Oracle内存全面分析( from www.hellodba.com)

最新推荐文章于 2024-10-21 22:30:38 发布

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本文详细介绍了Oracle内存管理的核心概念，包括SGA和PGA的作用与配置，以及如何通过参数调整优化Oracle性能。

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Oracle的内存配置与oracle性能息息相关。而且关于内存的错误（如4030、4031错误）都是十分令人头疼的问题。可以说，关于内存的配置，是最影响Oracle性能的配置。内存还直接影响到其他两个重要资源的消耗：CPU和IO。

首先，看看Oracle内存存储的主要内容是什么：

程序代码（PLSQL、Java）；
关于已经连接的会话的信息，包括当前所有活动和非活动会话；
程序运行时必须的相关信息，例如查询计划；
Oracle进程之间共享的信息和相互交流的信息，例如锁；
那些被永久存储在外围存储介质上，被cache在内存中的数据（如redo log条目，数据块）。

此外，需要记住的一点是，Oracle的内存是与实例对应的。也就是说，一个实例就有一个独立的内存结构。

先从Oracle内存的组成架构介绍。

1. Oracle的内存架构组成

Oracle的内存，从总体上讲，可以分为两大块：共享部分（主要是SGA）和进程独享部分（主要是PGA和UGA）。而这两部分内存里面，根据功能不同，还分为不同内存池（Pool）和内存区（Area）。下面就是Oracle内存构成框架图：

SGA

Share Pool

Buffer Cache

Redo Log Buffer

Java Pool

Stream Pool(10g)

Large Pool

PGA*n

Bitmap merge area

Sort Area

Hash Area

UGA*n

CUA*n

下面分别介绍这两块内存区。

1.1. SGA（System Global Area）

SGA（System Global Area 系统全局区域）是一组包含一个Oracle实例的数据和控制信息的共享内存结构。这句话可以说是SGA的定义。虽然简单，但其中阐述了SGA几个很重要的特性：1、SGA的构成——数据和控制信息，我们下面会详细介绍；2、SGA是共享的，即当有多个用户同时登录了这个实例，SGA中的信息可以被它们同时访问（当涉及到互斥的问题时，由latch和enquence控制）；3、一个SGA只服务于一个实例，也就是说，当一台机器上有多个实例运行时，每个实例都有一个自己的SGA，尽管SGA来自于OS的共享内存区，但实例之间不能相互访问对方的SGA区。

Oracle进程和一个SGA就构成了一个Oracle实例。当实例启动时，Oracle会自动从系统中分配内存给SGA，而实例关闭时，操作系统会回收这些内存。下面就是当实例启动后，显示已经分配了SGA：

SGA区是可读写的。所有登录到实例的用户都能读取SGA中的信息，而在oracle做执行操作时，服务进程会将修改的信息写入SGA区。

SGA主要包括了以下的数据结构：

数据缓冲（Buffer Cache）
重做日志缓冲（Redo Log Buffer）
共享池（Shared Pool）
Java池（Java Pool）
大池（Large Pool）
流池（Streams Pool --- 10g以后才有）
数据字典缓存（Data Dictionary Cache）
其他信息（如数据库和实例的状态信息）

最后的两种内存信息会被实例的后台进程所访问，它们在实例启动后就固定在SGA中了，而且不会改变，所以这部分又称为固定SGA（Fixed SGA）。这部分区域的大小一般小于100K。

此外，用于并非进程控制的锁（latch）的信息也包含在SGA区中。

Shared Pool、Java Pool、Large Pool和Streams Pool这几块内存区的大小是相应系统参数设置而改变的，所以有通称为可变SGA（Variable SGA）。

1.1.1. SGA的重要参数和特性

在设置SGA时，有一些很重要的参数，它们设置正确与否，会直接影响到系统的整体性能。下面一一介绍他们：

· SGA_MAX_SIZE

SGA区包括了各种缓冲区和内存池，而大部分都可以通过特定的参数来指定他们的大小。但是，作为一个昂贵的资源，一个系统的物理内存大小是有限。尽管对于CPU的内存寻址来说，是无需关系实际的物理内存大小的（关于这一点，后面会做详细的介绍），但是过多的使用虚拟内存导致page in/out，会大大影响系统的性能，甚至可能会导致系统crash。所以需要有一个参数来控制SGA使用虚拟内存的最大大小，这个参数就是SGA_MAX_SIZE。

当实例启动后，各个内存区只分配实例所需要的最小大小，在随后的运行过程中，再根据需要扩展他们的大小，而他们的总和大小受到了SGA_MAX_SIZE的限制。

当试图增加一个内存的大小，并且如果这个值导致所有内存区大小总和大于SGA_MAX_SIZE时，oracle会提示错误，不允许修改。

当然，如果在设置参数时，指定区域为spfile时（包括修改SGA_MAX_SIZE本身），是不会受到这个限制的。这样就可能出现这样的情况，在spfile中，SGA各个内存区设置大小总和大于SGA_MAX_SIZE。这时，oracle会如下处理：当实例再次启动时，如果发现SGA各个内存总和大于SGA_MAX_SIZE，它会将SGA_MAX_SIZE的值修改为SGA各个内存区总和的值。

SGA所分配的是虚拟内存，但是，在我们配置SGA时，一定要使整个SGA区都在物理内存中，否则，会导致SGA频繁的页入/页出，会极大影响系统性能。

对于OLTP系统，我个人建议可以如下配置SGA_MAX_SIZE（一般有经验的DBA都会有自己的默认配置大小，你也可以通过一段时间的观察、调整自己的系统来得到适合本系统的参数配置）：

