FUNCIONAMIENTO DE ORACLE SISTEMA GESTOR DE ORACLE

FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
SISTEMA GESTOR DE ORACLE............................................................................2
Funcionamiento General....................................................................................................................................2
Estructura de Física de la Base de Datos, ficheros..........................................................................................6
Estructura de Lógica de la Base de Datos. Tablespaces, segmentos y objetos..............................................14
Estructura de Memoria...................................................................................................................................25
Estructura de Procesos...................................................................................................................................29
Usuarios, Seguridad de Acceso.....................................................................................................................35
La Estructura de Datos Ejemplo.....................................................................................................................40
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4003 – Laboratori de software de gestió
Curs 2006/2007
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
SISTEMA GESTOR DE ORACLE
En éste capítulo se verá, a modo de ejemplo, el funcionamiento del Sistema Gestor
de Base de Datos de ORACLE, uno de los SGBDR más utilizados en el mundo de las
grandes empresas. Si el lector quiere introducirse en los por menores de éste, es necesaria la
consulta con el manual apropiado que ORACLE proporciona a tal efecto. Nosotros
presentaremos dicho funcionamiento a grandes rasgos para que este pueda concebir el
sistema genérico utilizado por un SGBD.
Funcionamiento General
El sistema gestor de Base de Datos de ORACLE puede ser configurado para dar el
servicio de manera más eficiente según sea la configuración que éste tome. La figura 1
ilustra el funcionamiento general del SGBD de ORACLE.
Una Base de Datos ORACLE es una colección de datos tratados todos ellos como
una unidad. Una Base de Datos que está formada por diversos tipos de ficheros dentro de
un sistema operativo. Físicamente, trataremos la Base de Datos como un conjunto de
ficheros de base de datos y ficheros de traza. Lógicamente, la veremos como un conjunto
de diccionarios, tablas de usuarios y ficheros de traza conteniendo datos de recuperación de
errores. Adicionalmente, una Base de datos requiere uno o más ficheros de control. Ellos
contienen aquella información que identifica y describe el resto de la Base de Datos.
El funcionamiento del SGBD pasa por la definición de una instancia ORACLE
[fig.2]. Una instancia consiste, básicamente en:
- Una área de memoria (llamada Area Global del Sistema, SGA) que permita una
comunicación entre los procesos,
- Al menos cinco procesos en background (SMON, PMON, DBWR, LGWR y
ARCH) utilizados por los usuarios de ORACLE.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
AREA GLOBA L DEL SIST EMA
(SGA )
Búffer Redo
Areas
PGA
Búffer Base
de
contexto
Procesos
USUARIO_ 1
Segm ento
de Datos Segm ento
de
Rollback
BASE DE DATOS
DBW R
PMON
SMON
LGW R
ARCH
Fichero de Traza
Activo
FICHEROS DE
TRAZA
ON-LINE
FICHEROS DE
TRAZA
OFF-LINE
Figura 1. Funcionamiento General del SGBDR ORACLE.
Cada una de las instancias necesita del acceso al código ejecutable que ORACLE
proporciona, aunque éste código puede ser compartido por cada una de las instancias. Una
Base de Datos puede ser accedida por múltiples instancias simultáneamente, por ello
podemos decir que ORACLE es un sistema compartido. La figura 3 muestra como se
produce el acceso de dos instancias a la Base de Datos.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
AREA GLOBAL DEL SISTEMA (SGA)
CODIGO EJECUTABLE ORACLE
SMON
PMON
DBWR
FICHEROS
CONTROL
LGWR
USU_1
USU_2
USU_3
USU_N
ARCH
FICHEROS
TRAZA
Buffers Ficheros
FICHEROS DE
BASE DE DATOS
Buffers Ficheros B.D.
Estructuras de memoria
Estructuras de Procesos
Estructuras de la Base de Datos
Estructura de Usuarios
Figura 2. Relación de las Estructuras de ORACLE.
Veremos el funcionamiento de ORACLE a partir de cada uno de los componentes
que lo componen, es decir, la estructura física de fichero y la lógica de tablas, la estructura
de procesos y la estructura de memoria.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
INSTANCIA A
S
M
O
N
P
M
O
N
D
B
W
R
INSTANCIA B
L
G
W
R
A
R
C
H
S
M
O
N
SGA
FICHEROS DE
BASE DE DATOS
P
M
O
N
D
B
W
R
L
G
W
R
A
R
C
H
SGA
FICHEROS
TRAZA
FICHEROS DE
CONTROL
Figura 3. Acceso de dos instancias a la B.D. ORACLE.
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Estructura de Física de la Base de Datos, ficheros.
En éste capítulo veremos los ficheros necesarios para ejecutar el producto
ORACLE. Estos están agrupados en diferentes tipos según el uso interno y la utilización
que a cada uno de ellos se les da. Por ello éstos serán agrupados según la función que
desempeñen:
- Ficheros de Programas de ORACLE
- Ficheros de Base de Datos
- Ficheros de Control
- Ficheros de Traza
Obviamente, será sólo el Administrador de la Base de Datos a quien le concernirá la
información incluida en los ficheros especificados anteriormente. Los usuarios de la Base
de Datos raramente necesitarán saber la información existente en éstos, a ellos les concierne
la información ‘lógica’ que de ellos se extrae, es decir los objetos de la Base de Datos que
éstos representan.
La figura 4 ilustra el número de ficheros mínimo que requiere ORACLE para su
funcionamiento:
Tipo de Ficheros
F. de Base de Datos
F. de Traza
F. de Control
Programas ORACLE
Número
1
2
1
Muchos
Tamaño aproximado
500 Kb.
50 Kb.
Según tipo de Instalación
aprox 17400 Kb. (según
instalación)
Figura 4. Número Mínimo de Ficheros por tipos
Estructuras Físicas, Estructuras Lógicas
Una estructura física es aquella que está almacenada de una manera tangible en un medio
hardware (un disco, una cinta magnética, un disquete, etc.). De ésta manera, un fichero
corresponde a un área reservada de espacio por el sistema operativo para almacenar una
determinada información. Dicho fichero, de alguna manera es tangible ya que existe de una
manera física en un medio tangible.
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Por otra parte, una estructura lógica es aquella que si bien también se corresponde a
una unidad de espacio, sus límites son independientes de su localización física. Una tabla
puede ser almacenada a lo largo de varios ficheros de bases de datos físicos.
Ficheros de Programas de ORACLE
Entre éste tipo de ficheros encontramos aquellos que son propios de la instalación
del producto ORACLE. Dependiendo del tipo de instalación, variará el número de éste tipo
de ficheros, así con el espacio requerido por éstos. De ésta manera, tendremos ficheros
ejecutables, ficheros de comandos y librerías de objetos, todos ellos formando parte de los
llamados ficheros de programa.
Obviamente, es necesaria su conservación ya que de su existencia depende la
ejecución correcta del producto.
Ficheros de Bases de Datos
Una Base de Datos ORACLE está formada por uno o más ficheros de base de datos.
Estos contienen todos los datos de la Base de Datos y se caracterizan porque:
- Cada fichero está asociado solamente a una Base de Datos.
- Una fichero físico forma una unidad lógica de la Base de Datos llamada
tablespace. Cada tablespace puede estar formado por varios ficheros de base de
datos, aunque éstos solamente pueden estar relacionados con un tablespace. Dada su
importancia, nos extenderemos en los tablespaces en posteriores capítulos.
- Todos los ficheros de base de datos de tablespaces on-line deben ser accesibles al
arrancar ORACLE RDBMS.
- Aunque no es necesario que el espacio asignado a un fichero de base de datos sea
contiguo, sí que es aconsejable para una mejor accesibilidad.
- Una vez creado, un fichero de base de datos no cambiará de tamaño.
El número de ficheros de base de datos variará en función de las necesidades de
espacio de nuestros aplicativos y del incremento realizado al ampliar dicho espacio
requerido. Siempre será obligatorio tener definido un fichero de base de datos asociado al
tablespace SYSTEM. Este almacenará información del diccionario de datos y del segmento
de rollback iniciales. El parámetro MAXDATAFILES del comando CREATE
DATABASE marcará el número máximo de ficheros. Si éste no es precisado, lo marcará el
parámetro DB_FILES del fichero INIT.ORA, fichero propio del producto ORACLE.
Las lecturas/escrituras de los ficheros de bases de datos realizadas por el sistema
operativo vendrán determinadas por el llamado tamaño de bloque. Este viene definido por
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el parámetro DB_BLOCK_SIZE del fichero CONFIG.ORA. Normalmente suele tener un
tamaño de 4Kb.
