Oracle 12c多租户特性详解:从Schema到PDB的变化与隔离

在Oracle Database 12c版本中,一个重要的新特性:插接式数据库(Pluggable Database)被引入进来。在12c之前的版本中,Oracle数据库中的多用户管理通过Schema – 模式管理方式来实现,而在12c中,插接式数据库在更高级别实现了进一步的隔离。

1. 插接式数据简介

插接式数据库由一个使用 CDB(Container Database)选项创建的容器数据库和一个或多个 PDB(Pluggable Database)组成,CDB 作为容器容纳 PDB,而 PDB 彼此隔离,就像一个独立的数据库般在 CDB 中存在。

CDB 需要在创建数据库时指定选项,如下图所示,必须选择“创建为容器数据库”选项,然后才能够在其中创建 PDB,在 CDB 之外的常规数据库中是不能够包含 PDB 的。以下页面中,选择包含了1个 PluggableDatabase,CDB 和 PDB 的名称就在这个页面分别指定:

在完成 CDB 的创建之后,可以登陆到数据库,查询数据库的创建模式,在 v$database 和 v$instance 视图中都可以找到相应信息,CDB 为 YES 显示该数据库为 CDB 模式:

PDB 是一组 Schema 的集合,在 CDB 中作为一个独立的组件容器而存在。从这个意义上说,PDB 也是一种容器(Container), 而 CDB 中可以存在多种不同类型的容器。

2. CDB 的组成

每个 CDB 通常包含如下容器(Container):

① ROOT

Root 是一个系统提供的容器,用于存储公用用户,公用用户可以连接到其他容器,可以查看系统级元数据,这个 Root 容器被命名为 CDB$ROOT.

以下两种查询方式显示了这个 Root 容器的名称:

以下查询整合输出了CDB的详细信息:

② Seed PDB

种子 PDB 是一个系统级模版,CDB 可以用这个模版创建其他 PDB,种子 PDB 的名称是 PDB$SEED,其中的对象不能被修改。

种子 PDB 数据库的模板存储于 $ORACLE_HOME/assistants/dbca/templates/ 目录下,以压缩格式提供,其命名为:pdbseed.tar.gz。解压缩这个文件,其中包含如下几个文件:

这其中最为主要的是 SYSTEM 和 SYSAUX 表空间文件,这是一个种子数据库,已经内置了字典对象,如果使用模板方式建库,PDB 则由此克隆创建出来。

在创建数据库时,如果选择定制数据库方式创建,则模板文件会自行创建出来,不需要使用模板中的文件。

容器 CDB$ROOT 和 PDB$SEED 对于一个插接式数据库来说是必须的基本组件,这两者构成了插接式数据库的基础支撑。其关系如下图所示:

③ PDB

PDB 是用户基于特定需求建立的对象容器,在创建 CDB 时,可以不同时创建 PDB,PDB 随后可以根据用户的需求创立。

以下示意图显示,CDB 中包含了 CDB$ROOT,PDB$SEED 和两个用户 PDB,两个 PDB 分别用于 SALES 和 HR 业务应用。

上图中,以 USB 移动硬盘的方式表现 PDB,正是突出了 PDB 的 plug 和 unplug 特点,由图中可以直观的了解到插接式数据库的主要特性:

  1. 可以通过现有数据库快速配置和部署新的环境;
  2. 通过 unplug 和 plug 可以快速进行数据库迁移和整合;
  3. 集中的部署可以加快升级迁移的过程,缩减维护成本;
  4. 方便的整合和拆分方式便于集中部署或在压力过大时迅速拆分部署;
  5. 分离管理员的职责,强化安全管理;

如上所述,插接式数据库的一个巨大便利是,可以简化数据库的整合迁移,降低管理成本。在一个大型企业中,可能存在几百上千个数据库实例,而随着硬件性能的提升,这些数据库的资源利用率可能很低,不仅浪费硬件资源,也加重了管理负担,按照以前版本的功能进行整合或拆分,通常要进行导出导入(Expdp / Impdp 等),不仅复杂,而且涉及很多变更,通常让人望而生畏。

而如果使用插接式数据库,则可以轻松的将数据库整合,当负载过高时,又可以迁移至独立的服务器,整个过程对应用完全透明,主要通过文件复制即可完成,这对于数据库的分分合合将是一个福音。

3. 元数据的隔离

CDB 与 PDB 的隔离随之带来了一系列的好处,如元数据的分离。

在一个 Non-CDB 的数据库中,数据库自身的元数据和用户元数据是混合存储的,如创建图示中的 EMP、DEPT 等数据表,其对象信息、表信息等都要存储在 OBJ$、TAB$ 等数据字典中,这在某些特殊情况下,可能会引起核心数据字典的性能衰减和故障:

在 CDB 的模式下,由于 PDB 具有独立的 SYSTEM 和 SYSAUX 表空间,其元数据和系统元数据自然分离,用户数据的字典信息也就无需再记录到系统的元数据中,这对于核心的元数据是一种更好的隔离和保护,下图描述了在 CDB、PDB 模式下用户数据和元数据的分离关系,其中数据字典元数据也就是 Root Container:

4. CDB 的内存管理

在内存管理上,SGA 统一分配,PDB 各自的内存对象通过 ID 进行区分,下图示意了 PDB 的内存管理示意,不同的 PDB 在 SGA 中统一分配内存,通过各自标识进行空间管理和识别(通过ID标识,但是内存是融合管理的):

以下来详细分析一下 Oracle 的 PDB 内存管理。首先启动数据库,SGA 在实例启动过程中创建分配:

这个测试数据库中包含如下 PDB:

初始的,两个用户 PDB 并未打开,内存分配情况如下:

可以看到有三个 Container 分配了一系列的内存条目,这三个容器分别为0、1、2.其中0号容器是 CDB 实例:

1号 Container 是 CDB$ROOT :

如前所述,2号 Container 是 PDB$SEED.

查询 X$BH,可以看到不同 Container 的内存分配:

打开一个 PDB:

可以看到相应 Container 的 Buffer Cache 和 Shared Pool 对象等都已经分配:

继续打开下一个 PDB,观察内存分配情况:

查询 v$sgastat 视图可以获得一个 PDB 的 Shared Pool 内存分配情况:

同样 PGA 的内存分配也是通过 CON_ID 区分不同 PDB 的 PGA 内存使用:

如下通过内存转储命令,可以分级转储 PDB 的 Buffer Cache 内容:

可以观察到对于不同 PDB 的 Buffer Cache 内容转储:

原文发布于微信公众号 - 数据和云(OraNews)

原文发表时间:2016-07-06

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