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oracle数据库算法

发布时间:2022-05-22 22:44:18

㈠ oracle数据库组成部分

ORACLE由两部分:实例和数据库
实例由以下组成: SGA,Shared pool,Database buffer cache,Redo log buffer cache.
数据库由物理文件组成,其中必须有的文件是:数据文件,控制文件,重做日志
另外还有:参数文件,口令文件,归档日志文件(这三个不是必须的)
ORACLE SERVER 由两个部分组成,
1.INSTANCE:又由内存结构和后台进程组成
2.DATABASE:又由数据文件,日志文件和控制文件组成<这三个文件是必需的>.
CONTROL FILE是用来连接实例和DATABASE的
SQL>SHUTDOWN IMMEDIATE
SQL>STARTUP NOMOUNT
SQL>ALTER DATABASE MOUNT
以上三个过程就是通过CONTROL FILE来连接实例和数据库.
SQL>ALTER DATABASE OPEN
在OPEN的过程对DATABASE的数据文件和重做日志文件进行一次性的验证,验证它们的状态.
ORACLE INSTANCE:存取数据库的一个手段
一个DATABASE与INSTANCE之间是1:N的关系,一个INSTANCE只能操作一个DATABASE,由内存结构(共享池,
BUFFER CACHE,REDO LOG BUFFER CACHE)及相应的进程结构组成(PMON<程序监控进程>,SMON<系统监控进
程>,CKPT<检查点进程>)
SQL>SHOW SGA ---显示DATABASE内存结构信息
SQL>SET WRAP OFF
SQL>SET LINESIZE 200
以上这两个是设置行宽
SQL>SELECT * FROM V$BGPROCESS;
将看到在这个系统中所有可能使用到的进程,其中PADDR并不每个进程都分配到有效的地址,即并不是每个进程都是必须的.
SQL>SELECT * FROM V$BGPROCESS WHERE PADDR<>\'00\'
将显示所有必需的进程.
ESTABLISHING A CONNECTION AND CREATING A SESSION
连接到ORACLE实例包括建立一个用户连接及创建会话.

ORACLE MEMORY STRUCTURE (内存结构)
由两部分组成:
1.SGA
SGA是动态的,其最大值由SGA_MAX_SIZE指定,SGA的内存由SGA COMPONENTS来动态调整.
2.PGA 是不共享的,即其包含的信息是不一样的,有两个可享的内存可以由SGA配置
<1> LARGE POOL
<2> JAVA POOL
SQL>SHOW PARAMETER SHARED
SQL>SHOW PARAMETER DB_CACHE
SQL>SHOW PARAMETER LOG
以上三个命令是用于查看相关内存信息
SQL>ALTER SYSTEM SET DB_CACHE_SIZE=20M;
所有内存大小总和不能大于SGA_MAX_SIZE的值,当提示信息出现?号或乱码时,是由于系统的语言问题.
可以通过ALTER SESSION SET NLS_LANGUAGE=\'AMERICAN\'或ALTER SESSION SET NLS_LANGUAGE=\"SIMPLE
[Page]
CHINESE\"
SHARED POOL (共享池)
含:<1>LIBRARY CACHE 库缓存
<2>DATA DICTIONARY CACHE 数据字典缓存,有的地方又称行CACHE,由SHARED_POOL_SIZE指定大小.
SQL>ALTER SYSTEM SET SHARED_POOL_SIZE=64M;
LIBRARY CACHE 主要为提高代码的共享,存储的是最近使用的SQL和PL/SQL代码.
<1>.用最近最少使用(LRU)算法
<2>.包括两个结构 1:共享SQL代码 2:共享PL/SQL代码
<3>.不可直接定义,而由SHARED POOL SIZE决定.
DATA DICTONARY CACHE.
执行此命令的过程是:首先确认是否存在AUTHORS,,然后确认字段存不存在,再检查语法,最后验证权限,而
这些信息就属于DATA DICTIONARY CACHE的内容.其包含的信息有:DATABASE FILES,表,索引,字段,用户,
权限和其他数据库对象.

㈡ 谁能把Oracle的体系结构用通俗的语言讲解一下 我要自己理解的.用通俗的话说出来.

1、 ORACLE 实例――包括内存结构与后台进程 2、 ORACLE 数据库――物理操作系统文件的集合 3、 了解内存结构的组成 4、 了解后台进程的作用

1、 Oracle 实例――包括内存结构与后台进程
2、 Oracle 数据库――物理操作系统文件的集合
3、 了解内存结构的组成
4、 了解后台进程的作用
5、 了解数据库的物理文件
6、 解释各种逻辑结构

一、Oracle实例

1、Oracle 实例

System Global Area(SGA) 和 Background Process 称为数据库的实例。

2、Oracle 数据库

一系列物理文件的集合(数据文件,控制文件,联机日志,参数文件等)

3、系统全局共享区System Global Area(SGA)

System Global Area 是一块巨大的共享内存区域,他被看做是Oracle 数据库的一个大缓冲池,这里的数据可以被Oracle的各个进程共用。其大小可以通过如下语句查看:
SQL> select * from v$sga;
NAME VALUE
-------------------- ---------
Fixed Size 39816
Variable Size 259812784
Database Buffers 1.049E+09
Redo Buffers 327680

