一、Oracle体系结构
数据库的体系结构是指数据库的组成、工作过程、以及数据库中数据的组织与管理机制，要了解Oracle数据库的体系结构，必须理解Oracle系统的主要组件和重要概念。
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1、Oracle体系结构概述
Oracle体系结构包含一系列组件，如下图所示，图中显示了Oracle体系结构中的主要组件，包括实例、用户进程、服务器进程、数据文件及其他文件，如参数文件、口令文件和归档日志文件等。从图中可以看出，实例和数据库是Oracle数据库体系结构的核心组成部分，也是最重要的两个概念；DBA一个很重要的工作就是维护实例和数据库本身的正常工作。
1）实例
Oracle实例是后台进程和内存结构的集合，必须启动实例才能访问数据库中的数据。Oracle实例启动时，将分配一个系统全局区（SGA）并启动一系列Oracle后台进程。Oracle实例有两种类型：单进程实例和多进程实例，单进程Oracle实例使用一个进程执行Oracle的全部操作，在单进程环境下的Oracle实例仅允许一个用户可存取；多进程Oracle实例（又称多用户Oracle）使用多个进程来执行Oracle的不同部分，对于每个连接的用户都有一个进程。
2）数据库
数据库是数据的集合，物理上指存储数据库信息的一组操作系统文件，每个数据库有一个逻辑结构和物理结构。物理结构是指构成数据库的一组操作系统文件，主要由三种类型文件组成：数据文件、控制文件和重做日志文件。数据库的逻辑结构是指数据库数据的逻辑存储结构（如表空间、段）和模式对象（如表、视图等）。
3）可插拔数据库
从Oracle 12c版本开始，Oracle引入了可插拔数据库的概念，可插拔是为云计算而生。可插拔的结构由一个容器数据库（CDB）和若干个可组装数据库（PDB）组成，每个PDB对外可充当一个独立的数据库工应用程序使用，它可以包含自己的数据文件，但是所有的PDB共享CDB的控制文件以及日志文件。所谓的可插拔，意味着PDB可以像USB一样随时插入CDB中，不用了也可以随时拔下来。一个CDB中最多可以插入250个PDB，在PDB中，seedPDB为模板PDB，它为新创建的PDB提供模板，其他的PDB可以根据需要创建、删除。可插拔功能可以加速数据库的部署，给一个CDB打补丁就可以经所有的更新同步到其上的所有PDB中。
在Oracle 12c之前的版本中，实例和数据库只能是一对一或多对一（RAC,Real Application Clusters,实时应用集群）的关系，即只能是一个实例对应一个数据库，或者多个实例对应一个数据库。但在Oracle 12c版本中，通过引入CDB和PDB，一个实例可以对应多个可插拔数据库。
可插拔数据库的使用场景：
通过在一个集中化的平台部署多个数据库，同时又共享一个数据库实例，可以大大降低成本，即更少的实例损耗和耕地的存储技术。
如果在生产环境中只需要一个数据库，并不想使用可插拔数据库，可以在安装过程中取消勾选“创建为容器数据库”复选框，从而将安装一个普通数据库。
2、Oracle服务器
Oracle服务器它主要由实力和数据库文件组成，也就是常说的数据库管理系统（Database Management System,DBMS）。Oracle服务器的组成如下图：
Oracle服务器除了维护实例和数据库文件外，还在用户建立与服务器的连接时启动服务器进程并分配PGA.（Program Area,程序全全局区）。
3、Oracle存储结构
Oracle的存储结构分为物理结构和逻辑结构，这两种存储结构既相互独立又相互联系。如下图所示：
1）Oracle物理结构
物理结构是Oracle数据库创建后使用的操作系统物理文件，Oracle数据库的物理文件分为以下两类：
（1）主要文件
①数据文件：数据文件（Data File）的扩展名通常是.dbf，是物理存储Oracle数据库数据的文件。
数据文件的特点：
每个数据文件只与一个数据库相联系；
一个表空间可包含一个或多个数据文件；
- 一个数据文件只能属于一个表空间；
