第1 章

数据库备份解决方案和ASM

认证目标

● 解释 Oracle 的备份和恢复解决方案

OCP 认证考试指南(1Z0-063) Oracle Database 12c 高级管理

2

ASM(Automatic Storage Management，自动存储管理)是一项十分重要的Oracle 数据库技术，

它适用于各种环境，甚至适用于仅有一个数据库和一个数据库实例的环境。ASM 是所有健壮

而完善的备份解决方案的关键所在。通过集成服务器文件系统和Oracle 数据库文件专用的卷管

理器，磁盘管理和调整成为一项轻松愉悦的任务：ASM 会对每个文件对象实施条带化和镜像

化处理来优化性能。此外，可在卷联机时完成几乎所有ASM 卷管理任务，例如在用户访问某

个卷时，将此卷扩展或移至另一磁盘上，而这几乎不影响性能。ASM 群集的多路复用功能通

常比手动将重要文件和备份保存在不同物理磁盘的做法更高效，并且较大限度地减少了丢失数

据的可能性。还可使用一个ASM 实例及对应的磁盘组服务多个数据库实例，以尽量压缩磁盘

硬件方面的投资。

在详细阐释ASM 的工作原理以及如何在你的环境中使用ASM 前，本章讨论了可用的

Oracle 备份解决方案，然后简要介绍了Oracle Database 体系结构，包括实例内存结构、逻辑数

据库结构和物理数据库结构。为了了解和领会ASM 的工作原理，以及ASM 对于广泛的

Oracle 备份和恢复解决方案有怎样的贡献，需要透彻了解Oracle Database 体系结构。

1.1 解释Oracle 的备份和恢复解决方案

在具体了解 ASM 以及各种备份和恢复场景之前，需要透彻地了解Oracle Database 及其相

关联的内存和进程结构。本节首先介绍Oracle 物理存储结构，包括数据文件、控制文件、重做

日志文件和归档重做日志文件，以及运行Oracle Database 需要的非数据库文件，如初始化文件

和日志文件。本节接着介绍Oracle 实例中的重要内存结构，以及物理存储结构与内存结构之间

的关系。将介绍Oracle Database 12c 中官方推荐的备份和恢复解决方案。

1.1.1 Oracle 逻辑存储结构

Oracle Database 中的数据文件被组合成一个或多个表空间。数据文件是物理结构，可进而

分成区间和块。一个表空间有点像一组数据文件的逻辑包装器。表空间包含粒度更小的逻辑数

据库结构，如表和索引。使用的另一个术语是段，在Oracle Database 中，此术语用来描述表或

索引占用的物理空间。Oracle Database 的条块划分方式允许更高效地控制磁盘空间的使用。图

1-1 显示数据库中逻辑存储结构之间的关系。

1. 表空间

Oracle表空间由一个或多个数据文件组成；数据文件必须正好是一个表空间的一部分。

Oracle Database 12c的安装会至少创建两个表空间：SYSTEM和SYSAUX表空间。Oracle

Database 12c的默认安装创建6个表空间。

Oracle Database 12c(以及自Oracle Database 10g 以来的数据库)允许创建名为“大文件表空

间”的特殊类型的表空间，此表空间的大小可达128TB。使用大文件后，表空间管理对于数据

库管理员(DBA)透明；也就是说，DBA 可将表空间作为一个单元进行管理，而无须考虑

底层数据文件的大小和结构。

第1 章 数据库备份解决方案和ASM

3

数据库

区间1

区间2

段

块

表空间

段1

SYSTEM表空间 USERS 表空间SYSAUX表空间

段3

段5

段2

段4

段6

图1-1 逻辑存储结构

使用Oracle 管理文件(Oracle Managed Files，OMF)，管理表空间数据文件将变得更容易。

有了OMF，DBA 在文件系统中指定保存数据文件、控制文件和重做日志文件的一个或多个位

置，Oracle 会自动处理这些文件的命名和管理。

