Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)SQL語(yǔ)句的執(zhí)行過(guò)程

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1、用戶(hù)進(jìn)程在客戶(hù)端執(zhí)行SQL語(yǔ)句時(shí)，客戶(hù)端會(huì)把這條SQL語(yǔ)句發(fā)送給服務(wù)器端，讓服務(wù)器端的進(jìn)程來(lái)處理這語(yǔ)句。也就是說(shuō)，Oracle 客戶(hù)端是不會(huì)做任何的操作，他的主要任務(wù)就是把客戶(hù)端產(chǎn)生的一些SQL語(yǔ)句發(fā)送給服務(wù)器端。

2、服務(wù)器進(jìn)程從用戶(hù)進(jìn)程把信息接收到后，在 PGA 中就要此進(jìn)程分配所需內(nèi)存，存儲(chǔ)相關(guān)的信息,如在會(huì)話(huà)內(nèi)存存儲(chǔ)相關(guān)的登錄信息等。雖然在客戶(hù)端也有一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)程，但是，這個(gè)進(jìn)程的作用跟服務(wù)器上的進(jìn)程作用是不相同的，服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)程才會(huì)對(duì)SQL 語(yǔ)句進(jìn)行相關(guān)的處理。當(dāng)然客戶(hù)端的進(jìn)程跟服務(wù)器的進(jìn)程是一一對(duì)應(yīng)的。也就是說(shuō)，在客戶(hù)端連接上服務(wù)器后，在客戶(hù)端與服務(wù)器端都會(huì)形成一個(gè)進(jìn)程，客戶(hù)端上的我們叫做客戶(hù)端進(jìn)程，而服務(wù)器上的我們叫做服務(wù)器進(jìn)程。

3、當(dāng)客戶(hù)端把SQL語(yǔ)句傳送到服務(wù)器后，服務(wù)器進(jìn)程會(huì)對(duì)該語(yǔ)句進(jìn)行解析。這個(gè)解析的工作是在服務(wù)器端所進(jìn)行的，解析過(guò)程又可細(xì)化。

1）查詢(xún)高速緩存（library cache）

服務(wù)器進(jìn)程在接到客戶(hù)端傳送過(guò)來(lái)的SQL語(yǔ)句時(shí)，不會(huì)直接去數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)。服務(wù)器進(jìn)程把這個(gè)SQL語(yǔ)句的字符轉(zhuǎn)化為ASCII等效數(shù)字碼，接著這個(gè)ASCII碼被傳遞給一個(gè)HASH函數(shù)，并返回一個(gè)hash值，然后服務(wù)器進(jìn)程將到shared pool中的library cache（高速緩存）中去查找是否存在相同的hash值。如果存在，服務(wù)器進(jìn)程將使用這條語(yǔ)句已高速緩存在shared pool的library cache中的已分析過(guò)的版本來(lái)執(zhí)行，省去后續(xù)的解析工作，這便是軟解析。若高速緩存中不存在，則需要進(jìn)行后面的步驟，這便是硬解析。硬解析通常是昂貴的操作，大約占整個(gè)SQL執(zhí)行的70%左右的時(shí)間，硬解析會(huì)生成執(zhí)行樹(shù)，執(zhí)行計(jì)劃，等等。

所以，采用高速數(shù)據(jù)緩存的話(huà)，可以提高SQL 語(yǔ)句的查詢(xún)效率。其原因有兩方面：一方面是從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)要比從硬盤(pán)中的數(shù)據(jù)文件中讀取數(shù)據(jù)效率要高，另一方面也是因?yàn)楸苊庹Z(yǔ)句解析而節(jié)省了時(shí)間。

