提示：本文内容包含达梦数据库体系架构基本知识。
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前言
最近学习了达梦数据库的体系架构，内容主要有DM逻辑结构、DM物理结构、DM内存结构以及管理DM线程。
一、DM逻辑结构
1.1 逻辑存储数据结构关系
DM 数据库为数据库中的所有对象分配逻辑空间，并存放在数据文件中。在 DM 数据库内部，所有的数据文件组合在一起被划分到一个或者多个表空间中，所有的数据库内部对象都存放在这些表空间中。同时，表空间被进一步划分为段、簇和页（也称块）。
1.2表空间
在 DM 数据库中，表空间由一个或者多个数据文件组成。DM 数据库中的所有对象在逻辑上都存放在表空间中，而物理上都存储在所属表空间的数据文件中。DM 数据库中的表空间可以分为普通表空间和混合表空间。普通表空间不能存储 HUGE表，而混合表空间可以同时存储普通（非 HUGE）表和 HUGE 表，其中 HUGE 数据文件存储在混合表空间定义中指定的 HUGE 数据文件路径下。可以通过为普通表空间增加指定 HUGE数据文件路径将普通表空间升级为混合表空间。在创建 DM 数据库时，会自动创建 4 个表空间：SYSTEM 表空间、ROLL 表空间、MAIN表空间和 TEMP 表空间。
- SYSTEM 表空间存放了有关 DM 数据库的字典信息，用户不能在SYSTEM 表空间创建表和索引。SYSTEM 表空间又称为系统表空间。
- ROLL 表空间完全由 DM 数据库自动维护，用户无需干预。该表空间用来存放事务运行过程中执行 DML 操作之前的值，从而为访问该表的其他用户提供表数据的读一致性视图。
- MAIN 表空间在初始化库的时候，就会自动创建一个大小为 128M 的数据文件MAIN.DBF，以及一个 HMAIN 目录作为 HUGE 数据文件路径，因此 MAIN 表空间为混合表空间。在创建用户时，如果没有指定默认表空间，则系统自动指定 MAIN 表空间为用户默认的表空间。
- TEMP 表空间完全由 DM 数据库自动维护。当用户的 SQL 语句需要磁盘空间来完成某个操作时，DM 数据库会从 TEMP 表空间分配临时段。如创建索引、无法在内存中完成的排序操作、SQL语句中间结果集以及用户创建的临时表等都会使用到TEMP表空间。
1.3页
数据页（也称数据块）是 DM 数据库中最小的数据存储单元。页的大小对应物理存储空间上特定数量的存储字节，在 DM 数据库中，页大小可以为4KB、8KB、16KB 或者 32KB，用户在创建数据库时可以指定，默认大小为 8KB，一旦创建好了数据库，则在该库的整个生命周期内，页大小都不能够改变。
1.4 簇
簇是数据页的上级逻辑单元，由同一个数据文件中 16 个或 32 个或 64 个连续的数据页组成。在 DM 数据库中，簇的大小由用户在创建数据库时指定，默认大小为 16。假定某个数据文件大小为 32MB，页大小为 8KB，则共有 32MB/8KB/16=256 个簇，每个簇的大小为8K*16=128K。和数据页的大小一样，一旦创建好数据库，此后该数据库的簇的大小就不能够改变。
1.5段
段是簇的上级逻辑分区单元，它由一组簇组成。在同一个表空间中，段可以包含来自不同文件的簇，即一个段可以跨越不同的文件。而一个簇以及该簇所包含的数据页则只能来自一个文件，是连续的 16 或者 32 个数据页。由于簇的数量是按需分配的，数据段中的不同簇在磁盘上不一定连续。
1.51 数据段
段可以被定义成特定对象的数据结构，如表数据段或索引数据段。表中的数据以表数据段结构存储，索引中的数据以索引数据段结构存储。DM 以簇为单位给每个数据段分配空间，当数据段的簇空间用完时，DM 数据库就给该段重新分配簇，段的分配和释放完全由 DM 数据库自动完成，可以在创建表/索引时设置存储参数来决定数据段的簇如何分配。
1.52临时段
在 DM 数据库中，所有的临时段都创建在临时表空间中，这样可以分流磁盘设备的 I/O，也可以减少由于在 SYSTEM 或其他表空间内频繁创建临时数据段而造成的碎片。当处理一个查询时，经常需要为 SQL 语句的解析与执行的中间结果准备临时空间。DM数据库会自动地分配临时段的磁盘空间。