更详细的信息可以参考V$sgastat、V$buffer_pool

主要包括以下几个部分:

a、 共享池(Shared pool)

共享池是SGA中最关键的内存片段,特别是在性能和可伸缩性上。一个太小的共享池会扼杀性能,使系统停止,太大的共享池也会有同样的效果,将会消耗大量的CPU来管理这个共享池。不正确的使用共享池只会带来灾难。共享池主要又可以分为以下两个部分:

SQL语句缓冲(Library Cache)

当一个用户提交一个SQL语句,Oracle会将这句SQL进行分析(parse),这个过程类似于编译,会耗费相对较多的时间。在分析完这个SQL,Oracle会把他的分析结果给保存在Shared pool的Library Cache中,当数据库第二次执行该SQL时,Oracle自动跳过这个分析过程,从而减少了系统运行的时间。这也是为什么第一次运行的SQL 比第二次运行的SQL要慢一点的原因。

下面举例说明parse的时间
SQL> select count(*) fromscpass ;
COUNT(*)
----------
243
Elapsed: 00:00:00.08

这是在Share_pool 和Data buffer 都没有数据缓冲区的情况下所用的时间
SQL> alter system flush SHARED_POOL;
System altered.

清空Share_pool,保留Data buffer
SQL> select count(*) from scpass ;
COUNT(*)
----------
243
Elapsed: 00:00:00.02
SQL> select count(*) from scpass ;
COUNT(*)
----------
243
Elapsed: 00:00:00.00

从两句SQL 的时间差上可以看出该SQL 的Parse 时间约为00:00:00.02

对于保存在共享池中的SQL语句,可以从V$Sqltext、v$Sqlarea中查询到,对于编程者来说,要尽量提高语句的重用率,减少语句的分析时间。一个设计的差的应用程序可以毁掉整个数据库的Share pool,提高SQL语句的重用率必须先养成良好的变成习惯,尽量使用Bind变量。

数据字典缓冲区(Data Dictionary Cache)

显而易见,数据字典缓冲区是Oracle特地为数据字典准备的一块缓冲池,供Oracle内部使用,没有什么可以说的。

b、块缓冲区高速缓存(Database Buffer Cache)

这些缓冲是对应所有数据文件中的一些被使用到的数据块。让他们能够在内存中进行操作。在这个级别里没有系统文件,,户数据文件,临时数据文件,回滚段文件之分。也就是任何文件的数据块都有可能被缓冲。数据库的任何修改都在该缓冲里完成,并由DBWR进程将修改后的数据写入磁盘。

这个缓冲区的块基本上在两个不同的列表中管理。一个是块的“脏”表(Dirty List),需要用数据库块的

书写器(DBWR)来写入,另外一个是不脏的块的列表(Free List),一般的情况下,是使用最近最少使用 (Least Recently Used,LRU)算法来管理。块缓冲区高速缓存又可以细分为以下三个部分(Default pool,Keep pool,Recycle pool)。如果不是人为设置初始化参数(Init.ora),Oracle将默认为Default pool。由于操作系统寻址能力的限制,不通过特殊设置,在32位的系统上,块缓冲区高速缓存最大可以达到1.7G,在64位系统上,块缓冲区高速缓存最大可以达到10G。

c、重做日志缓冲区(Redo log buffer)

重做日志文件的缓冲区,对数据库的任何修改都按顺序被记录在该缓冲,然后由LGWR进程将它写入磁盘。这些修改信息可能是DML语句,如(Insert,Update,Delete),或DDL语句,如(Create,Alter,Drop等)。 重做日志缓冲区的存在是因为内存到内存的操作比较内存到硬盘的速度快很多,所以重作日志缓冲区可以加快数据库的操作速度,但是考虑的数据库的一致性与可恢复性,数据在重做日志缓冲区中的滞留时间不会很长。所以重作日志缓冲区一般都很小,大于3M之后的重作日志缓冲区已经没有太大的实际意义。

d、Java程序缓冲区(Java Pool)

Java 的程序区,Oracle 8I 以后,Oracle 在内核中加入了对Java的支持。该程序缓冲区就是为Java 程序保留的。如果不用Java程序没有必要改变该缓冲区的默认大小。

e、大池(Large Pool)

大池的得名不是因为大,而是因为它用来分配大块的内存,处理比共享池更大的内存,在8.0开始引入。

下面对象使用大池:

MTS――在SGA的Large Pool中分配UGA

语句的并行查询(Parallel Executeion of Statements)――允许进程间消息缓冲区的分配,用来协调 并行查询服务器

备份(Backup)――用于RMAN磁盘I/O缓存

4、后台进程(Background process)

后台进程是Oracle的程序,用来管理数据库的读写,恢复和监视等工作。Server Process主要是通过他和user process进行联系和沟通,并由他和user process进行数据的交换。在Unix机器上,Oracle后台进程相对于操作系统进程,也就是说,一个Oracle后台进程将启动一个操作系统进程;在Windows机器上, Oracle后台进程相对于操作系统线程,打开任务管理器,我们只能看到一个Oracle.EXE的进程,但是通过另外的工具,就可以看到包含在这里进程中的线程。

