Arquitectura de un manejador de bases de datos (DBMS
Una base de datos en ejecución consta de 3 cosas:
- Archivos
- memoria
- Procesos
- Control (ctl): almacenan información acerca de la estructura de archivos de la base.
- Rollback (rbs): cuando se modifica el valor de alguna tupla en una transacción, los valores nuevos y anteriores se almacenan en un archivo, de modo que si ocurre algún error, se puede regresar (rollback) a un estado anterior.
- Redo (rdo): bitácora de toda transacción, en muchos dbms incluye todo tipo de consulta incluyendo aquellas que no modifican los datos.
- Datos (dbf): el tipo más común, almacena la información que es accesada en la base de datos.
- Indices (dbf) (dbi): archivos hermanos de los datos para acceso rápido.
- Temp (tmp): localidades en disco dedicadas a operaciones de ordenamiento o alguna actividad particular que requiera espacio temporal adicional.
Memoria
- Shared Global Area (SGA): es el área más grande de memoria y quizás el más importante
- Shared Pool: es una caché que mejora el rendimiento ya que almacena parte del diccionario de datos y el parsing de algunas consultas en SQL.
- Redo Log Buffer: contiene un registro de todas las transacciones dentro de la base, las cuales se almacenan en el respectivo archivo de Redo y en caso de siniestro se vuelven a ejecutar aquellos cambios que aún no se hayan reflejado en el archivo de datos (commit).
- Large Pool: espacio adicional, generalmente usado en casos de multithreading y esclavos de I/O.
Java Pool: usado principalmente para almacenar objetos Java
Procesos
Threading
System Monitor: despierta periódicamente y realiza algunas actividades entre las que se encuentran la recuperación de errores, recuperación de espacio libre en tablespaces y en segmentos temporales.
Process Monitor: limpia aquellos procesos que el usuario termina de manera anormal, verificando consistencias, liberación de recursos, bloqueos.
Database Writer: escribe bloques de datos modificados del buffer al disco, aquellas transacciones que llegan a un estado de commit.
Log Writer: escribe todo lo que se encuentra en el redo log buffer hacia el redo file
Checkpoint: sincroniza todo lo que se tenga en memoria, con sus correspondientes archivos en disco
Tipos de instancias de un DBMS
Online Transaction Processing (OLTP): compra/venta, telemarketing
- Segmentos cortos de rollback
- Shared Pool muy largo
- Redo log suficiente
- Indices en discos separados
- Segmentos temporales pequeños
Decision Support Systems (DSS): datawarehouse
- Segmentos largos de rollback
- Shared Pool relativamente corto
- Redo log suficiente
- Indices apropiados
- Segmentos largos de temporal
- Parallel Query en la medida de lo posible (si está disponible)
instancia de una BD en Oracle
La arquitectura de un SGBD hace referencia al modelo interno de funcionamiento del sistema. Es decir a las estructuras internas/físicas que proporciona para el almacenamiento y su relación con las estructuras lógicas/conceptuales. Como es lógico, cada SGBD propone diferentes arquitecturas.
Tablas. Compuestas de filas y columnas en las que se almacenan los datos relevantes de cada base de datos. La mayoría de SGBD usan distintos tipos de tablas, pero en general cuando se habla de tablas se habla del elemento lógico encargado de almacenar los datos.
Restricciones. Se definen al crear las tablas, pero se almacenan aparte. Están disponibles en el diccionario de datos y marcan las reglas que han de cumplir los datos para que se consideren válidos. Índices. Se trata de una lista ordenada de claves que permite acceder a los valores de una o más columnas de una tabla de forma veloz.
Vistas. Son consultas almacenadas que nos permiten mostrar de forma personalizada los datos de una o varias tablas.
Procedimientos y funciones. Código del lenguaje procedimental de la base de datos utilizado para ejecutar acciones sobre las tablas (incluidos los triggers).
Al final todos los elementos lógicos se deben almacenar en archivos cuyo tamaño, dirección,... etc. debe de ser controlado por el DBA. En los distintos tipos de SGBD hay variaciones sobre las estructuras lógicas, en el caso de las físicas su diferencia puede ser total, lo que obliga a conocer muy bien la parte interna del sistema concreto que estemos utilizando.
Las estructuras internas permiten analizar un nivel intermedio entre estructuras lógicas (como las tablas) y las físicas (como los archivos). Por ejemplo, Oracle proporciona espacios de tabla o tablespaces para aglutinar distintos elementos lógicos con distintos elementos físicos a fin de optimizar el rendimiento de la base de datos.
Los usuarios que deseen conectarse a una base de datos, se conectan a lo que se conoce como la instancia de la base de datos (del inglés instance).
