今天主要通过对Oracle sql语句执行过程一步一步分析，来让大家对oracle为什么要这样设计进程和体系结构有一个更深的理解，理解透对后面sql的优化是很有帮助的。

1.数据库文件

Oracle 数据库文件大概可分为3种,分别是:

控制文件(control files): 存放数据库本身物理结构信息

数据文件(data files): 存放数据库数据啦~

日志文件(log files): 包括重做日志文件和归档日志文件, 记录数据库数据的变化.

如下图:

2.数据库实例

但是用户和应用程序是无法直接访问数据库文件的数据的, 这时Oracle服务器会启动1(或多个..RAC集群)个实例.,用户可以通过连接这个实例来访问数据库的数据.

实例有两个组成部分,分别是:

系统全局内存区(SGA):服务器专门划分给Oracle实例使用的内存块啦.

Oracle进程: 包括服务器进程和后台进程, 后面会解析嘎啦.

2.1 系统全局内存区(SGA)

SGA可以分成6大块,分别是 Java pool, shared pool, database buffer cache,large pool, streams pool, Redo log buffer

注: 可用 v$sga这个视图去查看sga各大块大小.

这篇文章介绍的是sql语句的执行流程,所以主要讲解其中的3个大块:

共享缓冲区(shared pool)

数据库缓冲高速缓存(database buffer cache)

重做日志缓冲区(redo log buffer)

如下图:

2.2 服务器进程

当用户(客户端)要连接Oracle数据库时, Oracle就会创建1个session(会话),并且在服务器上创建1个专门处理这个session的进程,就是服务器进程啦.

注意啊, 每当1个新用户创建1个新的连接到数据库,Oracle都会对应创建1条服务器进程的.

2.3 PGA(Program Global Area)

对应上面的Server Process, Oracle会在服务器上对每一条Server Process分配一定大小的内存,就是PGA了, 注意有几个session就会有几个对应的SGA块, 所以服务器对内存需求很大。

可以用select sum(pga_userd_mem) from v$process语句来查看当前使用的总PGA大小.

3.客户端与服务器的SQL语句传输

当用户在客户端输入若干条SQL语句,例如1个普通的存储过程,有读和写的动作，这条语句是通过session来传输的，那么服务器上用什么来接受这个sql语句呢,答案就是Server Process。

server process会判断sql语句是否合法(语法,权限)

如果sql语法有错,或者对应的表或视图或Procedure没有权限,就会直接返回错误信息。

4.server process根据sql语句生成执行计划(execute plan).

Oracle是无法直接执行sql语句的,必须先生成执行计划,然后Oracle就会根据执行计划去执行了.

而生成执行计划要访问许多数据库对象, 是1个比较消耗服务器资源(CPU,IO,Memory)的动作.

而且因为同一条sql语句可能会有多个用户多次重复的执行, 那么是否每次都生成一次执行计划呢?

这时SGA里面的Shared pool就发挥作用了,说白了它会缓存sql的执行计划..

所以server process会首先从Shared pool里面查找有无现成的执行计划, 如果有就直接采用.

如果无, 就自己生成1个,然后看情况把这个执行计划放入shared pool.

5.server process根据执行计划去取(写)数据.

当server process得到执行计划后就可以去取数据了.

Oracle的数据放在哪里呢, 放在数据文件,这个大家都懂,但是server proces并不是直接去访问数据文件，因为计算机的时间消耗主要都在物理IO,所以要尽量避免物理读写,所以SGA里面的database buffer cache就起作用了.

即： database buffer cache就是用来缓冲Data files里的数据的. 这样就可以避免了对数据文件的直接读写

所以server process得到执行计划后,第一步是首先去database buffer cache去找有没有现成的数据. 如果有最好, 如果无或者缓存中数据不全的话就只能去访问data files啦.

从data files获得数据后, 也不是直接发给用户客户端,而是根据情况放入database buffer cache里面, 以便当前或其他用户2次使用。

6.逻辑读,物理读与缓存命中率.

