Oracle内存结构与实例

Oracle内存结构与实例

1、  内存结构：

Oracle数据库的总体结构如下图：

每个Oracle数据库都是由Oracle Instance（实例）与数据库（数据文件，控制文件、重做日志文件）组成，其中所谓实例就是用户同数据库交互的媒介，用户通过于一个实例相连来操作数据库。而实例又是由统一的内存结构（SGA，PGA，UGA）和一批内存驻留进程组成。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。

实例结构如下图：

1.1内存对数据库的影响：

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。

1.2 SGA内部结构及管理：

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。

通过下面的语句查询

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

其中：sga_max_size的大小是不可以动态调整的。

如：

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

  •大池

  •Java池

其中后两项为可选项。

1.2.1 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。

通过下面的语句查询

   SQL> show parameter db_cache_size
   NAME                                 TYPE        VALUE
   ------------------------------------ ----------- -----------------
   db_cache_size                        big integer 24M

  修改数据缓冲区大小：

SQL> alter system set db_cache_size=20m;
   System altered.

#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';

SGA区的其他部分都可以修改，致使不能超过sga_max_size限制，如使用下面语句修改Java池大小

SQL> alter system set java_pool_size=20m;
 System altered.

数据缓冲区的大小对数据库的存取速度有直接影响，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.

1.2.2：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。
    查询日志缓冲区大小：
   SQL> show parameter log_buffer
   NAME            TYPE          VALUE
   ----------     -----------  -------
   log_buffer     integer       262144 

  1.2.3：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：
    •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。

这三个部分都不可单独定义大小，必须通过share pool间接定义
   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.

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。PGA包含的是有关进程正在使用的操作系统资源信息以及进程的状态信息,而其它的进程所使用的Oracle的共享资源是在SGA中。PGA是私有的而不是共享的,这个机制是有必要的,因为当进程死掉后可以把这些资源清除和释放掉。另外PGA的结构同Oracle运行的模式有关，Oracle在专有服务器（Dedicated Server）和共享服务器（Shared Server）两种运行模式下，PGA的结构是有差别的。如下图所示：

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。

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。

   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。

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。

注意：如果不设置SGA_TARGET，则自动共享内存管理功能被禁止。

5、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）

5.1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。（这个过程主要通过Oracle的监听进程Listener实现）
  •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。

5.2 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）：归档进程
   |--LCKn（Lock）：锁进程
   |--Dnnn（Dispatcher）：调度进程
   |--......
  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
  =========================================================================

5.2.1 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。

5.2.2 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。

5.2.3其他进程简单介绍
  •ARCH（Archive，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进程将在线日志信息写入归档目的地，该目的地可以是本地磁盘，也可以使可以是网络能访问到的远端存储介质（如磁带库）。
    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（Shared Server），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。