Ficheros de base de datos on-line y off-line
Mediante la instrucción ALTER TABLESPACE conseguiremos cambiar un
tablespace en modo on-line a off-line y viceversa. Un tablespace on-line indica que las
tablas que éste contiene son accesibles por el gestor de ORACLE. Un tablespace off-line
será aquel que por cualquier razón esté desactivado.
De esta manera, diremos que los ficheros asociados a un tablespace están on-line si
el tablespace lo está y estarán off-line si el tablespace del que dependen está off-line.
Creación y eliminación de un fichero de base de datos
Las instrucciones CREATE DATABASE y
CREATE TABLESPACE ...
DATAFILE ... permiten crear los ficheros de base de datos, definiendo el tamaño asignado
a éstos. Una vez se ha alcanzado el máximo de dicho espacio, es posible definir un nuevo
fichero de base de datos asociándolo a un tablespace existente mediante la instrucción
ALTER TABLESPACE ... ADD DATAFILE.
Mediante la instrucción DROP TABLESPACE conseguiremos borrar un tablespace
del sistema. Para ello deberemos asegurarnos que anteriormente esté off-line. Seguidamente
podremos eliminar los ficheros asociados al tablespace utilizando los comandos de sistema
operativo correspondientes.
Ficheros de Control
Los ficheros de control son pequeños ficheros binarios asociados a una Base de
Datos que son chequeados cada vez que la Base de Datos de ORACLE se abre. Los
ficheros de control se crean durante la instalación del producto ORACLE y deben ser
siempre accesibles cada vez que sea arrancada la Base de Datos.
Deberemos saber, pues, cuántos ficheros de control mantener, y en qué dispositivo
colocarlos. Un fichero de control contiene información sobre la manera de acceder a la
Base de Datos asociada. Por ello contiene información tal como:
- Nombre físico de la Base de Datos y de los ficheros de traza,
- Fecha y hora de creación de la Base de Datos,
- Nombre lógico de la Base de Datos.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
El fichero de control es modificado automáticamente por ORACLE, no es necesario
que éste sea editado por un operador cada vez que se produzca un cambio en su
información. Es recomendable realizar copias de los ficheros de control en diferentes
dispositivos para evitar el riesgo de fallo en un dispositivo, aunque sea tedioso el posterior
mantenimiento de éstos.
El nombre del fichero de control asociado a una Base de Datos está indicado en el
fichero INIT.ORA mediante el parámetro CONTROL_FILE. Este indica una lista de uno o
más nombres de ficheros de control. Es posible cambiar la lista para añadir o cambiar la
localización los ficheros de control siempre que la base de datos esté abajo. Para crear un
nuevo fichero de control, deberemos copiar un fichero de control existente en uno nuevo y
seguidamente añadirlo a la lista de ficheros de control. Para llevar a efecto dicho cambio,
deberemos llevar abajo la Base de Datos (shutdown) y volverla a encender (startup). El
tamaño de un fichero de control suele tener pequeñas dimensiones. Éste viene determinado
por los parámetros DB_FILES y LOG_FILES del fichero de configuración INIT.ORA.
Ficheros de Traza
Las trazas están compuestas por un conjunto de ficheros (llamados ficheros de
traza) externos a la Base de Datos que almacenan los cambios hechos durante cada una de
las transacciones contra la Base de Datos. Existen dos tipos de ficheros de traza: los
ficheros de traza on-line y ficheros de traza off-line.
Los primeros almacenan los cambios realizados por transacciones cada vez que se
produce un COMMIT en éstas. Gracias a éstos, es posible recuperar el estado de la Base de
Datos después de que se haya producido un error en ésta. El proceso encargado de escribir
las trazas en éste fichero, denominado LGWR, debe tener acceso a dichos ficheros de traza,
ya que de otra manera, ORACLE RDBMS desmontaría la Base de Datos. Cada Base de
Datos debe tener al menos dos ficheros de traza activos on-line.
El uso de los archivos de traza off-line es opcional, estos son copias de los primeros
realizadas en otro dispositivo físico. Para archivar los ficheros de traza, debe operarse el
ORACLE en modo Archivelog. Tanto los primeros como los segundos serán utilizados en
caso de error en la Base de Datos.
El uso de los ficheros de traza se debe a que el proceso encargado de escribir los
cambios en la Base de Datos, DBWR, no sincroniza dichos cambios producidos por un
COMMIT con escrituras físicas en los ficheros de bases de datos (vistos anteriormente).
Estos quedan en un búffer de operaciones de escritura a la Base de Datos. Los ficheros de
traza se utilizan básicamente para asegurar que éstos cambios se lleven a efectos. De ésta
manera se pueden llevar a cabo la vuelta atrás para aquellas transacciones terminadas en
ROLLBACK.
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Los ficheros de traza son utilizados para operaciones de vuelta atrás. Es decir,
operaciones que mediante acceso a los ficheros de traza deben dejar la Base de Datos en un
estado anterior al actual. Para éstas operaciones se utilizan los llamados segmentos de
rollback. Estos segmentos se corresponden con áreas de disco que contienen la información
necesaria para la vuelta atrás.
Ficheros de Traza On-Line
Los ficheros de traza on-line son formados por al menos parejas de dos ficheros.
Éstos se crean en el momento de creación de la Base de Datos a los que automáticamente se
asocian. Al ejecutar el comando CREATE DATABASE se especifican las siguientes
acciones que afectan a los ficheros de traza on-line:
- Modo de operación de la Base de Datos, Archivelog o Noarchivelog.
- Número de ficheros de traza on-line a utilizar,
- El tamaño de éstos,
- Lugar en donde serán creados los ficheros de traza on-line.
Los ficheros de traza on-line son una parte esencial del producto ORACLE. Estos
contienen la manera en que se produjeron cada una de las grabaciones de cada una de las
transacciones de datos realizadas en la Base de Datos asociada. Así, un COMMIT realizado
en la Base de Datos sólo se completará si se ha podido realizar una traza en el fichero de
traza asociado. Por ello, los ficheros de traza son la única manera de recuperar la Base de
Datos en caso de problemas.
El modo de funcionamiento de los ficheros de traza on-line se asemeja a un tiovivo.
Es decir, cuando el proceso LGWR escribe sobre un fichero de traza on-line y llega hasta el
final de éste, utiliza el siguiente fichero de traza on-line disponible. Cuando se completa el
último fichero de traza disponible, el gestor de la Base de Datos ORACLE utilizará el
primer fichero de traza on-line, completando y continuando la rueda de escrituras. Diremos
que cada vez que ORACLE cambia de fichero de traza se produce un cambio de fichero de
traza. La escritura circular que se ha descrito anteriormente se describe en la figura 5:
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F.TRAZA
ON-LINE A
F.TRAZA
ON-LINE B
F.TRAZA
ON-LINE C
Figura 5. Escritura Circular para los Ficheros de Traza on-line.
Es posible numerar cada uno de los ficheros de traza on-line que forman el ciclo de
escrituras visto anteriormente y marcar la secuencia en el que deben hacerse los cambios de
fichero de traza. Ello se consigue con el comando ARCHIVE LOG LIST.
Tanto el tamaño de cada fichero de traza, como el número de éstos dependerá de
cada instalación de ORACLE, según las necesidades de cada sistema, para ello deberemos
considerar los siguientes factores:
- Cuanto más grandes sean los ficheros de traza, mayor será la información de
vuelta atrás almacenada.
- Cuanto mayores sean los ficheros de traza, menores serán los puntos de chequeo
para realizar un cambio de fichero de traza.
- Cuanto mayor sea el número de ficheros de traza on-line utilizados, menor será el
uso que hagamos de los ficheros de traza off-line, ya que implícitamente estamos
haciendo un uso implícito de los ficheros de traza off-line.
- Cuanto menor sea un fichero de traza on-line menor será la información real que
habremos perdido.
Ficheros de Traza Off-Line
Los ficheros de traza off-line son utilizados para proteger la Base de Datos contra
los errores físicos que pueda sufrir el disco en la que se almacena. En importante, siempre
que sea posible, almacenar los ficheros de base de datos y los ficheros de traza on-line en
discos diferentes, pero no siempre es posible, por ello almacenaremos periódicamente los
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ficheros de traza on-line en un medio diferente, convirtiendo los ficheros de traza on-line en
ficheros de traza off-line copias de los primeros. Esta operación puede realizarse de manera
automática o manualmente, aunque siempre estando la Base de Datos en modo
ARCHIVELOG.