在Unix上可以通过如下方法查看后台进程:

ps ?ef | grep ora_
# ps -ef | grep ora_ | grep XCLUAT
Oracle 29431 1 0 Sep 02 2:02 ora_dbwr_SID
Oracle 29444 1 0 Sep 02 0:03 ora_ckpt_SID
Oracle 29448 1 0 Sep 02 2:42 ora_smon_SID
Oracle 29442 1 0 Sep 02 3:25 ora_lgwr_SID
Oracle 29427 1 0 Sep 02 0:01 ora_pmon_SID

a、Oracle系统有5 个基本进程他们是
DBWR(数据文件写入进程)
LGWR(日志文件写入进程)
SMON(系统监护进程)
PMON(用户进程监护进程)
CKPT(检查点进程,同步数据文件, 日志文件,控制文件)

b、DBWR
将修改过的数据缓冲区的数据写入对应数据文件
维护系统内的空缓冲区
这里指出几个容易错误的概念:
当一个更新提交后,DBWR把数据写到磁盘并返回给用户提交完成.
DBWR会触发CKPT 后台进程
DBWR不会触发LGWR 进程
上面的概念都是错误的.
DBWR是一个很底层的工作进程,他批量的把缓冲区的数据写入磁盘。和任何前台用户的进程几乎没有什么关系,也不受他们的控制。至于DBWR会不会触发LGWR和CKPT进程,我们将在下面几节里讨论。
DBWR工作的主要条件如下
DBWR 超时
系统中没有多的空缓冲区用来存放数据
CKPT 进程触发DBWR 等

c、LGWR
将重做日志缓冲区的数据写入重做日志文件,LGWR是一个必须和前台用户进程通信的进程。当数据被修改的时候,系统会产生一个重做日志并记录在重做日志缓冲区内。这个重做日志可以类似的认为是以下的一个结构:
SCN=000000001000
数据块ID
对象ID=0801
数据行=02
修改后的数据=0011
提交的时候,LGWR必须将被修改的数据的重做日志缓冲区内数据写入日志数据文件,然后再通知前台进程提交成功,并由前台进程通知用户。从这点可以看出LGWR承担了维护系统数据完整性的任务。
LGWR 工作的主要条件如下
用户提交
有1/3 重做日志缓冲区未被写入磁盘
有大于1M 重做日志缓冲区未被写入磁盘
超时
DBWR需要写入的数据的SCN号大于LGWR 记录的SCN号,DBWR 触发LGWR写入

d、SMON
工作主要包含
清除临时空间
在系统启动时,完成系统实例恢复
聚结空闲空间
从不可用的文件中恢复事务的活动
OPS中失败节点的实例恢复
清除OBJ$表
缩减回滚段
使回滚段脱机

e、PMON
主要用于清除失效的用户进程,释放用户进程所用的资源。如PMON将回滚未提交的工作,释放锁,释放分配给失败进程的SGA资源。

f、CKPT
同步数据文件,日志文件和控制文件,由于DBWR/LGWR的工作原理,造成了数据文件,日志文件,控制文件的不一至,这就需要CKPT进程来同步。CKPT会更新数据文件/控制文件的头信息。
CKPT工作的主要条件如下
在日志切换的时候
数据库用immediate ,transaction , normal 选项shutdown 数据库的时候
根据初始话文件LOG_CHECKPOINT_INTERVAL、LOG_CHECKPOINT_TIMEOUT、FAST_START_IO_TARGET 的设置的数值来确定
用户触发
以下进程的启动需要手工配置

g、ARCH
当数据库以归档方式运行的时候,Oracle会启动ARCH进程,当重做日志文件被写满时,日志文件进行切换,旧的重做日志文件就被ARCH进程复制到一个/多个特定的目录/远程机器。这些被复制的重做日志文件被叫做归档日志文件。

h、RECO
负责解决分布事物中的故障。Oracle可以连接远程的多个数据库,当由于网络问题,有些事物处于悬而未决的状态。RECO进程试图建立与远程服务器的通信,当故障消除后,RECO进程自动解决所有悬而未决的会话。
i、服务进程Server Process
服务进程的分类
专用服务进程(Dedicated Server Process)
一个服务进程对应一个用户进程
共享服务进程(MultiTreaded Server Process)
一个服务进程对应多个用户进程,轮流为用户进程服务。
PGA & UGA
PGA = Process Global Area
UGA = User Global Area
他保存了用户的变量、权限、堆栈、排序空间等用户信息,对于专用服务器进程,UGA在PGA中分配。对于多线程进程,UGA在Large pool中分配。

j、用户进程User Process
在客户端,将用户的SQL 语句传递给服务进程

5、一个贯穿数据库全局的概念----系统改变号SCN(System Change Number)
系统改变号,一个由系统内部维护的序列号。当系统需要更新的时候自动增加,他是系统中维持数据的一致性和顺序恢复的重要标志。

a. 查询语句不会使SCN增加,就算是同时发生的更新,数据库内部对应的SCN也是不同的。这样一来就保证了数据恢复时候的顺序。

b. 维持数据的一致性,当一

二、Oracle 数据库

Oracle数据库的组成――物理操作系统文件的集合。主要包括以下几种。

1、控制文件(参数文件init.ora记录了控制文件的位置)
控制文件包括如下主要信息
数据库的名字,检查点信息,数据库创建的时间戳
所有的数据文件,联机日志文件,归档日志文件信息
备份信息等
有了这些信息,Oracle就知道那些文件是数据文件,现在的重做日志文件是哪些,这些都是系统启动和运行的基本条件,所以他是Oracle运行的根本。如果没有控制文件系统是不可能启动的。控制文件是非常重要的,一般采用多个镜相复制来保护控制文件,或采用RAID来保护控制文件。控制文件的丢失,将使数据库的恢复变的很复杂。
控制文件信息可以从V$Controlfile中查询获得

