Oracle数据库启动阶段分析

栏目:Oracle 来源:网络 关注: 时间:2019-09-20

Oracle Server主要由两部分组成:Instance 和Database。Instance是指一组后台进程/线程和一块共享内存区域,而Database是指存储在磁盘上的一组物理文件。本文由数据库如何启动入手。

数据库的启动
首先来分析一下数据库的启动过程,Oracle 数据库的启动主要包含3个步骤:
1、启动数据库到 nomount 状态;
2、启动数据库到 mount 状态;
3、启动数据库到 open 状态。

下面逐个来看看各个步骤的具体过程以其含义。

1、启动数据库到nomount 状态
在启动的第一步骤,Oracle首先寻找参数文件(pfile/spfile ),然后根据参数文件中的设置,创建实例,分配内存,启动后台进程。
在这里可以看到,只要拥有了一个参数文件,就可以凭之启动实例(Instance), 这一步 骤并不需要任何控制文件或数据文件的参与。
在创建数据库时,如果在这一步骤就出现问题,那么通常可能是系统配置(内核参数等)存在问题,用户需要检查是否分配了足够的系统资源等。 来看一下启动到nomount状态的过程:
[oracle@dbtest dbs]$ cd $ORACLE_HOME/dbs
[oracle@dbtest dbs]$ ls
hc_orcl.dat init.ora initorcl.ora lkORCL orapworcl spfileorcl.ora
[oracle@dbtest dbs]$ sqlplus / as sysdba
SQL*Plus: Release 11.2.0.1.0 Production on Wed May 4 10:36:45 2016
Copyright (c) 1982, 2009, Oracle. All rights reserved.
Connected to an idle instance.
SQL> startup nomount;
ORACLE instance started.
Total System Global Area 1152450560 bytes
Fixed Size         2212696 bytes
Variable Size       922750120 bytes
Database Buffers     218103808 bytes
Redo Buffers        9383936 bytes
SQL>

注意这里,Oracle根据参数文件的内容,创建了instance,分配了相应的内存区域,启动了相应的后台进程。此时观察警报日志文件(alert_<sid>.log;show parameter dump查看路径),可以看到这一阶段的启动过程,读取参数文件,应用参数启动实例,所有在参数文件中定义的非缺省参数都会记录在警报日志文件中:
Starting up:
Oracle Database 11g Enterprise Edition Release 11.2.0.1.0 - 64bit Production
With the Partitioning, OLAP, Data Mining and Real Application Testing options.
Using parameter settings in server-side spfile /u01/app/oracle/product/11.2.0/db_1/dbs/spfileorcl.ora
System parameters with non-default values:
 processes        = 150
 sga_target        = 176M
 memory_target      = 1104M
 memory_max_target    = 1104M
 control_files      = "/u01/app/oracle/oradata/orcl/control01.ctl"
 control_files      = "/u01/app/oracle/flash_recovery_area/orcl/control02.ctl"
 db_block_size      = 8192
 compatible        = "11.2.0.0.0"
 db_recovery_file_dest  = "/u01/app/oracle/flash_recovery_area"
 db_recovery_file_dest_size= 3882M
 undo_tablespace     = "UNDOTBS1"
 remote_login_passwordfile= "EXCLUSIVE"
 db_domain        = "oracle.com"
 global_names       = FALSE
 dispatchers       = "(PROTOCOL=TCP) (SERVICE=orclXDB)"
 shared_servers      = 5
 audit_file_dest     = "/u01/app/oracle/admin/orcl/adump"
 audit_trail       = "DB"
 db_name         = "orcl"
 open_cursors       = 300
 diagnostic_dest     = "/u01/app/oracle"

然后后台进程依次启动:
Wed May 04 10:36:55 2016
PMON started with pid=2, OS id=3128
Wed May 04 10:36:55 2016
VKTM started with pid=3, OS id=3132 at elevated priority
VKTM running at (10)millisec precision with DBRM quantum (100)ms
Wed May 04 10:36:55 2016
GEN0 started with pid=4, OS id=3138
Wed May 04 10:36:55 2016
DIAG started with pid=5, OS id=3142
Wed May 04 10:36:55 2016
DBRM started with pid=6, OS id=3146
Wed May 04 10:36:55 2016
PSP0 started with pid=7, OS id=3150
Wed May 04 10:36:55 2016
DIA0 started with pid=8, OS id=3158
Wed May 04 10:36:55 2016
MMAN started with pid=9, OS id=3162
Wed May 04 10:36:55 2016
DBW0 started with pid=10, OS id=3166
Wed May 04 10:36:55 2016
LGWR started with pid=11, OS id=3170
Wed May 04 10:36:55 2016
CKPT started with pid=12, OS id=3175
Wed May 04 10:36:55 2016
SMON started with pid=13, OS id=3179
Wed May 04 10:36:55 2016
RECO started with pid=14, OS id=3184
Wed May 04 10:36:55 2016
MMON started with pid=15, OS id=3189
starting up 1 dispatcher(s) for network address '(ADDRESS=(PARTIAL=YES)(PROTOCOL=TCP))'...
Wed May 04 10:36:55 2016
MMNL started with pid=16, OS id=3193
starting up 5 shared server(s) ...
ORACLE_BASE from environment = /u01/app/oracle

