8月4日，信服云數(shù)據(jù)庫解決方案專家Simon Zeng在信服云《Tech Talk · 云技術(shù)有話聊》系列直播課上分享了《Oracle數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)&架構(gòu)原理解析》，詳細介紹了Oracle基礎(chǔ)架構(gòu)、Oracle數(shù)據(jù)庫常見架構(gòu)及技術(shù)原理、深信服DMP技術(shù)解析等內(nèi)容，以下是他分享的內(nèi)容摘要。
數(shù)據(jù)庫簡介
數(shù)據(jù)庫，DataBase（簡稱DB），是按照一定格式存儲數(shù)據(jù)的一系列文件的組合。換言之，數(shù)據(jù)庫也是存儲數(shù)據(jù)文件的倉庫，這些文件存儲了具有特定格式的數(shù)據(jù)。常見的數(shù)據(jù)庫有MySQL、Oracle、SQL Server、DB2等。
數(shù)據(jù)庫不是單獨使用的，它總是和其他應(yīng)用程序一起來組成一個完整的系統(tǒng)。但數(shù)據(jù)庫在里面是占據(jù)了最主要的實際的應(yīng)用地位。
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，Database Management System（簡稱DBMS）。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是專門對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行增、刪、改、查。
最早的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是在 1980 年開始起步， 2010 年一直到現(xiàn)在乃至未來，數(shù)據(jù)庫都呈現(xiàn)出云原生、一體化分布式、多模、HTAP等趨勢。數(shù)據(jù)的類型也發(fā)生了變化，包含了結(jié)構(gòu)化、圖數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)等。
目前數(shù)據(jù)庫整體發(fā)展是從單節(jié)點到集群再到分布式，這也體現(xiàn)了整個云計算時代的發(fā)展歷程。
數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)原理
Oracle內(nèi)存架構(gòu)和內(nèi)存實例架構(gòu)包括了SGA（系統(tǒng)全局區(qū)）跟 PGA（程序全局區(qū)） 。SGA是內(nèi)存的一個集合點，它包括了共享池、Streams池、大型池、 Java 池、數(shù)據(jù)庫的緩沖池等。每一個都是為了數(shù)據(jù)庫的運行更快、性能更好、更安全去設(shè)計的，還會設(shè)計大量的監(jiān)控進程，來保證數(shù)據(jù)庫的運行。包括系統(tǒng)進程、監(jiān)控器數(shù)據(jù)庫寫進程、日志寫進程等，這就形成了內(nèi)存結(jié)構(gòu)和實例結(jié)構(gòu)。
數(shù)據(jù)庫中實際存在的文件，每個文件的作用都不同。所以，要從物理文件出發(fā)，包括控制文件數(shù)據(jù)、聯(lián)機重做日志文件、參數(shù)文件、備份歸檔文件、還有口令文件等，去理解每一個文件的具體作用，這樣當(dāng)出現(xiàn)問題的時候，就知道從哪個維度去找問題。
Oracle數(shù)據(jù)庫邏輯架構(gòu)的方案包括了表和索引。表空間是跟物理架構(gòu)相關(guān)聯(lián)的一個表空間，跟數(shù)據(jù)文件相對應(yīng)，表空間往下會分得更細，比如說段區(qū)數(shù)據(jù)塊、數(shù)據(jù)塊，最后又跟操作系統(tǒng)的 OS 塊又分布在一起，所以，看似沒有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，但是在操作系統(tǒng)層面又產(chǎn)生了強烈的關(guān)聯(lián)。