En el modo más sencillo de trabajo, el usuario dispone de un software en su máquina local, por lo que se encuentra en el lado del cliente, capaz de conectar con el SGBD. En ese momento se lanza un proceso de usuario. Ese proceso deberá comunicarse (a través de las redes apropiadas) con el proceso de servidor, un programa lanzado en el lado del servidor que está permanentemente en ejecución.
El proceso de servidor comunica a su vez con la instancia de la base de datos, otro proceso en ejecución a través del cual se accede a la base de datos.
Ilustración 1,
En el caso de bases de datos distribuidas, habrá varias instancias de base de datos con capacidad de atender concurrentemente más usuarios.
instancia de Oracle
Es el conjunto de procesos del servidor que permiten el acceso a la base de datos. Es un conjunto de estructuras de datos y procesos en memoria. Está formado por:
SGA. Area global de sistema. Se trata de la zona de memoria común para todos los procesos de servidor, contien las siguientes estructuras de datos fundamentales:
- Buffer de caché de base de datos. Almacena bloques de datos leídos de la base de datos a fin de que las próximas consultas no necesiten acudir a disco y se las pueda servir de estos datos en la caché.
- Buffer redo log. Estructura que almacena los datos anteriores y posteriores a cada instrucción y así facilitar tanto su anulación, como su realización en caso de problemas.
- Large pool. Área de la memoria que proporciona espacio para los datos necesarios para realizar operaciones de backup y restauración, así como los datos de sesión y otros que permitan aliviar el trabajo de la instancia.
- Shared pool. Consta de la caché del diccionario de datos y de la caché de instrucciones SQL, PL/SQL. De esa forma se acelera la ejecución de consultas e instrucciones que utilicen los mismos metadatos o bien que se traten de instrucciones parecidas a otras anteriormente ejecutadas.
-Data Dictionary Cache.
- Java Pool. Sólo se usa si hemos instalado Java para agilizar el proceso de las instrucciones en ese lenguaje.
Procesos en segundo plano. Programas en ejecución que realizan las tareas fundamentales sonre la base de datos, entre ellos:
DBWR. Escribe los datos del buffer de cache de la base de datos de la SGA a la base de datos en disco (a los archivos de datos). Eso no ocurre en todo momento, sino cuando se produce un evento de tipo checkpoint.
Un checkpoint ocurre cuando se ha consumido un tiempo determinado por el DBA, que se establece para que cada cierto tiempo los datos pasen a grabarse en ficheros de datos y así asegurarles en caso de problemas. El hecho de que esto se haga solo cada cierto tiempo (el tiempo establecido para el checkpoint) se debe a que, de otro modo, el funcionamiento sería muy lento si se accediera más a menudo al disco.
LGWR. Es el proceso que genera escrituras secuenciales en los redo logs (archivos log de rehacer) que son los archivos que guardan la información necesaria para poder recuperar un estado anterior en los datos.
CKPT. Proceso encargado de comunicar la llegada de un checkpoint, punto de control que ocurre cíclicamente (y que se puede modificar poe el DBA) tras el cual se deben de escribir los datos de memoria a los archivos de datos.
SMON. System Monitor. Proceso encargado de monitorizar el sistema para que funcione correctamente tras un error grave. Además se encarga de la optimización del sistema mejorando el espacio en disco y elimando definitivamente (mediante rollbacks) datos irrecuperables.
PMON. Process Monitor. Se encarga de la comunicación con la PGA y especialmente con el proceso servidor para manejar la conexión con el cliente, eliminado transacciones de usuarios erróneas (por desconexión por ejemplo) y liberando la memoria que se reservó para los usuarios.
ARCn. Proceso de archivado de los archivos Redo. Sirve para que esos datos siempre estén disponibles. Sólo funciona en modo ARCHIVELOG de la base de datos, se explica más adelante.
PGA
La Program Globasl Area o área global de programa, es la memoria que se reserva por cada usuario para almacenar los datos necesarios para la conexión de un usuario con la base de datos.
Cada conexión tiene su propia PGA con los datos a los que accede el proceso servidor. Entre los datos que almacena están:
La información sobre la sesión con el cliente El estado de procesamiento de la instrucción SQL actual
Datos de caché para acelerar algunas instrucciones SQL (como por ejemplo índices temporales)
proceso servidor y proceso cliente
El proceso cliente es el programa en la memoria de la máquina en la que el usuario ha conectado con Oracle. Este proceso se comunica con un proceso servidor que es lanzado cuando el cliente establece conexión con Oracle.
Puede haber un mismo proceso servidor para más de un cliente en caso de una configuración compartida de proceso servidor. Cuando el proceso cliente y el servidor establecen conexión, se crea la sesión de usuario, que es manejada por el proceso servidor. El proceso de usuario no puede acceder directamente a la base de datos.
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