ORACLE数据库启停概述

          这段时间有点迷惘,不知道接下来干嘛了。想辞职,重新找一份java开发相关的工作,也就意味着这一年多数据库运维、开发的经验就浪费了,而且换到java岗我是否就真的热爱这份职业呢?真不知道干嘛了,毕业一年多,走走停停,各种折腾,24岁了,一无所成。最近迷上了一首歌4 Non Blondes - What's Up唱出了自己的迷茫与无措,希望在25岁的时候听到这首歌是不一样的感觉。
          只要使用过oracle database,那么肯定执行过很多次的startupshutdown的操作,但是你是否关心过这个过程发生了什么?这篇文章主要讲讲oracle启动与停止过程oracle后台发生的事情。

实例与数据库

          首先需要弄清楚一些概念性的东西。我们平时只会说数据库是否启动,关闭很少用到实例的概念,说到实例,或许你想到的只是SID这个词。
          实例和数据库是两个独立却又相互关联的两个不同的东西,他们都可以独立于彼此而存在。实例存在于内存,包含一大堆后台进程,而数据库存在于磁盘中。数据库和实例的关系可以是one to one或者one to many(例如RAC就是one to many的),但是绝对不存在一个实例对应多个数据库的情况。
          实例启动的时候,会为其分配一个叫System Global Area(SGA)的系统全局区的内存区域以及一系列的后台进程,它们的主要任务是:

  • 维护对内部数据的并发访问
  • 缓存数据块
  • 缓存未写入联机重做日志文件的重做数据
  • 存储SQL的执行计划

          下图展示了oracle实例的主要组件(图片来自oracle concept):
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          每个主机上可以创建多个数据库实例,ORACLE通过system identifier(SID)来唯一标识一个实例。Linux或者Unix下可以通过ORACLE_SID环境变量设置该主机访问的默认SID,当我们通过SQL Net访问数据库时也需要指定ORACLE SID。
          在我们安装oracle数据库时,我们会设置两个环境变量,一个是ORACLE_BASE,以及ORACLE_HOMEORACLE_BASE是安装oracle二进制文件的目录,ORACLE_HOME是数据库软件的安装目录,位于ORACLE_BASE子目录,我们可以在同一个主机上安装不同的数据库软件在独立的ORACLE_HOME下。

从执行startup到可以访问数据库

          数据库的启动包括了四个阶段:从SHUTDOWN->NOMOUNT->MOUNT->OPEN,如下图(图片来自ORACLE CONCEPT):
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          可以使用STARTUP NOMOUNTSTARTUP MOUNTSTARTUP启动到各个不同的状态。

NOMOUNT

          STARTUP NOMOUNT只进行instance的启动,该状态下可以执行数据库的创建、备份以及恢复操作,该阶段会依次完成以下操作:

  • 在默认位置查找server parameter file(spfile),若读取不到,则进一步查找文本格式的initialization parameter file(pfile),读取参数文件的初始化参数。
  • 根据参数文件的设置,分配SGA。
  • 启动后台进程
  • 打开alter log以及trace file写入显示参数设置。

          pfile参数文件一般默认在ORACLE_HOME/dbs目录下,以init+${ORACLE_SID}.ora方式命名。其中包含了控制文件位置、adump文件地址、UNDO表空间、兼容版本、DB_NAME、内存分配信息等。 实例启动时首先尝试读取spfile,获取失败,再寻找文本格式的pfile,都获取不到则启动失败。此时可以通过以下方式启动实例:
1、通常数据库中会存在一份pfile的克隆文件,文件名以init.ora.数字的方式命名,通过STARTUP PFILE='克隆参数文件地址'方式启动。
2、手动重建参数文件。参数文件的创建还是很简单的,注意__oracle_base*.audit_file_dest*.control_files*.db_recovery_file_dest*.db_name*.diagnostic_dest即可,其他非默认参数可以在trace文件中获取,创建pfile,然后指定pfile启动即可。
以上步骤完成后需执行create spfile from pfile命令,否则下次启动时仍需以指定pfile的方式才能启动。
          当实例启动后,具备SYSDBASYSOPERSYSBACKUPSYSDGSYSKM权限的用户就可以登录了。

MOUNT

          该阶段创建实例与数据库之间的关联。实例通过*.control_files定位控制文件位置,并打开控制文件读取数据库相关信息,包括数据文件、redo日志在磁盘中的位置以及名称。
          控制文件是实例与数据库沟通的桥梁,控制文件丢失将导致实例无法访问到数据库的信息,从而无法装载数据库。关于控制文件的重建,可以查看我之前写的一篇博文,重建控制文件。控制文件的重建需要定位所有数据文件以及redo日志的位置。

OPEN

          只有启动到OPEN状态我们才能对数据库进行正常的操作,这时普通用户才能登陆数据库。当OPEN数据库时,首先会打开除undo以外的,处于online状态的数据文件;然后打开undo数据文件;最后才是打开在线重做日志文件。如果我们关闭数据库的执行shutdown abort,那么在这一步将执行实例恢复的操作。在这个过程我们容易遇到的主要问题有,数据文件的丢失、损坏等情况。
          在11G中存在服务器异常关闭后无法自动完成实例恢复的bug,需要手动的完成实例恢复。

从OPEN到SHUTDOWN

首先看下oracle concept中SHUTDOWN数据库的顺序图:
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首先会关闭数据文件以及联机重做日志,然后关闭控制文件到NOMOUNT状态,此时实例仍在运行,最后shutdown实例。

SHUTODOWN模式

shutdown命令有ABORTIMMEDIATETRANSACTIONALNORMAL四种模式,其产生的行为如下表:

Database Behavior ABORT IMMEDIATE TRANSACTIONAL NORMAL
Permits new userconnections × × × ×
Waits until current sessions end × × ×
Waits until current transactions end × ×
Performs a checkpoint and closes open files ×

SHUTDOWN ABORT仅在迫不得已的情况下才使用,例如其他三种模式均无法关闭数据库。该模式不会将checkpoint写入数据文件的header中,也会不将SGA中的缓存的数据写入数据文件和联机重做日志中、以及对当前事物进行回滚,当启动数据库时需要进行实例恢复。

小结

          数据库启动时涉及到的参数文件以及控制文件,虽然后期都能手动重建,但是还是需要耗费一些时间的,特别是控制文件的重建。建议在日常的运维中,对控制文件和参数文件都进行一下备份,平时多花一些时间,可以让我们在遇到数据库宕机时节省很多时间。对于控制文件,我们可以创建多份控制文件,放置在不同的磁盘即可。当我们执行alter system命令修改参数时使用scope=both,将修改的参数同时写入spfile和pfile,并对pfile进行备份。
          理解数据库启动各个阶段执行的操作,对于我们快速定位无法启动数据库还是很有必要的,只有理解了每个阶段实例会进行哪些操作,我们能大大缩小数据库无法启动到下一个阶段的问题范围。