Ausarbeitung Datenbanken II Aufbau einer Oracle-Datenbank

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1 Ausarbeitung Datenbanken II Aufbau einer Oracle-Datenbank Boris Meißner 05 INDT HTWK Leipzig Fachbereich Informatik, Mathematik und Naturwissenschaften 26. Juni 2008

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 3 2 Tablespaces Konzept Arten obligatorische Tablespaces empfohlene Tablespaces Operationen Dateien Datendateien Smallfile Bigfile Online-Redolog-Dateien Control-Dateien Parameterdatei Quellenangabe 17 2

3 1 Einleitung Relationale Datenbanken dienen der Speicherung großer Daten und ermöglichen einen schnellen und selektiven Zugriff auf die Daten. Deswegen sind relationale Datenbanken heute die am weitesten verbreitete Form der Speicherung von Informationen. Aus der Fülle der Anbieter hat sich vor allem das relationale Datenbankmanagment System (RDBMS) der Firma Oralce im kommerziellen Bereich etabliert. Die Oracle-Datenbank liegt aktuell in der Version 11g (Stand 10.Juli 2007) vor. Diese Ausarbeitung bezieht sich auf den technischen Stand der Version 11g. Prinzipiell besteht eine Oracle Datenbank aus mehreren Komponenten, die aus physikalischer Sicht als Dateien eines Dateisystems (NTFS, ReiserFS, etc.) gespeichert werden. Eine weitere Möglichkeit der Speicherung dieser Komponenten besteht in der Nutzung von Raw- Devices oder dem seit Oracle 10g integrierten Volume-Manager ASM. Auf letztere Methoden sei hier nur am Rande verwiesen. Die Oracle Datenbank besteht aus vier unverzichtbaren und einigen optionalen Komponenten. Zwingend erfordlich sind Datendateien, Redolog-Dateien, Control-Datei und Parameterdatei. Datendateien dienen der Speicherung von Nutzer- und Metadaten. Redolog-Dateien bzw. Online-Redolog-Dateien sind mindestens zweifach vorhanden und speichern abwechselnd in der Datenbank durchgeführte Transaktionen. Die Control-Datei beinhaltet Metadaten über die physikalische Struktur und die logische Konsistenz sowie backuprelevante Informationen. Diese wenige MB große Datei sollte wegen ihrer Wichtigkeit einfach oder zweifach gespiegelt werden. Die Parameterdatei ist eine wenige KB große Datei zur Speicherung der Konfiguration der Oracle-Instanz. Die optionalen Komponenten seien hier nur der Vollständigkeit halber genannt. Eine weitergehende Betrachtung findet in dieser Ausarbeitung jedoch nicht statt. Zu ihnen gehören Temporärdateien, welche Daten aus Zwischenergebnissen speichern und damit die Performance erhöhen. Archiv-Redolog-Dateien speichern Online-Redolog-Dateien 3

4 Kapitel 1. Einleitung um eine Wiederherstellung im Fehlerfall zu gewährleisten. Diese Dateien bilden häufig einen wesentlichen Teil des Gesamtspeicherbedarfs, sollten aber in einer Produktivdatenbank unbedingt angelegt werden. Flashback-Log-Dateien enthalten Abbilder alter Datenbankinhalte und können je nach Änderungsrate und Aufbewahrungszeit einen hohen Speicherbedarf haben. Die Block Change Tracking-Datei beinhaltet Informationen über Änderungen an den Datenbankblöcken seit dem letzten Backup. Die optionale Passwortdatei dient der Authentifizierung des Datenbankadministrators um eine heruntergefahrene Datenbank zu starten. Diese Ausarbeitung befasst sich im ersten Kapitel mit Tablespaces. Dabei wird auf das Konzept eingegangen und eine Unterscheidung der verschiedenen Arten vorgenommen. Weiterhin werden wichtige Operationen zur Administration von Tablespaces betrachtet. Das zweite Kapitel enthält Informationen zu den verschieden Arten von Dateien einer Oracle Datenbank, speziell Datendateien, Redolog-Dateien, Control-Datei und der Parameterdatei. 4