2、数据文件(数据文件的详细信息记载在控制文件中)
可以通过如下方式查看数据文件
SQL> select name from v$datafile;
NAME
---------------------------------------------
/u05/dbf/PROD/system_01.dbf
/u06/dbf/PROD/temp_01.dbf
/u04/dbf/PROD/users_01.dbf
/u09/dbf/PROD/rbs_01.dbf
/u06/dbf/PROD/applsys_indx_01.dbf
/u05/dbf/PROD/applsys_data_01.dbf
从以上可以看出,数据文件大致可以分为以下几类:

i. 系统数据文件(system_01.dbf)
存放系统表和数据字典,一般不放用户的数据,但是用户脚本,如过程,函数,包等却是保存在数据字典中的。
名词解释:数据字典 数据字典是一些系统表或视图,他存放系统的信息,他包括数据库版本,数据文件信息,表与索引等段信息,系统的运行状态等各种和系统有关的信息和用户脚本信息。数据库管理员可以通过对数据字典的查询,就可以了解到Oracle的运行状态。

ii. 回滚段文件(rbs_01.dbf)
如果数据库进行对数据的修改,那么就必须使用回滚段,回滚段是用来临时存放修改前的数据(Before Image)。回滚段通常都放在一个单独的表空间上(回滚表空间),避免表空间碎片化,这个表空间包含的数据文件就是回滚数据文件。

iii. 临时数据文件(temp_01.dbf)
主要存放用户的排序等临时数据,与回滚段相似,临时段也容易引起表空间碎片化,而且没有办法在一个永久表空间上开辟临时段,所以就必须有一个临时表空间,它所包含的数据文件就是临时数据文件,主要用于不能在内存上进行的排序操作。我们必须为用户指定一个临时表空间。

iv. 用户数据文件(/applsys_data_01.dbf ,applsys_indx_01.dbf)
存放用户数据,这里列举了两类常见的用户型数据,一般数据和索引数据,一般来说,如果条件许可的话,可以考虑放在不同的磁盘上。

3、重做日志文件(联机重做日志)
用户对数据库进行的任何操作都会记录在重做日志文件。在了解重做日志之前必须了解重做日志的两个概念,重做日志组和重做日志组成员(Member),一个数据库中至少要有两个日志组文件,一组写完后再写另一组,即轮流写。每个日志组中至少有一个日志成员,一个日志组中的多个日志成员是镜相关系,有利于日志文件的保护,因为日志文件的损坏,特别是当前联机日志的损坏,对数据库的影响是巨大的。
联机日志组的交换过程叫做切换,需要特别注意的是,日志切换在一个优化效果不好的数据库中会引起临时的“挂起”。挂起大致有两种情况:
在归档情况下,需要归档的日志来不及归档,而联机日志又需要被重新利用
检查点事件还没有完成(日志切换引起检查点),而联机日志需要被重新利用
解决这种问题的常用手段是:

i.增加日志组

ii.增大日志文件成员大小
通过v$log可以查看日志组,v$logfile可以查看具体的成员文件。

4、归档日志文件
Oracle可以运行在两种模式之中,归档模式和不归档模式。如果不用归档模式,当然,你就不会有归档日志,但是,你的系统将不会是一个实用系统,特别是不能用于生产系统,因为你可能会丢失数据。但是在归档模式中,为了保存用户的所有修改,在重做日志文件切换后和被覆盖之间系统将他们另外保存成一组连续的文件系列,该文件系列就是归档日志文件。
有人或许会说,归档日志文件占领我大量的硬盘空间,其实,具体想一想,你是愿意浪费一点磁盘空间来保护你的数据,还是愿意丢失你的数据呢?显而义见,我们需要保证我们的数据的安全性。其实,归档并不是一直占领你的磁盘空间,你可以把她备份到磁带上,或则删除上一次完整备份前的所有日志文件。

5、初始化参数文件
initSID.ora或init.ora文件,因为版本的不一样,其位置也可能会不一样。在8i中,通常位于$Oracle_HOME/admin//Pfile下,初始化文件记载了许多数据库的启动参数,如内存,控制文件,进程数等,在数据库启动的时候加载(Nomount时加载),初始化文件记录了很多重要参数,对数据库的性能影响很大,如果不是很了解,不要轻易乱改写,否则会引起数据库性能下降。

6、其他文件
i . 密码文件
用于Oracle 的具有sysdba权限用户的认证.
ii. 日志文件
报警日志文件(alert.log或alrt.ora)
记录数据库启动,关闭和一些重要的出错信息。数据库管理员应该经常检查这个文件,并对出现的问题作出即使的反应。你可以通过以下SQL 找到他的路径select value from v$PARAMETER where name ="background_mp_dest";
后台或用户跟踪文件
系统进程或用户进程出错前写入的信息,一般不可能读懂,可以通过Oracle的TKPROF工具转化为可以读懂的格式。对于系统进程产生的跟踪文件与报警日志文件的路径一样,用户跟踪文件的路径,你可以通过以下SQL找到他的路径select value from v$PARAMETER where name ="user_mp_dest";