②重做日志文件：重做日志文件（Redo Log File）的扩展名是.log，它记录了对数据的所有更改信息，并提供了一种数据恢复机制，确保在系统崩溃或其他意外出现后重新恢复数据库。
在Oracle数据库中，重做日志文件是成组使用的，每个重做日志文件组可以有一个或多个重做日志文件。在工作过程中，多个重做日志文件组之间循环使用，当一个重做日志文件组写满后，会转向下一个日志文件组。重做日志文件用于记录数据库变化，是用户的事务处理日志。
③控制文件：控制文件（Control File）的扩展名是.ctl，是一个二进制文件。控制文件中存储的信息很多，其中包括数据文件和重做日志文件的名称和位置。控制文件是数据库启动及运行所必须的文件。当Oracle读写数据时，要根据控制文件 的信息查找数据文件。
由于控制文件的重要性，一个数据库至少要有两份控制文件。Oracle 12c默认包含两个控制文件，各个控制文件内容相同，从而可以避免因为一个控制文件的损坏而导致无法启动数据库的情况出现。
控制文件中记录了以下关键信息：
数据文件的位置及大小；
重做日志文件的位置及大小；
数据库名称及创建时间；
- 日志序列号；
（2）其他文件
其他文件有参数文件、归档日志文件、口令文件等。
2）Oracle逻辑结构
数据库的逻辑结构是从逻辑的角度分析数据库的组成的。Oracle数据库的逻辑结构包括表空间、段、区、块和模式等。如图：
（1）表空间
每个Oracle数据库都是由若干个表空间构成的，用户在数据库中建立的所有内容都被存储到表空间中。一个表空间可以由多个数据文件，但一个数据文件只能属于一个表空间。与数据文件这种物理结构不同，表空间属于数据库的逻辑结构。
在每个数据库中，都有一个名为“SYSTEM”的表空间，即系统表空间，还会有SYSAUX、UNDO、USERS等表空间，这些都是在创建数据库时自动创建的。管理员可以创建自定义的表空间并分配给指定用户，也可以为表空间增加和删除数据文件。
表空间基本有以下三类：
一般不需要创建临时性表空间和撤销表空间，除非要把他们转移到其他磁盘中以提高性能。
表空间的目的如下：
一般在完成Oracle系统的安装并创建Oracle实例后，Oracle系统自动建立SYSTEM、SYSAUX、USRS等多个表空间。
下面详细介绍一下SYSTEM表空间、SYSAUX表空间、TEMP表空间和TEMP表空间：
SYSTEM表空间：用于存放Oracle系统内部表和数据字典的数据，如表名、列名、用户名等。不建议将用户创建的表，索引等对象存放到SYSTEM表空间中。
SYSAUX表空间：作为SYSTEM的辅助表空间，用于存放各种数据库工具用户的数据；还用于存放各种模式的对象数据，如智能代理用户DBSNMP等，这些模式在数据库安装完成后就建立了相应的对象并都存放在SYSAUX表空间中。
USERS表空间：通常作为用户使用的表空间，可以在这个表空间上创建各种对象，如表、索引等。
- TEMP表空间：Oracle系统用于存放临时数据的特殊表空间。比如：当操作中需要进行排序时，Oracle系统就将排序的数据临时存放在该表空间内。排序处理完成后即可释放排序数据所占用的空间，因此成为临时表空间。
除了Oracle系统默认创建的表空间外，用户可根据应用系统的模式及其所要存储的对象类型创建多个表空间，以区分用户数据和系统数据。
创建表空间数据数据定义语言，语法如下：
SQL> create tablespace benet datafile'/u01/app/oracle/oradata/benet.DBF' size 10M
autoextend on;
在语法中：
创建完表空间之后，可以对表空间进行相应的管理，主要包括以下几种操作。
调整表空间大小，当遇到数据插入失败，表空间已满的情况，可以通过ALTER语句来调整表空间的大小，此时有两种调整表空间大小的方式。
方法一：更改数据文件的大小，并指明数据文件的存放路径，其中还使用了RESIZE关键字，用于指定调整后的数据文件的大小，代码如下：
SQL> alter database datafile'/u01/app/oracle/oradata/benet.DBF' resize 50M;
Database altered.