如果表空间是临时的，只是表明表空间中保存的段是临时的，而表空间本身是长期的。可

将临时表空间用于排序操作和仅在用户会话期间存在的表，为这些操作类型专门指定表空间有

助于减少临时段和另一个表空间中存储的长期段(如表)的I/O 争用。

表空间可以是字典管理的表空间或本地管理的表空间。在字典管理的表空间中，会将区间

管理记录在数据字典表中。因此，即使所有应用程序表在USERS 表空间中，仍然是访问SYSTEM

表空间来管理应用程序表上的数据操作语言(Data Manipulation Language，DML)。由于所有用

户和应用程序必须使用SYSTEM 表空间来管理区间，对于密集执行写操作的应用程序而言，

这成为一个潜在的瓶颈。而在本地管理的表空间中，Oracle 在表空间的每个数据文件的头中维

护一个位图来跟踪空间可用性。只在数据字典中管理配额，这极大地降低了数据字典表的争

用率。

从Oracle 9i 开始，如果在本地管理SYSTEM 表空间，那么，如果要在其他所有表空间上

同时执行读写操作，则必须在本地管理这些表空间。在本地管理SYSTEM 表空间的情况下，

数据库中字典管理的表空间必须是只读的。

2. 块

数据库块是Oracle 中的最小存储单元。块的大小是数据库给定表空间中的特定存储字

节数。

为提高磁盘I/O 性能的效率，Oracle 块的大小通常是操作系统块大小的倍数。默认块大小

由Oracle 初始化参数DB_BLOCK_SIZE 指定。大多数操作系统允许在数据库的其他表空间中

定义另外4 种块大小。一些高端操作系统允许使用5 种块大小。SYSTEM、SYSAUX 和任何临

OCP 认证考试指南(1Z0-063) Oracle Database 12c 高级管理

4

时表空间中的块大小必须是DB_BLOCK_SIZE。

3. 区间

区间是下一个级别的数据库逻辑分组。一个区间由一个或多个数据库块组成。扩大数据库

对象时，为对象添加的空间作为区间进行分配。Oracle 在数据文件级别管理区间。

4. 段

下一个逻辑分组级别是段。段是一组区间，这些区间形成Oracle 视为一个单元的数据库对

象，如表或索引。因此，段通常是数据库最终用户将要处理的最小存储单元。Oracle 数据库中

的4 种段类型是：数据段、索引段、临时段和撤消段。

数据库中的每个表保存在单个数据段中，一个数据段由一个或多个区间组成；对于分区表

或群集表，Oracle 会为表分配多个段。数据段包括LOB(large object，大对象)段，此段存储表

段中的LOB 定位器列引用的LOB 数据(如果未将LOB 以内联方式存储在表中)。

每个索引存储在自己的索引段中。与分区表一样，分区索引的每个分区存储在专门的段中。

这种类别包括LOB 索引段。表的非LOB 列、表的LOB 列和LOB 的相关索引均可以保存在不

同的表空间(不同的段)中以提高性能。

如果用户的SQL 语句需要磁盘空间来完成操作，例如内存中容纳不下的排序操作，Oracle

会分配临时段。仅在执行SQL 语句期间存在临时段。

从Oracle 10g 开始，只有SYSTEM 表空间中存在手动回滚段，但DBA 通常不必维护SYSTEM

回滚段。在前面的Oracle 版本中，会创建回滚段，以便在回滚事务时保存数据库DML 操作的

旧值，并维护“旧”映像数据，以便为其他访问此表的用户提供表数据的读一致性视图。在恢

复数据库期间，为回滚在数据库实例崩溃或异常终止时处于活动状态的未提交事务，也会使用

回滚段。

在Oracle 10g 到12c 中，自动撤消管理(Automatic Undo Management)处理撤消表空间中的

回滚段的自动分配和管理。在撤消表空间中，撤消段的结构与回滚段类似，只是这些段的管理

细节由Oracle 控制，而非由DBA 管理(这样做效率通常不高)。从Oracle9i 开始使用自动撤消

管理，但在Oracle 10g 中仍然可以使用手动管理的回滚段。但是，从 Oracle 10g 开始不赞成使