三、Oracle逻辑结构

1、 表空间(tablespace)
表空间是数据库中的基本逻辑结构,一系列数据文件的集合。一个表空间可以包含多个数据文件,但是一个数据文件只能属于一个表空间。

2、 段(Segment)
段是对象在数据库中占用的空间,虽然段和数据库对象是一一对应的,但段是从数据库存储的角度来看的。一个段只能属于一个表空间,当然一个表空间可以有多个段。
表空间和数据文件是物理存储上的一对多的关系,表空间和段是逻辑存储上的一对多的关系,段不直接和数据文件发生关系。一个段可以属于多个数据文件,关于段可以指定扩展到哪个数据文件上面。
段基本可以分为以下四种
数据段(Data Segment)
索引段(Index Segment)
回滚段(Rollback Segment)
临时段(Temporary Segment)

3、区间(Extent)
关于Extent的翻译有多种解释,有的译作扩展,有的译作盘区,我这里通常译为区间。在一个段中可以存在多个区间,区间是为数据一次性预留的一个较大的存储空间,直到那个区间被用满,数据库会继续申请一个新的预留存储空间,即新的区间,一直到段的最大区间数(Max Extent)或没有可用的磁盘空间可以申请。 在Oracle8i以上版本,理论上一个段可以无穷个区间,但是多个区间对Oracle却是有性能影响的,Oracle建议把数据分布在尽量少的区间上,以减少Oracle的管理与磁头的移动。

4、Oracle数据块(Block)
Oracle最基本的存储单位,他是OS数据块的整数倍。Oracle的操作都是以块为基本单位,一个区间可以包含多个块(如果区间大小不是块大小的整数倍,Oracle实际也扩展到块的整数倍)。

5、基本表空间介绍

a. 系统表空间
主要存放数据字典和内部系统表基表
查看数据数据字典的SQL
select * from dict
查看内部系统表的SQL
select * from v$fixed_view_definition
DBA对系统的系统表中的数据字典必须有一个很深刻的了解,他们必须准备一些基础的SQL语句,通过这些SQL可以立即了解系统的状况和数据库的状态,这些基本的SQL包括
系统的剩余空间
系统的SGA
状态系统的等待
用户的权限
当前的用户锁
缓冲区的使用状况等
在成为DBA 的道路上我们不建议你过分的依赖于OEM/Quest 等优秀的数据库管理工具,因为他们不利于你对数据数据字典的理解,SQL语句可以完成几乎全部的数据库管理工作。
大量的读少量的写是该表空间的一个显着的特点。

b. 临时表空间.
临时表空间顾名思义是用来存放临时数据的,例如排序操作的临时空间,他的空间会在下次系统启动的时候全部被释放。

c. 回滚段表空间

i. 回滚段在系统中的作用
当数据库进行更新插入删除等操作的时候,新的数据被更新到原来的数据文件,而旧的数据(Before Image)就被放到回滚段中,如果数据需要回滚,那么可以从回滚段将数据再复制到数据文件中。来完成数据的回滚。在系统恢复的时候, 回滚段可以用来回滚没有被commit 的数据,解决系统的一至性。
回滚段在什么情况下都是大量的写,一般是少量读,因此建议把回滚段单独出来放在一个单独的设备(如单独的磁盘或RAID),以减少磁盘的IO争用。

ii. 回滚段的工作方式
一个回滚表空间可以被划分成多个回滚段.
一个回滚段可以保存多个会话的数据.
回滚段是一个圆形的数据模型
假设回滚段由4 个区间组成,他们的使用顺序就是区间1à区间2à区间3à区间4à区间1。也就是说,区间是可以循环使用的,当区间4到区间1的时候,区间1里面的会话还没有结束, 区间4用完后就不能再用区间1,这时系统必须分配区间5,来继续为其他会话服务服务。
我们分析一个Update 语句的完成

①. 用户提交一个Update 语句

②. Server Process 检查内存缓冲.
如果没有该数据块的缓冲,则从磁盘读入

i. 如果没有内存的有效空间,DBWR被启动将未写入磁盘的脏缓冲写入磁盘

ii. 如果有有效空间,则读入

③. 在缓冲内更新数据

i. 申请一个回滚段入口,将旧数据写如回滚段

ii. 加锁并更新数据

iii. 并在同时将修改记录在Redo log buffer中

㈢ 如何应对被公开的Oracle口令加密算法

由于Oracle数据库被广泛应用,其口令加密算法也是备受关注。最早在1993年comp.databases.oracle.server新闻组中有人披露了加密算法的大部分细节。十年后,一本名为《Special Ops Host and Network Security for Microsoft, Unix and Oracle》的书中补全了算法最重要的一个环节——DES算法的KEY。至此,口令加密算法已无秘密可言。接踵而来的是互联网上出现多个了Oracle口令破解工具。Oracle在2007年推出的最新版本11g中,使用了新的更安全的加密算法,但是新算法的细节很快又在互联网上被公开。为提供兼容,11g版本保留了11g以前版本使用的加密口令,利用这一漏洞仍然可以对11g版本的加密口令进行破解。