5 2 Tablespaces 2.1 Konzept Zur Verwaltung einer Oracle Datenbank wird zwischen logischer Architektur und physischer Speicherung unterschieden. Die logische Architektur wird durch die Verwaltung aller Daten in Tablespaces realisiert. Diese Tablespaces werden auf physikalischer Ebene wiederum durch Datendateien (Datafiles) repräsentiert und ermöglichen den gleichen Aufbau der Oracle Datenbank auf unterschiedlichen Plattformen (Microsoft Windows, Unix, Open-VMS, MVS etc.). Abbildung 2.1: Tablespaces und Datendateien 5

6 Kapitel 2. Tablespaces 2.2 Arten obligatorische Tablespaces SYSTEM - Tablespace Der System - Tablespace verwaltet das Data-Dictonary, also sämtliche Metadaten und Verwaltungsinformationen der Datenbank. Desweiteren beinhaltet er PL/SQL - Code, wie Prozeduren, Funktionen, Packete und Trigger. Er wird beim Erstellen der Datenbank mit dem CREATE DATABASE - Befehl angelegt und kann weder gelöscht noch umbenannt werden. Er ist immer Online wenn die Datenbank offen ist SYSAUX - Tablespace Seit Orcale 10g wird beim Erstellen der Datenbank ein zusätzlicher SYSAUX - Tablespace erstellt. In ihm werden Daten, die im Laufe der Weiterentwicklung der Oracle-Datenbank zum SYSTEM - Tablespace hinzugefügt wurden, jedoch ungünstige Eigenschaften haben, gespeichert. Dadurch wird der SYSTEM - Tablespace entlastet. Beispielsweise werden hier die Daten von systemnahen Anwendungen wie dem dem Oracle Enterprise Managers abgelegt. Auch der SYSAUX - Tablespace kann weder gelöscht noch umbenannt werden empfohlene Tablespaces Zu den soeben beschriebenen Tablespaces wird empfohlen, die folgenden Tablespaces je nach Bedarf anzulegen. Dadurch können Verbesserungen im Bereich der Performance, der Verfügbarkeit, bei Backups und Recovery, der Administration und der Anwendungsgruppierung erreicht werden. Die hier verwendeten Tablespacenamen sind Empfehlungen, die sich in der Praxis bewährt haben Temporär - Tablespace Temporär - Tablespaces werden benötigt, um die Ergebnisse von Sortieroperationen temporär zu speichern. Als Beispiel dient ein Join zweier großer Tabellen, deren Sortierung nicht im Hauptspeicher realisiert werden kann. Um zu vermeiden, dass dafür der System - Tablespace 6

7 Kapitel 2. Tablespaces benutzt wird, müssen für jeden User Temporär - Tablespaces (temp) angelegt werden. Da Temporäre - Tablespaces keine dauerhaften Objekte enthalten, müssen keine Backups erstellt werden Undo - Tablespace Der Undo-Tablespace (undotbs) speichert ausschließlich Undo-Segmente, um im Fehlerfall den alten Zustand von Feldinhalten (before images) wiederherzustellen. Die Speicherung erfolgt bis zum persistenten Schreiben der Daten in die Datenbank (COMMIT). Es wird eine automatische Undo-Verwaltung empfohlen, weil dadurch die Erstellung und Verwaltung vom System übernommen wird. Die Undo-Segmente werden intern als Ringpuffer realisiert Tablespace für Werkzeuge Dieser Tablespace beinhaltet zum Beispiel Daten für den Oracle Enterprise Manager. Üblicherweise wird er als tools bezeichnet Tablespace für die Daten einer Anwendung Für Anwendungen wird empfohlen mindestens einen weiteren Tablespace zur Verfügung zu stellen. Dieser kann für die Anwendung XYZ z.b. xyz data genannt werden Tablespace für die Indizes einer Anwendung Ebenso sollte für eine Anwendung XYZ mindestens ein Tablespace für die Indizes mit dem Namen xyz index erstellt werden Tablespace für Tests und Benutzerdaten Weiterhin kann ein Tablespace für Benutzerdaten und Tests, z.b. users genutzt werden Tablespace für ungewöhnlich große Objekte Für ungewöhnlich große Objekte einer Anwendung XYZ können Tablespaces für Daten (xyz data big) und Indizes (xyz index big) erstellt werden. 7