方法二：向表空间内添加数据文件。为表空间添加一个新的数据文件的代码如下：
SQL> alter tablespace benet add datafile '/u01/app/oracle/oradata/benet01.DBF' size 20M autoextend no;
Tablespace altered.
改变表空间的读写状态。当数据是历史数据，只允许查询，不希望被修改使，可以将表空间设置为只读状态。READ ONLY表示该表空间为只读状态，READ WRITE表示该表空间为可读写状态。具体语法格式如下：
SQL> alter tablespace benet read only;
Tablespace altered.
SQL> alter tablespace benet read write;
Tablespace altered.
删除表空间。可以通过DROP语句来删除表空间，只需要再加上表空间的名称即可。具体语法格式如下：
SQL> drop tablespace benet including contents;
Tablespace dropped.
（2）段
段（Segment）存在于表空间中，是一种指定类型的逻辑存储结构，段由一组区组成。段可分成四类：数据段、索引段、回退段、临时段。例如，对于每个非聚集表有一个数据段，表的所有数据存储再该段；而对于每个索引都有一个索引段。
（3）区
区（Extent）是磁盘空间分配的最小单位。磁盘按区划分，每次至少分配一个区。区由连续的数据块组成。段主要由一个或者多个区构成，当段创建后，它至少包含一个区。当段中的所有空间都完全使用时，系统将自动为该段分配一个新区。区不能跨数据文件存在，只能存在于一个数据文件中。
（4）数据块
数据块（Data Block）是数据库中最小的数据组织单位于管理单位。Oracle数据库中的数据存储于数据块中。数据块是Oracle服务器所能读取或写入的最小存储单元。Oracle服务器以数据块为单位管理数据文件的存储空间。数据块的取值范围为2~64KB，其默认大小与Oracle版本有关。
（5）模式
模式（Schema）是数据库对象（又称模式对象）的集合。模式对象包括表、视图、索引、同义词、序列、过程和程序包等。每创建一个用户，Oracle会自动创建一个与用户名相同的模式，因此，模式又称用户模式。用户登录后，默认访问的是与自己的名称相同的模式中的数据库对象。
4、Oracle内存结构
内存结构是Oracle数据库体系中最为重要的一部分，内存也是影响数据库性能的第一要素。
Oacle内存存储的主要内容：
按照内存使用方式不同，Oracle数据库的内存也可以分为SGA、PGA、和UGA（User Global Area,用户全局区）。
UGA：为用户进程存储会话状态的内存区域。根据用户数据库时配置为专用服务器模式，还是配置为共享服务器模式，UGA可以作为SGA或PGA的一部分。它为用户会话存储数据。接下来重点介绍一下SGA和PGA：
1）SGA
Oracle实例的SGA同来存储数据库信息，并由多个数据库进程共享。当数据库实例启动时，SGA的内存被自动分配。SAG是数据库中占用服务器内存最大的一个区域，也是影响数据库性能的一个重要指标。SGA按其作用不同，可分为共享池、数据缓冲区、重做日志缓冲区、大池和Java池等。
①共享池
共享池是对SQL、PL/SQL程序进行语法分析、编译、执行时用到的内存区域。共享池由库缓存和数据字典缓存组成。
②数据缓冲区
数据缓冲区用于存储从磁盘数据文件中读入的数据，供所有用户共享。修改数据时，首先要从数据文件中取出数据，存储于数据缓冲区中。修改的数据，插入的数据都被存储于数据缓冲区中，修改完成和其他条件满足时，数据才被写入数据文件中。
Oracle服务器进程在处理一个查询时，首先查找内存中是否存在所需的数据块。如果在数据缓冲区中没有找到需要的块，服务器进程就从数据文件中读取此块，并保存在缓冲区中。当后续的请求需要读取这些块时，便可以在内存中找到，因此这些请求不需要从磁盘中读取，从而提高了读取速度。数据缓冲区的大小对数据库的读取速度有直接的影响。