SYSTEM 和 SYSAUX 這兩個表空間是最常用也是最重要的兩個表空間。如果這兩個表空間出現(xiàn)了問題，數(shù)據(jù)庫會產(chǎn)生大量的問題。所以這些表空間的狀態(tài)一定是聯(lián)機狀態(tài)，而且在表空間存放的是它的一個核心功能。比如數(shù)據(jù)字典，其實是系統(tǒng)的核心表；輔助的表空間，包括數(shù)據(jù)庫的管理組件，都是放在這兩個表空間里。一旦這兩個表空間發(fā)生損壞，整個數(shù)據(jù)庫就會發(fā)生宕機，無法使用。經(jīng)常遇到的數(shù)據(jù)庫恢復(fù)問題，經(jīng)常和數(shù)據(jù)庫的這兩個表空間有關(guān)。
數(shù)據(jù)庫對象以段形式存儲在表空間中。每個段包含一個或多個區(qū)。區(qū)由相鄰的數(shù)據(jù)塊組成，這意味著每一個區(qū)只可以存在于一個數(shù)據(jù)文件中。數(shù)據(jù)塊是數(shù)據(jù)庫中最小的 I/O 單元。數(shù)據(jù)庫從操作系統(tǒng) (OS) 請求數(shù)據(jù)塊集時，OS 會將數(shù)據(jù)塊集映射到存儲設(shè)備上的實際文件系統(tǒng)或磁盤塊。因此，用戶不必了解數(shù)據(jù)庫中任何數(shù)據(jù)塊的物理地址。這還意味著一個數(shù)據(jù)文件可以條帶化或鏡像在多個磁盤上。
對于數(shù)據(jù)庫層面來說，權(quán)限是基本也是很重要的一環(huán)，是保證數(shù)據(jù)庫安全穩(wěn)定運行的一個因素。Oracle數(shù)據(jù)庫用戶和權(quán)限管理包含系統(tǒng)權(quán)限和對象權(quán)限。
系統(tǒng)權(quán)限是指用戶可使用每一個系統(tǒng)權(quán)限執(zhí)行特定的數(shù)據(jù)庫操作或?qū)?shù)據(jù)庫操作分類。例如，創(chuàng)建表空間的權(quán)限就是一個系統(tǒng)權(quán)限。系統(tǒng)權(quán)限可由管理員授予，或者由可以顯式授予管理權(quán)限的用戶授予。共有一百多種不同的系統(tǒng)權(quán)限，很多系統(tǒng)權(quán)限都包含 ANY 子句。
對象權(quán)限是指用戶可以使用對象權(quán)限對特定對象（如表、視圖、序列、過程、函數(shù)或程序包）執(zhí)行特定的操作。在沒有特定權(quán)限的情況下，用戶只能訪問他們自己擁有的對象。對象權(quán)限可以由對象的所有者或管理員授予，也可以由顯式授予了對象授予權(quán)限的用戶授予。
數(shù)據(jù)庫架構(gòu)原理
Oracle數(shù)據(jù)庫常見架構(gòu)包括單機、HA（雙機熱備）和RAC （真正應(yīng)用集群）。單機是指一臺服務(wù)器、一臺數(shù)據(jù)庫。HA 是有一臺數(shù)據(jù)庫正在跑，另外一臺數(shù)據(jù)庫處于接管的這種狀態(tài)，屬于隨時接管的，這叫雙機熱備。RAC 體系架構(gòu)是共享存儲的計算服務(wù)器，加上高速互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，然后再跟用戶這邊發(fā)生聯(lián)系，形成一個RAC的體系架構(gòu)。
Oracle RAC架構(gòu)
RAC是Oracle高可用的一種部署模式，傳統(tǒng)方式部署非常復(fù)雜，涉及ASM、Grid Infrastructure等系統(tǒng)和部署組件，需要手動執(zhí)行上百個步驟，而現(xiàn)在DMP已將此過程實現(xiàn)自動化，整體創(chuàng)建流程如下：
（1）由DMP提供的數(shù)據(jù)庫鏡像創(chuàng)建DBVM
（2）DMP申請集群VIP、SCAN VIP、共享盤等集群配置資源
（3）給DBVM節(jié)點掛載共享盤，更新集群信息
（4）開始執(zhí)行數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建并構(gòu)建RAC
全程只需要用戶指定規(guī)格、磁盤容量、網(wǎng)卡等基本信息，便無需額外的手動操作。
