La arquitectura de Oracle Database es un tema fundamental para comprender el funcionamiento de este sistema de gestión de bases de datos. En este tutorial, se proporciona una visión general de la arquitectura de Oracle Database y los componentes que componen Oracle Database.
Introducción
En el mundo de la gestión de bases de datos, Oracle Database es uno de los sistemas más confiables y utilizados. Para comprender plenamente su funcionamiento, es esencial conocer en detalle la arquitectura de Oracle Database y los componentes que la componen.
Oracle Database se compone de una base de datos y al menos una instancia. Una instancia se define como la combinación de memoria y procesos que permite el acceso a la base de datos. La base de datos, por otro lado, es el conjunto de archivos físicos que almacenan los datos.
Componentes de Oracle Database
En la arquitectura de Oracle Database, existen varios componentes clave que trabajan juntos para garantizar un rendimiento óptimo y una gestión eficiente de los datos. Estos componentes incluyen:
1. Instancia de base de datos: Una instancia se compone de la memoria compartida del sistema y los procesos en ejecución. La memoria compartida se divide en diferentes áreas, como el System Global Area (SGA) y el Program Global Area (PGA), mientras que los procesos se encargan de ejecutar las tareas necesarias.
2. Archivos de la base de datos: La base de datos de Oracle se almacena en varios tipos de archivos, como los archivos de datos, que almacenan los datos de la base de datos; los archivos de control, que guardan la información de control de la base de datos; y los archivos de registro de cambios (redo log files), que registran los cambios realizados en la base de datos de manera continua.
3. Estructuras de almacenamiento lógicas: Estas estructuras, como los bloques de datos, los extents, los segmentos y los tablespaces, se utilizan para organizar y almacenar los datos de manera lógica dentro de la base de datos.
4. Procesos de fondo: Oracle Database utiliza varios procesos de fondo que se ejecutan en segundo plano para realizar tareas esenciales de administración y mantenimiento. Algunos ejemplos de estos procesos incluyen PMON, que se encarga de monitorear y administrar los procesos de usuario que se conectan a la instancia; SMON, que se ocupa de realizar las tareas de recuperación y mantenimiento en caso de un fallo; DBWn, que se encarga de escribir los bloques de datos en disco; CKPT, que coordina las operaciones de checkpoint en la base de datos, y LGWR y ARCn, que se encargan de escribir y archivar los cambios en los archivos de registro de cambios.
Distinción entre instancias y bases de datos
Es importante comprender la distinción entre las instancias y las bases de datos en la arquitectura de Oracle Database. Una instancia se refiere a la combinación de memoria y procesos que permiten el acceso y la gestión de la base de datos. Cada instancia tiene su propia memoria compartida, archivos de configuración, procesos en ejecución y conexiones de usuario.
Por otro lado, una base de datos se compone de los archivos físicos que almacenan los datos. Estos archivos incluyen los archivos de datos, que contienen las tablas, índices y otros objetos de la base de datos, y los archivos de control, que almacenan la información de control, como el nombre y la ubicación de la base de datos.
Una base de datos puede tener una o varias instancias relacionadas con ella. Cada instancia se ejecuta en su propio conjunto de procesos y se conecta a la base de datos para acceder y manipular los datos almacenados en ella. Esto permite que múltiples instancias accedan a la misma base de datos en un entorno de clustering, lo que proporciona alta disponibilidad y escalabilidad.
Acceso a bases de datos en entornos de clustering
En entornos de clustering, múltiples instancias pueden acceder a la misma base de datos en la arquitectura de Oracle Database. Esto brinda importantes beneficios en términos de alta disponibilidad y escalabilidad.
El acceso a la base de datos en un entorno de clustering se logra a través de un mecanismo conocido como Oracle Real Application Clusters (RAC). Con RAC, cada instancia en el clúster tiene su propio conjunto de procesos y memoria compartida, pero todas las instancias comparten los mismos archivos de base de datos.
Al permitir que múltiples instancias accedan a la misma base de datos, RAC brinda alta disponibilidad al permitir que una instancia asuma el control de la base de datos si una instancia falla. Esto garantiza que las aplicaciones puedan continuar operando sin interrupciones significativas en caso de fallos.
Además, RAC también proporciona una mayor escalabilidad, ya que puede distribuir la carga de trabajo entre las diferentes instancias. Esto significa que las aplicaciones pueden manejar una mayor cantidad de usuarios y transacciones simultáneas sin degradar el rendimiento.
En un entorno de clustering, las instancias de Oracle Database pueden acceder a la misma base de datos a través de la tecnología de Oracle Real Application Clusters (RAC). Esto proporciona alta disponibilidad y escalabilidad al permitir que múltiples instancias compartan los mismos archivos de base de datos y asuman el control en caso de fallos.
