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：