Oracle 内存结构

Oracle 使用服务器的物理内存来保存Oracle 实例的许多内容：Oracle 的可执行代码自身、会话信息、与数据库关联的单独进程、进程之间共享的信息(如数据库对象上的锁)。此外，内存结构还包含用户和数据字典SQL 语句，以及最终永久存储在磁盘上的缓存信息，如来自数据库段的数据块和数据库中已完成事务的相关信息。分配给Oracle 实例的数据区域称为系统全局区域(System Global Area，SGA)。Oracle 的可执行代码驻留在软件代码区域。此外，名为程序全局区域(Program Global Area，PGA)的区域对于每个服务器和后台进程来说都是私有的，Oracle 为每个进程分配一个PGA。图1-5 显示了这些Oracle 内存结构之间的关系。

系统全局区域

系统全局区域是用于Oracle 实例的一组共享内存结构，由数据库实例的用户共享。启动Oracle 实例时，系统根据在初始参数文件中指定的值或在Oracle 软件中硬编码的值，为SGA分配内存。控制SGA 不同部分大小的许多参数都是动态的；然而，如果指定SGA_MAX_SIZE参数，则所有SGA 区域的全部大小必须不能超出SGA_MAX_SIZE 的值。如果没有指定SGA_MAX_SIZE，但指定了参数SGA_TARGET，Oracle 就自动调整SGA 各组成部分的大小，从而使分配的内存总量等同于SGA_TARGET。SGA_TARGET 是动态参数，可在实例运行时改变。MEMORY_TARGET 是Oracle 11g 中新增的参数，用于在SGA 和PGA(稍后讨论)之间平衡Oracle 可用的所有内存，以优化性能。

SGA 中的内存以“区组(granule)”为单位分配。区组的大小可为4MB 或16MB，这取决于SGA 的总体大小。如果SGA 小于或等于128MB，区组就是4MB；否则，区组为16MB。接下来将介绍Oracle 如何使用SGA 中每个部分的重点内容。

1. 缓冲区缓存

数据库缓冲区缓存(buffer cache)保存来自磁盘的数据块，这些数据块有的满足最近执行的SELECT 语句，有的是通过DML 语句改变或添加的已修改块。从Oracle 9i 开始，SGA 中保存这些数据块的内存区域是动态的。这样做有一定优点，因为它考虑到数据库中可能有一些表空间的块大小不同于默认块大小。最多有5 种不同块大小(一种是默认块大小，最多具有其他4种块大小)的表空间需要自己的缓冲区缓存。因为处理和事务需要每日或每周改变，所以可动态改变DB_CACHE_SIZE 和DB_nK_CACHE_SIZE 的值，而不需要重新启动实例，从而获得比给定块大小的表空间更好的性能。

Oracle 可使用两个具有相同块大小的额外缓存作为默认块大小(DB_CACHE_SIZE)：KEEP缓冲池和RECYCLE 缓冲池。从Oracle 9i 开始，这些缓冲池独立于SGA 中的其他缓存分配内存。

创建表时，通过在STORAGE子句中使用BUFFER_POOL_KEEP 或BUFFER_POOL_RECYCLE子句，可指定表的数据块驻留在哪个缓冲池中。对于一天中频繁使用的表，最好将其放在KEEP缓冲池中，从而最小化检索表中数据块所需要的I/O。

2. 共享池

共享池包含两个主要的子缓存：库缓存和数据字典缓存。共享池的大小由初始参数SHARED_POOL_SIZE 确定。这也是一个动态参数，其大小可以调整，只要SGA 的全部大小小于SGA_MAX_SIZE 或SGA_TARGET 即可。

库缓存 库缓存保存针对数据库运行的SQL 和PL/SQL 语句的有关信息。在库缓存中，因为由所有用户共享，所以许多不同的数据库用户可以潜在地共享相同的SQL 语句。和SQL 语句自身一起，SQL 语句的执行计划和解析树也存储在库缓存中。第二次由同一用户或不同用户运行同一条SQL 语句时，由于已经计算了执行计划和解析树，因此可以提高查询或DML 语句的执行速度。

如果库缓存过小，则必须将执行计划和解析树转储到缓存外面，这就需要频繁地将SQL语句重新加载到库缓存中。

数据字典缓存 数据字典是数据库表的集合，由SYS 和SYSTEM 模式拥有，其中包含有关数据库、数据库结构以及数据库用户的权限和角色的元数据。数据字典缓存保存第一次读到缓冲区缓存之后的数据字典表的列的子集。数据字典中来自表的数据块常用于辅助处理用户查询和其他DML 命令。