Estructuras de almacenamiento físico
La arquitectura de Oracle Database incluye varias estructuras de almacenamiento físico que son fundamentales para el funcionamiento de la base de datos. Estas estructuras son responsables de almacenar los datos en el disco de manera eficiente y garantizar su integridad. Las principales estructuras de almacenamiento físico son:
1. Archivo de datos: El archivo de datos es el componente principal de la estructura de almacenamiento físico de Oracle. Este archivo almacena los datos reales de la base de datos, incluyendo las tablas, los índices y otros objetos. Los datos se organizan en bloques de datos, que son las unidades básicas de almacenamiento.
2. Archivo de control: El archivo de control contiene información crítica sobre la base de datos, incluyendo el nombre de la base de datos, la ubicación de los archivos de datos, el estado de recuperación y más. Este archivo se utiliza para gestionar la integridad y la coherencia de la base de datos.
3. Archivo de registro de cambios (redo log file): El archivo de registro de cambios registra los cambios realizados en la base de datos. Cada vez que se realiza una modificación (como una inserción, actualización o eliminación de datos), se registra en estos archivos. Esto permite deshacer o rehacer las transacciones en caso de fallos o recuperaciones.
Estas estructuras de almacenamiento físico son esenciales para el correcto funcionamiento de Oracle Database. Los archivos de datos almacenan los datos reales, el archivo de control mantiene la integridad de la base de datos y los archivos de registro de cambios aseguran la recuperabilidad de las transacciones. En conjunto, estas estructuras brindan la base para la administración y el almacenamiento eficiente de los datos en Oracle Database.
Estructuras de almacenamiento lógico
Además de las estructuras de almacenamiento físico, la arquitectura de Oracle Database también incluye estructuras de almacenamiento lógico que se utilizan para organizar y administrar los datos en la base de datos. Estas estructuras proporcionan una capa lógica de abstracción sobre los archivos físicos y facilitan la gestión eficiente de los datos. Las principales estructuras de almacenamiento lógico son:
1. Bloques de datos: Los bloques de datos son las unidades básicas de almacenamiento en Oracle Database. Cada bloque de datos tiene un tamaño fijo y almacena una cantidad específica de información, como registros de una tabla o índices. Estos bloques se leen y escriben en el archivo de datos durante las operaciones de lectura y escritura.
2. Extents: Un extent es un conjunto de bloques de datos contiguos que se asigna a una tabla o un índice. Cuando un objeto, como una tabla, necesita más espacio para almacenar datos, se asigna un nuevo extent para su uso. Los extents se asignan y liberan de manera dinámica a medida que crece o se reduce la base de datos.
3. Segmentos: Un segmento es una colección lógica de uno o más extents que corresponde a un objeto en la base de datos, como una tabla, un índice o un cluster. Cada objeto tiene su propio segmento donde se almacenan los datos de ese objeto. Los segmentos proporcionan una forma eficiente de acceder y administrar los datos en la base de datos.
4. Tablespaces: Un tablespace es una entidad lógica que agrupa uno o más segmentos relacionados. Cada tablespace tiene su propio conjunto de archivos de datos asociados. Los tablespaces proporcionan una forma de organizar lógicamente los segmentos y administrar el uso del espacio en disco.
Estas estructuras de almacenamiento lógico trabajan en conjunto para organizar y administrar eficientemente los datos en la base de datos. Los bloques de datos almacenan la información a nivel físico, los extents agrupan los bloques, los segmentos organizan los extents y los tablespaces agrupan los segmentos. Esta jerarquía lógica de estructuras garantiza una gestión eficiente y optimizada de los datos en Oracle Database.
El concepto de instancia de base de datos
En la arquitectura de Oracle Database, el concepto de instancia de base de datos juega un papel crucial. Una instancia de base de datos es el componente que actúa como la interfaz entre las aplicaciones de cliente y la base de datos subyacente.
Una instancia de base de datos se compone de una combinación de memoria compartida y procesos en ejecución. La memoria compartida se divide en diferentes áreas, siendo la más importante la System Global Area (SGA). La SGA almacena la información necesaria para gestionar la base de datos, como el buffer cache, el shared pool y el log buffer.
Los procesos en ejecución se encargan de la ejecución de tareas y operaciones en la base de datos. Estos procesos pueden ser procesos de servidor o procesos de cliente. Los procesos de servidor, como el DBWn (Database Writer) o el LGWR (Log Writer), se ejecutan en segundo plano y realizan tareas de administración y mantenimiento en la base de datos. Los procesos de cliente, por otro lado, son los procesos a través de los cuales las aplicaciones de cliente se conectan a la base de datos y realizan operaciones.
La instancia de base de datos es responsable de gestionar y controlar el acceso a la base de datos en sí. Actúa como un intermediario entre las aplicaciones de cliente y los archivos de la base de datos, garantizando que las solicitudes de los clientes se ejecuten de manera eficiente y segura. La instancia también se encarga de gestionar la concurrencia, controlando el acceso simultáneo a los datos y garantizando su integridad.