Puntos de Chequeo
Diremos que se produce un punto de chequeo siempre que sea necesaria la escritura
de un número predeterminado de bloques de traza a disco. También se produce un punto de
chequeo siempre que se produzca un cambio de fichero de traza. Cada vez que se produce
un punto de chequeo, el proceso DBWR escribe todos los cambios existentes en el búffer
del SGA desde el anterior punto de chequeo. Por ello, los puntos de chequeo aseguran la
escritura de los bloques de traza a sus correspondientes ficheros de traza, así como los
cambios que éstos provocan en la Base de Datos mediante la escritura a los
correspondientes ficheros de base de datos.
Segmentos de Rollback
Los segmentos de Rollback son áreas de disco utilizadas para almacenar los cambios
provocados en la Base de Datos, permitiendo la vuelta atrás de dichos cambios mediante la
instrucción ROLLBACK. Representan aquella unidad lógica asociada a un fichero de traza.
En la creación de un Segmento de Rollback se define aquel tablespace en donde se definirá
éste. Como ya sabemos, los tablespaces están representados por uno o más ficheros de base
de datos.
Al crear una Base de Datos, se crea por defecto el segmento de rollback del sistema.
Es posible añadir cuantos segmentos de rollback sean necesarios. Para ello deberemos
considerar los siguientes puntos:
- El espacio de la Base de Datos que dedicaremos a nuestros segmentos de rollback.
- La media de transacciones que tenemos en nuestra Base de Datos de manera
concurrente (para cada transacción deberemos prever un espacio en el segmento de
rollback).
- La cantidad de espacio necesario para almacenar los cambios que éstas
transacciones provocan. Normalmente, las transacciones asociadas a procesos batch
utilizan mayor cantidad de espacio que las transacciones asociadas a procesos online.
- ¿ Es posible dividir las entradas de los segmentos de rollback en varios discos ?
Por todo ello deberemos tener en cuenta la siguiente tabla, ella indica un número
aproximado de segmentos de rollback a tener en cuenta para nuestras instalaciones:
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Número de Transacciones
concurrentes
menos de 16
entre 16 y 32
más de 32
Número de Segmentos de Rollback
recomendado
4 segmentos
8 segmentos
nº transac / 4 (menor que 50)
Figura 6. Número de Segmentos de Rollback
Sea cual sea en número de segmentos de rollback escogido, es recomendable que
todos ellos tengan un tamaño similar. Al igual que las tablas de datos (que veremos
posteriormente), los segmentos de rollback se definen a partir de un tamaño inicial, que es
incrementado en extensiones finitas una vez que se haya completado el espacio asignado.
Por ello, nos aseguraremos que el tamaño total que sean capaces de cubrir nuestros
segmentos de rollback sea siempre el espacio necesario que generen las transacciones
concurrentes.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
Estructura de Lógica de la Base de Datos. Tablespaces, segmentos y objetos
En éste punto trataremos la estructura lógica de la Base de Datos de ORACLE. Esta
estructura está apoyada, obviamente, sobre la estructura de ficheros vista anteriormente, de
la que depende.
La siguiente figura representa la relación entre cada uno de los componentes lógicos
de la Base de Datos.
BASE DE DATOS
BD
TABLESPACES
OBJETOS:
Tablas, Indices, Vistas
SEGMENTOS
EXTENSIONES
TS_1
SYSTEM
Tb_1
Tb_2
Tb_3
Ind_1
Ind_2
...
...
Dato
Dato
Dato
Indice
Indice
...
...
Figura 7. Estructura Lógica de la Base de Datos ORACLE
Base de Datos
Tablespaces
Objectos
BASE DE DATOS
SYSTEM
TBSPC_1
/home/oracle/dbs/fichero1.dbf
/home/oracle/dbs/fichero2.dbf
/home/oracle/dbs/fichero3.dbf
Espacio no ocupado en el fichero de base de datos (f. de b.d.)
Espacio ocupado por un objeto del Tablespace SYSTEM en el f. de b.d. .../dbs/fichero1.dbf
Espacio ocupado por un objeto del Tablespace SYSTEM en el f. de b.d. .../dbs/fichero1.dbf
Espacio ocupado por un objeto del Tablespace SYSTEM en el f. de b.d. .../dbs/fichero1.dbf
Espacio ocupado por un objeto del Tablespace TBSPC_1 en el f. de b.d. .../dbs/fichero2.dbf
Espacio ocupado por un objeto del Tablespace TBSPC_1 en el f. de b.d. .../dbs/fichero2.dbf
Espacio ocupado por un objeto del Tablespace TBSPC_1 en el f. de b.d. .../dbs/fichero2.dbf
Espacio ocupado por un objeto del Tablespace TBSPC_1 en el f. de b.d. .../dbs/fichero2.dbf
Espacio ocupado por un objeto del Tablespace TBSPC_1 en el f. de b.d. .../dbs/fichero2.dbf
Figura 8. Enlace Estructura Física y Estructura Lógica de ORACLE.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
El SGDB de ORACLE es capaz de administrar cuantas Bases de Datos seamos
capaces de definir en el sistema (dentro de unos límites lógicos, aunque normalmente
tendremos definida una sola Base de Datos). Cada Bases de Datos estará dividida en una
estructura lógica denominada tablespace. Veremos su utilidad en el ejemplo que a
continuación se define. A su vez, cada tablespace contendrá, ahora sí, cada uno de los
objetos que necesitemos definir y sobre los que nuestros aplicativos trabajarán, es decir
cuantas tablas, índices, vistas, etc ... necesitemos para almacenar la información deseada.
Cada uno de los tablespaces definidos estará asociado a un fichero de base de datos, que a
su vez contendrá cada uno de los datos almacenados en las tablas lógicas que vemos.
La creación de dichos objetos físicos obliga a definir el tamaño inicial para este, un tamaño
de extensión una vez se haya completado el tamaño inicial asignado y un número máximo
de extensiones que puede alcanzar dicho objeto, para evitar un crecimiento descontrolado y
una dispersión física del objeto lógico dentro del fichero de base de datos. La figura 8
muestra la manera en que quedan ligadas la estructura física y la lógica.
Tablespaces
Hemos visto anteriormente la estructura básica en que se compone una Base de
Datos. Hemos visto que ésta se divide en unidades lógicas llamadas tablespaces. Una Base
de Datos puede estar formada por uno o varios tablespaces, aunque siempre deberá existir
el tablespace primario denominado SYSTEM. Un tablespace está asociado ineludiblemente
a uno o más ficheros de base de datos (vistos anteriormente). Principalmente, los
tablespaces son utilizados por el administrador de la Base de Datos para:
- Controlar el espacio que ocupan cada uno de los objetos de la base de datos
asociados al tablespace, tales como tablas, índices, vistas, etc . . .
- Definir cuotas de espacio para los usuarios de los objetos asignados a un
tablespace.
- Controlar el acceso a los datos, situando un tablespace en on-line u off-line.
- Realizar copias de seguridad de una manera más flexible.
Es decir, podríamos entender los tablespace como 'cada una de las áreas en que
podemos dividir una Base de Datos'. Obviamente, ubicaremos en cada tablespace aquellos
objetos pertenecientes a dicha 'área' (tablas, índices, vistas, etc ... necesarios).
Veamos ahora la función del tablespace SYSTEM. Éste tablespace debe existir en
cada Base de Datos. Al crearse ésta, dicho tablespace es creado automáticamente y es
obligatorio que el tablespace SYSTEM esté siempre on-line ya que contiene la siguiente
información:
- El diccionario de la Base de Datos,
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
- Los segmentos de rollback temporales,
- La ayuda en línea, siempre que ésta esté cargada,
- Aquellas tablas que el producto ORACLE utilice para su funcionamiento,
- La definición de los usuarios creados.
Aunque no es obligatorio, el uso de múltiples tablespaces permitirá al
Administrador de la Base de Datos una mayor flexibilidad. Algunos de los beneficios de un
sistema con múltiples tablespaces son:
- Diversificación en los accesos a disco siempre que los tablespaces estén asociados
a ficheros de base de datos situados en diferentes unidades de disco,
- Posible separación de los tipos de objetos en tipos, teniendo la posibilidad de
asociar todos las tablas a un tablespace, los índices a otro tablespace y las vistas a un
tercero, etc. ...,
- Forzar esquemas de utilización del espacio del disco, dependiendo de la situación
física de los ficheros de base de datos a éstos,
- Posibilidad de situar un tablespace de on-line a off-line y viceversa.
- Reservar tablespaces para tablas de un índice de actividad parecido.