到底怎样才能保证数据库口令的安全呢?本文首先介绍Oracle数据库各版本口令加密算法的内容,然后针对算法重点介绍加强数据库安全性的应对措施。

口令加密算法
从Oracle7到Oracle 10gR2,使用DES算法对口令进行加密。对算法进行分析,可以得出如下结论:口令不区分大小写,任意大小写组合均可登录;由于只使用固定KEY,只要用户名和口令相同,在任一DB中存放的加密口令都相同;由于采用了用户名和口令串接的方式,所以用户aaa、口令bbbccc的加密值与用户aaabbb、口令ccc完全相同。

Oracle 11g版本的加密口令存放在SYS.USER$表中的SPARE4列中,而PASSWORD列中仍保留以前版本加密口令。由于客户端计算加密口令需要用到SALT,在建立连接时,服务器端将SALT明文传送给客户端程序。Oracle 11g中新的口令加密算法中区分大小写;由于加入了随机数SALT,两个不同用户的口令即便完全相同,计算得到的SHA1的散列值也不同;不同DB中相同用户相同口令,SHA1散列值也可能不同。

目前,大多数破解工具的工作方式是得到加密口令后,对每一个可能的口令进行加密计算,比较计算结果而确定是否正确。由此,抵御口令破解可以从三个方面着手:防止加密口令外泄;在加密口令落入黑客手中后,口令也是不可破解的,或尽量增加破解的时间;即便是口令被破解,也是无用的,不能存取数据库。

防止加密口令泄露
1.应用“最少权限”原则,尽量限制可存取加密口令用户的人数

在数据库中检查具有存取SYS.USER$或DBA_USERS权限的用户,并从不需要的用户中收回权限。但是操作并不简单,这也是数据库管理工作的特点。每一厂商的软件中都实现了SQL标准之外的扩充,并且每一版本都有差异。限于篇幅,不可能对所有本文中建议的措施进行详细的解释说明,仅以此处检查权限为例展示DBA工作的复杂性。本文中如未说明,则默认版本为11g。应用于11g以前版本时,请读者确认是否需要修改。

检查权限主要的工具是数据字典视图(也可以直接存取SYS用户的基表,但基表的定义没有公布,官方不提供技术支持)。视图DBA_TAB_PRIVS存放了数据库中数据对象上的授权信息。假定用户A1和A2可以存取SYS.USER$表,检查在SYS用户USER$上有存取权限的用户,可执行如下语句:

SELECT GRANTEE FROM DBA_TAB_PRIVS WHERE TABLE_NAME=‘USER$’;

我们已经知道用户A1和A2,都可以存取SYS.USER$表,但为什么在上面查询结果中没有出现呢?这是因为在Oracle的权限管理中,对一个表的存取权限还可以通过系统权限或角色赋予,而DBA_TAB_PRIVS中仅列出了直接的对象权限的授予信息。对于SYS.USER$表而言,系统权限SELECT ANY DICTIONARY和角色DBA都包含了这一表的存取权限。所以完整列出所有可存取这一表的用户应增加下面两条查询语句的结果:

SELECT GRANTEE FROM DBA_SYS_PRIVS WHERE PRIVILEGE=‘SELECT ANY DICTIONARY’;
SELECT GRANTEE FROM DBA_ROLE_PRIVS WHERE GRANTED_ROLE=‘DBA’;

通过上面的查询语句,还是会遗漏某些用户。如果把DBA角色授权给另一角色Admin,然后又将Admin角色授权给另一用户NEWU,则此用户可存取SYS.USER$表,但在上述三个查询中并没有直接列出NEWU的名字(角色Admin会出现在第三个查询语句的结果中)。

显然,Oracle的授权构成了一棵树,完整的信息需要一段PL/SQL程序来完成。(对于11g以前版本,还需要检查对DBA_USERS视图有存取权限的用户和角色。SELECT_CATALOG_ROLE角色如被授权,则可以存取所有数据字典视图,但不能存取SYS的基表。)

2.设定对加密口令存取的审计

如果当前系统中只有SYSDBA可以存取USER$,则一个变通办法是审计SYSDBA的所有操作,其中也包括对USER$的存取。设置初始化参数audit_sys_operations =TRUE,重新启动数据库后激活对SYSDBA操作的审计。

审计文件的存放位置为:
11g版本中为:$ORACLE_BASE/admin/SID/ amp/ *.aud
11g以前版本为: $ORACLE_HOME/rdbms/audit/ *.aud。
严格限制和监视SYSDBA用户活动的最好办法是使用Oracle Database Vault组件。

3.在操作系统级限制对数据库数据文件的存取
SYSDBA用户的加密口令存放在$ORACLE_HOME/dbs下的口令文件orapw〈SID〉中。SYS.USER$表同样需要在数据文件中存放,多数为SYSTEM表空间的第一个数据文件中。此外,EXPORT文件、REDOLOG文件以及TRACE文件中都可能出现加密口令。需要严格限制上述文件的存取权限。

