权限。系统权限可由管理员授予，或者由可以显式授予管理权限的用户授予。共有一百多种不同的系统权限，很多系统权限都包含 ANY 子句。

对象权限是指用户可以使用对象权限对特定对象（如表、视图、序列、过程、函数或程序包）执行特定的操作。在没有特定权限的情况下，用户只能访问他们自己拥有的对象。对象权限可以由对象的所有者或管理员授予，也可以由显式授予了对象授予权限的用户授予。

数据库架构原理

Oracle数据库常见架构包括单机、HA（双机热备）和RAC （真正应用集群）。单机是指一台服务器、一台数据库。HA 是有一台数据库正在跑，另外一台数据库处于接管的这种状态，属于随时接管的，这叫双机热备。RAC 体系架构是共享存储的计算服务器，加上高速互联的网络，然后再跟用户这边发生联系，形成一个RAC的体系架构。

Oracle RAC架构

RAC是Oracle高可用的一种部署模式，传统方式部署非常复杂，涉及ASM、Grid Infrastructure等系统和部署组件，需要手动执行上百个步骤，而现在DMP已将此过程实现自动化，整体创建流程如下：

（1）由DMP提供的数据库镜像创建DBVM

（2）DMP申请集群VIP、SCAN VIP、共享盘等集群配置资源

（3）给DBVM节点挂载共享盘，更新集群信息

（4）开始执行数据库创建并构建RAC

全程只需要用户指定规格、磁盘容量、网卡等基本信息，便无需额外的手动操作。

Oracle DG架构

Oracle DataGuard，简称DG，是Oracle自带的数据同步功能，基本原理是将日志文件从原数据库传输到目标数据库，然后在目标数据库上应用这些日志文件，从而使目标数据库与源数据库保持同步，是一种数据库级别的高可用性方案，Oracle 11G之后的DG又称为ADG，即Active DataGuard。

DG的日志传输方式有两种，一是利用ARCH进程进行传输，二是LGWR进程进行，使用ARCH进行日志传输，只能以异步的方式传输，而不能同步传输，可能有丢数据的风险。

LGWR进程进行日志传输，又分为两种情况，其一是同步传输，其二是异步；同步传输时，LGWR必须等待写入本地日志文件传输到standby端之后，Primary Database上的事务才可以提交，此种方式会对主库造成严重的性能影响。利用LGWR的异步传输时，LGWR只需成功写入本地日志文件即可，不需要等待传输到standby端，因此，不会对主库的性能造成太大影响。

Oracle OGG架构

Oracle GoldenGate，简称OGG，是一种基于日志的结构化数据复制软件，它通过解析源数据库在线日志或归档日志获得数据的变化，再将这些变化应用到目标数据库，从而实现源数据库与目标数据库的同步； 

OGG可以在异构的IT基础结构（包括几乎所有常用操作系统平台和数据库平台）之间实现数据亚秒一级的实时复制，从而在应急系统、在线报表、实时数据仓库供应、交易跟踪、数据同步、集中/分发、容灾、数据库升级和移植、双业务中心等多个场景下应用。

深信服数据库方案介绍 

深信服数据库方案支持 Oracle 数据库、 SQL Server 和 MySQL三种数据库。它融合了以上提到的复杂原理到基础的架构平台上，包括部署监控、巡检、主备备份切换、主备搭建等，使得操作更简单。

用户如果自己搭建一套 Oracle 数据库，必须要懂网络、存储、操作系统，才能够搭建一套完整的 Oracle RAC数据库。而这往往耗时费力，一个专业的 DBA 都需要花上几天时间。

在深信服的数据库方案里，通过把所有内容集中在虚拟层里面，在界面上操作点击分配，把共享存储、共享网络、共享资源全部一次性划分好，用户不用去考虑后台的配置和运行进程。

在一套 RAC 里面，深信服做过大量的测试，在数据量不多的前提下，比如200- 300G 的数据量，搭建完成一套 RAC只需半小时。

此外，深信服数据库方案还有集群的自愈能力，节点在故障条件下自动主从切换，结合云平台资源联动进行底层修复，实现故障自愈，重组集群关系，解放运维人力，节约运维成本，提高系统的高可用能力。

以上就是本期直播关于《Oracle数据库基础&架构原理解析》的分享，关注“深信服”科技公众号，可以观看本期直播回放。