8 Kapitel 2. Tablespaces 2.3 Operationen Im folgenden werden einige SQL-Befehle zur Verwaltung von Tablespaces beschrieben. Listing 2.1: CREATE TABLESPACE 1 CREATE SMALLFILE TABLESPACE kunden daten 2 DATAFILE / oradata1 /PDWH10g/ kundendaten01. dbf SIZE 1000M 3 AUTOEXTEND ON NEXT 100M MAXSIZE 5000M 4 BLOCKSIZE 8K 5 LOGGING Das CREATE TABLESPACE Statement erzeugt einen neuen Tablespace, im hier gezeigten Beispiel mit dem Namen kunden daten. Der Tablespacename sollte aussagekräftig sein, darf 30 Zeichen nicht überschreiten und es wird zwischen Groß- und Kleinschreibung unterschieden. Seit Oracle 10g wird zwischen SMALLFILE und BIGFILE Tablespaces differenziert, wobei erstere aus maximal 4M Blöcken und zweitere aus maximal 4G Blöcken bestehen. Die mit DATAFILE angegebene Datendatei sollte den Tablespacenamen enthalten und erhält eine für das Betriebssystem übliche Endung wie.dbf oder.ora. Mit SIZE wird die initiale Größe der Datendatei auf der Festplatte festgelegt, die ohne die Angabe von SIZE standardmäßig 100MB beträgt. Da die Datei sofort erstellt wird, kann es zu einer Wartezeit von mehreren Minuten kommen. Mit AUTOEXTEND wird die Datendatei nach Bedarf um den Wert ON NEXT bis zum Maximalwert MAXSIZE vergrößert. Der Standardwert für ON NEXT ist die Datenbankblockgröße, weshalb durch ständiges Erweitern Performanceprobleme auftreten können. Bei einer fehlenden Angabe von MAXSIZE kann der Tablespace unbegrenzt bis zur physikalischen Grenze wachsen. Mit dem BLOCKSIZE Statement können Blockgrößen, welche von der Standardblockgröße abweichen, erstellt werden. Diese kann 2KB, 4KB, 8KB, 16KB oder 32KB entsprechen. Das LOGGING Statement entspricht der Standardeinstellung und kann ohne Auswirkungen entfallen. Es bewirkt die Protokollierung aller DML-Operationen über den Redolog-Mechanismus. Listing 2.2: ALTER TABLESPACE I 1 ALTER TABLESPACE u s e r t s 1 2 ADD DATAFILE c : \ o r a c l e \ oradata \ ora \ u s e r t s 1. dbf SIZE 10M 3 AUTOEXTEND ON NEXT 200K MAXSIZE 200M; 8

9 Kapitel 2. Tablespaces Listing 2.2 zeigt die Erstellung einer neuen Datendatei zur Erweiterung des Tablespace user ts1. Diese Datendatei kann von ihrer initialen Größe von 10M durch das AUTOEX- TEND Statement bei Bedarf in 200K Schritten auf 200M vergrößert werden. Listing 2.3: ALTER TABLESPACE II 1 ALTER TABLESPACE u s e r t s 1 2 ADD DATAFILE c : \ o r a c l e \ oradata \ ora \ u s e r t s 2. dbf SIZE 10M 3 AUTOEXTEND OFF; Listing 2.3 zeigt die Erstellung einer weiteren Datendatei. Diese ist jedoch permanent durch das AUTOEXTEND OFF Statement auf 10M begrenzt. Listing 2.4: ALTER TABLESPACE III 1 ALTER DATABASE 2 DATAFILE c : \ o r a c l e \ oradata \ ora \ u s e r t s 1. dbf 3 RESIZE 10M; Durch RESIZE wird die Datendatei, wenn sie den zu begrenzenden Speicherplatz nicht schon belegt, auf die angegebene Größe begrenzt. Die Realisierung wird in Listing 2.4 gezeigt. In den folgenden Listings wird auf das ONLINE- und OFFLINE-Setzen von Tablespaces eingegangen, welches für bestimmte administrative Tätigkeiten nötig ist. Dabei wird zwischen dem NOARCHIVLOG- und dem ARCHIVLOG-Modus unterschieden. Listing 2.5 zeigt das OFFLINE setzen eines NOARCHIVLOG Tablespace, bei dem Redolog-Dateien nicht archivert werden. Listing 2.5: Tablespace OFFLINE setzen (NOARCHIVLOG) 1 ALTER TABLESPACE u s e r t s 1 OFFLINE DROP; Das folgende Listing 2.6 zeigt das OFFLINE-Setzen eines ARCHIVLOG Tablespace. Dabei müssen die Redolog-Dateien archiviert werden, wodurch zwischen verschiedenen Arten des OFFLINE-Setzens unterschieden werden muss. Das Schlüsselwort NORMAL bewirkt die Ausführung der Anweisung im Fehlerfall. IMMEDIATE führt zum sofortigen OFFLINE setzen des Tablespace. Eine aktive Transaktion muss nach dem ONLINE setzen des Tablespace durch ein Recovery wiederhergestellt werden. Das Schlüsselwort TEMPORARY bewirkt eine Sicherung aller Dateien, die sich nicht in ei- 9