4.防止网络窃听

在建立连接时,客户端需要向服务器端传送用户名和口令,并且服务器端与客户端需要相互发送这次会话使用的SESSION KEY。Oracle采用Diffie-Hellman KEY交换算法和自己开发的O3LOGON协议完成上述任务。算法的细节同样已在互联网上被公开。建立连接时上述信息如果被截获,同样可以被用来破解口令。更为严重的是,如果黑客事先已经获得加密口令,结合SESSION KEY的信息,则不需要任何破解,执行简单还原运算就可算出口令明文。

另外,设计SID时不要使用如ORCL、TEST、PROD等常用名字,设定PORT号为远远大于1521的数,都可以增加黑客SID扫描的难度和时间。

5. 删除旧版的加密口令

存放在Oracle 11g数据库中的以前版本的加密口令是口令破解工具的一个突破口。在没有兼容性限制的系统中,可以考虑从系统中删除旧版口令,从而增加破解难度。

具体操作如下:

在SQLNET.ORA中增加一行:SQLNET.ALLOWED_LOGON_VERSION=11(Oracle手册中格式介绍有错误,不能加括号:…=(11)),指定最低版本。
以SYSDBA登录后,执行以下语句,删除旧版口令。
update sys.user$ set password=NULL;
delete from user_history$;
commit;

设置修改后,基于OCI的工具如SQLPLUS、10gR1和10gR2版本都可以正常登录,而JDBC type-4 则只有11g版本才允许登录。

提高口令强度
1.禁止使用缺省口令,禁止与用户名同名的口令,禁止字典词汇的口令

Oracle 11g中提供一个视图DBA_USERS_WITH_DEFPWD,可以方便地查出系统中使用缺省口令的所有用户,不足的是还有不少遗漏。读者可以在互联网找到缺省口令的列表,虽然是非官方的,但是比DBA_USERS_WITH_DEFPWD使用的官方的列表更全。破解工具附带的词汇表有的包括了大型英文词典中全部词汇,并支持词汇与“123”之类的常用后缀进行组合。需要注意的是,有的词汇表中已经出现了“zhongguo”这样的字符串,所以汉语拼音组成的口令也是不安全的。检查系统中是否存在弱口令的最常用方法就是使用前述口令破解工具进行攻击。

2.规定口令最小字符集和口令最短长度

口令字符集最小应包括字母、数字和特殊符号,口令长度最短应不少于8位,对于安全性要求高的系统,最短长度应为12位以上。同样,问题的关键在于DBA指定初始口令以及用户修改口令时保证不违反上述这些规定。每一用户都对应一个Profile,如在Profile中指定口令验证函数,则每当创建或修改口令时,会自动检查是否满足验证程序中所设定的条件,如果不满足,则口令修改失败。对口令明文进行检查,显然要比对加密口令破解效率高。此外,口令创建之时进行检查可以及时封杀弱口令,不给黑客留下破解的窗口。

指定口令验证函数的语句为:

ALTER PROFILE DEFAULT LIMIT PASSWORD_VERIFY_FUNCTION 口令验证函数名;

上例中,为“DEFAULT” Profile指定了验证函数。对用户进行分类后,应当为每一类用户分别创建自己的Profile,而不是全部使用DEFAULT。关闭口令验证函数的语句为:

ALTER PROFILE DEFAULT LIMIT PASSWORD_VERIFY_FUNCTION NULL;

在$ORACLE_HOME/rdbms/admin/下,脚本文件UTLPWDMG.SQL提供了示例的口令验证函数,执行这一脚本,将创建一名为VERIFY_FUNCTION的函数( Oracle 11g中,增加新函数verify_function_11G )。这一函数可以对口令长度是否同时出现了字母数字符号进行检查,检查是否与用户名同名,也检查口令是否是几个最常用的词汇,如welcome、database1、account1等。最后,口令修改时检查新旧口令是否过于相似。读者实际使用时应该根据系统需要对这一函数进行必要的修改和扩充。

3.使用易记忆的随机口令限定口令长度后,如果口令没有规律很难记忆,则用户会采用他们自己的方式记住口令,大大增加了遭受社会工程攻击的可能性。DBA需要帮助用户设计一个容易记忆而又不易破解的口令。一个简单易行的方法是找用户非常熟悉的一个句子,如One world One dream,然后将每一个空格替换为数字或符号:One3world2One1dream#。

定期更换口令

抵御口令破解要从多方面着手


数据库中存在多种权限用户,各种授权用户构成一棵树

应对口令泄露或被破解的措施是强制定期更换口令,设定口令重复使用限制,规定封锁口令的错误次数上限及封锁时间。即便是加密口令落入黑客手中,在被破解之前或入侵之前,修改了口令,则口令破解变得毫无意义。为了方便记忆,一般用户有重新使用之前过期口令的倾向,如果对重用不加控制,则定期更换口令将失去意义。上述对口令的管理仍然是通过Profile完成:

ALTER PROFILE DEFAULT LIMIT
PASSWORD_LIFE_TIME 30
PASSWORD_GRACE_TIME 7
PASSWORD_REUSE_TIME 365
PASSWORD_REUSE_MAX 0
FAILED_LOGIN_ATTEMPTS 10
PASSWORD_LOCK_TIME UNLIMITED
PASSWORD_VERIFY_FUNCTION my_verify_function;