不過(guò)這里要注意一點(diǎn)，這個(gè)數(shù)據(jù)緩存跟有些客戶(hù)端軟件的數(shù)據(jù)緩存是兩碼事。有些客戶(hù)端軟件為了提高查詢(xún)效率，會(huì)在應(yīng)用軟件的客戶(hù)端設(shè)置數(shù)據(jù)緩存。由于這些數(shù)據(jù)緩存的存在，可以提高客戶(hù)端應(yīng)用軟件的查詢(xún)效率。但是，若其他人在服務(wù)器進(jìn)行了相關(guān)的修改，由于應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)緩存的存在，導(dǎo)致修改的數(shù)據(jù)不能及時(shí)反映到客戶(hù)端上。從這也可以看出，應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)緩存跟數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的高速數(shù)據(jù)緩存不是一碼事。

2）語(yǔ)句合法性檢查（data dictionary cache）

當(dāng)在高速緩存中找不到對(duì)應(yīng)的SQL語(yǔ)句時(shí)，則服務(wù)器進(jìn)程就會(huì)開(kāi)始檢查這條語(yǔ)句的合法性。這里主要是對(duì)SQL語(yǔ)句的語(yǔ)法進(jìn)行檢查，看看其是否合乎語(yǔ)法規(guī)則。如果服務(wù)器進(jìn)程認(rèn)為這條SQL語(yǔ)句不符合語(yǔ)法規(guī)則的時(shí)候，就會(huì)把這個(gè)錯(cuò)誤信息反饋給客戶(hù)端。在這個(gè)語(yǔ)法檢查的過(guò)程中，不會(huì)對(duì)SQL語(yǔ)句中所包含的表名、列名等等進(jìn)行檢查，只是檢查語(yǔ)法。

3）語(yǔ)言含義檢查（data dictionary cache）

若SQL 語(yǔ)句符合語(yǔ)法上的定義的話(huà)，則服務(wù)器進(jìn)程接下去會(huì)對(duì)語(yǔ)句中涉及的表、索引、視圖等對(duì)象進(jìn)行解析，并對(duì)照數(shù)據(jù)字典檢查這些對(duì)象的名稱(chēng)以及相關(guān)結(jié)構(gòu)，看看這些字段、表、視圖等是否在數(shù)據(jù)庫(kù)中。如果表名與列名不準(zhǔn)確的話(huà)，則數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)就會(huì)反饋錯(cuò)誤信息給客戶(hù)端。

所以，有時(shí)候我們寫(xiě)select語(yǔ)句的時(shí)候，若語(yǔ)法與表名或者列名同時(shí)寫(xiě)錯(cuò)的話(huà)，則系統(tǒng)是先提示說(shuō)語(yǔ)法錯(cuò)誤，等到語(yǔ)法完全正確后再提示說(shuō)列名或表名錯(cuò)誤。

4）獲得對(duì)象解析鎖（control structer）

當(dāng)語(yǔ)法、語(yǔ)義都正確后，系統(tǒng)就會(huì)對(duì)我們需要查詢(xún)的對(duì)象加鎖。這主要是為了保障數(shù)據(jù)的一致性，防止我們?cè)诓樵?xún)的過(guò)程中，其他用戶(hù)對(duì)這個(gè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

5）數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限的核對(duì)（data dictionary cache）

當(dāng)語(yǔ)法、語(yǔ)義通過(guò)檢查之后，客戶(hù)端還不一定能夠取得數(shù)據(jù)，服務(wù)器進(jìn)程還會(huì)檢查連接用戶(hù)是否有這個(gè)數(shù)據(jù)訪問(wèn)的權(quán)限。若用戶(hù)不具有數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限的話(huà)，則客戶(hù)端就不能夠取得這些數(shù)據(jù)。要注意的是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)程先檢查語(yǔ)法與語(yǔ)義，然后才會(huì)檢查訪問(wèn)權(quán)限。