这里注意一下Oracle选择参数文件的顺序:
Oracle首选spfile<sid>.ora文件作为启动参数文件;如果该文件不存在,Oracle选择spfile.ora文件;如果前两者都不存在,Oracle将会选择 init<sid>.ora文件;如果以上3个文件都不存在,Oracle将无法创建和启动instance ,Oracle将无法启动。
用户可以在SQL*PLUS 中通过show parameter spfile 命令来检查数据库是否使用了 spfile文件,如果 value 不为Null,则数据库使用了spfile文件:
SQL> show parameter spfile
NAME                 TYPE    VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
spfile                string   /u01/app/oracle/product/11.2.0
                         /db_1/dbs/spfileorcl.ora
SQL>

这时候也可以从操作系统查看启动了的后台进程:
[root@dbtest trace]# ps -ef|grep ora_
oracle  3128   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_pmon_orcl
oracle  3132   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_vktm_orcl
oracle  3138   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_gen0_orcl
oracle  3142   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_diag_orcl
oracle  3146   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_dbrm_orcl
oracle  3150   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_psp0_orcl
oracle  3158   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_dia0_orcl
oracle  3162   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_mman_orcl
oracle  3166   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_dbw0_orcl
oracle  3170   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_lgwr_orcl
oracle  3175   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_ckpt_orcl
oracle  3179   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_smon_orcl
oracle  3184   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_reco_orcl
oracle  3189   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_mmon_orcl
oracle  3193   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_mmnl_orcl
oracle  3197   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_d000_orcl
oracle  3201   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_s000_orcl
oracle  3205   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_s001_orcl
oracle  3209   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_s002_orcl
oracle  3213   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_s003_orcl
oracle  3217   1 0 10:36 ?    00:00:00 ora_s004_orcl
root   3358 3253 0 10:50 pts/3  00:00:00 grep ora_

如果这3个文件都不存在,Oracle将无法启动:
[oracle@dbtest dbs]$ mv init.ora init.ora.bak
[oracle@dbtest dbs]$ mv initorcl.ora initorcl.ora.bak
[oracle@dbtest dbs]$ mv spfileorcl.ora spfileorcl.ora.bak
[oracle@dbtest dbs]$ ls
hc_orcl.dat init.ora.bak initorcl.ora.bak lkORCL orapworcl spfileorcl.ora.bak
[oracle@dbtest dbs]$ sqlplus / as sysdba
SQL*Plus: Release 11.2.0.1.0 Production on Wed May 4 10:55:42 2016
Copyright (c) 1982, 2009, Oracle. All rights reserved.
Connected to an idle instance.
SQL> startup nomount;
ORA-01078: failure in processing system parameters
LRM-00109: could not open parameter file '/u01/app/oracle/product/11.2.0/db_1/dbs/initorcl.ora'

在Oracle整个启动过程中,参数文件是写在应用程序中的硬代码,按照如上顺序进行查 找,不能改变Oracle的搜索路径及行为,但是如果参数文件不在相应的位置,在Linux/UNIX 系统上,可以通过符号链接来进行重定位。
在参数文件中,通常需要最少的参数是 db_name,设置了这个参数之后,数据库实例就可以启动,来看一个简单的测试:
SQL> ! echo "db_name=julia" > initorcl.ora
SQL> startup nomount;
ORACLE instance started.
Total System Global Area 217157632 bytes
Fixed Size         2211928 bytes
Variable Size       159387560 bytes
Database Buffers      50331648 bytes
Redo Buffers        5226496 bytes

这样,就通过了最少的参数需求启动了Oracle实例。

2、启动数据库到mount状态
启动到nomount 状态以后,Oracle就可以从参数文件中获得控制文件的位置信息,这一部分信息在参数文件中的记录类似如下所示(Oracle缺省会创建3个控制文件,这3个控制文件的内容完全一致,是Oracle为了安全而采用的镜像手段,在生产环境中,通常应该将3个控制文件存放在不同的物理硬盘上,避免因为介质故障而同时损坏3个控制文件):
SQL> show parameter control_files
NAME                 TYPE    VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
control_files            string   /u01/app/oracle/product/11.2.0
                         /db_1/dbs/cntrlorcl.dbf