由上图得知,所谓逻辑读,就是从缓存(一般是内存)里读取数据啦. 而物理读,也就是从磁盘(数据文件)里读取数据啦.

至于缓存命中率,就是取出数据的过程中 逻辑读次数/ (逻辑读次数+物理读次数) 这个比率.

当然这个比率越接近1越好, 因为物理读相当费时间啦, 机械硬盘瓶颈，除非有服务器用SSD做硬盘..

命中率并不是数据库健康的唯一指标,因为当逻辑读十分巨大的时候, 即使物理读也很大,这个比率也很好看的, 所以有时要关心每秒物理读(tps).

可以在linux下使用iostat命令来查看当前磁盘的每秒物理读。

7. 在缓存中修改数据.

server process拿出数据放入缓存中,接下来就会对数据进行修改。

因为修改数据很可能会产生大量缓冲数据,所以这个动作是在Database buffer cache里完成的

8. 修改数据会产生重做日志.

上面提到,日志是用来记录数据库的数据变化的,所以对数据改动产生一定量的日志数据. 那么这些日志是不是直接就写到日志文件中呢？

写日志文件也是物理读,所以SGA就有个Redo log buffer,就是日志缓存, 专门实时存放产生的日志数据。

9. 最终Server Process把返回数据或信息通过session传回给用客户端

Server Process 做完读取和修改数据的动作后,就会将结果返给用户了.

10.将数据缓存和日志缓存写入磁盘

其实到上面那一步为止, 整个sql语句执行流程已经完成了。

但是Server process修改的数据和产生的日志还在SGA里面，还需要写入磁盘，但是这些动作已经不是sql执行流程之内, 而且这些动作也不是server process负责的, 他们分别由DBWR 和 LGWR 这个两个进程负责.

DBWR: Database writer,后台进程之一,负责将Database buffer cache里被修改的数据写入数据文件.

LGWR: Log writer,后台进程之一,负责将Redo log buffer里的日志数据写入到日志文件.

11.为什么Oracle要将server process 和后台进程分开?

如上图,为什么写入数据文件和日志文件要交给后台进程去完成呢.

其实我们在流程可以发现, 服务器与用户打交道的就只有1个进程,就是Server Process, 所以server Process的速度直接影响了用户的感受, 无论后台进程多么繁忙,只要server process响应迅捷, 用户还是觉得数据库很快的. 相反,后台进程没事做,服务器CPU很空闲, 但server process反应慢的话, 用户就觉得数据库慢了.

所以就要尽量精简server process的动作, 看看后台进程DBWR 和 LGWR进行的是什么动作, 磁盘写动作啊!

Server Process唯一进行的物理操作就是物理读, 这个是无办法避免的, 因为数据都在磁盘上.. 除非有办法预测用户要提取的数据,提前拿出来.但实际上也没有那么大的内存。

12.顺便介绍其余3大系统进程CKPT,SMON,PMON

都说Oracle有SGA6大池 3大数据库文件, 5大系统进程.

其中DBWR 和 LGWR上面已经介绍过了. 现在其余3个

CKPT : Checkpoint 检查点进程,负责更新控制文件和数据文件的头部信息, 控件文件在这篇blog开头就已经介绍过啦,至于数据文件的头部信息? 头部信息就是当前数据块的状态信息啦.

SMON : system monitor 系统监视器, 负责监视维护SGA和后台进程啦,例如合并SGA里面的碎片.

PMON : process monitor 进程监视器, 这里主要指服务器进程啦,例如一个用户突然掉线了,但是该服务器进程还在服务器,Pmon会隔一段时间把该进程清理掉并且释放SGA啦.

总结：上面的内容是通过对sql的执行过程分析来让大家能够更透彻的理解数据库进程和体系结构，对于oracle为什么要这样设计也会有更深的体会，后面会分享更多关于DBA内容，感兴趣的朋友可以关注下~