Oracle DG架構(gòu)
Oracle DataGuard，簡稱DG，是Oracle自帶的數(shù)據(jù)同步功能，基本原理是將日志文件從原數(shù)據(jù)庫傳輸?shù)侥繕藬?shù)據(jù)庫，然后在目標數(shù)據(jù)庫上應(yīng)用這些日志文件，從而使目標數(shù)據(jù)庫與源數(shù)據(jù)庫保持同步，是一種數(shù)據(jù)庫級別的高可用性方案，Oracle 11G之后的DG又稱為ADG，即Active DataGuard。
DG的日志傳輸方式有兩種，一是利用ARCH進程進行傳輸，二是LGWR進程進行，使用ARCH進行日志傳輸，只能以異步的方式傳輸，而不能同步傳輸，可能有丟數(shù)據(jù)的風(fēng)險。
LGWR進程進行日志傳輸，又分為兩種情況，其一是同步傳輸，其二是異步；同步傳輸時，LGWR必須等待寫入本地日志文件傳輸?shù)絪tandby端之后，Primary Database上的事務(wù)才可以提交，此種方式會對主庫造成嚴重的性能影響。利用LGWR的異步傳輸時，LGWR只需成功寫入本地日志文件即可，不需要等待傳輸?shù)絪tandby端，因此，不會對主庫的性能造成太大影響。
Oracle OGG架構(gòu)
Oracle GoldenGate，簡稱OGG，是一種基于日志的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)復(fù)制軟件，它通過解析源數(shù)據(jù)庫在線日志或歸檔日志獲得數(shù)據(jù)的變化，再將這些變化應(yīng)用到目標數(shù)據(jù)庫，從而實現(xiàn)源數(shù)據(jù)庫與目標數(shù)據(jù)庫的同步；
OGG可以在異構(gòu)的IT基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（包括幾乎所有常用操作系統(tǒng)平臺和數(shù)據(jù)庫平臺）之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)亞秒一級的實時復(fù)制，從而在應(yīng)急系統(tǒng)、在線報表、實時數(shù)據(jù)倉庫供應(yīng)、交易跟蹤、數(shù)據(jù)同步、集中/分發(fā)、容災(zāi)、數(shù)據(jù)庫升級和移植、雙業(yè)務(wù)中心等多個場景下應(yīng)用。
深信服數(shù)據(jù)庫方案介紹
深信服數(shù)據(jù)庫方案支持 Oracle 數(shù)據(jù)庫、 SQL Server 和 MySQL三種數(shù)據(jù)庫。它融合了以上提到的復(fù)雜原理到基礎(chǔ)的架構(gòu)平臺上，包括部署監(jiān)控、巡檢、主備備份切換、主備搭建等，使得操作更簡單。
用戶如果自己搭建一套 Oracle 數(shù)據(jù)庫，必須要懂網(wǎng)絡(luò)、存儲、操作系統(tǒng)，才能夠搭建一套完整的 Oracle RAC數(shù)據(jù)庫。而這往往耗時費力，一個專業(yè)的 DBA 都需要花上幾天時間。
在深信服的數(shù)據(jù)庫方案里，通過把所有內(nèi)容集中在虛擬層里面，在界面上操作點擊分配，把共享存儲、共享網(wǎng)絡(luò)、共享資源全部一次性劃分好，用戶不用去考慮后臺的配置和運行進程。
在一套 RAC 里面，深信服做過大量的測試，在數(shù)據(jù)量不多的前提下，比如200- 300G 的數(shù)據(jù)量，搭建完成一套 RAC只需半小時。
此外，深信服數(shù)據(jù)庫方案還有集群的自愈能力，節(jié)點在故障條件下自動主從切換，結(jié)合云平臺資源聯(lián)動進行底層修復(fù)，實現(xiàn)故障自愈，重組集群關(guān)系，解放運維人力，節(jié)約運維成本，提高系統(tǒng)的高可用能力。
以上就是本期直播關(guān)于《Oracle數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)&架構(gòu)原理解析》的分享，關(guān)注“深信服”科技公眾號，可以觀看本期直播回放。