1.53 回滚段
DM 数据库在回滚表空间的回滚段中保存了用于恢复数据库操作的信息。对于未提交事务，当执行回滚语句时，回滚记录被用来做回滚变更。在数据库恢复阶段，回滚记录被用来做任何未提交变更的回滚。在多个并发事务运行期间，回滚段还为用户提供读一致性，所有正在读取受影响行的用户将不会看到行中的任何变动，直到他们事务提交后发出新的查询。DM 数据库提供了全自动回滚管理机制来管理回滚信息和回滚空间，自动回滚管理消除了管理回滚段的复杂性。
二、DM物理结构
DM 数据库使用了磁盘上大量的物理存储结构来保存和管理用户数据。典型的物理存储结构包括：用于进行功能设置的配置文件；用于记录文件分布的控制文件；用于保存用户实际数据的数据文件、重做日志文件、归档日志文件、备份文件；用来进行问题跟踪的跟踪日志文件等。
2.1配置文件
配置文件是 DM 数据库用来设置功能选项的一些文本文件的集合，配置文件以 INI 为扩展名，它们具有固定的格式，用户可以通过修改其中的某些参数取值来达成如下两个方面的目标：
- 启用/禁用特定功能项；
- 针对当前系统运行环境设置更优的参数值以提升系统性能。
2.2控制文件
每个 DM 数据库都有一个名为 dm.ctl 的控制文件。控制文件是一个二进制文件，它记录了数据库必要的初始信息，其中主要包含以下内容：
- 数据库名称；
- 数据库服务器模式；
- OGUID 唯一标识；
- 数据库服务器版本；
- 数据文件版本；
- 数据库的启动次数；
- 数据库最近一次启动时间；
- 表空间信息，包括表空间名，表空间物理文件路径等，记录了所有数据库中使用的表空间，数组的方式保存起来；
- 控制文件校验码，校验码由数据库服务器在每次修改控制文件后计算生成，保证控制文件合法性，防止文件损坏及手工修改。
2.3数据文件
数据文件以 dbf 为扩展名，它是数据库中最重要的文件类型，一个 DM 数据文件对应磁盘上的一个物理文件或者达梦分布式数据库中的一个逻辑文件，数据文件是真实数据存储的地方，每个数据库至少有一个与之相关的数据文件。
2.4重做日志文件
重做日志文件因为是数据库正在使用的日志文件，因此被称为联机日志文件。重做日志文件主要用于数据库的备份与恢复。理想情况下，数据库系统不会用到重做日志文件中的信息。然而现实世界总是充满了各种意外，比如电源故障、系统故障、介质故障，或者数据库实例进程被强制终止等，数据库缓冲区中的数据页会来不及写入数据文件。这样，在重启 DM 实例时，通过重做日志文件中的信息，就可以将数据库的状态恢复到发生意外时的状态。
2.5 归档日志文件
日志文件分为联机日志文件和归档日志文件。DM 数据库可以在归档模式和非归档模式下运行。非归档模式下，数据库会只将重做日志写入联机日志文件中进行存储；归档模式下，数据库会同时将重做日志写入联机日志文件和归档日志文件中分别进行存储。归档日志文件，就是在归档模式下，重做日志被连续写入到归档日志后，所生成了归档日志文件。
2.6 逻辑日志文件
如果在 DM 数据库上配置了复制功能，复制源就会产生逻辑日志文件。逻辑日志文件是一个流式的文件，它有自己的格式，且不在第一章所述的页，簇和段的管理之下。逻辑日志文件内部存储按照复制记录的格式，一条记录紧接着一条记录，存储着复制源端的各种逻辑操作。用于发送给复制目的端。
2.7 物理逻辑日志文件
物理逻辑日志，是按照特定的格式存储的服务器的逻辑操作，专门用于 DBMS_LOGMNR包挖掘获取数据库系统的历史执行语句。当开启记录物理逻辑日志的功能时，这部分日志内容会被存储在重做日志文件中。
2.8 备份文件
备份文件以 bak 为扩展名，当系统正常运行时，备份文件不会起任何作用，它也不是数据库必须有的联机文件类型之一。然而，从来没有哪个数据库系统能够保证永远正确无误地运行，当数据库不幸出现故障时，备份文件就显得尤为重要了。
2.9 SQL 日志文件