③重做日志缓冲区
当用户执行了如INSERT、UPDATE、DELETE、CREATE、ALTER、DROP等操作时，数据发生了变化，这些变化了的数据在写入数据缓存之前先要写入重做日志缓冲区，同时变化之前的数据也放入重做日志缓存，这样在数据恢复时Oracle就知道哪些资源需要提交，哪些资源需要撤回。相对于数据缓冲区，日志缓冲区对数据库的性能影响较小。
④大池
在SGA中，大池是一个可选的缓冲区，管理员可以根据需要对其今进行配置。在大规模输入、输出及备份过程中也需要大池作为缓冲空间，如大数据操作、数据库备份与恢复之类的操作。
⑤Java池
在SGA中，Java池也是一个可选的缓冲区，但是在安装Java或者使用Java程序时必须设置Java池，用于编译Java语言编写的指令。
2）PGA
PGA不是实例的一部分，它包含单个服务器进程或单个后台进程所需的数据和控制信息。PGA是在用户进程连接到数据库并创建一个会话时自动分配的，该分区保留了每个与Oracle数据库连接的用户进程所需的内存。在一个用户结束会话后，PGA将被释放。
5、Oracle进程结构
Oracle中有几种不同类型的进程：用户进程、服务器进程和后台进程。
在Oracle数据库中，为了使系统性能更好地协调多个用户，实例系统中使用的一些附加进程，称为后台进程。这些后台进程存在于操作系统中，在实例启动时自动启动。其中有五个进程是必须要启动的，否则数据库实例无法启动。这五个重要且必需的后台进程为进程监控（Process Monitor,PMON）进程、系统监控（System Monitor,SMON）进程、数据写入（Database Writer,DBWR）进程、日志写入（Log Writer,LGWR）进程、检查点（Check Point,CKPT）进程。
1）PMON进程
PMON进程在用户连接意外中断后执行资源清理工作，包括以下任务：
释放所有当前挂起的锁；
回滚用户当前事务处理；
释放用户当前使用的资源；
- 监控服务器进程和其他后台进程，出现故障时重启它们；
2）SMON进程
SMON进程执行以下任务：
①前滚以恢复未写入的数据文件但已记入联机日志文件的数据；
②打开数据库，以便用户能登录并访问数据；
③回滚为提交的事务处理；
3）DBWR进程
DBWR进程执行以下任务：
4）LGWR进程
LGWR进程负责将重做日志缓冲区中的日志数据写入日志文件组。数据库在运行时，如果对数据进行修改，则产生日志信息，日志信息首先产生于重做日志缓冲区中。此缓冲器按照“先进先出”的原则进行操作，当日志信息满足一定条件是，由LGWR进程将日志数据写入日志文件。系统通常有多个日志文件，日志写入进程以循环的方式将数据写入文件。
5）CKPT进程
CKPT进程是确保数据缓冲区中所有修改过的数据块都写入数据文件的机制。当检查点完成后，CKPT进程负责更新数据文件头和控制文件、保存检查点信息，以保证数据库日志文件和数据文件同步。在数据库恢复时只需要找到CKPT保存的最后一次检查点，就可以根据它确定日志文件中恢复数据的开始位置，然后重新执行其之后的日志记录即可。
6）ARCn进程
ARCn进程即归档日志进程，是一个可选进程，只有在打开日志归档时才有该进程。该进程的主要作用是发生日志切换时将写满的联机日志文件复制到归档目录。
二、CDB与PDB的基本操作
和之前版本的Oracle不同，Oracle 12c可以作为单个数据库使用（通过再安装时取消勾选“创建为容器数据库”复选框），也可根据企业需要，提供若干个可插拔PDB数据库。每个PDB可以由不同的DBA维护。下面介绍CDB和PDB的基本维护。
[oracle@oracle ~]$ source .bash_profile
[oracle@oracle ~]$ sqlplus / as sysdba
SQL*Plus: Release 12.2.0.1.0 Production on Tue Jan 7 14:58:04 2020
Copyright (c) 1982, 2016, Oracle. All rights reserved.