6）確定最佳執(zhí)行計(jì)劃

當(dāng)語(yǔ)法與語(yǔ)義都沒(méi)有問(wèn)題權(quán)限也匹配，服務(wù)器進(jìn)程還是不會(huì)直接對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件進(jìn)行查詢(xún)。服務(wù)器進(jìn)程會(huì)根據(jù)一定的規(guī)則，對(duì)這條語(yǔ)句進(jìn)行優(yōu)化。在執(zhí)行計(jì)劃開(kāi)發(fā)之前會(huì)有一步查詢(xún)轉(zhuǎn)換，如：視圖合并、子查詢(xún)解嵌套、謂語(yǔ)前推及物化視圖重寫(xiě)查詢(xún)等。為了確定采用哪個(gè)執(zhí)行計(jì)劃，Oracle還需要收集統(tǒng)計(jì)信息確定表的訪問(wèn)聯(lián)結(jié)方法等，最終確定可能的最低成本的執(zhí)行計(jì)劃。

不過(guò)要注意，這個(gè)優(yōu)化是有限的。一般在應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的sql語(yǔ)句進(jìn)行優(yōu)化，這個(gè)優(yōu)化的作用要大大地大于服務(wù)器進(jìn)程的自我優(yōu)化。

當(dāng)服務(wù)器進(jìn)程的優(yōu)化器確定這條查詢(xún)語(yǔ)句的最佳執(zhí)行計(jì)劃后， 就會(huì)將這條SQL語(yǔ)句與執(zhí)行計(jì)劃保存到數(shù)據(jù)高速緩存（library cache）。如此，等以后還有這個(gè)查詢(xún)時(shí)，就會(huì)省略以上的語(yǔ)法、語(yǔ)義與權(quán)限檢查的步驟，而直接執(zhí)行SQL語(yǔ)句，提高SQL語(yǔ)句處理效率。

4、綁定變量賦值

如果SQL語(yǔ)句中使用了綁定變量，掃描綁定變量的聲明，給綁定變量賦值，將變量值帶入執(zhí)行計(jì)劃。若在解析的第一個(gè)步驟，SQL在高速緩沖中存在，則直接跳到該步驟。

5、語(yǔ)句執(zhí)行

語(yǔ)句解析只是對(duì)SQL語(yǔ)句的語(yǔ)法進(jìn)行解析，以確保服務(wù)器能夠知道這條語(yǔ)句到底表達(dá)的是什么意思。等到語(yǔ)句解析完成之后，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)程才會(huì)真正的執(zhí)行這條SQL語(yǔ)句。

對(duì)于SELECT語(yǔ)句：

1）首先服務(wù)器進(jìn)程要判斷所需數(shù)據(jù)是否在db buffer存在，如果存在且可用，則直接獲取該數(shù)據(jù)而不是從數(shù)據(jù)庫(kù)文件中去查詢(xún)數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)LRU 算法增加其訪問(wèn)計(jì)數(shù)；

2）若數(shù)據(jù)不在緩沖區(qū)中，則服務(wù)器進(jìn)程將從數(shù)據(jù)庫(kù)文件中查詢(xún)相關(guān)數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)放入到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中（buffer cache）。

其中，若數(shù)據(jù)存在于db buffer，其可用性檢查方式為：查看db buffer塊的頭部是否有事務(wù)，如果有事務(wù)，則從回滾段中讀取數(shù)據(jù)；如果沒(méi)有事務(wù)，則比較select的scn和db buffer塊頭部的scn，如果前者小于后者，仍然要從回滾段中讀取數(shù)據(jù)；如果前者大于后者，說(shuō)明這是一非臟緩存，可以直接讀取這個(gè)db buffer塊的中內(nèi)容。

對(duì)于UPDATE語(yǔ)句（insert、delete、update）：

1）檢查所需的數(shù)據(jù)庫(kù)是否已經(jīng)被讀取到緩沖區(qū)緩存中。如果已經(jīng)存在緩沖區(qū)緩存，則直接執(zhí)行步驟3；

2）若所需的數(shù)據(jù)庫(kù)并不在緩沖區(qū)緩存中，則服務(wù)器將數(shù)據(jù)塊從數(shù)據(jù)文件讀取到緩沖區(qū)緩存中；