SQL 日志文件是一个纯文本文件。命名格式为“dmsql_实例名[_模式名][_用户名][_日期_时间].log”。SQL 日志内容包含系统各会话执行的 SQL 语句、参数信息、错误信息等。跟踪日志主要用于分析错误和分析性能问题，基于跟踪日志可以对系统运行状态有一个分析，比如，可以挑出系统现在执行速度较慢的 SQL 语句，进而对其进行优化。
2.10 事件日志文件
事件日志文件记录了 DM 数据库运行时的关键事件。例如：系统启动、关闭、内存申请失败、IO 错误等一些致命错误；数据库运行过程中的日志信息；备份还原过程中备份还原操作的阶段性信息等。
事件日志文件主要用于系统出现严重错误时进行查看并定位问题。事件日志简称 ELOG。事件日志文件随着 DM 数据库服务的运行一直存在。
事件日志文件打印的是中间步骤的信息，所以出现部分缺失属于正常现象。事件日志信息格式为：时间+日志类型（INFO/WARNING/ERROR/FATAL）+进程(database)+进程ID(P 开头)+线程(dm_sql_thd/main_thread 等)+日志内容。
三、DM内存结构
数据库管理系统是一种对内存申请和释放操作频率很高的软件，如果每次对内存的使用都使用操作系统函数来申请和释放，效率会比较低，加入自己的内存管理是 DBMS 系统所必须的。通常内存管理系统会带来以下好处：
- 申请、释放内存效率更高；
- 能够有效地了解内存的使用情况；
- 易于发现内存泄露和内存写越界的问题。
DM 数据库管理系统的内存结构主要包括内存池、缓冲区、排序区、哈希区等。根据系统中子模块的不同功能，对内存进行了上述划分，并采用了不同的管理模式。
3.1 内存池
DM Server 的内存池包括共享内存池和其他一些运行时内存池。
3.1.1 共享内存池
共享内存池是 DM Server 在启动时从操作系统申请的一大片内存。
在 DM Server 的运行期间，经常会申请与释放小片内存，而直接向操作系统申请和释放内存时需要发出系统调用，此时可能会引起线程切换，降低系统运行效率。于是 DM 采用共享内存池的方式：一次向操作系统申请一片较大内存，作为共享内存池。当系统在运行过程中需要申请小片内存时，可在共享内存池内进行申请，当用完该内存时，再释放掉，即归还给共享内存池。
3.1.2 运行内存池
除了共享内存池，DM Server 的一些功能模块在运行时还会使用自己的运行时内存池。这些运行时内存池是从操作系统申请一片内存作为本功能模块的内存池来使用，如会话内存池、虚拟机内存池等。
3.2缓冲区
3.2.1 数据缓冲区
数据缓冲区是 DM Server 在将数据页写入磁盘之前以及从磁盘上读取数据页之后，数据页所存储的地方。这是 DM Server 至关重要的内存区域之一，将其设定得太小，会导致缓冲页命中率低，磁盘 IO 频繁；将其设定得太大，又会导致操作系统内存本身不够用。
3.2.2日志缓冲区
日志缓冲区是用于存放重做日志的内存缓冲区。为了避免由于直接的磁盘 IO 而使系统性能受到影响，系统在运行过程中产生的日志并不会立即被写入磁盘，而是和数据页一样，先将其放置到日志缓冲区中。
3.2.3字典缓冲区
字典缓冲区主要存储一些数据字典信息，如模式信息、表信息、列信息、触发器信息等。每次对数据库的操作都会涉及到数据字典信息，访问数据字典信息的效率直接影响到相应的操作效率，如进行查询语句，就需要相应的表信息、列信息等，这些字典信息如果都在缓冲区里，则直接从缓冲区中获取即可，否则需要 I/O 才能读取到这些信息。
3.2.4SQL缓冲区
SQL 缓冲区提供在执行 SQL 语句过程中需要的内存，包括计划、SQL 语句和结果集缓存。很多应用当中都存在反复执行相同 SQL 语句的情况，此时可以使用缓冲区保存这些语句和它们的执行计划，这就是计划重用。这样带来的好处是加快了 SQL 语句执行效率，但同时给内存也增加了压力。
3.3排序区
排序缓冲区提供数据排序所需要的内存空间。当用户执行 SQL 语句时，常常需要进行排序，所使用的内存就是排序缓冲区提供的。在每次排序过程中，都首先申请内存，排序结束后再释放内存。
3.4哈希区