用此手动功能。在Oracle Database 12c 中，会默认启用自动撤消管理；另外，提供了

PL/SQL(Procedural Language/Structured Query Language，过程语言/结构化查询语言)过程来帮助

调整UNDO 表空间的大小。

提示：

如果开始使用 Oracle Database 12c，你真正需要了解的是：手动回滚是多余的，

在未来版本中会予以取消。另外，自动撤消管理是Oracle Database 12c 的一项

标准功能。

1.1.2 Oracle 物理存储结构

Oracle Database 使用磁盘上的多个物理存储结构来保存和管理用户事务的数据。其中一些

存储结构，如数据文件、重做日志文件和归档重做日志文件保存真正的用户数据。而其他一些

结构，如控制文件，则维护数据库对象的状态。基于文本的警报和跟踪文件包含数据库中的例

第1 章 数据库备份解决方案和ASM

5

行事件和错误条件的记录信息。图1-2 显示这些物理结构与逻辑存储结构之间的关系。数据库

文件是控制文件、数据文件或者联机重做日志文件。其他对于数据库的成功运行并不重要的文

件包括参数文件、口令文件、备份文件、归档重做日志文件、跟踪文件和警报日志文件。

内存结构

后台进程

数据库

数据文件 控制文件 重做日志文件归档重做日志文件

数据文件1 数据文件2 数据文件3 数据文件4

SYSAUX

表空间

USERS 表空间

SYSTEM

表空间

数据库

物理数据库结构

实例

逻辑数据库

结构

图1-2 Oracle 物理存储结构

1. 数据文件

Oracle Database 至少必须包含一个数据文件。一个Oracle 数据文件对应于磁盘上的一个物

理操作系统文件。Oracle Database 中的每个数据文件正好是一个表空间的成员。但是，一个表

空间可以包含多个数据文件。大文件表空间是例外情况，这个表空间正好包含一个数据文件。

如果DBA 使用AUTOEXTEND 参数创建数据文件，那么在空间不足的情况下，Oracle 数

据文件可以自动扩展。另外，使用ALTER DATABASE DATAFILE 命令，可以手动扩展事件

文件。DBA 还可以使用MAXSIZE 参数来限制给定数据文件的扩展量。在任意一种情况下，

数据文件的大小最终都会受到其所在的磁盘容量大小的限制。

数据文件是数据库中所有数据的最终栖息之地。数据文件中频繁访问的块都会缓存到内存

中。同样，新数据块并非直接写入数据文件，而是根据数据库写入器进程的激活时间写入到数

据文件中。在用户的事务完成前，会将事务的更改写入重做日志文件。

OCP 认证考试指南(1Z0-063) Oracle Database 12c 高级管理

6

2. 重做日志文件

每次在表、索引或其他Oracle 对象中添加、删除或更改数据时，都会将一个条目写入当前

的重做日志文件中。由于Oracle 以循环方式重用重做日志文件，Oracle 数据库至少必须有两个

重做日志文件。在一个重做日志文件填满重做日志条目时，如果实例恢复仍需要使用此当前日

志文件，就将此文件标记为ACTIVE；如果实例恢复不需要此文件，就将其标记为INACTIVE。

接着会按顺序从头使用下一个日志文件，并将此文件标记为CURRENT。

在理想状况下，永远都不会使用重做日志文件中的信息。但是，如果发生了停电故障或其

他一些服务器故障，从而导致Oracle 实例失败，那么数据库缓冲区缓存中的新数据块或更新的

数据块可能尚未写入到数据文件中。重新启动Oracle 实例时，会在前滚操作中将重做日志文件

中的条目应用于数据库数据文件，以便将数据库的状态恢复到发生故障时的状态。

为了能够在一个重做日志组的一个重做日志文件丢失时执行恢复，可以在不同的物理磁盘

上保存重做日志文件的多个副本。你将在本章后面了解到，可以实现重做日志文件、归档日志

文件和控制文件的多路复用，以便确保Oracle 数据库的可用性和数据完整性。简而言之，多路