10 Kapitel 2. Tablespaces ner Fehlersituation befinden, in einem Checkpoint. Beim ONLINE setzen muss das Recovery lediglich für die fehlerhaften Dateien stattfinden. Listing 2.6: Tablespace OFFLINE setzen (ARCHIVLOG) 1 ALTER TABLESPACE u s e r t s 1 OFFLINE NORMAL; 2 ALTER TABLESPACE u s e r t s 1 OFFLINE IMMEDIATE; 3 ALTER TABLESPACE u s e r t s 1 OFFLINE TEMPORARY; Das ONLINE-Setzen ist für ARCHIVLOG und NOARCHIVLOG Tablespaces gleich und wird im Listing 2.7 gezeigt. Listing 2.7: Tablespace ONLINE setzen 1 ALTER TABLESPACE u s e r t s 1 ONLINE; Weiterhin ist es möglich, einzelne Datendateien ONLINE bzw. OFFLINE zu setzen. Das folgende Listing zeigt das Vorgehen, sowohl für ARCHIVLOG als auch für NOARCHIVLOG Dateien. Die NORARCHIVLOG Datendateien benötigen wie schon beim Tablespace das DROP Statement. Listing 2.8: Datendateien ONLINE/OFFLINE setzen 1 ALTER DATABASE DATAFILE <Dateiname> OFFLINE ; 2 ALTER DATABASE DATAFILE <Dateiname> OFFLINE DROP; 3 ALTER DATABASE DATAFILE <Dateiname> ONLINE; Das Umbenennen einer Datendatei benötigt folgende Schritte. Zuerst muss der die Datendatei enthaltende Tablespace OFFLINE gesetzt werden. Danach erfolgt die Umbenennung mit Betriebssystemmitteln und anschließend die Umbenennung in der Datenbank gemäß Listing 2.9. Abschließend wird der TABLESPACE wieder ONLINE gesetzt. Listing 2.9: Datendateien umbenennen 1 ALTER TABLESPACE u s e r t s 2 RENAME DATAFILE <Dateiname1 a l t >, <Dateiname2 a l t >,... 3 TO <Dateiname1 neu >, <Dateiname2 neu >,... ; Das Löschen eines leeren Tablespace erfolgt durch das DROP TABLESPACE Statement. Wenn noch Objekte im Tablespace gespeichert sind, kann durch Erweiterung um INCLU- DING CONTENTS deren Löschung erzwungen werden. Eine Erweiterung um AND DATA- FILES bewirkt die zusätzliche Löschung der Datendateien auf Betriebssystemebene. Listing 10

11 Kapitel 2. Tablespaces 2.10 zeigt das Löschen des Tablespace sowie aller enthaltenen Objekte und der Datendateien auf Betriebssystemebene. Listing 2.10: Tablespace löschen 1 DROP TABLESPACE u s e r t s INCLUDING CONTENTS AND DATAFILES; 11

12 3 Dateien 3.1 Datendateien Datendateien enthalten sämtliche Datenbankobjekte. Dazu zählen Tabellen, Indexe, Rollback Segmente, Temporäre Segmente und LOBs. Diese Datenbankobjekte werden in unterschiedlichen Segmenten abgebildet. Die verschiedenen Segmenttypen sind Daten- Index-, LOB-, Rollback- und Undo- sowie Temporärsegment Smallfile Durch die Einführung der Bigfile-Tablespaces in Oracle 10g wird ein weiterer, als Smallfile bezeichneter Tablespace nötig. Dieser beschreibt die bis dahin standardmäßig verwendete Maximalgröße von Tablespaces. Dabei ist die maximale Anzahl von Blöcken auf 4M begrenzt. Es ergibt sich bei einer angenommenen Blockgröße von 8K eine Maximalgröße der Datendatei von 32GB. Eine Vergrößung des Tablespace kann danach nur noch durch Hinzufügen weiterer Datendateien realisiert werden. Tablespaces werden standardmäßig als Smallfile Tablespaces erstellt Bigfile Bigfile-Tablespaces sind auf 4G Blöcke begrenzt. Somit können 32TB Große Datendateien bei einer Blockgröße von 8K erstellt werden. Bigfile-Tablespaces unterliegen jedoch diversen Einschränkungen. Ein Bigfile-Tablespace darf beispielsweise nur aus einer Datendatei bestehen. 3.2 Online-Redolog-Dateien Redolog-Dateien protokollieren die Transaktionen der Datenbank und speichern die für die Wiederherstellung benötigten Recovery Informationen. Es werden immer mindestens zwei 12