3）對(duì)想要修改的表取得的數(shù)據(jù)行鎖定（Row Exclusive Lock），之后對(duì)所需要修改的數(shù)據(jù)行取得獨(dú)占鎖；

4）將數(shù)據(jù)的Redo記錄復(fù)制到redo log buffer；

5）產(chǎn)生數(shù)據(jù)修改的undo數(shù)據(jù)；

6）修改db buffer；

7）dbwr將修改寫(xiě)入數(shù)據(jù)文件；

其中，第2步，服務(wù)器將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)文件讀取到db buffer經(jīng)經(jīng)歷以下步驟：

a）首先服務(wù)器進(jìn)程將在表頭部請(qǐng)求TM鎖（保證此事務(wù)執(zhí)行過(guò)程其他用戶(hù)不能修改表的結(jié)構(gòu)），如果成功加TM鎖，再請(qǐng)求一些行級(jí)鎖（TX鎖），如果TM、TX鎖都成功加鎖，那么才開(kāi)始從數(shù)據(jù)文件讀數(shù)據(jù)。

b）在讀數(shù)據(jù)之前，要先為讀取的文件準(zhǔn)備好buffer空間。服務(wù)器進(jìn)程需要掃描LRU list尋找free db buffer，掃描的過(guò)程中，服務(wù)器進(jìn)程會(huì)把發(fā)現(xiàn)的所有已經(jīng)被修改過(guò)的db buffer注冊(cè)到dirty list中。如果free db buffer及非臟數(shù)據(jù)塊緩沖區(qū)不足時(shí)，會(huì)觸發(fā)dbwr將dirty buffer中指向的緩沖塊寫(xiě)入數(shù)據(jù)文件，并且清洗掉這些緩沖區(qū)來(lái)騰出空間緩沖新讀入的數(shù)據(jù)。

c）找到了足夠的空閑buffer，服務(wù)器進(jìn)程將從數(shù)據(jù)文件中讀入這些行所在的每一個(gè)數(shù)據(jù)塊（db block）（DB BLOCK是ORACLE的最小操作單元，即使你想要的數(shù)據(jù)只是DB BLOCK中很多行中的一行或幾行，ORACLE也會(huì)把這個(gè)DB BLOCK中的所有行都讀入Oracle DB BUFFER中）放入db buffer的空閑的區(qū)域或者覆蓋已被擠出LRU list的非臟數(shù)據(jù)塊緩沖區(qū)，并且排列在LRU列表的頭部，也就是在數(shù)據(jù)塊放入db buffer之前也是要先申請(qǐng)db buffer中的鎖存器，成功加鎖后，才能讀數(shù)據(jù)到db buffer。

若數(shù)據(jù)塊已經(jīng)存在于db buffer cache（有時(shí)也稱(chēng)db buffer或db cache），即使在db buffer中找到一個(gè)沒(méi)有事務(wù)，而且SCN比自己小的非臟緩存數(shù)據(jù)塊，服務(wù)器進(jìn)程仍然要到表的頭部對(duì)這條記錄申請(qǐng)加鎖，加鎖成功才能進(jìn)行后續(xù)動(dòng)作，如果不成功，則要等待前面的進(jìn)程解鎖后才能進(jìn)行動(dòng)作（這個(gè)時(shí)候阻塞是tx鎖阻塞）。

在記redo日志時(shí)，其具體步驟如下：

1）數(shù)據(jù)被讀入到db buffer后，服務(wù)器進(jìn)程將該語(yǔ)句所影響的并被讀入db buffer中的這些行數(shù)據(jù)的rowid及要更新的原值和新值及scn等信息從PGA逐條的寫(xiě)入redo log buffer中。在寫(xiě)入redo log buffer之前也要事先請(qǐng)求redo log buffer的鎖存器，成功加鎖后才開(kāi)始寫(xiě)入。