上面语句制定的口令管理政策为:口令的有效期为30天,随后有7天的宽限期,宽限期后口令“过期”,必须更改口令后才能登录。只有经过365天后才能重新使用以前的口令。在连续10次输入口令错误后,账号被封锁,设定不自动解锁,必须由DBA手动解除封锁。口令验证函数为my_verify_function。

Oracle 11g以前版本,缺省设置中没有设定口令的有效期,而在Oracle 11g中缺省设置有效期为180天。程序中直接写入口令的应用在升级到11g时一定要注意有效期问题,避免半年后应用突然无法自动运行。另外,口令的有效期对SYS用户不起作用,DBA一定要主动定期更换口令。

另外一个措施是对登录数据库服务器的主机进行限定,如指定网段或指定IP地址。进一步限定客户端允许执行的程序,如对非本地登录禁止使用SQLPLUS,只允许执行某特定应用。

认真实施本文中给出的措施后,可以很有效地防止口令被破解。然而我们的目的是提高数据库系统的安全性,而不仅仅是保证口令不被破解。数据库系统安全的任何一个环节出现问题,都会导致前功尽弃。黑客的目的是入侵系统盗窃数据,是不会按常理出牌的,会尝试各种手段方式,如社会工程、安全漏洞、物理入侵等等,而不会执着地在口令破解上与我们较劲。这一点需要我们经常提醒自己,从而切实保证数据库系统安全。

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㈣ oracle数据库算法问题

说给你个思路吧。
先找出最小值,然后乘以行数看是否大于3799.
如果大于就可以用3799除以行数,然后再减就ok了
如果不大于,那就不是减同一个数了。找到第二小的数,自己算吧!

㈤ oracle 数据库在存储数据过程中,常用到一些算法,包括一些架构,如何使得性能提升的模板有哪些

请参考《数据结构》

㈥ oracle中:=与=:的区别

:="是赋值语句 如: l_name :='sky';...
"=" 是判断是否相等. 如: if 1=1 then...
":" 是变量绑定 如: if :P_NAME ='sky' then...

变量绑定 是指在sql语句的条件中使用变量而不是常量。比如shared pool里有两条sql语句,

select * from tab1 where col1=1;

select * from tab1 where col1=2;

对oracle数据库来说,这是两条完全不同的SQL,对这两条语句都需要进行hard parse。因为oracle会根据sql语句的文本去计算每个字符在内存里的hash值,因此虽然上述两条SQL只有一个字符不一样,oracle根据hash算法在内存中得到的hash地址就不一样,所以oracle就会认为这是两条完全不同的语句。而如果将上述SQL改写成select * from tab1 where col1=:var1;,然后通过对变量var1的赋值去查询,那么oracle对这条语句第一次会进行hard parse,以后就只进行soft parse。假设某条语句被重复执行了几十万次,那么使用bind var带来的好处是巨大的。一个应用程序如果bind var使用不充分,那么几乎一定会伴随着严重的性能问题。

绑定变量是相对文本变量来讲的,所谓文本变量是指在SQL直接书写查询条件,这样的SQL在不同条件下需要反复解析,绑定变量是指使用变量来代替直接书写条件,查询bind value在运行时传递,然后绑定执行。优点是减少硬解析,降低CPU的争用,节省shared_pool ;缺点是不能使用histogram,sql优化比较困难

㈦ 如何测试集群中的oracle数据库

Oracle RAC是一个集群数据库,可以实现负载均衡和故障无缝切换。如何知道RAC数据库已经实现了这些功能呢,下面就对此进行功能测试。
一、 负载均衡测试
RAC数据库的负载均衡是指对数据库连接的负载均衡,当一个新的会话连接到RAC数据库时,通过指定的分配算法将请求分配到集群的任一节点上,这就是RAC数据库完成的功能。负载均衡在RAC中分为两种:一种是基于客户端连接的负载均衡;一种是基于服务器端的负载均衡。
1. RAC客户端负载均衡
客户端连接的负载均衡配置起来非常简单,与RAC数据库的实例负载和监听没有任何关系,因此也就不需要在集群节点进行任何设置,只要在客户端机器上的tnsnames.ora文件中添加负载均衡策略配置即可。这里以Linux客户端为例进行介绍。
(1) 修改/etc/hosts文件
编辑/etc/host

㈧ ORACLE对于表中这组数据,有没有好的计算方法或者函数

在oracle中,sum一般用于统计某列的和,count用于统计行数。工具:oracle 10g 步骤: 1、oracle中emp表有如下数据: 2、要求按deptno字段统计每个deptno下有多少行数据,可用如下语句: select deptno,count(*) from emp group by deptno; 3、查询结果: 4、要求按deptno字段统计每个deptno下的sal的和是多少,可用如下语句: select deptno,sum(sal) from emp group by deptno; 5、查询结果: 其中:sum、count等在oracle中叫聚合函数,聚合函数对一组值执行计算并返回单一的值。除了 count以外,聚合函数忽略空值。聚合函数经常与 select语句的group by子句一同使用。

㈨ oracle中 如何算两个时间差

select (to_date(to_char(sysdate,'hh24mi'),'hh24mi') - to_date('1820','hh24mi'))*1440 from al;

两个日期相减的结果,单位是天,因此将两个日期相减,然后乘以1440,得到的结果就是“分钟数”

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