复用的意思是拥有多个结构副本，以便提高性能和可用性。

3. 控制文件

Oracle Database 至少有一个控制文件，此文件维护数据库的元数据。元数据是数据库本身

的物理结构的数据。除其他外，控制文件还包含数据库名称、创建数据库的时间，以及所有数

据文件和重做日志文件的名称和地址。另外，控制文件维护恢复管理器(Recovery Manager，

RMAN)使用的信息，如持久性RMAN 设置以及数据库上已经执行的备份类型。每当数据库结

构发生任何改动时，更改信息会立即在控制文件中反映出来。

由于控制文件对数据库的运行如此重要，因此也可以对控制文件进行多路复用(可以复制

一个或多个控制文件)。但是，无论有多少个控制文件的副本与一个实例相关，都只有一个控

制文件主要用于检索数据库元数据。

ALTER DATABASE BACKUP CONTROLFILE TO TRACE 命令是另一种备份控制文件的

方式。它生成SQL 脚本，如果由于发生了灾难性故障造成控制文件的所有多路复用二进制版

本丢失，则可以使用此脚本来重新创建数据库控制文件。

还可以使用此跟踪文件在以下情况下重新创建控制文件：需要重命名数据库，或更改各种

数据库限制(如果不重新创建整个数据库，不能以其他方式更改)。

4. 归档日志文件

Oracle Database 可按以下两种模式运行：ARCHIVELOG 或NOARCHIVELOG 模式。如果

数据库处于NOARCHIVELOG 模式，则循环重用重做日志文件(又称联机重做日志文件)将意味

着，在出现硬盘故障或其他与介质相关的故障时，重做条目(以前事务的内容)不再可用。以

NOARCHIVELOG 模式运行可以在实例发生故障或系统崩溃时保护数据库的完整性，因为只能

在联机重做日志文件中使用已经提交但尚未写入数据文件的所有事务。因此，崩溃恢复的范围

仅限于联机重做日志中的当前条目。如果在最早的重做日志文件之前数据文件最近一次备份发

生故障，将无法恢复数据库。

与此相反，ARCHIVELOG 模式将填满的重做日志文件发送到一个或多个指定目标，可以

第1 章 数据库备份解决方案和ASM

7

在数据库介质发生故障时，在任何特定的时间点使用备份文件重新构造数据库。例如，如果包

含数据文件的硬盘发生崩溃，有了近期的备份数据文件、重做日志文件和归档日志文件(在备

份后生成)，则可将数据库的内容恢复到崩溃前的一个时间点。

为填满的重做日志文件使用多个归档日志目标对于Oracle 中名为Oracle Data Guard(以前

称为Oracle Standby Database)的高可用性功能至关重要。

5. 初始化参数文件

启动数据库实例时，会为 Oracle 实例分配内存，并会打开两类初始化参数文件中的一个：

基于文本的文件init.ora(通常称为init.ora 或PFILE)或服务器参数文件(SPFILE)。实例首

先在操作系统的默认位置( 例如， Unix 上的$ORACLE_HOME/dbs) 查找SPFILE 文件

spfile.ora 或spfile.ora。如果这些文件都不存在，实例会查找名为init.ora 的PFILE。

另外，STARTUP 命令可显式指定在启动Oracle 时使用的PFILE。

无论采用哪种格式，初始化参数文件都指定跟踪文件、控制文件和填满的重做日志文件等

的位置。它们还设置系统全局区域(System Global Area，SGA)中各种结构的大小，以及允许多

少用户同时连接到数据库。

一直到Oracle Database 9i，只能使用init.ora 文件来指定实例的初始化参数。虽然可以使用

文本编辑器方便地进行编辑，但是此文件存在一些缺点。如果在命令行使用ALTER SYSTEM

命令更改动态系统参数，DBA 必须记住更改init.ora 文件，以便下次重新启动实例时新参数值

可以生效。

SPFILE 使DBA 可以更方便高效地管理参数。如果运行的实例正在使用SPFILE，那么，