DM8 提供了为哈希连接而设定的缓冲区，不过该缓冲区是个虚拟缓冲区。之所以说是虚拟缓冲，是因为系统没有真正创建特定属于哈希缓冲区的内存，而是在进行哈希连接时，对排序的数据量进行了计算。如果计算出的数据量大小超过了哈希缓冲区的大小，则使用 DM8创新的外存哈希方式；如果没有超过哈希缓冲区的大小，实际上还是使用内存池来进行哈希操作。
四、管理DM线程
DM 服务器使用“对称服务器构架”的单进程、多线程结构。这种对称服务器构架在有效地利用了系统资源的同时又提供了较高的可伸缩性能，这里所指的线程即为操作系统的线程。服务器在运行时由各种内存数据结构和一系列的线程组成，线程分为多种类型，不同类型的线程完成不同的任务。线程通过一定的同步机制对数据结构进行并发访问和处理，以完成客户提交的各种任务。DM 数据库服务器是共享的服务器，允许多个用户连接到同一个服务器上，服务器进程称为共享服务器进程。
DM 进程中主要包括监听线程、IO 线程、工作线程、调度线程、日志线程等，以下分别对它们进行介绍。
4.1监听线程
监听线程主要的任务是在服务器端口上进行循环监听，一旦有来自客户的连接请求，监听线程被唤醒并生成一个会话申请任务，加入工作线程的任务队列，等待工作线程进行处理。它在系统启动完成后才启动，并且在系统关闭时首先被关闭。为了保证在处理大量客户连接时系统具有较短的响应时间，监听线程比普通线程优先级更高。DM 服务器所有配置端口的范围为 1024-65534。当客户端工具发起连接时，由操作系统为客户端工具自动分配一个端口用于与 DM 服务器进行通信。对于数据守护、DMDSC、DM MPP 和 DMDPC 等分布式数据库中各实例节点之间的通信，发起连接的节点也由操作系统自动分配端口，所以配置主备/DMDSC/DM MPP/DMDPC 时，除了各实例指定的端口外，发起连接的实例也会有操作系统自动分配的用于和其他实例进行通信的端口。
4.2 工作线程
工作线程是 DM 服务器的核心线程，它从任务队列中取出任务，并根据任务的类型进行相应的处理，负责所有实际的数据相关操作。DM8 的初始工作线程个数由配置文件指定，随着会话连接的增加，工作线程也会同步增加，以保持每个会话都有专门的工作线程处理请求。为了保证用户所有请求及时响应，一个会话上的任务全部由同一个工作线程完成，这样减少了线程切换的价，提高了系统效率。当会话连接超过预设的阈值时，工作线程数目不再增加，转而由会话轮询线程接收所有用户请求，加入任务队列，等待工作线程一旦空闲，从任务队列依次摘取请求任务处理。
4.3 IO 线程
在数据库活动中，IO 操作历来都是最为耗时的操作之一。当事务需要的数据页不在缓冲区中时，如果在工作线程中直接对那些数据页进行读写，将会使系统性能变得非常糟糕，而把 IO 操作从工作线程中分离出来则是明智的做法。IO 线程的职责就是处理这些 IO 操作。通常情况下，DM Server 需要进行 IO 操作的时机主要有以下三种：
- 需要处理的数据页不在缓冲区中，此时需要将相关数据页读入缓冲区；
- 缓冲区满或系统关闭时，此时需要将部分脏数据页写入磁盘；
- 检查点到来时，需要将所有脏数据页写入磁盘。
4.4 调度线程
调度线程用于接管系统中所有需要定时调度的任务。调度线程每秒钟轮询一次，负责的任务有以下一些：
- 检查系统级的时间触发器，如果满足触发条件则生成任务加到工作线程的任务队列
由工作线程执行； - 清理 SQL 缓存、计划缓存中失效的项，或者超出缓存限制后淘汰不常用的缓存项；
- 执行动态缓冲区检查。根据需要动态扩展或动态收缩系统缓冲池；
- 自动执行检查点。为了保证日志的及时刷盘，减少系统故障时恢复时间，根据 INI
参数设置的自动检查点执行间隔定期执行检查点操作； - 会话超时检测。当客户连接设置了连接超时时，定期检测是否超时，如果超时则自
动断开连接； - 必要时执行数据更新页刷盘；
- 唤醒等待的工作线程。
4.5 日志 FLUSH 线程
