Arquitectura y Funcionamiento

Objetivos de la sección

Identificar los distintos tipos de procesos, estructuras de memoria y ficheros que constituyen el servidor Oracle7, así como comprender la interrelación dentre ellas. se verá el ciclo de vida de una transacción en el sistema.

Arquitectura Oracle7

De entre los elementos que configuran la arquitectura del SGBD Oracle7 conviene destacar:

Memoria
- System Global Area, SGA: La memoria del sistema que contiene las siguientes partes: Buffers de la base de datos, SQL compartido y buffers de Redo log.
  - Buffers de la BD: contiene los bloques de la BD que estan siendo leidos y/o escritos. Los modificados se llamas bloques sucios.
  - Zona de SQL compartido: en esta zona se encuentran las sentencias SQL que han sido analizadas. El analisis sintáctico de las sentencias SQL lleva su tiempo y Oracle mantiene las estructuras asociadas a cada sentencia SQL analizada durante el tiempo que pueda para ver si puede reutilizarlas. Antes de analizar una sentencia SQL, Oracle mira a ver si encuentra otra sentencia exactamente igual en la zona de SQL compartido. Si es así, no la analiza y pasa directamente a ejectutar la que mantinene en memoria. De esta manera se premia la uniformidad en la programación de las aplicaciones. La igualdad se entiende que es lexicografica, espacios en blanco y variables incluidas.
  - Buffers de Redo Log: Oracle escribe todo lo que sucede en la BD en unos ficheros llamados Redo Logs. Esto está relacionado con la posibilidad de recuperar la BD de una caida. Pero la escritura en esos ficheros tiene lugar a traves de estos buffers.
- Program Global Area, PGA: Area global de los procesos de usuario
Procesos
- User Process: manipulan la información de la BD, pero a traves de la SGA, nunca de los ficheros de BD directamente. Sólo escribe en la BD física el DBWR.
- DBWR: es el único proceso que puede escribir en la BD. Toma la información del DB buffer cuando se valida una transacción. Cada validación no se lleva a la BD física inmediatamente. Los bloques de la BD modificados se vuelcan a los ficheros periodicamente o cuando sucede algún checkpoint. Mientras, para que se mantenga la integridad y coherencia de la BD, todas las operaciones se guardan en los ficheros de redolog y de rollback.
- LGWR: pone la información de los redolog buffers en los ficheros de redolog. Esto se produce a cada validación de transacción, y antes de que se comunique al proceso que todo ha ido bien. Así, aunque los ficheros de DB no se actualicen en ese instante con los buffers de BD, la operación queda guardada y se puede reproducir.
- RECO: obligatorio en los sistemas distribuidos. Recupera una transacción perdida cuando estaba en camino.
- CKPT: escribe en los ficheros de control los checkpoints. De esta manera se mantiene el estado actual de la DB en algún sitio.
- SMON: System Monitor
- PMON:Process Monitor
Ficheros
- Ficheros de la BD: en ellos reside la información de la BD. Solo son modificados por el DBWR. A ellos se vuelcan los bloques sucios de la SGA cuando se hace una validación o cuando sucede un checkpoint. Las validaciones no producen un volcado inmediato, sino lo que se conoce por un commit diferido. Toda actualización se guarda en los ficheros de redolog, y se lleva a la BD física cuando tenemos una buena cantidad de bloques que justifiquen una operación de E/S.
- Ficheros redolog: en ellos se graba toda operación que se efectue en la BD y sirven de salvaguarda de la misma. Tiene que haber por lo menos 2 y se escribe en ellos de forma cíclica. Existe la posibilidad de almacenar los distintos ficheros de redolog en el tiempo mediante el modo ARCHIVER. Así, se puede guardar toda la evolución de la BD desde un punto dado del tiempo.
- Ficheros de control: mantinen la información física de todos los ficheros que forman la BD, camino incluido; así como el estado actual de la BD. Imprescindibles para que la BD se pueda arrancar.