Una manera de optimizar una Base de Datos es la de asociar un tablespace a un
fichero de base de datos, colocando éste fichero en un espacio de disco contiguo y en un
lugar de fácil acceso, siempre que sea posible (recordar que la parte central de un disco
tiene un acceso más rápido que los extremos de éste). De ésta manera, la accesibilidad de
la Base de Datos se haya mejorado con respecto a una Base de Datos sin una organización
previa. Por ello, la importancia de que la estructura de tablespaces y ficheros de base de
datos en la rapidez de acceso a la Base de Datos.
Segmentos y extensiones
Todos los datos de un tablespace son almacenados en 'pedazos' del espacio
reservado para la Base de Datos llamados segmentos. Por ello, un segmento es un conjunto
de bloques de la Base de Datos distribuidos para almacenar los datos de ésta. Éstos se
corresponden con el siguiente nivel lógico en que se divide la estructura lógica de la Base
de Datos, después de los tablespaces, por ello no pueden expandirse a través de más de uno
de ellos, pero sí a través de más de un fichero de base de datos (en caso de que un
tablespace esté asociado con más de uno de ellos).
Una Base de Datos se compone de cinco tipos de segmentos:
- Segmentos de Datos,
- Segmentos de Indices,
- Segmentos de Rollback,
- Segmentos Temporales y
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
- Segmento de Arranque.
De todos ellos, los dos primeros son los más utilizados implícitamente por los
usuarios de ORACLE. Al Administrador de la Base de Datos le conciernen los tres
siguientes; aunque todos ellos tienen una estructura similar, especificada mediante los
parámetros de almacenamiento, esto es, se define un tamaño inicial (compuesto por un
número finito de segmentos) y seguidamente un número, finito también, de extensiones, o
ampliaciones que permite su crecimiento. El propósito de los parámetros de
almacenamiento es controlar el espacio en que va creciendo un objeto de la Base de Datos,
limitándolo a un tamaño finito de extensiones. Una extensión será pues un espacio contiguo
de la Base de Datos (dentro de un fichero de base de datos) expresado en bytes. Por ello, al
crearse una tabla, su segmento de datos asociado contiene una extensión inicial con un
número finito de bytes. Aunque dicha tabla no contenga ninguna fila, éste espacio inicial
queda reservado de manera definitiva. A medida que el número de filas va
incrementándose, dicho espacio va siendo ocupado por datos de la tabla hasta que éste
espacio inicial se completa. Entonces es creada automáticamente una extensión. En éste
momento diremos que el segmento de datos contiene ahora extensiones.
Segmentos de Datos e Indices
Evidentemente el primero de ellos contiene todos los datos de tablas, mientras que
el segundo contendrá los datos pertenecientes a índices. Una tabla puede tener uno, más de
uno o ningún segmento de índices, dependiendo del número de índices asociados a dicha
tabla.
Segmentos de Rollback
Aunque de ellos nos hemos ocupado anteriormente, hablaremos ahora de cada uno
de los tipos de segmentos de rollback existentes, por ello podemos decir que existen:
- Segmentos de Rollback Públicos y
- Segmentos de Rollback Privados.
Aunque es posible definir ambos tipos de segmentos de Rollback en una Base de
Datos, de los primeros diremos que son los más usados en las instalaciones de ORACLE,
utilizados por cualquiera de las instancias de la Base de Datos. Los segundos son útiles en
casos excepcionales, por ejemplo para instancias particulares que requieran de un tamaño
extremadamente grande de segmento de rollback para ser ejecutadas.
Segmentos Temporales
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
Al igual que los segmentos de rollback privados, los segmentos temporales son
utilizados en casos excepcionales. Por ello los utilizaremos en operaciones tales como:
- Creación de Indices,
- Instrucciones como: SELECT ... ORDER BY,
SELECT ... DISTINCT,
SELECT ... GROUP BY,
SELECT ... UNION,
SELECT ... INTERSECT,
SELECT ... MINUS,
- Selección de Datos a través de varias tablas (Joins) sin índice,
- Selección de subqueries,
- Etc ...
Segmento de Arranque
El segmento de Arranque es creado en el tablespace SYSTEM automáticamente al
crearse la Base de Datos. Contiene la definición del diccionario de datos para las tablas, es
decir la definición de cada estructura de cada una de las tablas creadas en la Base de Datos.
Obviamente, dicho segmento ocupa un espacio pequeño comparado con el espacio que
ocupan los demás segmentos.
Objetos de la Base de Datos
Los diferentes objetos que forman parte de una Base de Datos ORACLE son los
siguientes:
- Tablas,
- Indices,
- Vistas,
- Clústers,
- Secuencias y
- Sinónimos.
Debido al amplio conocimiento que se le supone al lector de éste capítulo (es caso
contrario es recomendable la lectura del capítulo dedicado al Modelo y Teoría Relacional)
veremos de manera rápida la definición y posterior desarrollo de los dos primeros tipos de
objetos. Nos detendremos en cuestiones particulares utilizadas por ORACLE.
Tablas
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
Una tabla es la unidad elemental de almacenamiento en un sistema relacional de
datos. Compuesta, como es sabido, por filas que representan elementos de la entidad a la
que representan y columnas, con un nombre, tipo y tamaño asociado que representan cada
uno de los atributos de cada elemento de la entidad. Las tablas son creadas a partir de la
instrucción CREATE TABLE. Los parámetros de almacenamiento asociados a éste
comando permiten definir un tamaño inicial y un número finito de extensiones. La
localización física de una tabla la deberemos encontrar siempre en el fichero de base de
datos asociado al tablespace en el que sé difinió la tabla, aunque es imposible adivinar (no
para el SGDB) qué espacio exacto ocupa un dato concreto de una tabla.
Diremos que la operación de compactación de una tabla consiste en situar de una
manera contigua a cada uno de los segmentos que componen una tabla.
Indices
Los índices son estructuras de datos opcionales asociadas a tablas y clústers. Son
utilizados básicamente para:
- Incrementar el acceso a las filas de la tabla asociada,
- Garantizar la unicidad de las filas mediante el uso de las claves únicas.
Por tanto, crearemos un índice siempre que deseemos incrementar algunos de los
parámetros anteriores, teniendo en cuenta que un número elevado de índices asociados a
una tabla decrementará las operaciones de modificación y creación de filas. Normalmente
los índices son creados en una tablespace específico. El uso de un tablespace distintos para
datos y otro para índices, situados en diferentes discos, incrementa la accesibilidad de los
datos. Situando los índices y datos en un único tablespace obtendremos una mayor facilidad
en el mantenimiento de la Base de Datos para realizar backups. Situaremos los índices en el
tablespace que más nos convenga, dependiendo siempre de la instalación que debamos
realizar.
El acceso de los datos a través de los índices asociados se realiza utilizando la
estructura de Arboles B+. Veamos como se funcionan dichas estructuras a partir de la
figura 9:
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
M
B
ADAM
ALLEN
J
BLAKE
FORD
MI
JAMES
JONES
MARTIN
T
MILLER
SCOTT
TURNER
WARD
Figura 9. Arboles B+
A partir de un nodo inicial, y basándonos ramificaciones, llegaremos al nodo
deseado. El identificador de la fila asociado a dicho nodo nos permitirá el acceso directo a
la tabla de datos para la que se define el índice. Las filas con valores nulos no formarán
parte de dicha estructura de índice.
Vistas
Aunque técnica y físicamente no podemos tratar las vistas como tablas de datos, sí
que podemos afirmar que lógicamente son verdaderas tablas de datos. Una vista almacena
el resultado de una consulta previamente definida realizada contra una tabla de datos. Por
ello, aplicando la teoría relacional, podemos tratar las vistas como verdaderas tablas lógicas
de datos.
Normalmente utilizaremos las vistas para facilitar y restringir las consultas de datos hacia
las tablas definidas en la Base de Datos. Debido que éstas son simples referencias a las
tablas de datos, no ocupan el espacio físico de la consulta que representan (sólo ocupan
espacio en el diccionario de datos).
El usuario de vistas debe tener presente en cada momento las tablas de datos a las
que éstas hacen referencia, ya que un cambio en éstas últimas (alteración de campos,
eliminación de la tabla de datos asociada, etc ...) no modificará automáticamente las vistas
de éstas.
Dada la tabla de datos CLIENTES, supongamos que deseamos ocultar a los usuarios la información
referente a los clientes no pertenecientes a nuestra provincia. Para ello crearemos la vista
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
CREATE VIEW clientes_baleares AS
SELECT * FROM clientes
WHERE provincia = 'BALEARES'
No olvidemos que los usuarios de dicha vista verán los datos que ésta ofrece como una tabla lógica
de datos.
