Oracle体系结构：内存结构和进程结构

Oracle体系结构：内存结构和进程结构

2009-11-24 21:48

（一）内存结构和进程结构 Oracle数据库的总体结构如下图： 1：Oracle实例（Instance）            在一个服务器中，每一个运行的Oracle数据库都与一个数据库实例相联系，实例是我们 访问数据库的手段。    实例在操作系统中用ORACLE_SID来标识，在Oracle中用参数INSTANCE_NAME来标识， 它们两个的值是相同的。数据库启动时，系统首先在服务器内存中分配系统全局区（SGA）， 构成了Oracle的内存结构，然后启动若干个常驻内存的操作系统进程，即组成了Oracle的 进程结构，内存区域和后台进程合称为一个Oracle实例。                      数据库与实例之间是1对1/n的关系，在非并行的数据库系统中每个Oracle数据库与一个 实例相对应；在并行的数据库系统中，一个数据库会对应多个实例，同一时间用户只与一个 实例相联系，当某一个实例出现故障时，其他实例自动服务，保证数据库正常运行。在任何 情况下，每个实例都只可以对应一个数据库。 2：Oracle 10g动态内存管理    内存是影响数据库性能的重要因素，Oracle8i使用静态内存管理，Oracle 10g使用动态 内存管理。所谓静态内存管理，就是在数据库系统中，无论是否有用户连接，也无论并发用 量大小，只要数据库服务在运行，就会分配固定大小的内存；动态内存管理允许在数据库服 务运行时对内存的大小进行修改，读取大数据块时使用大内存，小数据块时使用小内存，读 取标准内存块时使用标准内存设置。    按照系统对内存使用方法的不同，Oracle数据库的内存可以分为以下几个部分：    •系统全局区：SGA（System Global Area）    •程序全局区：PGA（Programe Global Area）    •排序池：（Sort Area）    •大池：（Large Pool）    •Java池：（Java Pool） 2-1：系统全局区SGA（System Global Area）     SGA是一组为系统分配的共享的内存结构，可以包含一个数据库实例的数据或控制信    息。如果多个用户连接到同一个数据库实例，在实例的SGA中，数据可以被多个用户共享。    当数据库实例启动时，SGA的内存被自动分配；当数据库实例关闭时，SGA内存被回收。    SGA是占用内存最大的一个区域，同时也是影响数据库性能的重要因素。    SGA的有关信息可以通过下面的语句查询，sga_max_size的大小是不可以动态调整的。     =====================================     SQL> show parameter sga     NAME                                 TYPE        VALUE     ------------------------------------ ----------- --------     lock_sga                             boolean     FALSE     pre_page_sga                         boolean     FALSE     sga_max_size                         big integer 164M     sga_target                           big integer 0         SQL> alter system set sga_max_size=100m;     alter system set sga_max_size=100m                  *     ERROR at line 1:     ORA-02095: specified initialization parameter cannot be modified 系统全局区按作用不同可以分为：     •数据缓冲区     •日志缓冲区     •共享池      2-1-1：数据缓冲区（Database Buffer Cache）      如果每次执行一个操作时，Oracle都必须从磁盘读取所有数据块并在改变它之后     又必须把每一块写入磁盘，显然效率会非常低。数据缓冲区存放需要经常访问的数据，     供所有用户使用。修改数据时，首先从数据文件中取出数据，存储在数据缓冲区中，     修改/插入数据也存储在缓冲区中，commit或DBWR（下面有详细介绍）进程的其他条     件引发时，数据被写入数据文件。      数据缓冲区的大小是可以动态调整的，但是不能超过sga_max_size的限制。     ======================================     SQL> show parameter db_cache_size     NAME                                 TYPE        VALUE     ------------------------------------ ----------- -----------------     db_cache_size                        big integer 24M         SQL> alter system set db_cache_size=128m;     alter system set db_cache_size=128m     *     ERROR at line 1:     ORA-02097: parameter cannot be modified because specified value is invalid     ORA-00384: Insufficient memory to grow cache     SQL> alter system set db_cache_size=20m;     System altered.         SQL> show parameter db_cache_size;     NAME                                 TYPE        VALUE     ------------------------------------ ----------- -----------------     db_cache_size                        big integer 20M         #此处我仅增加了1M都不行？     SQL> alter system set db_cache_size=25m;     alter system set db_cache_size=25m     *     ERROR at line 1:     ORA-02097: parameter cannot be modified because specified value is invalid     ORA-00384: Insufficient memory to grow cache     #修改显示格式，方便查看。     