Oracle中最容易被忽略的那些实用特性
内容来源：2017 年 04 月 08 日，ITPUB管理版版主吕海波在“DBGeeK+PG数据库技术沙龙（4月杭州站）”进行《Oracle中最容易被忽略的那些实用特性》演讲分享。
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摘要
本次演讲主要围绕Oracle的几个特性展开，包括多租户、In-Memory Option、多LGWP、逻辑读优化。
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云端数据库：多租户
多租户在Oracle中正式名称是Multitenant Architecture，它包含两个比较重要的概念CDB和PDB。CDB中的C是Container，因此又被称为容器数据库，PDB的P是Plugged，所以被称为可插拔数据库。
简单来说，多租户就是在一个数据库塞多个数据库。CDB作为一个母体，可以有N个PDB，且至少有1个PDB。所有PDB共享同一个SGA，和一系列的后台进程。在Oracle中内存加进程被称为实例，也就是说对外是一个实例，下方则是多个数据库。虽然PDB和MySQL的Database看起来类似，但是区别其实非常大。最大的不同在于PDB之间是相对独立的，有独立的SYSTEM和数据文件，在oracle 12c release 2中UNDO和Redo File也是独立的。当CDB是OPEN状态时，每个CDB可以是MOUNT、OPEN、OPEN Read Only三种状态其中之一。
其实我们可以将CDB、PDB、多租户理解为对Oracle表空间迁移的延伸，其主要目的就是为了让数据库独立，使得迁移更方便。Oracle中表空间迁移有很多的依赖关系，比如A表空间中存在B表空间的索引之类的，所以在迁移的时候不光要迁移目标表空间，还要迁移所依赖的表空间。而在多租户中PDB是隔离的，因此能够很容易进行迁移。
CDB$ROOT
在CDB中有一个CDB$ROOT的根PDB，它是一个独立数据库。它的数据字典中包含其他PDB的信息，所以拔出某个PDB，可以说是从一个CDB的CDB$ROOT中拔出。CDB$ROOT中的配置，就是所有PDB的默认配置。修改CDB$ROOT 中的参数、配置，就是在整个CDB级修改。Oracle准备了一个保存所有PDB信息的数据字典视图dba_pdbs，通过它就可以查询当前一共有多少PDB。
select pdb_id, pdb_name, dbid, con_uid, guid, status, con_id from dba_pdbs上图是通过这条SQL语句获得的查询结果。可以看到这里面是不包含CDB$ROOT的，其实这个母体是存在的，但是Oracle为了避免误操作将它给隐藏了。
PDB_PDB$SEED
除了CDB$ROOT，还有一个PDB_PDB$SEED——种子PDB，它只能以只读模式打开，不能手动关闭，只能随CDB$ROOT一起打开或关闭。它让你能够直接通过Clone PDB$SEED来创建新数据库。它只包含SYSTEM表空间和SYSAUX表空间，而且我们不能增减它的表空间，也不能在它里面创建表、索引等对 象。同时PDB$SEED只用来作Clone操作时的源，无法对它进行任何操作。
多租户：创建CDB
创建CDB有两种方式。一种是使用DBCA，目前都建议使用这种方式。一种手动创建。
上图是手动创建的步骤，要注意的是标红区域。其中enable pluggable database用来启用CDB，后面的部分是用来指定种子PDB的存储位置。seed file_name_convert是两个选项，SEED和FILE_NAME_CONVERT。建库命令中所创建的SYSTEM、SYSAUX等等表 空间、数据文件都属于根PDB CDB$ROOT，seed选项是声明创建PDB$SEED。Oracle会从CDB$ROOT Clone SYSTEM表空间和SYSAUX表空间来创建PDB$SEED，file_name_convert选项指定Clone表空间时新数据文件的位置。此选择的作用和用法类似Standby中的file_name_convert。
多租户：创建新的PDB
在CDB中创建新PDB，只需要使用这条SQL语句
CREATE PLUGGABLE DATABASE pdbtest1 ADMIN USER dba1 IDENTIFIED BY a