Gestión de E/S de la BD

Lectura
- El proceso de usuario intenta leer el o los bloques de la SGA y no de la BD física. Así se intenta agilizar la operación.
- Si no están en la SGA, el proceso de usuario lee los bloques de la BD en disco, utilizando una lectura multibloque si es necesario. El tamaño de bloque Oracle suele ser 2 ó 4 veces el tamaño de bloque del sistema de ficheros.
- Si se han modificados los bloques que intenta leer, el proceso de usuario puede tener que reconstruir la imagen de la fila, para consistencia en lectura, a partir de los segmentos de rollback. De todos modos Oracle nos avisa si leemos bloques que han sido modificados por otro proceso, invitando a repetir la lectura.
Actualización: el usuario utiliza UPDATE
- Los bytes antiguos son grabados en el buffer del segmento de rollback y se crea un registro para el redolog conteniendo este cambio.
- Los nuevos bytes se graban en el buffer de la BD y se crea un registro en el redolog conteniendo este cambio.
- El usuario efectua un COMMIT.
- Se situa el registro COMMIT en el buffer de redolog.
- El LGWR escribe los buffers del redolog en el disco.
- se notifica al usuario que la transacción se ha validado.
- se liberan los bloques implicados en los buffers de BD y del segmento de rollback.
Escrituras diferidas: la escritura real del fichero de BD es DIFERIDA. Esto significa que múltiples transacciones pueden solapar los cambios en un solo buffer antes de escribirlo en el disco.
- Los buffers de la BD menos recientemente utilizados son escritos a disco sistemáticamente para dejar sítio a los nuevos buffers (LRU).
- El bloque del segmento de rollback se escribe siempre antes que el correspondiente bloque de datos.
- La grabación es multibloque si es necesario.
Checkpoints
- Un checkpoint consiste en escribir a disco todos los buffers modificados en el cache de la SGA, asegurando que todos los bloques de datos modificados desde el último checkpoint se escriben realmente en los ficheros de datos y no sólo en los redologs. Se asegura que en ese punto la BD sea consistente.
- Ayudan a la recuperación de la BD tras un fallo.
- Un checkpoint ocurre cuando: se pone un tablespace offline, sellena el redolog activo, se para la BD, el número de bloques escritos en el redolog desde el último checkpoint alcanza el límite definido en LOG_CHECKPOINT_INTERVAL, cuando transcurra un número de segundos desde el último checkpoint indicado por el parámetro LOG_CHECKPOINT_TIMEOUT.

Instancia de la BD

Conjunto de procesos background y estructuras de memoria compartida (SGA).
No incluye ficheros de la BD, archivos de Redolog ni los ficheros de control.
Proporciona los mecanismos de acceso y control de la BD. Una instancia puede arrancar sin BD, aunque no puede trabajar con más de una a la vez.
Debe poder acceder al código Oracle (o núcleo) compartido.

Visualización de la SGA

```
SQL>select * from v$sga;
```
```
SRVMGR>show sga
```

Zona Compartida

Contiene las áreas compartidas de SQl y PL/SQL, e información del diccionario de datos.
El tamaño es fijo y está definido por el parámetro SHARED_POOL_SIZE.
Algoritmo LRU para la gestión del espacio.
Se ahorra memoria y tiempo de proceso en muchos casos.

SQL Compartido

Son zonas de memoria que contienen los datos necesarios para que el gestor pueda ejecutar una sentencia SQL.
Su contenido es:
- Plan de ejecución.
- Texto de la sentencia.
- Lista de objetos referenciados.
Es totalmente transparente a la aplicación.
Pasos del procesamiento de las sentencias:
1. Comprobar si la sentencia está en el área compatida.
2. Comprobar si los objetos referenciados son los mismos.
3. Comprobar si el usuario tiene acceso a los objetos referenciados.
4. Si la sentencia es nueva, analizar y almacenar los datos del análisis en la memoria compartida.
Dos sentencias SQL son iguales si :
- son idénticas de manera lexicográfica.
- los objetos referenciados son idénticos y pertenecen al mismo esquema (usuario).
Ahorro de memoria: en entornos con muchos usuarios que ejecutan las mismas aplicaciones, se puede llegar a un 50% o más.

Redo Log Writer, LGWR

Graba los bloques del buffer del Redo log de la SGA al archivo Redo log cuando:
- Se valida una sentencia, COMMIT,
- Se llenan los buffers de redolog,
- el DBWR escribe buffers modificados en los archivos de la BD.
Señala la realización de un checkpoint en los ficheros de la BD.
Un único grabador del archivo Redo log para asegurar la integridad.
Agrupa las validaciones para conseguir una media inferior de un operación E/S por validación (asíncrono y multibloque).
Permite guardar los registros de log para una posible recuperación hacia adelante (partiendo de una copia completa).

Database Writer, DBWR

Realiza la escritura en los ficheros de BD de forma diferida.
Algoritmo LRU de reemplazo de bloques en la SGA.
Asíncrono y grabaciones multibloque.
Un único grabador de la BD para asegurar la integridad.
Graba cuando no tiene bloques libres o cuando sucede un checkpoint.