如果任何ALTER SYSTEM 命令更改初始化参数，将自动更改SPFILE 中的初始化参数(可以仅

针对运行的实例，也可能针对两者)。无须编辑SPFILE 文件，甚至也无法对其进行编辑(否则

会损坏SPFILE)。

虽然本质上无法对参数文件或SPFILE 进行镜像操作，但可将SPFILE 备份为init.ora 文件。

应该使用传统的操作系统命令备份Oracle 实例的init.ora 和SPFILE(对于SPFILE，可以使用恢

复管理器)。

使用DBCA(Database Configuration Assistant，数据库配置助手)工具来创建数据库时，会默

认创建SPFILE。

6. 警报和跟踪日志文件

出现故障时，Oracle 可以而且经常会将消息写到警报日志文件，对于后台进程或用户会话，

则会写入跟踪日志文件。

警报日志文件位于BACKGROUND_DUMP_DEST 初始化参数指定的目录中，包含最重要

的例行状态消息以及重要错误条件。在启动或关闭数据库时，会将消息以及一系列未采用默认

值的初始化参数记录到警报日志中。还会记录DBA 发送的任何ALTER DATABASE 或ALTER

SYSTEM 命令。此处还会记录涉及表空间及其数据文件的操作，例如，添加表空间、删除表空

间以及将数据文件添加到表空间中。错误条件，例如表空间的空间不足或重做日志文件受损等

这些都是重要条件)也会记录在此处。

Oracle 实例后台进程的跟踪文件也位于BACKGROUND_DUMP_DEST 中。例如，

PMON(process monitor，进程监视器)和SMON(system monitor，系统监视器)的跟踪文件包含错

OCP 认证考试指南(1Z0-063) Oracle Database 12c 高级管理

8

误发生时间的条目，或SMON 需要执行实例恢复操作的时间的条目。QMON(queue monitor，

队列监视器)的跟踪文件包含何时产生新进程的消息。

也为各个用户会话或数据库连接创建跟踪文件，这些跟踪文件位于初始化参数USER_

DUMP_DEST 指定的目录中。在两种情况下为用户进程创建跟踪文件：由于权限问题，用户会

话发生了一些类型的错误或用户进程的运行空间不足。也可以使用以下的命令显式创建跟踪

文件，以帮助诊断问题：

ALTER SESSION SET SQL_TRACE=TRUE;

为用户执行的每条SQL 语句生成跟踪信息，在调整用户的SQL 语句时，跟踪信息会起到

帮助作用。

可以随时删除或重命名警报日志文件；下次生成警报日志消息时会重新创建此文件。DBA

经常通过操作系统机制(Oracle Database 内部调度机制)或Oracle Enterprise Manager 的调度程

序，设置一项日常批处理作业，在日常工作中重命名和归档警报日志。

从Oracle Database 11g 第1 版开始，实例的诊断信息被集中到初始化参数DIAGNOSTIC_

DEST 指定的单个目录中，并且忽略USER_DUMP_DEST 和BACKGROUND_DUMP_DEST。

7. 备份文件

可以从多个来源，例如操作系统复制命令或Oracle RMAN 生成备份文件。如果DBA 执行

冷备份，那么备份文件只是数据文件、重做日志文件、控制文件和归档重做日志文件等的操作

系统副本。

除了数据文件的逐位映像副本(RMAN 的默认操作)外，RMAN 可以生成数据文件、控制文

件、归档重做日志文件和特殊格式的SPFILE 的完整和增量备份，称为备份集，备份集仅供

RMAN 读取。RMAN 备份集备份通常比原始的数据文件小，因为RMAN 不备份未使用过的块。

RMAN 是管理备份和恢复的标准，但在RMAN 备份处理会对性能产生不利影响的情况下除外。

1.1.3 Oracle 内存结构

Oracle 使用服务器的物理内存来保存Oracle 实例的很多信息：Oracle 可执行代码本身、会