SQL> column name format a40 wrap     SQL> column value format a20 wrap         #下面语句可以用来查看内存空间分配情况，注意SGA各区大小总和。     SQL> select name,value from v$parameter where name like '%size' and value <> '0';         #先将java_pool_size调小，然后再修改db_cache_size     SQL> show parameter java_pool_size;     NAME                                 TYPE        VALUE     ------------------------------------ ----------- -----     java_pool_size                       big integer 48M     SQL> alter system set java_pool_size=20m;     System altered.       SQL> alter system set java_pool_size=30m;     System altered.     #上面说明SGA中各区大小总和不能超过sga_max_size。     =====================================      数据缓冲区的大小对数据库的存区速度有直接影响，多用户时尤为明显。有些应     用对速度要求很高，一般要求数据缓冲区的命中率在90%以上。      下面给出一种计算数据缓冲区命中率的方法：      •使用数据字典v$sysstat      =====================================      SQL> select name, value from v$sysstat        2 where name in('session logical reads',        3 'physical reads',        4 'physical reads direct',        5 'physical reads direct (lob)')      NAME                              VALUE      ------------------------------- ----------      session logical reads               895243      physical reads                       14992      physical reads direct                   34      physical reads direct (lob)              0      ======================================      命中率=1-(14992-34-0)/895243      可以让Oracle给出数据缓冲区大小的建议：      ======================================      SQL> alter system set db_cache_advice=on;#打开该功能      System altered.      SQL> alter system set db_cache_advice=off;#关闭该功能      System altered.      ======================================    2-1-2：日志缓冲区（Log Buffer Cache）      日志缓冲区用来存储数据库的修改信息。该区对数据库性能的影响很小，有关日     志后面还会有详细的介绍。      查询日志缓冲区大小：     SQL> show parameter log_buffer     NAME            TYPE          VALUE     ----------     ----------- -------     log_buffer     integer       262144 2-1-3：共享池（Share Pool）      共享池是对SQL，PL/SQL程序进行语法分析，编译，执行的内存区域。      它包含三个部分：（都不可单独定义大小，必须通过share pool间接定义）。      •库缓冲区（Library Cache）包含SQL，PL/SQL语句的分析码，执行计划。      •数据字典缓冲区（Data Dictionary Cache）表，列定义，权限。      •用户全局区（Usr Global Area）用户MTS会话信息。     共享池的大小可以动态修改：      ======================================      SQL> show parameter shared_pool_size      NAME                                 TYPE        VALUE      ------------------------------------ ----------- ------      __shared_pool_size                   big integer 80M      shared_pool_size                     big integer 80M           SQL> alter system set shared_pool_size=78m      System altered.      ======================================      #上面的__shared_pool_size一行奇怪？   2-2：程序全局区PGA（Programe Global Area）     程序全局区是包含单个用户或服务器数据和控制信息的内存区域，它是在用户进程连    接到Oracle并创建一个会话时由Oracle自动分配的，不可共享，主要用于用户在编程存    储变量和数组。        如上图:      •Stack Space是用来存储用户会话变量和数组的存储区域；      •User Session Data是为用户会话使用的附加存储区。       --Session Information       --Sort Area       --Cursor Information        注意Session information（用户会话信息）在独占服务器中与在共享服务器中所处    的内存区域是不同的。 2-3：排序区，大池，Java池     排序区（Sort Area）为有排序要求的SQL语句提供内存空间。系统使用专用的内存区    域进行数据排序，这部分空间就是排序区。在Oracle数据库中，用户数据的排序可使用    两个区域，一个是内存排序区，一个是磁盘临时段，系统优先使用内存排序区进行排序。    