Process Monitor, PMON

Restaura las transacciones no validadas de los procesos de usuario que abortan, liberando los bloqueos y los recursos de la SGA.
Este proceso se despierta regularmente para comprobar si su intervención es necesaria.

System Monitor, SMON

Realiza la recuperación de la instancia.
Limpia los segmentos temporales no utilizados.
Compacta los huecos libres contiguos en los ficheros de datos.
Se despierta regularmente para comprobar si debe intervenir.

Archiver Process, ARCH

Copia los archivos de redo log a cinta o disco cuando están llenos para una posible recuperación por fallo de disco.
Es opcional, modo ARCHIVELOG.

Recover Process, RECO

Recupera las transacciones distribuidas dudosas.
Está activo si el parámetro DISTRIBUTED_TRANSACTIONS es distinto de 0.

Check Point Process, CKPT

Se encarga de notificar al fichero de control que se ha producido un checkpoint.
Es opcional y se activa con el parámetro CHECKPOINT_PROCESS.
Recomendado cuando la BD tenga muchos ficheros de datos.

Procesos de Usuario

Leen bloques de los archivos de la BD y los llevan a la SGA.
Modifican bloques de datos e indices dentro de la SGA.
No escriben en los archivos de la BD Oracle.
No lee ni escribe en los archivos de Redolog.

Los Archivos de Redo Log

Protegen la BD.
Almacenan los datos, los cambios que aplicar a la BD si no han podido ser escritos en la BD.
Dos o mas archivos de 50k mínimo.
Permite la recuperación rollforward durante el arranque inicial.
Contiene Registros Lógicos:
- identificador de transacción,
- dirección del bloque,
- número de fila,
- número de columna,
- el valor del dato modificado.
Contienen información acerca del estado de la BD (el último checkpoint).
El proceso LGWR es el que escribe en el redolog activo desde los buffers del redolog de la SGA.
La escritura sobre los redologs se hace de manera cíclica, borrando el contenido del nuevo fichero antes de utilizarlo. Esto se puede hacer con dos modos de funcionamiento:
- ARCHIVELOG: permite almacenar los diferentes ficheros redolog creados en el tiempo.
- NOARCHIVELOG: no archiva los redolog

Redo Log Multiplexados

Permite al LGWR escribir simultáneamente la misma información en múltiples Redo logs (en grupo).
Se utiliza para protegerlos contra fallos en disco.
Se crean grupos de ficheros de redolog con varios miembros cada uno. Cada operación de escritura sobre un grupo se raliza en todos sus miembros al tiempo.
Cada miembro de un grupo debe estar en un disco distinto.
¿Qué ocurre si la escritura en un Redo log falla?
- Si el LGWR puede escribir en al menos un miembro del grupo lo hace.
- Ignora los ficheros inaccesibles y registra el fallo en un fichero de traza/alerta.
- Si el siguiente grupo no ha sido archivado todavía antes del cambio de grupo, Oracle esperará hata que se produzca el archivado.
- Si fallan todos los miembros de un grupo mientras el LGWR trata de escribir, la instancia se para y necesitará una recuperación.

Archivos de Control

Están siempres asociados a una BD y uno de ellos debe estar siempre accesible.
Contienen información necesaria para el arranque de la BD:
- Infrormación de arranque y parada.
- Nombre de los archivos de BD y de Redo log.
- Información sobre los checkpoints.
- Fecha de creación y nombre de la BD.
- Estado online y offline de los archivos.
Debe haber múltiples copias en discos distintos (mínimo dos).
El parámetro CONTROL_FILES contiene la lista de los ficheros de control de la BD.
El comando
```
alter database backup controlfile to trace
```
genera un script de creación de fichero de control.

Ficheros de Datos

Almacenan los segmentos (tablas, índices, rollback, temporales, etc.) de la BD.
Están divididos en bloques. Cada bloque se corresponde con uno de los buffers de la SGA.

Visualización de todos los Ficheros de la Base de Datos

SVRMGR>select 'control' tipo, substr(name,1,70) nombre form v$controlfile
union all
select 'datos' tipo, substr(name,1,70) nombre from v$datafile
union all
select 'redolog' tipo, substr(member,1,70) nombre from v$logfile
/

Jesús M. Vegas
Dpto. Informática (UVA)
jvegas@infor.uva.es