file_name_convert=('/export/home/oradb/oradata/CDBV3/pdbseed/','/export/home/oradb/oradata/CDBV3/pdbtest1/')该语句最后是声明文件位置，第一个位置参数是种子的文件位置，第二个位置参数是性的PDB的文件位置。
也可以使用下面这条语句来创建。
CREATE PLUGGABLE DATABASE pdbtest2 FROM pdbtest1
file_name_convert=('/export/home/oradb/oradata/CDBV3/pdbtest1/','/export/home/oradb/oradata/CDBV3/pdbtest2/');与上一条语句不同，这里是从某一个已经存在的PDB中克隆，所以第一个参数是PDB的位置参数。这种情况一般用来测试，测试的时候需要尽量真实的线上数据，在对线上PDB克隆之后，可以将克隆的PDB拔出再插到测试环境中。
多租户：连接PDB
连接到PDB也有两种方式。一种是先进入cdb$root，再alter session set container=....，进入指定PDB。这种方式类似于MySQL，先连接上去，再通过use选择database。
第二种方式直接连接PDB（需要用到监听），使用tns_name直接进入指定的PDB。
监控
Oracle监听实际上是通过解析实例名来连接到某个数据库。在多个PDB共用一个实例的情况下，Oracle有一个PMON进程针对公共的实例将多个PDB注册成服务形式，连个某个PDB的时候，Oracle会经由对应关系来找到实例。
多租户：数据字典视图
Oracle与MySQL相比有一个很大的优势，就是数据字典非常丰富。原先Oracle有三层视图，分别是DBA系列视图（查看所有数据）ALL系列视图（可操作数据），USER系列视图（所属用户视图）。现在在这三层之上多了一个CDB_系列视图，功能与原先的DBA相同，而原先的DBA视图降级到PDB这一层。
打开和关闭PDB
现在如果使用bash-3.2$ sqlplus / as sysdba这样的方式打开数据库，就只是打开了CDB$ROOT和PDB$SEED，新创建的PDB是不会启动。
而要想打开其他PDB需要在打开数据库后启动如下命令。
alter pluggable database PDB_NAME1[,PDB_NAME2,……] open [READ ONLY FORCE] [UPGRADE [RESTRICTED]]
alter pluggable database PDB_NAME1[,PDB_NAME2,……] close [immediate]参数管理
整个CDB只有一个SPFILE参数文件，有些参数在各个PDB中可以设置为不同值。Spfile中只保存CDB的参数值（或者说只保存CDB$ROOT的值），各PDB的参数值是保存在CDB的数据字典中。如果在某一个pdb中create pfile from spfile，结果文件中将只包含此pdb和CDB不同的参数（也就是单独在此pdb中 修改了的参数）。
并非所有参数都能够在PDB中修改，如内存相关参数，由于所有PDB会共享SGA，无法限制某个PDB的内存使用情况。因此，不必要也不能修改某个PDB的内存参数，只能在CDB$ROOT中修改（或者说，只能在CDB级别修改）。
表空间管理
可以在PDB中创建表空间，每个PDB中的数据文件、表空间都是独立的。多个PDB可以使用同 一表空间名。查询DBA_视图，只能看到当前PDB的信息。
但如果在CDB$ROOT中查询V$视图，可以看到所有PDB中表空间的信息。因此V$视图中会增加CON_ID列，DBA_视图中则没有此列。这是因为每个PDB自己的SYSTEM表空间中保存自己的数据字典，因此DBA_视图只有某个PDB的信息。而V$视 图中的信息则来自于控制文件，控制文件是所有PDB共享的。
用户、角色、权限
由于有了CDB和PDB，所以用户被分为两类，一类跨越所有PDB的用户，也叫全局用户，一类只存在某个PDB内的Local用户。Oracle中全局用户必须以c##开头，需要注意的是虽然Public不以c##开头，但它也是一个全局用户，在每个pdb中可以授于Public不同的权限。