Figura 10. Uso de las Vistas
Clústers
Los clústers son utilizados como un modo alternativo de almacenamiento de tablas.
Los clústers representan grupos de tablas almacenadas de manera conjunta ya que éstas
comparten columnas comunes y son utilizadas frecuentemente juntas.
Por ello, el uso de clústers puede modificar sensiblemente la velocidad de respuesta
frente a consultas de datos con tablas enlazadas mediante éste sistema. Debemos tener en
cuenta una serie de consideraciones sobre el uso de éstas:
- Los tiempos de búsqueda y cálculo se reducen ya que la información está
almacenada de manera conjunta,
- El espacio de almacenamiento se reduce al estar almacenada una sola vez la
información redundante de varias tablas,
- Los clústers almacenan más eficientemente un conjunto de tablas que si éstas
fuesen almacenadas de manera separada,
- El uso de clústers, así como el de índices, no afecta al diseño futuro de las
aplicaciones que manejen dichos datos,
- El uso de clústers permite una mejor identificación de la información existente
(ello se nota especialmente al asociar las columnas código con la tabla que contiene
la descripción de dicho código)
Así, aquellas tablas que son consultadas frecuentemente de manera conjunta son
candidatas a ser asociadas mediante clústers. Obviamente, las columnas que formen el
campo clave de unión con las tablas serán utilizadas en la asociación.
Secuencias
Las secuencias son un tipo de objetos utilizados para establecer y asociar una
numeración correlativa de manera automática en las columnas que así se desee realizar.
Las secuencias serán numeradores siempre de tipo numérico a los que se les asocian las
siguientes propiedades:
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- Un inicio,
- Un final,
- Un valor de incremento,
- Una marca que indique si la secuencia es cíclica o no.
Existen dos funciones utilizadas en la manipulación de las secuencias: NEXTVAL
es utilizada para generar el siguiente valor de la secuencia, para ello incrementa la
secuencia en la unidad de incremento definida para ésta y obtiene dicho valor; CURRVAL
obtiene el valor actual de la secuencia sin incrementar el valor de ésta.
El siguiente ejemplo muestra el uso de las secuencias:
Supongamos la secuencia seqval definida como:
CREATE SEQUENCE seqval INCREMENT BY 10
START WITH 0
La sentencia:
SELECT seqval.NEXTVAL A, seqval.NEXTVAL B, seqval.CURRVAL C FROM dual
generaría la salida:
A
B
C
--- --- --10 20 20
Figura 11. Uso de las Secuencias
El uso de los operadores CURRVAL y NEXTVAL está restringido en las siguientes
cláusulas:
- SELECT ... WHERE ...
- SELECT ... ORDER BY ...
- SELECT ... CONNECT BY ...
- SELECT ... GROUP BY ...
- SELECT DISTINCT ...
En cambio, el uso de secuencias está indicado para las sentencias siguientes:
- INSERT ... VALUES ...
- UPDATE ... SET ...
- SELECT .NEXTVAL FROM dual
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
- CREATE TABLE AS ... INSERT .NEXTVAL
- UPDATE ... SELECT .NEXTVAL.
Es posible modificar el valor de una secuencia, así como alguna de las propiedades
que la definen, utilizando el comando ALTER SEQUENCE.
Sinónimos
Un sinónimo es un objeto utilizado como enlace para el acceso a cualquiera de los
demás objetos definidos en la Base de Datos. Es decir, dado cualquier objeto de la misma,
podemos crear un segundo acceso a ésta mediante la utilización de un sinónimo. Veamos la
siguiente figura para entender mejor el uso de los sinónimos:
Supongamos la tabla: EMPLEADOS
Podemos acceder a la información que ésta contiene mediante la instrucción:
SELECT codigo, direccion, telefono FROM empleados
WHERE nombre LIKE 'A%'
Después de la instrucción:
CREATE PUBLIC SYNONYM trabajadores ON empleados
la instrucción:
SELECT codigo, direccion, telefono FROM trabajadores
WHERE nombre LIKE 'A%'
implica la misma consulta que la primera.
Figura 12. Uso de sinónimos
El Diccionario de Datos
Hasta ahora hemos estado hablando del Diccionario de Datos aunque en ningún
momento hemos definido la finalidad y estructura del mismo. En éste punto veremos la
definición del diccionario de datos, qué tipo de objetos lo forman, el esquema de diseño que
sigue y la manera de modificar su contenido.
Dicha estructura es utilizada por el Administrador de la Base de Datos, aunque
algunos usuarios pueden beneficiarse de alguno de sus contenidos. Así, podemos definir el
Diccionario de Datos como un conjunto de tablas y vistas de sólo lectura, propias del
producto ORACLE que contienen la siguiente información:
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
- Los nombre de cada uno de los usuarios de la Base de Datos ORACLE,
- Derechos y privilegios que tienen cada uno de ellos,
- Los nombres de cada uno de los objetos definidos en la Base de Datos, es decir,
tablas, vistas, índices, clústers, sinónimos y secuencias,
- Claves primarias y externas referentes a los índices existentes,
- Valores por defecto para las columnas,
- Enlaces entre columnas,
- Espacio que ocupan los objetos definidos,
- Información referente a las posibles auditorias realizadas en la Base de Datos,
- Información general de la Base de Datos.
He aquí una breve relación de las tablas y vistas más utilizadas en el diccionario de
datos:
DICTIONARY: Relación de las tablas y vistas que componen el Diccionario de Datos
ALL_USERS: Información acerca de los usuarios de la Base de Datos
ALL_OBJECTS: Información acerca de cada uno de los objetos, es decir, tablas, índices, vistas,
secuencias, synónimos, etc. ... existentes en la b.d. accesible por el usuario.
ALL_TABLES: Descripción de las Tablas accesibles por los usuarios
ALL_INDEXES: Relación de los índices accesibles por los usuarios.
ALL_SEQUENCES: Relación de las secuencias existentes
ALL_VIEWS: Texto de las Vistas accesibles en la Base de Datos
ALL_SYNONYMS: Relación de sinóminos en la Base de Datos.
ALL_TAB_COLUMNS: relación de cada una de las columnas y tablas existentes en la b.d.
TABLE_PRIVILEGES: Relación de cada uno de los privilegios existentes en cada una de las tablas
de la Base de Datos, asociándolo con cada uno de los usuarios.
COLUMN_PRIVILEGES: Relación similar a la anterior, a nivel de columnas.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
Estructura de Memoria
En éste apartado describiremos la estructura de memoria utilizada por ORACLE.
Dicha estructura viene definida a partir de las siguientes áreas:
- Area Global del Sistema (SGA),
- Búffers de base de datos,
- Búffers de traza,
- Area Global de Programas (PGA),
- Areas de contexto,
- Areas de software,
- Memoria virtual.
Es decir, en ella se almacenará básicamente información del tipo:
- El código de sus programas ejecutables,
- Los datos necesarios para la ejecución de éstos,
- Información necesaria para comunicación entre procesos.
Todas las operaciones realizadas por el Gestor de la Base de Datos ORACLE están
basadas en la estructura de memoria y procesos existente. Esta se basa en la memoria
principal de la computadora sobre la que está instalado el producto. Un proceso es un
trabajo o tarea que realiza operaciones en memoria. Entre éstos, se incluyen los procesos
que cada uno de los usuarios ejecuta, más los cinco procesos background de ORACLE ya
presentados en la introducción y que en capítulos posteriores desarrollaremos.
Veamos cada una de las áreas en que se compone la estructura de memoria de
manera separada.
Area Global del Sistema (SGA)
La SGA (System Global Area, Area Global del Sistema) es un conjunto de Búffers
de memoria compartida que contiene tanto datos como información de control para una
instancia de la Base de Datos. El SGBD es quien escribe directamente sobre dicha área a
partir de la ejecución del código que el usuario procesa.
El SGA contiene entonces los búffers de la Base de Datos, los búffers de redo e
incluso información cacheada del diccionario de datos. Por ello, cada instancia mantendrá
su propia SGA, y todas las SGAs existentes serán compartidas por cada uno de los usuarios
conectados a la Base de Datos.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
Veamos como actúan los búffers de la Base de Datos existentes en el SGA durante
la ejecución de una transacción que produce modificación de datos:
- Cada instrucción que ejecuta una transacción modifica el bloque de segmento de
datos correspondiente en su buffer correspondiente. Un bloque del buffer de la Base
de Datos se corresponde unívocamente con un bloque de un fichero de base de datos
(vistos anteriormente). Si es demandada una información de un bloque del fichero
que no existe en el buffer de la Base de Datos, éstas es leída y llevada al buffer. De
ésta manera, la transacción modifica la información existente en el buffer de la Base
de Datos, nunca directamente la información existente en el fichero de base de
datos.
