Oracle 資料庫系統架構：實例與資料庫檔案的完整圖解
Oracle 架構分為兩大核心部分：記憶體結構 + 背景程序 = 實例 (Instance)，以及 作業系統層面的實體檔案 = 資料庫。實例啟動後掛載並開啟資料庫，提供服務。
一、 實例架構 (Instance = SGA + 背景程序)
SGA (System Global Area，系統全域區) 是共享記憶體核心，包含三大關鍵組件：
- 資料庫緩衝區快取 (Database Buffer Cache)：
儲存從磁碟讀入的資料塊。
→ 避免重複物理 I/O，提升查詢速度。
包含預設、保留 (KEEP)、回收 (RECYCLE) 三大池。
- 重做日誌緩衝區 (Redo Log Buffer)：
暫存 DML (INSERT/UPDATE/DELETE) 產生的重做項目。
→ 批次寫入磁碟，提升寫入效能。
觸發寫入條件：每 3 秒、滿 1MB 或 1/3、使用者 COMMIT、檢查點 (CKPT)。
- 共用池 (Shared Pool)：
儲存 SQL/PLSQL 執行計畫、剖析樹、資料字典快取。
→ 避免重複硬剖析，大幅降低 CPU、提升並發。
包含函式庫快取、資料字典快取、伺服器結果快取 (11g+)。
其他 SGA 組件：大型池、Java 池、串流池、固定 SGA (管理指標)。
關鍵背景程序：
- DBWn (Database Writer)：將髒緩衝區寫入資料檔。
- LGWR (Log Writer)：將重做日誌緩衝區寫入線上重做日誌檔。
- CKPT (Checkpoint)：觸發檢查點，更新資料檔標頭、控制檔 SCN。
- SMON (System Monitor)：執行執行個體恢復、合併自由空間、清理臨時段。
- PMON (Process Monitor)：清理失敗程序資源、釋放鎖、重啟失敗的調度程序/共用伺服器。
- ARCn (Archiver)：封存模式下將線上重做日誌複製至封存目的地。
- RECO (Recoverer)：解決分散式交易失敗。
- CJQ0 (Job Queue Coordinator)、QMNn (Queue Monitor) 等。
二、 資料庫邏輯結構 (Logical Structure)
- 表空間：邏輯儲存單位，由一或多個資料檔組成。
預設：SYSTEM、SYSAUX、UNDO、TEMP、USERS。
- 段：表空間中儲存特定類型資料的空間 (表段、索引段、UNDO 段、臨時段)。
- 區塊：段的空間配置單位，由連續區組成。
目的：一次配置較大空間，減少碎片。
- 區：最小儲存單位，建立資料庫時指定大小 (2K/4K/8K/16K/32K)。
Oracle 所有 I/O 以區為單位。
三、 資料庫實體結構 (Physical Files)
- 資料檔：實際儲存資料 (表、索引等)。屬於某表空間。
- 線上重做日誌檔：循環記錄所有資料變更，供執行個體/媒體恢復。至少 2 組多工。
- 控制檔：記錄資料庫實體結構 (資料檔/日誌檔路徑、SCN、檢查點資訊、RMAN 備份資訊)。多工至少 2 份。
- 參數檔：
SPFILE (二進位、伺服器端、可動態修改) 或 PFILE (文字、客戶端)。啟動時讀取配置 SGA 大小等參數。
- 密碼檔：儲存 SYSDBA/SYSOPER 使用者雜湊，允許遠端啟動/關閉資料庫。
架構圖關鍵流向
- 使用者連線 → 專用/共用伺服器程序 → PGA (私有記憶體)。
- SQL 剖析 → Shared Pool 檢查快取 → 未命中則硬剖析 → 產生執行計畫存入 Library Cache。
- 執行計畫存取資料 → Buffer Cache 檢查 → 未命中 → DBWn 從資料檔讀入區塊。
- DML 修改 → 產生 Redo 存入 Redo Log Buffer → LGWR 寫入 Online Redo Log → Commit 確認。
- DBWn 定期/檢查點將髒區塊寫回資料檔。
- ARCH 模式下 ARCn 將填滿的 Redo Log 複製為 Archived Redo Log。
理解此架構是 SQL 調優、備份恢復、故障診斷、容量規劃的基石。建議配合官方文件 Oracle Database Concepts 深入研讀。