系统内存	SGA_MAX_SIZE值
1G	400-500M
2G	1G
4G	2500M
8G	5G

SGA的实际大小可以通过以下公式估算：

SGA实际大小 = DB_CACHE_SIZE + DB_KEEP_CACHE_SIZE + DB_RECYCLE_CACHE_SIZE + DB_nk_CACHE_SIZE + SHARED_POOL_SIZE + LARGE_POOL_SIZE + JAVA_POOL_SIZE + STREAMS_POOL_SIZE（10g中的新内存池） + LOG_BUFFERS+11K(Redo Log Buffer的保护页) + 1MB + 16M(SGA内部内存消耗，适合于9i及之前版本)

公式种涉及到的参数在下面的内容种会一一介绍。

· PRE_PAGE_SGA

我们前面提到，oracle实例启动时，会只载入各个内存区最小的大小。而其他SGA内存只作为虚拟内存分配，只有当进程touch到相应的页时，才会置换到物理内存中。但我们也许希望实例一启动后，所有SGA都分配到物理内存。这时就可以通过设置PRE_PAGE_SGA参数来达到目的了。

这个参数的默认值为FALSE，即不将全部SGA置入物理内存中。当设置为TRUE时，实例启动会将全部SGA置入物理内存中。它可以使实例启动达到它的最大性能状态，但是，启动时间也会更长（因为为了使所有SGA都置入物理内存中，oracle进程需要touch所有的SGA页）。

我们可以通过TopShow工具（本站原创工具，可在http://www.HelloDBA.com/Download/TopShow.html中下载）来观察windows（Unix下的内存监控比较复杂，这里暂不举例）下参数修改前后的对比。

PRE_PAGE_SGA为FALSE：

启动后，Oracle的内存情况

可以看到，实例启动后，oracle占用的物理内存只有168M，远小于SGA的最大值288M（实际上，这部分物理内存中还有一部分进程的PGA和Oracle Service占用的内存），而虚拟内存则为340M。

将PRE_PAGE_SGA修改为TRUE，重启实例：

再观察启动后Oracle的内存分配情况：

这时看到，实例启动后物理内存达到了最大343M，于虚拟内存相当。这时，oracle实例已经将所有SGA分配到物理内存。

当参数设置为TRUE时，不仅在实例启动时，需要touch所有的SGA页，并且由于每个oracle进程都会访问SGA区，所以每当一个新进程启动时（在Dedicated Server方式中，每个会话都会启动一个Oracle进程），都会touch一遍该进程需要访问的所有页。因此，每个进程的启动时间页增长了。所以，这个参数的设置需要根据系统的应用情况来设定。

在这种情况下，进程启动时间的长短就由系统内存的页的大小来决定了。例如，SGA大小为100M，当页的大小为4K时，进程启动时需要访问100000/4=25000个页，而如果页大小为4M时，进程只需要访问100/4=25个页。页的大小是由操作系统指定的，并且是无法修改的。

但是，要记住一点：PRE_PAGA_SGA只是在启动时将物理内存分配给SGA，但并不能保证系统在以后的运行过程不会将SGA中的某些页置换到虚拟内存中，也就是说，尽管设置了这个参数，还是可能出现Page In/Out。如果需要保障SGA不被换出，就需要由另外一个参数LOCK_SGA来控制了。

· LOCK_SGA

上面提到，为了保证SGA都被锁定在物理内存中，而不必页入/页出，可以通过参数LOCK_SGA来控制。这个参数默认值为FALSE，当指定为TRUE时，可以将全部SGA都锁定在物理内存中。当然，有些系统不支持内存锁定，这个参数也就无效了。

· SGA_TARGET

这里要介绍的时Oracle10g中引入的一个非常重要的参数。在10g之前，SGA的各个内存区的大小都需要通过各自的参数指定，并且都无法超过参数指定大小的值，尽管他们之和可能并没有达到SGA的最大限制。此外，一旦分配后，各个区的内存只能给本区使用，相互之间是不能共享的。拿SGA中两个最重要的内存区Buffer Cache和Shared Pool来说，它们两个对实例的性能影响最大，但是就有这样的矛盾存在：在内存资源有限的情况下，某些时候数据被cache的需求非常大，为了提高buffer hit，就需要增加Buffer Cache，但由于SGA有限，只能从其他区“抢”过来——如缩小Shared Pool，增加Buffer Cache；而有时又有大块的PLSQL代码被解析驻入内存中，导致Shared Pool不足，甚至出现4031错误，又需要扩大Shared Pool，这时可能又需要人为干预，从Buffer Cache中将内存夺回来。

有了这个新的特性后，SGA中的这种内存矛盾就迎刃而解了。这一特性被称为自动共享内存管理（Automatic Shared Memory Management ASMM）。而控制这一特性的，也就仅仅是这一个参数SGA_TARGE。设置这个参数后，你就不需要为每个内存区来指定大小了。SGA_TARGET指定了SGA可以使用的最大内存大小，而SGA中各个内存的大小由Oracle自行控制，不需要人为指定。Oracle可以随时调节各个区域的大小，使之达到系统性能最佳状态的个最合理大小，并且控制他们之和在SGA_TARGET指定的值之内。一旦给SGA_TARGET指定值后（默认为0，即没有启动ASMM），就自动启动了ASMM特性。