在nomount状态,可以查询v$parameter视图,获得控制文件信息,这部分信息来自启 动的参数文件;当数据库mount之后,可以查询 v$controlfile视图获得关于控制文件的信息,此时,这部分信息来自控制文件:
[oracle@dbtest dbs]$ mv init.ora.bak init.ora
[oracle@dbtest dbs]$ mv initorcl.ora.bak initorcl.ora
[oracle@dbtest dbs]$ mv spfileorcl.ora.bak spfileorcl.ora
[oracle@dbtest dbs]$ sqlplus / as sysdba
SQL*Plus: Release 11.2.0.1.0 Production on Wed May 4 11:07:07 2016
Copyright (c) 1982, 2009, Oracle. All rights reserved.
Connected to an idle instance.
SQL> startup nomount;
ORACLE instance started.
Total System Global Area 1152450560 bytes
Fixed Size         2212696 bytes
Variable Size       922750120 bytes
Database Buffers     218103808 bytes
Redo Buffers        9383936 bytes
SQL> alter database mount; 
Database altered.
SQL> select * from v$controlfile;
STATUS
-------
NAME
--------------------------------------------------------------------------------
IS_ BLOCK_SIZE FILE_SIZE_BLKS
--- ---------- --------------
/u01/app/oracle/oradata/orcl/control01.ctl
NO    16384      594
/u01/app/oracle/flash_recovery_area/orcl/control02.ctl
NO    16384      594
STATUS
-------
NAME
--------------------------------------------------------------------------------
IS_ BLOCK_SIZE FILE_SIZE_BLKS
--- ---------- --------------

在mount数据库的过程中,Oracle需要找到控制文件并锁定控制文件。如果控制文件全部丢失此时就会报出如下错误:
SQL> alter database mount;
alter database mount
*
ERROR at line 1:
ORA-00205: error in identifying control file, check alert log for more info

这时候alert.log 文件中通常会记录更为详细的信息。
因为Oracle的3个(缺省的)控制文件内容完全相同,如果只是损失了其中 1~2 个,可以复制完好的控制文件,更改为相应的名称,就可以启动数据库;如果丢失了所有的控制文件,那么就需要恢复或重建控制文件来打开数据库。
在正常Mount 数据库的过程中,数据库的警报日志文件仅记录如下信息:
alter database mount
Wed May 04 11:07:44 2016
Successful mount of redo thread 1, with mount id 1438756220
Database mounted in Exclusive Mode
Lost write protection disabled
Completed: alter database mount

在这一步骤中,数据库需要计算Mount id并将其记录在控制文件中,然后开始启动Heartbeat(心跳),每3秒更新一次控制文件。
启动到Mount状态,数据库必须具备的另外一个重要文件是口令文件,该文件位于$ORACLE_HOME/dbs目录下,缺省的名称为orapw。口令文件中存放sysdba/sysoper用户的用户名及口令:
[oracle@dbtest dbs]$ strings orapworcl
]\[Z
ORACLE Remote Password file
INTERNAL
769C0CD849F9B8B2
5638228DAF52805F
[oracle@dbtest dbs]$

在数据库没有启动之前,数据库内建用户是无法通过数据库本身来验证身份的,通过口令文件,Oracle可以实现对用户的身份认证,在数据库未启动之前登录,进而启动数据库。对于口令文件,Oracle缺省查找orapw文件,如果该文件不存在,则继续查找orapw文件,如果两者都不存在,则数据库将会出现错误。
如果口令文件丢失,通过orapw工具即可重建,所以在通常的备份策略中可以不必包含口令文件:
[oracle@dbtest dbs]$ orapwd
Usage: orapwd file=<fname> entries=<users> force=<y/n> ignorecase=<y/n> nosysdba=<y/n>
 where
 file - name of password file (required),
 password - password for SYS will be prompted if not specified at command line,
 entries - maximum number of distinct DBA (optional),
 force - whether to overwrite existing file (optional),
 ignorecase - passwords are case-insensitive (optional),
 nosysdba - whether to shut out the SYSDBA logon (optional Database Vault only).
There must be no spaces around the equal-to (=) character.
[oracle@dbtest dbs]$

通常在Linux/UNIX 平台下,在$ORACLE_HOME/dbs目录下,还会存在另外一个文件,该文件命名规则为 lk<SID>,lk指lock,该文件在数据库启动时创建,用于操作系统对数据库的锁定。当数据库启动时获得锁定,数据库关闭时释放。该文件内容通常只有一行,提示不要删除,该文件仅仅用于锁定。

3、启动数据库open阶段
由于控制文件中记录了数据库中数据文件、日志文件的位置信息、检查点信息等重要信息,所以在数据库的open阶段,Oracle可以根据控制文件中记录的这些信息找到这些文件,然后进行检查点及完整性检查。
如果不存在问题就可以启动数据库,如果存在不一致或文件丢失则需要进行恢复。
进一步地说,实际上在数据库open的过程中,Oracle进行的检查中包括以下两项:
第一次检查数据文件头中的检查点计数(Checkpoint cnt)是否和控制文件中的检查点计数(Checkpoint cnt)一致。此步骤检查用以确认数据文件是来自同一版本,而不是从备份中恢复而来(因为Checkpoint Cnt不会被冻结,会一直被修改)。下面通过一个简单的测试来说明一下Checkpoint Cnt的作用。
如果检查点计数检查通过,则数据库进行第二次检查。第二次检查数据文件头的开始SCN和控制文件中记录的该文件的结束SCN是否一致,如果控制文件中记录的结束SCN等于数据文件头的开始SCN,则不需要对那个文件进行恢复。

本文标题:Oracle数据库启动阶段分析
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