- Al mismo tiempo, se almacena aquella información necesaria para realizar una
posible vuelta atrás de la transacción en su correspondiente bloque de rollback del
buffer de redo correspondiente.
- Al grabarse una transacción, la información existente en el buffer de redo es
escrita en su correspondiente fichero de traza (aquel que esté on-line en el momento
de la escritura).
La información existente en el buffer de la Base de Datos no es escrita al terminar la
transacción, sino que dicha información queda en dicho buffer. El proceso DBWR será el
encargado de escribir dicha información en los ficheros físicos de base de datos siguiendo
un algoritmo llamado LRU (Least fRequence Used, el menos utilizado frecuentemente).
Dicho algoritmo trabaja de la siguiente manera:
- Los procesos de cada usuario provocan nuevas inserciones de bloques en el buffer
de memoria,
- Aquellos bloques que no son utilizados quedan marcadas en una 'lista de
utilización de bloques',
- De ésta manera, inserciones de nuevos bloques provocan la salida de aquellos
bloques situados al final de la 'lista'.
Area Global de Programas
El área global de programas (Program Global Area, PGA) es un búffer de memoria
de lectura-escritura no compartida que contiene datos e información de control acerca de
cada uno de los procesos de un usuario. Por ello, diremos que cada proceso provocado por
un usuario contendrá su propia PGA.
Un usuario, al conectar con la Base de Datos ORACLE (desde cualquiera de sus
componentes) provoca la creación de una PGA que contiene información acerca de la
conexión. Si el sistema operativo no es capaz de suministrar dicha memoria, se producirá
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
un error de conexión por falta de memoria. Además, cada PGA incluye las llamadas áreas
de contexto que serán descritas seguidamente.
Los parámetros:
- OPEN_CURSORS,
- OPEN_LINKS,
- SAVEPOINTS,
- DB_FILES y
- LOG_FILES
del fichero de configuración INIT.ORA permiten definir el tamaño de cada PGA. El
tamaño para los procesos background (DBWR, LGWR, SMON, PMON y ARCH) vendrá
definido adicionalmente por éstos y otros parámetros.
Areas de Contexto
El término área de contenido es asociado frecuentemente al término cursor1, ya que
en muchas ocasiones representan lo mismo.
Cada instrucción SQL provocada por un proceso de un usuario requiere de su área
de contexto, un buffer de memoria de lectura-escritura no compartida creado para
almacenar la información del proceso acerca de la ejecución de la instrucción SQL.
El SGBD crea automáticamente una área de contexto cada vez que una instrucción
SQL lo requiere, y la cierra al finalizar la ejecución de la misma. Por ello, un proceso puede
tener varias áreas de contexto asociadas a su PGA. Esta estructura contiene información
acerca de:
- El texto de la instrucción SQL,
- La traducción de dicho texto,
- Una fila para el resultado de valores intermedios en la ejecución de la instrucción,
- Información de la ejecución del cursor de la instrucción,
- Información de control para instrucciones de ordenación de datos.
Areas de Software
1
El término cursor está asociado a la ejecución de instrucciones SQL. La ejecución de una instrucción SQL
provoca la 'creación de una tabla fictícia' sobre la que se opera, o consulta. El apuntador a cada una de éstos
registros que componen la tabla se denomina cursor. Diremos, pues que al iniciarse una instrucción SQL se
abre un cursor, que es cerrado al finalizar la ejecución de la misma. Un usuario es capaz de crear pues
cursores de una manera implícita. El lector encontrará una mayor extensión acerca de la utilización de
cursores explícitos en el capítulo dedicado a la programación de PRO*C.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
Las áreas de software proporcionan porciones de memoria de sólo lectura,
compartidas o exclusivas según instalación utilizadas para almacenar el código que el
usuario ejecuta. El código contenido en cada uno de los cinco procesos background también
ocupa espacio en dichas áreas de memoria, aunque éste espacio ocupa un lugar protegido y
exclusivo diferente al asignado a los usuarios.
Estas áreas están asociadas al contenido de los ficheros programas de ORACLE vistos
anteriormente.
Memoria Virtual
Dependiendo del sistema operativo sobre el que esté instalado el producto
ORACLE, éste puede utilizar parte de la llamada memoria virtual. Esta proporciona la
ventaja de utilizar espacio de disco simulando espacio de memoria real o principal.
El objetivo de éste apartado no es el de explicar el funcionamiento de la memoria
virtual, sino simplemente hacer constancia de la existencia de éste tipo de estructura de
memoria.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
Estructura de Procesos
Trataremos ahora la descripción general de los tipos de procesos utilizados por el
SGBD de ORACLE, su utilización, la implementación actual y las opciones que nos ofrece
el sistema operativo. Hablaremos de conceptos tales como los procesos de usuarios, los
cinco procesos background utilizados por el sistema de usuarios y la diferencia de
funcionamiento entre un sistema ORACLE funcionando en single-task o funcionando en
two-task.
Definimos un proceso como un mecanismo, dentro del sistema operativo sobre el
que convive, capaz de ejecutar una serie de instrucciones en una área, normalmente propia,
de memoria. La estructura de procesos de un sistema define cuantos procesos pueden
ejecutarse al mismo tiempo y como son ejecutados éstos. Dicha estructura debe conseguir
dos metas básicas:
- Simular un entorno privado en un entorno público de procesos, en donde todos
ellos trabajan simultáneamente y
- Permitir que cada uno de los procesos comparta todos los recursos de la máquina
sobre la que se ejecuta sin que ninguno de ellos hagan un uso individual de éstos.
En un sistema ORACLE existen diferentes tipos de procesos. Estos son:
- Procesos de usuario, es decir, aquellos procesos que son utilizados directamente
por un usuario o por las aplicaciones que éste ejecuta.
- Procesos del servidor, aquellos invocados por otros procesos. Estos a su vez se
dividen en:
- Procesos sombra: asociados indefectiblemente a un proceso de usuario
- Procesos background, compuesto por el conjunto de cinco procesos vistos
anteriormente: SMON, PMON, DBWR, LGWR y ARCH, utilizados en un
sistema multiproceso, no están asociados a un proceso de usuario, aunque
éstos se sirven de los procesos background para realizar funciones contra la
Base de Datos. Su ciclo de vida empieza al arrancar el SGBD y finaliza al
hacerlo éste.
Todos ellos serán descritos con mayor extensión en los siguientes puntos.
Single-Task contra Two-Task
La estructura de procesos del SGBD presenta dos variaciones principales
dependiendo de sí los programas que representan los procesos son compartidos o no.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
Los procesos de usuario son creados cada vez que un usuario del sistema hace
referencia a cualquier aplicación que requiera conexión con ORACLE. Los procesos de
usuario se comunican con la Base de Datos a través del llamado program interface.
En sistemas single-task, las aplicaciones del usuario, el núcleo de ORACLE y el
program interface son todos ejecutados bajo un mismo proceso. Este último es el encargado
la protección del código ejecutable de éstos, así como del traspaso de datos entre el usuario
y ORACLE. Bajo éste sistema solo se permite una única conexión a la Base de Datos por
proceso. Este sistema es utilizado cuando se requiere una clara separación entre los
programas de usuario y los de ORACLE, así como una integridad y privacidad de los datos
que el sistema operativo no es capaz de asegurar.
Programa Usuario
Un Proceso para
dos programas
Program
Interface
Programa ORACLE
Figura 14. Single Task sobre un ordenador
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
Programa Usuario
Proceso
del
Usuario
Program
Interface
Proceso
Sombra
Programa ORACLE
Figura 15. Two Task sobre un ordenador
Los sistemas two-task sitúan los procesos sombra, aquellos generados a partir de los
procesos de usuario de los que dependen, en diferentes procesos asociados. Para ello se
utiliza el mecanismo de comunicación entre procesos que ofrece el sistema operativo. De
ésta manera, cada proceso conectado a ORACLE tendrá su propio proceso sombra.
El sistema two-task es utilizado por el producto SQL*Net al ejecutar un programa
en un ordenador cuya Base de Datos remota está situada en otra máquina externa a ésta.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
Proceso
del
Usuario
Programa Usuario
Máquina Local
Protocolo
Program
Comunicación Interface
Máquina Remota
Proceso
Sombra
Programa ORACLE
Figura 16. Two Task sobre dos ordenador
Instancias en Multiproceso contra Monoproceso
El Gestor de la Base de Datos de ORACLE puede funcionar en cualquiera de los
modos expuestos en el título anterior dependiendo del valor del parámetro
SINGLE_PROCESS (true ó false) dentro del fichero de configuración INIT.ORA. Veamos
las peculiaridades de cada uno de los modos de procesamiento que presenta el Gestor.