13 Kapitel 3. Dateien Online-Redolog-Dateien benötigt, die wenn sie voll sind abwechselnd beschrieben bzw. überschrieben werden. Es existieren zwei Modi zur Archivierung der Online-Redolog-Dateien. Im ARCHIVLOG- Modus wird vor dem Überschreiben der Online-Redolog-Dateien eine Sicherungskopie der Transaktionen in den Archivierten-Redolog-Dateien gespeichert. Der NOARCHIVLOG-Modus verzichtet auf das Speichern, und die Informationen über Transaktionen gehen beim Überschreiben der Online-Redolog-Datei verloren. Letztere Methode sollte nur in Testsystemen genutzt werden. Wegen der Wichtigkeit für die Wiederherstellung sollte in Produktivsystemen zusätzlich eine Spiegelung der Online-Redolog-Dateien stattfinden. Das folgende Bild zeigt eine gute Absicherung gegen Ausfälle, mittels Spiegelung und Archivierten-Redolog-Dateien. Abbildung 3.1: gespiegelte Online-Redolog-Dateien und Archiv-Redolog-Dateien 13

14 Kapitel 3. Dateien 3.3 Control-Dateien Kontrolldateien enthalten Zeitstempel, Konsistenzinformationen und physikalische Struktur der Oracle Datenbank. Dies sind z.b. alle Namen und Größen von Online Redolog- und Datendateien. Zu jedem Zeitpunkt gibt es eine gültige Version der Control-Dateien, die aufgrund ihrer Wichtigkeit gespiegelt werden sollten. Trotz ihrer geringen Größe von wenigen MB, sind Control-Dateien vor allem im Wiederherstellungsfall unerlässlig für Konsistenz und Verfügbarkeit der Datenbank. Unter anderem werden folgende Informationen gespeichert: Name und Erstellungszeitpunkt der Datenbank Namen der Control-, Daten-, Redolog- und Temporärdateien Informationen über Tablespaces Informationen über Archivierungsstatus Redolog-History Informationen für den Recovery-Manager die aktuelle Log-Sequence-Number Checkpoint Informationen Control-Dateien werden beim Erstellen der Datenbank automatisch erzeugt. Aufgrund ihrer Bedeutsamkeit für den laufenden Betrieb und den Wiederanlauf der Datenbank wird eine Spiegelung empfohlen. 3.4 Parameterdatei Die Parameterdatei enthält sämtliche Serverparamter, unter anderem die Namen der Kontrolldateien. Dadurch wird beim Systemstart die Konfiguration und das Verhalten der Instanz des Oracle-Servers festgelegt. Es wird zwischen der herkömmlichen Parameterdatei und Serverparameterdatei unterschieden. Die Serverparameterdatei wird in verteilten Rechnerumgebungen benötigt. 14

15 Abbildungsverzeichnis 2.1 Tablespaces und Datendateien Online-Redolog-Dateien

16 Listings 2.1 CREATE TABLESPACE ALTER TABLESPACE I ALTER TABLESPACE II ALTER TABLESPACE III Tablespace OFFLINE setzen (NOARCHIVLOG) Tablespace OFFLINE setzen (ARCHIVLOG) Tablespace ONLINE setzen Datendateien ONLINE/OFFLINE setzen Datendateien umbenennen Tablespace löschen

17 4 Quellenangabe Oracle 10g für den DBA - Effizient konfigurieren, optimieren und verwalten Johannes Ahrends, Dierk Lenz, Patrick Schwanke, Günter Unbescheid Addision-Wesley, %28Datenbanksystem%29 17

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