2）當(dāng)寫(xiě)入達(dá)到redo log buffer大小的三分之一或?qū)懭肓窟_(dá)到1M或超過(guò)三秒后或發(fā)生檢查點(diǎn)時(shí)或者dbwr之前發(fā)生，都會(huì)觸發(fā)lgwr進(jìn)程把redo log buffer的數(shù)據(jù)寫(xiě)入磁盤(pán)上的redo file文件中（這個(gè)時(shí)候會(huì)產(chǎn)生log file sync等待事件）。

3）已經(jīng)被寫(xiě)入redo file的redo log buffer所持有的鎖存器會(huì)被釋放，并可被后來(lái)的寫(xiě)入信息覆蓋，redo log buffer是循環(huán)使用的。Redo file也是循環(huán)使用的，當(dāng)一個(gè)redo file寫(xiě)滿(mǎn)后，lgwr進(jìn)程會(huì)自動(dòng)切換到下一redo file（這個(gè)時(shí)候可能出現(xiàn)log file switch（check point complete）等待事件）。如果是歸檔模式，歸檔進(jìn)程還要將前一個(gè)寫(xiě)滿(mǎn)的redo file文件的內(nèi)容寫(xiě)到歸檔日志文件中（這個(gè)時(shí)候可能出現(xiàn)log file switch（archiving needed）。

在為事務(wù)建立undo信息時(shí)，其具體步驟如下：

1）在完成本事務(wù)所有相關(guān)的redo log buffer之后，服務(wù)器進(jìn)程開(kāi)始改寫(xiě)這個(gè)db buffer的塊頭部事務(wù)列表并寫(xiě)入scn（一開(kāi)始scn是寫(xiě)在redo log buffer中的，并未寫(xiě)在db buffer）。

2）然后copy包含這個(gè)塊的頭部事務(wù)列表及scn信息的數(shù)據(jù)副本放入回滾段中，將這時(shí)回滾段中的信息稱(chēng)為數(shù)據(jù)塊的“前映像”，這個(gè)“前映像”用于以后的回滾、恢復(fù)和一致性讀。（回滾段可以存儲(chǔ)在專(zhuān)門(mén)的回滾表空間中，這個(gè)表空間由一個(gè)或多個(gè)物理文件組成，并專(zhuān)用于回滾表空間，回滾段也可在其它表空間中的數(shù)據(jù)文件中開(kāi)辟）。

在修改信息寫(xiě)入數(shù)據(jù)文件時(shí)，其具體步驟如下：

1）改寫(xiě)db buffer塊的數(shù)據(jù)內(nèi)容，并在塊的頭部寫(xiě)入回滾段的地址。

2）將db buffer指針?lè)湃雂irty list。如果一個(gè)行數(shù)據(jù)多次update而未commit，則在回滾段中將會(huì)有多個(gè)“前映像”，除了第一個(gè)“前映像”含有scn信息外，其他每個(gè)"前映像"的頭部都有scn信息和"前前映像"回滾段地址。一個(gè)update只對(duì)應(yīng)一個(gè)scn，然后服務(wù)器進(jìn)程將在dirty list中建立一條指向此db buffer塊的指針（方便dbwr進(jìn)程可以找到dirty list的db buffer數(shù)據(jù)塊并寫(xiě)入數(shù)據(jù)文件中）。接著服務(wù)器進(jìn)程會(huì)從數(shù)據(jù)文件中繼續(xù)讀入第二個(gè)數(shù)據(jù)塊，重復(fù)前一數(shù)據(jù)塊的動(dòng)作，數(shù)據(jù)塊的讀入、記日志、建立回滾段、修改數(shù)據(jù)塊、放入dirty list。

3）當(dāng)dirty queue的長(zhǎng)度達(dá)到閥值（一般是25%），服務(wù)器進(jìn)程將通知dbwr把臟數(shù)據(jù)寫(xiě)出，就是釋放db buffer上的鎖存器，騰出更多的free db buffer。前面一直都是在說(shuō)明oracle一次讀一個(gè)數(shù)據(jù)塊，其實(shí)oracle可以一次讀入多個(gè)數(shù)據(jù)塊（db_file_multiblock_read_count來(lái)設(shè)置一次讀入塊的個(gè)數(shù)）