La instancia de base de datos en la arquitectura de Oracle Database es el componente clave que sirve como interfaz entre las aplicaciones de cliente y la base de datos subyacente. Está compuesta por memoria compartida y procesos en ejecución, y es responsable de gestionar el acceso a la base de datos, garantizando la eficiencia y la integridad de las operaciones realizadas por las aplicaciones.
Área Global del Sistema (SGA) y Área Global de Programa (PGA)
En la arquitectura de Oracle Database, tanto el Área Global del Sistema (SGA) como el Área Global de Programa (PGA) juegan un papel crucial en el funcionamiento de una instancia de base de datos.
El SGA es una porción de la memoria compartida de la instancia que se utiliza para almacenar datos y estructuras de control importantes para la base de datos. Algunos de los componentes clave del SGA incluyen:
– Buffer cache: Es una área de memoria donde se almacenan los bloques de datos más recientemente utilizados. Esto ayuda a mejorar el rendimiento al reducir las operaciones de lectura y escritura en disco.
– Shared pool: Es una porción del SGA que contiene diversas estructuras de datos compartidas, como el diccionario de datos, el SQL cache y los paquetes de procedimientos almacenados. Estas estructuras se utilizan para mejorar el rendimiento y la eficiencia en la ejecución de consultas y procesos.
– Redo log buffer: Es un área de memoria donde se almacenan temporalmente los cambios que se realizan en la base de datos antes de ser escritos en los archivos de registro de cambios (redo log files). Ayuda a garantizar la recuperabilidad de los datos en caso de fallos.
Por otro lado, la PGA es una porción de la memoria asignada a un proceso de usuario individual cuando se conecta a la instancia de la base de datos. Cada conexión de usuario tiene su propio espacio PGA. Algunos componentes importantes de la PGA incluyen:
– Stack de ejecución: Es un área de memoria que se utiliza para almacenar variables y datos relacionados con las ejecuciones de subprogramas y consultas en una sesión de usuario.
– Sorting area: Es un espacio utilizado para realizar operaciones de clasificación, como ordenar filas de datos o realizar un join. Ayuda a mejorar el rendimiento al reducir la necesidad de escribir y leer datos en disco durante estas operaciones.
Tanto el SGA como el PGA desempeñan un papel fundamental en el rendimiento y la eficiencia de una instancia de base de datos de Oracle. El SGA se comparte entre todos los usuarios y procesos en la instancia, mientras que cada usuario tiene su propio espacio PGA dedicado. Ambos componentes son críticos para garantizar el acceso rápido a los datos y optimizar las operaciones de la base de datos.
Procesos de fondo en una instancia de Oracle
En una instancia de Oracle Database, varios procesos de fondo (background processes) están en funcionamiento para realizar tareas de administración y mantenimiento esenciales. Estos procesos de fondo se ejecutan en segundo plano y aseguran el correcto funcionamiento y la integridad de la base de datos. Algunos de los procesos de fondo más importantes incluyen:
1. PMON (Process Monitor): Monitoriza y gestiona los procesos de usuario que se conectan a la instancia. Se encarga de detectar y recuperar conexiones perdidas o desconectadas de manera transparente, liberar los recursos asignados a esas conexiones y realizar otras tareas de administración de procesos.
2. SMON (System Monitor): Realiza tareas de recuperación y mantenimiento del sistema. Se encarga de recuperar transacciones no completadas en caso de fallos, liberar recursos bloqueados, llevar a cabo tareas de limpieza y mantener la consistencia de la base de datos.
3. DBWn (Database Writer): Se ocupa de escribir los bloques de datos desde el buffer cache del SGA al disco. Además, se encarga de administrar las operaciones de E/S en el nivel físico, lo que implica leer y escribir bloques de datos en los archivos de datos.
4. CKPT (Checkpoint process): Coordina las operaciones de checkpoint en la base de datos. Un checkpoint es un punto de sincronización en el cual los datos modificados en el buffer cache se escriben en los archivos de datos. Esto asegura la consistencia y la recuperabilidad de la base de datos.
5. LGWR (Log Writer): Escribe los cambios en el archivo de registro de cambios (redo log file) también conocido como registro de transacciones. Los cambios registrados en el redo log file son necesarios para la recuperación de la base de datos en caso de fallos.
6. ARCn (Archiver processes): Estos procesos se encargan de archivar los archivos de registro de cambios (redo log files) cerrados y completos. El archivado de los archivos de registro de cambios permite realizar copias de seguridad y recuperación de la base de datos.
Estos son solo algunos de los procesos de fondo más importantes en una instancia de Oracle Database. Cada uno de ellos cumple un papel crucial en la administración, mantenimiento y recuperabilidad de la base de datos, asegurando su integridad y disponibilidad.
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