Connected to:
Oracle Database 12c Enterprise Edition Release 12.2.0.1.0 - 64bit Production
SQL> startup;
ORACLE instance started.
Total System Global Area 1660944384 bytes
Fixed Size 8793448 bytes
Variable Size 1056965272 bytes
Database Buffers 587202560 bytes
Redo Buffers 7983104 bytes
Database mounted.
Database opened.
SQL>
SQL> show con_name;
CON_NAME
------------------------------
CDB$ROOT
SQL>
SQL> show pdbs;
CON_ID CON_NAME OPEN MODE RESTRICTED
---------- ------------------------------ ---------- ----------
2 PDB$SEED READ ONLY NO
3 ORCLPDB MOUNTED
SQL>
SQL> alter pluggable database orclpdb open;
Pluggable database altered.
SQL>
SQL> alter session set container=orclpdb;
Session altered.
SQL>
SQL> show con_name;
CON_NAME
------------------------------
ORCLPDB
SQL>
从CDB切换到PDB以及相关的操作如下：
SQL> show con_name;
CON_NAME
------------------------------
CDB$ROOT
SQL>
SQL> alter session set container=orclpdb;
Session altered.
SQL>
SQL> show con_name;
CON_NAME
------------------------------
ORCLPDB
SQL>
SQL> shutdown immediate;
Pluggable Database closed.
SQL>
SQL> startup;
Pluggable Database opened.
SQL>
SQL> alter session set container=cdb$root;
Session altered.
SQL>
SQL> show con_name;
CON_NAME
------------------------------
CDB$ROOT
SQL>
通过上面的操作可以发现，可以在CDB中管理PDB，如CDB中通过命令“alter pluggable database orclpdb open”可以将PDB数据设置为打开状态。当然也可以在PDB中维护，如执行“shutdown immediate”命令和“startup”命令分别关闭和打开PDB数据库。在CDB和PDB中切换也是非常方便的，只需执行“alter session set container=xxx”命令即可。
连接到可插拔数据PDB有两种方法，一种是执行命令“sqlplus / as sysdba”进入CDB，然后通过“alter session set container=xxx”命令切换到PDB;另一种方法是执行“sqlplus sys/oracle@orclpdb sa sysdba”命令直接进入PDB数据库，其中orclpdb是pdb容器的名称，而且还要在/u01/app/oracle/product/12.2.0/dbhome_1/network/admin/tnsnames.ora文件中增加以下内容：
[oracle@oracle ~]$ vim /u01/app/oracle/product/12.2.0/dbhome_1/
network/admin/tnsnames.ora
# Generated by Oracle configuration tools.
LISTENER_ORCL =
(ADDRESS = (PROTOCOL = TCP)(HOST = oracle)(PORT = 1521))
# Generated by Oracle configuration tools.
LISTENER_ORCL =
(ADDRESS = (PROTOCOL = TCP)(HOST = oracle)(PORT = 1521))
ORCL =
ORCL =
(DESCRIPTION =
(ADDRESS = (PROTOCOL = TCP)(HOST = oracle)(PORT = 1521))
(CONNECT_DATA =
(SERVER = DEDICATED)
(SERVICE_NAME = orcl)
)
)
----------------------------------------------------
ORCLPDB =
(DESCRIPTION =
(ADDRESS = (PROTOCOL = TCP)(HOST = Oracle)(PORT = 1521))
(CONNECT_DATA =