El monoproceso, o también llamado único usuario, permite la entrada a la Base de
Datos de un único usuario. Así la entrada de más de un usuario de forma concurrente no
está permitida. Aquellas instalaciones de ORACLE sobre sistemas operativos que no
soporten dicha concurrencia deben hacerse en éste modo (p.e. MS-DOS). Por ello éstas
instalaciones son también 'monoinstanciales', la Base de Datos no puede ser consultada por
dos o más instancias a la vez.
El multiproceso es aquel que permite el acceso de dos o más usuarios contra la Base
de Datos de una manera concurrente. Éste modo requiere de la puesta en marcha de los
cinco procesos que anteriormente hemos llamado procesos background. La función de
éstos es la de mejorar el sistema de manera que se permita un acceso concurrente y fiable a
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
la Base de Datos, por ello cada una de las instancias se sirve de éstos procesos para realizar
dicha concurrencia. Veamos de manera separada cada uno de éstos procesos:
DBWR: Database Writer
Está encargado de escribir aquellas modificaciones provocadas en los bloques
existentes en el buffer de la Base de Datos. El algoritmo que sigue dicho proceso asegura la
existencia de los bloques que últimamente han sido consultados, escribiendo aquellos
bloques que no son consultados frecuentemente; de ésta mantiene los bloques con aquella
información que más recientemente ha sido requerida y escribe los bloques que no son
requeridos.
LGWR: Log Writer
Se ha dicho con anterioridad que la finalización de una transacción mediante un
COMMIT no aseguraba la escritura física del bloque correspondiente a disco, sino que es el
proceso DBWR el encargado de dicha tarea (siguiendo el llamado algoritmo). El proceso
LGWR permite la actualización de las modificaciones que realiza una transacción en los
ficheros de trazas a partir de las modificaciones anotadas en el buffer de redo. La
terminación de dicha transacción en COMMIT provoca la escritura de las anotaciones
realizadas en el buffer sobre el fichero de traza on-line que es el momento de la escritura
esté activo.
SMON: System Monitor
Este proceso se encarga de la recuperación de instancias en caso de error. Por ello,
éste es referenciado por aquellos procesos que los requieran.
PMON: Process Monitor
El proceso PMON actúa en caso de errores en procesos de usuarios. Está encargado
de liberar aquellos recursos utilizados por los usuarios. Por ello resetea la tabla de
transacciones activas, modifica los bloqueos entre tablas y elimina los procesos que ya no
actúan.
ARCH: Archiver
Está encargado de realizar copia a cinta (u otro medio) de aquellos ficheros de traza
on-line cuando éstos se llenan siempre que esté habilitado el modo ARCHIVELOG.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
El Program Interface
El program interface actúa como interface entre los programas de usuario
(aplicaciones, programas batch, etc ...) y los programas de ORACLE. Las funciones
principales de éste son:
- Asegurar una barrera de seguridad, previniendo la Base de Datos de accesos
destructivos de procesos de usuarios no deseados,
- Actuar como un mecanismo de comunicaciones entre los procesos de usuario y la
Base de Datos, transformando y traduciendo datos y errores de ésta entre
posiblemente ordenadores diferentes y aplicativos con tipo de datos distintos,
- Formatear la información requerida de la Base de Datos, traduciendo y
devolviendo errores.
Por ello, decimos que el program interface es un nivel, o 'capa' situada entre la Base
de Datos y los aplicativos de los usuarios. La estructura viene definida a partir de
estructuras básicas, entre las que pueden distinguirse las siguientes:
- UPI, User Program Interface (Program Interface del Usuario),
- OPI, ORACLE Program Interface ( Program Interface de ORACLE),
- Drivers, por ejemplo de comunicaciones,
- Software de Comunicaciones propio del sistema operativo,
- OCI, ORACLE Call Interface (Call Interface de ORACLE),
- SQL, Interface del Precompilador de SQL.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
Usuarios, Seguridad de Acceso.
Hasta ahora hemos hablado de los elementos esenciales que integran el SGBD, pero
es precisamente la presencia de los usuarios lo que activa la ‘maquinaria’ del producto
ORACLE. Obviamente, sin la existencia de dichos usuarios no se justificaría de ningún
modo la presencia de todas las estructuras vistas anteriormente.
En éste capítulo distinguiremos la accesibilidad de los usuarios respecto a la Base de
Datos y de éstos hacia cada uno de los objetos definidos en ésta.
Usuarios y Base de Datos
Empezaremos por definir los tipos de acceso que se le otorga a un usuario, la
manera en que se puede cambiar los atributos de éste y un procedimiento útil a seguir para
la creación de los usuarios de la Base de Datos.
Una de las tareas encomendadas al Administrador de la Base de Datos es la de
permitir la entrada a aquellos usuarios que deban tener acceso a ésta de una manera
controlada. Para ello, el usuario debe tener un nombre de usuario y una contraseña de
entrada definida en la Base de Datos ORACLE. Una vez creado el usuario, ORACLE
define una serie de prioridades que pueden ser otorgadas a éstos. Dichas prioridades marcan
el tipo de acceso que un usuario puede realizar a la Base de Datos. La información referente
a dichos privilegios, así como aquella asociada a cada usuario, queda almacenada en el
diccionario de la Base de Datos, y por ello en éste tenemos información acerca de:
- El tipo de acceso del usuario a la Base de Datos, es decir acceso del tipo
CONNECT, RESOURCE o DBA,
- Tablespace por defecto asociado al usuario, y por ello tablas, índices, etc. ...
asociados a dicho tablespace,
- tablespace temporal para la ejecución de aquellos procesos que los requieran,
- Cuota de tablespace máxima de utilización dentro del tablespace.
Como hemos visto anteriormente, es posible asociar un privilegio a cada uno de los
usuarios de la Base de Datos, de manera que éste le permite realizar una serie de acciones u
otras en función de dicho privilegio. En ORACLE es posible definir hasta tres tipos de
entrada diferentes a la Base de Datos cada uno de ellos con unas peculiaridades. Veamos
cada uno de ellos:
- Usuarios con privilegio CONNECT: a un usuario con éste tipo de privilegio sólo
le es permitido una conexión simple a la Base de Datos. De ésta manera, dicho
usuario podrá ejecutar cuantas transacciones requiera siempre que sean del tipo:
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
- Conexión a la Base de Datos (CONNECT),
- Consultas con tablas, vistas de otros usuarios, (SELECT) siempre que
dichos objetos tengan uso público o uso privado definido para dicho usuario
(veremos posteriormente los privilegios que pueden tener los objetos de la
Base de Datos),
- Realizar operaciones de modificación e inserción (UPDATE, INSERT)
contra objetos de la Base de Datos con privilegios para ello,
- Crear objetos propios tales como vistas, sinónimos y enlaces a Bases de
Datos externas. Sin embargo, no podrá crear tablas, clústers, secuencias o
índices.
Aquellos usuarios que convivan en un entorno con más de una Base de Datos
deberán tener el privilegio CONNECT en cada una de las Bases de Datos en donde
deseen acceder.
- Usuarios con privilegio RESOURCE: los usuarios con el privilegio RESOURCE
adquieren automáticamente los privilegios anteriormente vistos. Además, éste
privilegio permite la posibilidad de crear aquellos objetos de la Base de Datos que
no es posible crear con el privilegio anterior, es decir crear tablas, clústers,
secuencias e índices. El privilegio RESOURCE puede darse de tres maneras
diferentes:
- Sin restricciones de acceso a ninguna de las tablas de la Base de Datos,
- Restringiendo el acceso a aquellas tablas de la Base de Datos asociadas a
un tablespace,
- Especificando una cuota de espacio para aquellas tablas pertenecientes a un
tablespace.
La manera normal de operar, y la que asegura una protección a la Base de Datos es
la permitir a todos los usuarios un acceso con CONNECT a toda la Base de Datos, y
asociar a los tablespaces requeridos el privilegio de RESOURCE a los usuarios que
lo soliciten.
- Usuarios con privilegio DBA: los usuarios con el privilegio DBA tienen
asegurados los privilegios anteriores. Además pueden realizar las siguientes
operaciones:
- Acceder a cualquier tabla existente en la Base de Datos y ejecutar cualquier
instrucción SQL sobre ésta,
- Dar y/o eliminar los privilegios sobre objetos existentes a cualquiera de los
usuarios,
- Crear sinónimos de uso público,
- Crear y/o modificar tablespaces, así como operar con ellos (poner en
on/off-line, realizar copia de seguridad de un tablespace, etc. ...).