与用户管理一样，角色也有全局和Local之分，同一Common role，在不同PDB中可以有不同的权限。
全局用户在不同PDB中也可以有不同的权限，通过CONTAINER=current|ALL可以控制权限是针对当前PDB还是所有PDB。
NoCDB转换成CDB
// 1、以受限模式打开数据库：
shutdown immediate;
startup restrict mount exclusive;
alter database open read only;
// 2、生成XML元数据描述文件：
begin
dbms_pdb.describe(PDB_DESCR_FILE => '/u02/noncdb/orcl.xml');
end;
// 3、创建PDB
create pluggable database orcl using '/u02/noncdb/orcl.xml' copy;
// 4、执行noncdb_to_pdb脚本
alter session set container=orcl;
@?/rdbms/admin/noncdb_to_pdb.sqIn-Memory Option
In-Memory Option是Oracle 12C中的一个重要特性，它开辟了一块大小1m的内存空间IMCU。表的数据以列为单位保存在IMCU中，一个表至少占一个IMCU。
开启In-Memory Option，首先要设置In-Memory Option的大小，然后重启下数据库。
//这里设置In Memory Area大小为100m
SQL> alter system set inmemory_size=100m scope=spfile;
//加载表到IM中：
SQL> alter table t2 inmemory;
//取消In-Memeroy Area中的表
SQL> alter table t2 no inmemory;存储索引
Oracle将每个IMCU中最小ID值和最大ID值，保存到一块专门的内存区域，这个内存区就是存储索引。全表扫描的时候会先在存储索引中过滤一遍，过滤出只需要扫描的IMCU，比如查询条件是ID>20 and ID<=100的列值，图中第二个IMCU中，ID值的范围是410~600，它就将被过滤掉。
多LGWR
Oracle的LGWR进程是用来将Log Buffer中的缓存写入文件中。一直到oracle 11g release 2版本LGWR进程都只能有一个，单进程在压力高的时候是会有延迟的，多LGWR有效的环节了这一问题。
多LGWR模式下LGWR不再进行写操作，而是交给了LG0和LG1进程（优先使用LG）。在Log Buffe中有多个子池，一般只要其中的某一个子池数据超过三分之一，LWGR就会认为负载足够大了，这是会启用LG1。
多LGWR模式下存在一种特殊情况，即LG1先完成了I/O，但事务还有部分Redo没有写到磁盘，这时LG1会等待“ LGWR intra group sync”事件。前台进程将继续等待 Log File Sync。
逻辑读时锁的变化
逻辑读在Oracle和MySQL中很相似，右下方区域在Oracle中被称为块，保存着实际数据。
逻辑读中会先根据块的编号之类的信息进行hash运算找到链表，再在链表中搜索对应的数据结构，数据结构中就存放着块的内存地址。整个过程中很多共享资源需要锁来保护，所以逻辑读的性能和并发主要就是看锁的设计。
在MySQL中是不保护hash表的，它保护的是链表、buf_block_t以及下方的块。而Oracle中则是多个链表（一般为4、5个）由1个锁保护。
（独占模式）
（共享模式）
Oracle通过CBC Latch来保护链表，要访问链表需要先获得它，然后搜索链表找到某一个BH，最后在BH中获得BA地址。在以前的版本中CBC Latch只有持有和不持有模式，也就是说没有共享的情况，直到最新版本中才有了共享、独占模式。
共享模式主要是通过在BH中添加Fast CR PIN来实现，每多一个人读，引用计数就会加一。
新的机制查询操作时锁开销更低，读与读完全不再阻塞，提高并发，CBC Latch竞争是Select与DML和CR块间的竞争。Select间不会再有CBC Latch竞争。竞争优化的重点是缩短DML执行时间、减少事务持续时间（尽快提交）。
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