如果内存不够，Orcle自动使用磁盘临时表空间进行排序。为提高数据排序的速度，建议    尽量使用内存排序区，而不要使用临时段。     参数sort_area_size用来设置排序区大小。（好象不能动态修改？）     大池（Large Pool）用于数据库备份工具--恢复管理器（RMAN：Recovery Manager）。    Large Pool的大小由large_pool_size确定，可用下面语句查询和修改：    =========================================    SQL> show parameter large_pool_size    NAME                  TYPE        VALUE    -----------------   ----------- -------    large_pool_size     big integer      8M SQL> alter system set large_pool_size=7m;    System altered.    =========================================         Java池主要用于Java语言开发，一般来说不低于20M。其大小由java_pool_size来    确定，可以动态调整。   2-4：Oracle自动共享内存管理（Automatic Shared Memory(SGA) Management）    在Oracle 8i/9i中数据库管理员必须手动调整SGA各区的各个参数取值，每个区要根据 负荷轻重分别设置，如果设置不当，比如当某个区负荷增大时，没有调整该区内存大小，则 可能出现ORA-4031：unable to allocate ...bytes of shared memory错误。    在Oracle 10g中，将参数STATISTICS_LEVEL设置为TYPICAL／ALL，使用SGA_TARGET指 定SGA区总大小，数据库会根据需要在各个组件之间自动分配内存大小。 下面是系统自动调整的区域：    •固定SGA区及其他•共享池•数据缓冲区• Java池•大池。    注意：如果不设置SGA_TARGET，则自动共享内存管理功能被禁止。    ==========================================    SQL> show parameter statistics_level    NAME                     TYPE        VALUE    --------------------- ----------- ------------    statistics_level      string      TYPICAL       SQL> alter system set statistics_level=all;    System altered.    #typical和all有什么区别？       SQL> alter system set statistics_level=typical;    System altered.    SQL> show parameter sga_target    NAME            TYPE        VALUE    ------------- ----------- ----------    sga_target    big integer 0    SQL> alter system set sga_target=170m;    alter system set sga_target=170m    *    ERROR at line 1:    ORA-02097: parameter cannot be modified because specified value is invalid    ORA-00823: Specified value of sga_target greater than sga_max_size    SQL> alter system set sga_target=20m;    System altered.    #不过后来又发现sga_target的值变成了140M? 下面是语句执行情况。    SQL> show parameter sga_target    NAME          TYPE        VALUE    ------------- ----------- -------    sga_target    big integer 140M       SQL> alter system set sga_target=0;    System altered.    SQL> show parameter sga_target    NAME                                 TYPE        VALUE    ------------------------------------ ----------- ------    sga_target                           big integer 0 #改为20M    SQL> alter system set sga_target=20m;    System altered.      #显示的是140M    SQL> show parameter sga_target    NAME                                 TYPE        VALUE    ------------------------------------ ----------- ------    sga_target                           big integer 140M    #不可缩减？    SQL> alter system set sga_target=130m;    alter system set sga_target=130m    *    ERROR at line 1:    ORA-02097: parameter cannot be modified because specified value is invalid    ORA-00827: could not shrink sga_target to specified value       #不可增加    SQL> alter system set sga_target=141m;    alter system set sga_target=141m    *    ERROR at line 1:    ORA-02097: parameter cannot be modified because specified value is invalid    ORA-00823: Specified value of sga_target greater than sga_max_size    3：Oracle实例的进程结构（Process StrUCture） Oracle包含三类进程： •用户进程（User Process） •服务器进程（Server Process） •后台进程（Background Process） 3-1：用户进程和服务器进程    当数据库用户请求连接到Oracle的服务时启动用户进程（比如启动SQLPlus时）。    •用户进程首先必须建立一个连接。    •用户不能直接与Oracle服务器，必须通过服务器进程交互。    •服务器进程是用户进程与服务器交互的桥梁，它可以与Oracle Server直接交互。    •服务器进程可以有共享和独占两种形式。                   3-2：后台进程（Backgroung Process）    数据库的物理结构与内存结构之间的交互要通过后台进程来完成。数据库的后台进程包 含两类，一类是必须的，一类是可选的：    •Mandatory background processes     --DBWn（Database Writer）：数据写入     --PMON（Process Moniter）：进程监控     --LGWR（Log Writer）：日志写入     --SMON（System Moniter）：系统监控     --RECO（Recovery）：恢复     --CKPT（Chekpoint）：检查点    •Optional background processes     --ARCn（Archiver）：归档     --LCKn（Lock）：锁     --Dnnn（Dispatcher）：调度     --......    可以用下面的语句查看正在运行的后台进程：    =========================================    SQL> select * from v$bgprocess where paddr<>'00';    PADDR      PSERIAL# NAME DESCRIPTION                              -------- ---------- ----- -------------------------------    6B0ED064          1 PMON process cleanup                          6B0ED4E4          1 MMAN Memory Manager                           6B0ED964          1 DBW0 db writer process 0                      6B0EDDE4          1 LGWR Redo etc.                                6B0EE264          1 CKPT checkpoint                               6B0EE6E4          1 SMON System Monitor Process                   6B0EEB64          1 RECO distributed recovery                     6B0EEFE4          1 CJQ0 Job Queue Coordinator                    6B0F01E4          1 QMNC AQ Coordinator                           6B0F0664          1 MMON Manageability Monitor Process            6B0F0AE4          1 MMNL Manageability Monitor Process 2    ======================================== 3-2-1：DBWR（Database Writer，数据写入进程）    将数据缓冲区的数据写入数据文件，是负责数据缓冲区管理的一个后台进程。    当数据缓冲区中的一数据被修改后，就标记为dirty，DBWR进程将数据缓冲区中“脏” 数据写入数据文件，保持数据缓冲区的”干净“。由于数据缓冲区的数据被用户修改并占 用，空闲数据缓冲区会不断减少，当用户进程要从磁盘读取数据块到数据缓冲区却无法找 到足够的空闲数据缓冲区时，DBWR将数据缓冲区内容写入磁盘，使用户进程总可以得到足 够的空闲数据缓冲区。    DBWR的作用：    •管理数据缓冲区，以便用户进程总能够找到足够的空闲缓冲区。    •将所有修改后的缓冲区数据写入数据文件。    •使用LRU（最近最少使用）算法保持缓冲区数据是最近经常使用的。    •通过延迟写来优化磁盘I/0读写。      点击查看大图 3-2-2：LGWR（Log Writer，日志写入进程）    将日志数据从日志缓冲区写入磁盘日志文件组。数据库在运行时，如果对数据库进行修 改则产生日志信息，日志信息首先产生于日志缓冲区。当日志达到一定数量时，由LGWR将 将日志数据写入到日志文件组，再经过日志切换，由归档进程（ARCH）将日志数据写入归 档进程（前提是数据库运行在归档模式下）。数据库遵循写日志优先原则，即在写数据之前 先写日志。      点击查看大图简单介绍    •ARCH（Archiver，归档进程）    Oracle数据库有两种运行模式，归档（ARCHIVELOG），非归档（NOARCHIVELOG）模式。 以非归档模式运行时日志在切换时被直接覆盖，不产生归档日志，这是数据库默认的运行模 式。数据库运行在归档模式时，在日志切换之前，由ARCH进程将日志信息写入磁盘，也就是 自动备份在线日志。    Oracle数据库的Redo文件数量是有限的，所以Oracle以循环的方式向它们中写入。它顺 序写满每一个Redo文件，当达到最后一个时，再循环回去开始填写第一个Redo文件。如果为 了能恢复数据库而想保存日志文件，那么在它们被重新使用之前需要对其进行备份，归档进 程管理此工作。    •CKPT（Check Point，检查点进程）    运行CKPT时，系统对全部数据文件及控制文件文件头的同步信号进行修改，以保证数据 库的同步。检查点出现在以下情况：    --在每个日志切换时产生。    --上一个检验点之后又经过了指定时间。    --从上一个检验点之后，当预定义数量的日志块被写入磁盘之后。    --数据库关闭。    --DBA强制产生。    --当表空间设置为OFFLINE时。 •SMON（System Moniter，系统监控进程）    SMON在实例启动时执行实例恢复，并负责清理不再使用的临时段。      •PMON（Process Monitor，进程监控）    PMON在用户进程出现故障时进行恢复，负责清理内存区域和释放该进程所使用的资源。    •RECO（Recovery，恢复进程）    RECO用于分布式数据库维持在分布式环境中的数据的一致性。    •LCKn（Lock，锁进程）    在并行服务器中用于多个实例间的封锁。    •Dnnn（Dispatcher，调度进程）    Dnnn存在于多线程服务器体系结构中，负责将用户进程连接到服务器进程，再把结果返    回给用户进程。