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
Aunque el número de usuarios DBA en un sistema ORACLE no está restringido, no
es correcto que dicho número sea ilimitado por razones obvias. Por defecto, las
instalaciones de ORACLE vienen configuradas con dos usuarios del tipo DBA, los
usuarios SYSTEM y SYS. Es importante que tanto los privilegios como las
características de éstos no sean alterados.
Es posible modificar los privilegios que a un usuario se le han otorgado, ya sea para
incrementar las operaciones que éste puede realizar, como para disminuirlas. Existen otros
atributos asociados a un usuario, alguno de ellos vistos anteriormente. Estos son:
- El tablespace por defecto al sobre el que un usuario trabaja, y por tanto sobre el
que creará sus objetos,
- El tablespace temporal por defecto de dicho usuario,
- La cuota de espacio permitida a un usuario sobre un tablespace.
- Definiendo un usuario con el prefijo ‘OPS$’ en el nombre de un usuario,
permitiremos un acceso directo2 a la Base de Datos de éste, tomando el nombre de
usuario de sistema operativo. Es decir un usuario de sistema operativo llamado
‘alfonso’ tendrá acceso directo siempre que exista en la Base de Datos un usuario
llamado ‘ops$alfonso’.
Por todo ello, seguiremos el siguiente procedimiento para crear un usuario en la
Base de Datos ORACLE:
1- Decidir el nombre y contraseña inicial del usuario,
2- Decidir si dicho usuario es de acceso directo, por ello añadiremos al nombre del
usuario el prefijo ‘OPS$’,
3- Si el usuario va a crear objetos, identificar sobre que tablespace realizará dichas
operaciones de creación de objetos. Identificar el tablespace temporal que dicho
usuario utilizará,
4- Decidir el tipo de acceso, así como la cantidad de espacio permitido sobre cada
tablespace,
5- Permitir el privilegio RESOURCE sobre el tablespace requerido, con la cuota de
espacio necesario, así como marcar el tablespace temporal que utilizará (según pto.
3),
6- Informar al usuario de su nombre de usuario, password y si es de acceso directo o
no.
Usuarios y los Objetos de la Base de Datos
2
Acceso directo a la Base de Datos indica que podemos omitir la entrada de
nombre_usuario/password en cualquier producto ORACLE simplemente pulsando Intro/Intro en cada una de
ellas.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
Este apartado está especialmente indicado a aquellos usuarios a los que se les ha
asignado el privilegio DBA ya que éste explica, entre otras, los posibles accesos que puede
realizarse hacia un objeto.
Como ya es sabido, un objeto tiene como característica principal la del propietario,
es decir, la persona que creó dicho objeto (mediante la instrucción CREATE TABLE,
INDEX, VIEW, etc.). Este propietario, en principio, está autorizado al acceso de todos los
datos que representa dicho objeto (es decir, acceso a todas las filas y columnas) y a
conceder acceso parcial o total a otros usuarios (mientras que un usuario del tipo DBA no
se quite ésta propiedad sobre el objeto determinado).
Veamos los tipos de accesos que es posible definir a partir de la instrucción que
permite otorgar dichos accesos:
GRANT SELECT, UPDATE, INSERT, DELETE, INDEX
ON objeto
TO usuario WITH GRANT OPTION
Ello nos indica los tipos de acceso que es posible otorgar a un usuario no propietario de un
objeto. Por ello diremos que los usuarios podrán consultar, modificar y añadir filas o
borrarlas (SELECT, UPDATE, INSERT, DELETE respectivamente) sobre un objeto según
el acceso que se haya definido sobre él. El parámetro WITH GRANT OPTION indica que
el usuario, a su vez, puede otorgar accesos a otros usuarios. El acceso INDEX indica el uso,
en caso de que existan, de los índices asociados al objeto.
Este tipo de acceso está definido especialmente sobre tablas y vistas. Existen
algunas restricciones tales como:
- No es posible ejecutar instrucciones del tipo UPDATE, INSERT o DELETE sobre
vistas que estén basadas en expresiones, joins o operadores de conjunto (UNION,
INTERSECT, etc. ...),
- Los propietarios de una vista B basada en una tabla A no pueden otorgar a su vez
acceso a otros usuarios en la vista B si no poseen el privilegio sobre la tabla A.
La instrucción GRANT permite, además, otorgar un acceso parcial a las columnas
que el objeto representa. De ésta manera, es posible ejecutar la instrucción:
GRANT SELECT, UPDATE, ... REFERENCES (columna_1, columna_2, ...)
ON objeto
TO usuario WITH GRANT OPTION
Obviamente, el uso de las opciones DELETE y REFERENCES son incompatibles,
así como cualquiera de las opciones UPDATE, INSERT, DELETE, INDEX sobre
secuencias.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
De la misma manera que es posible definir GRANTs sobre objetos, es posible
revocar dicho acceso sobre los mismos. La instrucción:
REVOKE SELECT, UPDATE, INSERT, DELETE, INDEX
ON objeto
permite dicha acción.
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
La Estructura de Datos Ejemplo.
Veamos lo anteriormente expuesto en un ejemplo práctico. Esta podría ser la
estructura de datos simple de una empresa que haya elegido como gestor de Base de datos
un entorno ORACLE:
Estructura Lógica de la Base de Datos:
B. Datos
TABLESPACES
OBJETOS
BASE DATOS EJEMPLO
SYSTEM
TABLAS
SISTEMA
PERSONAL
EMPLEADOS
SALARIOS
CATEGORIAS
ASISTENCIA
...
...
CONTABILIDAD
ASIENTOS
APUNTES
CENTROS
...
DE COSTE
B.Datos
BASE DATOS DESARROLLO
APLICATIVOS
TABLESPACES
OBJECTOS
DESARROLLO_1
TABLAS DE PRUEBA PARA DESARROLLO DE PROGRAMAS
SEGMENTOS
ROLLBACK
RS_BIG
RS_2
RS_3
RS_4
RS_5
RS_6
RS_7
...
...
RS_8
ADMINISTRACION
FACTURAS
RECIBOS
CLIENTES
RS_9
...
...
IND_1
IND_3
INDICES
IND_2
IND_N
TEMPORAL
...
...
RS_10
Estructura Física de la Base de Datos:
Ficheros de Base de Datos
/home/oracle/dbs_1/system.dbf
/home/oracle/dbs_1/personal.dbf
/home/oracle/dbs_1/contabilidad.dbf
/home/oracle/dbs_1/administración_1.dbf
/home/oracle/dbs_1/administracion_2.dbf
/home/oracle/dbs_1/indices_1.dbf
/home/oracle/dbs_1/indices_2.dbf
/home/oracle/dbs_1/temporal.dbf
/home/oracle/dbs_2/temporal.dbf
/home/oracle/dbs_3/desarrollo.dbf
Montado en Disco
Disco A
Disco B
Disco A
Disco B
Disco B
Disco C
Disco C
Disco C
Disco D
Disco D
Ficheros de Traza
/home/oracle/dbs_t/trazas.dbf
Montado en Disco
Disco C
Figura 13. Ejemplo de la Estructura Global de una Base de Datos Real.
En ésta se presentan seis tablespaces asociados a la Base de Datos Corporativa. Uno
para cada una de las áreas en que hemos dividido la empresa, y por tanto la Base de Datos
asociada. Para ello hemos creado los tablespaces 'Personal', 'Contabilidad',
'Administración'. Estos contendrán las tablas de datos asociadas a cada área que
representan, de ésta manera, el primer tablespace 'Personal' contendrá las tablas de
'Empleados', 'Categorías', 'Salarios', 'Asistencia', etc. ..., el segundo, las tablas de
'Asientos', 'Apuntes', 'Centros de Coste', etc. ... Se ha reservado un tablespace 'Indices' al
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FUNCIONAMIENTO DE ORACLE
que se le han asociado los índices de las tablas de los tablespaces anteriores. El tablespace
'Temporal' contiene todos aquellos objetos utilizados en la Base de Datos que no están
representados en ningún tablespace particular y que sean utilizados de manera temporal,
por ejemplo tablas de datos e índices utilizados por procesos batch, etc. ... . De ésta manera
los accesos a las tablas, y por tanto a sus índices se reparten de una manera más uniforme a
lo largo del disco ya que debemos tener en cuenta que el acceso a un registro de una tabla
que tiene asociado un índice supone el acceso a un registro de índice para cada uno de los
índices definidos para la tabla.
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