當(dāng)執(zhí)行commit時(shí)，具體步驟如下：

1）commit觸發(fā)lgwr進(jìn)程，但不強(qiáng)制dbwr立即釋放所有相應(yīng)db buffer塊的鎖。也就是說(shuō)有可能雖然已經(jīng)commit了，但在隨后的一段時(shí)間內(nèi)dbwr還在寫(xiě)這條sql語(yǔ)句所涉及的數(shù)據(jù)塊。表頭部的行鎖并不在commit之后立即釋放，而是要等dbwr進(jìn)程完成之后才釋放，這就可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)用戶(hù)請(qǐng)求另一用戶(hù)已經(jīng)commit的資源不成功的現(xiàn)象。

2）從Commit和dbwr進(jìn)程結(jié)束之間的時(shí)間很短，如果恰巧在commit之后，dbwr未結(jié)束之前斷電，因?yàn)閏ommit之后的數(shù)據(jù)已經(jīng)屬于數(shù)據(jù)文件的內(nèi)容，但這部分文件沒(méi)有完全寫(xiě)入到數(shù)據(jù)文件中。所以需要前滾。由于commit已經(jīng)觸發(fā)lgwr，這些所有未來(lái)得及寫(xiě)入數(shù)據(jù)文件的更改會(huì)在實(shí)例重啟后，由smon進(jìn)程根據(jù)重做日志文件來(lái)前滾，完成之前commit未完成的工作（即把更改寫(xiě)入數(shù)據(jù)文件）。

3）如果未commit就斷電了，因?yàn)閿?shù)據(jù)已經(jīng)在db buffer更改了，沒(méi)有commit，說(shuō)明這部分?jǐn)?shù)據(jù)不屬于數(shù)據(jù)文件。由于dbwr之前觸發(fā)lgwr也就是只要數(shù)據(jù)更改，（肯定要先有l(wèi)og）所有dbwr在數(shù)據(jù)文件上的修改都會(huì)被先一步記入重做日志文件，實(shí)例重啟后，SMON進(jìn)程再根據(jù)重做日志文件來(lái)回滾。

其實(shí)smon的前滾回滾是根據(jù)檢查點(diǎn)來(lái)完成的，當(dāng)一個(gè)全部檢查點(diǎn)發(fā)生的時(shí)候，首先讓LGWR進(jìn)程將redologbuffer中的所有緩沖（包含未提交的重做信息）寫(xiě)入重做日志文件，然后讓dbwr進(jìn)程將dbbuffer已提交的緩沖寫(xiě)入數(shù)據(jù)文件（不強(qiáng)制寫(xiě)未提交的）。然后更新控制文件和數(shù)據(jù)文件頭部的SCN，表明當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)是一致的，在相鄰的兩個(gè)檢查點(diǎn)之間有很多事務(wù)，有提交和未提交的。

當(dāng)執(zhí)行rollback時(shí)，具體步驟如下：

服務(wù)器進(jìn)程會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)文件塊和db buffer中塊的頭部的事務(wù)列表和SCN以及回滾段地址找到回滾段中相應(yīng)的修改前的副本，并且用這些原值來(lái)還原當(dāng)前數(shù)據(jù)文件中已修改但未提交的改變。如果有多個(gè)”前映像“，服務(wù)器進(jìn)程會(huì)在一個(gè)“前映像”的頭部找到“前前映像”的回滾段地址，一直找到同一事務(wù)下的最早的一個(gè)“前映像”為止。一旦發(fā)出了commit，用戶(hù)就不能rollback，這使得commit后dbwr進(jìn)程還沒(méi)有全部完成的后續(xù)動(dòng)作得到了保障。

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當(dāng)前名稱(chēng)：Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)SQL語(yǔ)句的執(zhí)行過(guò)程
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