(SERVER = DEDICATED)
(SERVICE_NAME = orclpdb)
)
)
三、用户管理
在创建一个新数据库时，Oracle将创建一些默认数据库用户，比如：SYS、SYSTEM等用户。SYS和SYSTEM用户都是Oracle的管理用户。如果在安装过程中选择安装示例数据库，则会自动创建HR用户，HR用户是Oracle数据库的一个示范用户，也可以根据需求导入其他示例数据库。示例数据库里面包含一些测试展示用的示例表。下面简单介绍一下SYS、SYSTEM和自定义用户。
1、SYS
SYS用户是Oracle中的一个超级用户，主要用来维护系统信息和管理实例。数据库中所有数据字典和视图都存储在SYS模式中。数据字典存储了用来管理数据库对象的所有信息，是Oracle数据库中非常重要的系统信息。SYS用户只能以SYSOPER或SYSDBA角色登录数据库系统。
2、SYSTEM
SYSTEM用户是Oracle中默认的数据库管理员，它拥有DBA权限。该用户模式中存储了Oracle管理工具使用的内部表和视图。通常通过SYSTEM用户管理Oracle数据库的用户、权限和存储等，不建议在SYSTEM模式中创建用户表。SYSTEM用户不能以SYSOPER或SYSDBA角色登录系统，只能使用以默认方式（数据库身份验证的方式）登录。
3、自定义用户
Oracle 12c支持创建自定义用户，由于PDB的引入，自定义用户范畴和之前版本有所不同。在CDB模式下，用户分为两种：公用用户和本地用户。公用用户可以在CDB和PDB中使用，而本地用户只能在PDB中使用。在CDB环境中，不允许创建本地用户。Oracle规定，在CDB中创建公用用户时，用户名必须以c##开头。
通常情况下，出于安全考虑，对于不同用户的数据表需要不同的访问权限，因此，就需要创建不同的用户。Oracle中的CREATE USER命令用于创建新用户。每个用户都有一个默认空间和一个临时表空间。如果没有指定，Oracle就将USERS设为默认表空间，将TEMP设为临时表空间。创建用户的语法如下：
1）以system用户的身份登录orcl数据库的CDB，创建用户tom，密码为123，默认表空间是users，临时表空间是temp，开启表空间限额，下次登录修改密码
SQL> create user c##tom identified by 123 default tablespace users temporary tablespace temp quota unlimited on users password expire;
User created.
2）修改tom用户密码为123456
SQL> alter user c##tom identified by 123456;
User altered.
3）删除不用的账户tom
SQL> drop user c##tom cascade;
User dropped.
四、数据库权限管理
权限是执行某种类型的SQL语句挥着存取其他用户数据库对象的权力。在Oracle中，权限分为系统权限和对象权限两类。
1、系统权限
系统权限是指在数据库中执行某种系统级别的操作，或者针对某一类的对象执行某种操作的权限。例如，在数据库中创建表空间的权力，或者在数据库中创建表的权力，都属于系统权限。系统权限示例如下图：
常见的系统权限如下：
CREATE SESSION：连接到数据库；
CREATE TABLE：创建表；
CREATE VIEW：创建视图；
- CREATE SEQUENCE：创建序列；
一个新用户创建后，首选要授予其CREATE SESSION权限，使其可以登录到数据库。
2、对象权限
对象权限是指针对某个特定的模式对象执行操作的权力。只能针对模式对象来设置和管理对象权限，包括数据库中的表、视图、序列、存储过程等。如下图所示：
.jpg)
Oracle数据库用户有两种获取权限的途径：①直接向用户授予权限；②将权限授予角色，再将角色授予一个或多个用户。使用角色能够更加方便和高效地对权限进行管理。所以数据库管理员通过使用角色向用户授予权限，而不是直接向用户授予权限。在Oracle数据库系统中预定义了很多角色，其中最常用的主要有CONNECT角色、RESOURCE角色、DBA角色等。
Oracle中常用的系统预定义角色如下：
新创建的用户必须授予一定的权限才能进行相关数据库的操作。授权通过CRANT语句，取消授权则通过REVOKE语句。
1）创建bob账户，授权和撤销授权基本操作语法示例
SQL> alter session set container=orclpdb;
Session altered.
SQL> create user bob identified by 123456;
User created.
SQL> grant connect,resource to bob;
Grant succeeded.
SQL> revoke connect,resource from bob;
Revoke succeeded.
数据库用户安全设计原则如下：
一般程序开发人员只要授予 CONNECT和RESOURCE两个角色即可。特别注意，授予这两个角色就包含了授予用户无限制使用默认表空间的权限。
———————— 本文至此结束，感谢阅读 ————————
网页题目：Oracle数据库的体系结构和用户管理
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