任何数据库的修改，都会产生重做 REDO 日志，为了保证数据故障恢复的一致性，REDO日志的刷盘必须在数据页刷盘之前进行。事务运行时，会把生成的 REDO 日志保留在日志缓冲区中，当事务提交或者执行检查点时，会通知 FLUSH 线程进行日志刷盘。由于日志具备顺序写入的特点，比数据页分散 IO 写入效率更高。日志 FLUSH 线程和 IO 线程分开，能获得更快的响应速度，保证整体的性能。DM8 的日志 FLUSH 线程进行了优化，在刷盘之前，对不同缓冲区内的日志进行合并，减少了 IO 次数，进一步提高了性能。如果系统配置了实时归档，在 FLUSH 线程日志刷盘前，会直接将日志通过网络发送到实时备库。如果配置了本地归档，则生成归档任务，通过日志归档线程完成。
4.6 日志归档线程
日志归档线程包含异步归档线程，负责远程异步归档任务。如果配置了非实时归档，由日志 FLUSH 线程产生的任务会分别加入日志归档线程，日志归档线程负责从任务队列中取出任务，按照归档类型做相应归档处理。将日志 FLUSH 线程和日志归档线程分开的目的是为了减少不必要的效率损失，除了远程实时归档外，本地归档、远程异步归档都可以脱离 FLUSH 线程来做，如果放在 FLUSH 线程中一起做会严重影响系统性能。
4.7 日志 APPLY 线程
在配置了数据守护的系统中，创建了一个日志 APPLY 线程。当服务器作为备库时，每次接收到主库的物理 REDO 日志生成一个 APPLY 任务加入到任务队列，APPLY 线程从任务队列中取出一个任务在备库上将日志重做，并生成自己的日志，保持和主库数据的同步或一致，作为主库的一个镜像。备库数据对用户只读，可承担报表、查询等任务，均衡主库的负载。
4.8 定时器线程
在数据库的各种活动中，用户常常需要数据库完成在某个时间点开始进行某种操作，如备份；或者是在某个时间段内反复进行某种操作等。定时器线程就是为这种需求而设计的。通常情况下，DM Server 需要进行定时操作的事件主要有以下几种：
- 逻辑日志异步归档；
- 异步归档日志发送（只有在 PRIMARY 模式下，且是 OPEN 状态下）；
- 作业调度。
定时器线程启动之后，每秒检测一次定时器链表，查看当前的定时器是否满足触发条件，如果满足，则把执行权交给设置好的任务，如逻辑日志异步归档等。默认情况下，达梦服务器启动的时候，定时器线程是不启动的。
4.9 逻辑日志归档线程
逻辑日志归档用于 DM8 的数据复制中，目的是为了加快异地访问的响应速度，包含本地逻辑日志归档线程和远程逻辑日志归档线程。当配置了数据复制，系统才会创建这两个线程。
- 本地逻辑日志归档线程
本地归档线程从本地归档任务列表中取出一个归档任务，生成到逻辑日志，并将逻辑日志写入到逻辑日志文件中。如果当前逻辑日志的远程归档类型是同步异地归档并且当前的刷盘机制是强制刷盘，那么就生成一个异地归档任务加入到临时列表中。 - 远程逻辑日志归档线程
远程归档线程从远程归档任务列表中取出一个归档任务，并根据任务的类型进行相应的处理。任务的类型包括同步发送和异步发送。
4.10 MAL 系统相关线程
MAL 系统是 DM 内部高速通信系统，基于 TCP/IP 协议实现。服务器的很多重要功能都是通过 MAL 系统实现通信的，例如数据守护、数据复制、MPP、远程日志归档等。MAL 系统内部包含一系列线程，有 MAL 监听线程、MAL 发送工作线程、MAL 接收工作线程等。
4.11 其他线程
事实上，DM 数据库系统中还不止以上这些线程，在一些特定的功能中会有不同的线程，例如回滚段清理 PURGE 线程、审计写文件线程等，这里不详细列出。
4.12 线程信息的查看
为了增加用户对 DM 数据库内部信息的了解，以及方便数据库管理员对数据库的维护，DM 提供了很多动态性能视图，通过它们用户可以直观地了解当前系统中有哪些线程在工作，以及线程的相关信息。
总结
以上就是本文的内容，本文仅仅简单介绍达梦数据库的逻辑结构、物理结构，内存结构以及管理DM线程的基本知识。如想深一步了解可以去达梦数据官网查询链接如下： 达梦数据库技术文档
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