如果数据字典缓存太小，对数据字典中信息的请求将造成额外的I/O。这些I/O 绑定的数据字典请求称为“递归调用”，应该通过正确设置数据字典缓存的大小加以避免。

3. 重做日志缓冲区

重做日志缓冲区保存对数据文件中的数据块所进行的最近的改动。当重做日志缓冲区的1/3 已满或者每隔3 秒时，Oracle 将重做日志记录写入重做日志文件。从Oracle 10g 开始，当重做日志缓冲区中存储了1MB 重做信息时，LGWR 进程就将重做日志记录写入重做日志文件。一旦将重做日志缓冲区中的条目写入重做日志文件，如果在将改动的数据块从缓冲区缓存写入数据文件之前实例崩溃，这些条目就对数据库恢复起着至关重要的作用。只有将重做日志条目成功写入重做日志文件后，才可以认为用户提交的事务完成。

4. 大型池

大型池是SGA 的可选区域，用于与多个数据库交互的事务、处理并行查询的消息缓冲区以及RMAN 并行备份和还原操作。顾名思义，大型池可为需要一次分配大块内存的操作提供所需要的大块内存。

初始参数LARGE_POOL_SIZE 控制大型池的大小，这是从Oracle 9i 版本2 开始新增的一个动态参数。

5. Java 池

Oracle 的Java 虚拟机(Java Virtual Machine，JVM)使用Java 池来处理用户会话中的所有Java代码和数据。将Java 代码和数据存储在Java 池中类似于将SQL 和PL/SQL 代码缓存在共享池中。

6. 流池

流池是Oracle 10g 中新增的池，使用初始参数STREAMS_POOL_SIZE 可以确定其大小。流池保存用于支持Oracle 企业版中Oracle 流特性的数据和控制结构。Oracle 流管理分布式环境中数据和事件的共享。如果初始参数STREAMS_POOL_SIZE 未初始化或者将其设置为0，则从共享池中分配用于流操作的内存，并且最多可以分配共享池10%的容量。

程序全局区域

程序全局区域(Program Global Area，PGA)是分配给一个进程并归该进程私有的内存区域。PGA 的配置取决于Oracle 数据库的连接配置：共享服务器或专用服务器。

在共享服务器配置中，多个用户共享一个数据库连接，从而最小化服务器上的内存使用率，但可能影响对用户请求的响应时间。在共享服务器环境中，由SGA 而不是PGA 来保存用户的会话信息。对于大量同时进行，伴有很少发生的请求或短期请求的数据库连接，共享服务器是理想的环境。

在专用服务器环境中，每个用户进程获得自己的数据库连接，PGA 包含这种配置的会话内存。

PGA 也包括一个排序区域，当用户请求需要排序、位图合并或散列连接操作时，就会使用这种排序区域。

从Oracle 9i 开始，通过PGA_AGGREGATE_TARGET 参数和WORKAREA_SIZE_POLICY初始参数的结合，DBA 可选择所有工作区域的全部大小，并让Oracle 管理并分配所有用户进程之间的内存，从而简化系统管理。如前所述，MEMORY_TARGET 参数作为一个整体管理PGA 和SGA 内存来优化性能。

软件代码区域

软件代码区域存储作为Oracle 实例的一部分运行的Oracle 可执行文件。这些代码区域实际上是静态的，只有在安装软件的新版本时才会改变。一般来说，Oracle 软件代码区域位于与其他用户程序隔离的权限内存区域。

Oracle 软件代码是严格只读的代码，可共享安装或非共享安装。当多个Oracle 实例运行在同一服务器上和相同的软件版本级别时，按可共享方式安装Oracle 软件代码可节省内存。

后台进程

当Oracle 实例启动时，多个后台进程就会启动。后台进程是设计用于执行特定任务的可执行代码块。图1-6 显示了后台进程、数据库和Oracle SGA 之间的关系。与SQL*Plus 会话或Web 浏览器等前台进程不同，用户无法看到后台进程的工作情况。SGA 和后台进程结合起来组成了Oracle 实例。

1. SMON

SMON 是系统监控器(System Monitor)进程。在系统崩溃或实例故障的情况下，由于停电或CPU 故障，通过将联机重做日志文件中的条目应用于数据文件，SMON 进程可执行崩溃恢复。此外，它在系统重新启动期间清除所有表空间中的临时段。

SMON 的一个常规任务是定期合并字典管理的表空间中的空闲空间。

2. PMON

如果删除用户连接，或者用户进程以其他方式失败，PMON(也称为“进程监控器”)就会进行清除工作。它清除数据库缓冲区缓存以及用户连接所使用的其他任何资源。例如，用户会话可能正在更新表中的某些行，在一行或多行上放置锁。一场雷雨袭击了用户办公桌的电力设置，当工作站的电源关闭时，SQL*Plus 会话消失。期间，PMON 将检测到连接不再存在，并执行下面的任务：

回滚到电源断开时正在处理的事务。

在缓冲区缓存中标记可用的事务块。

删除表中受影响的行上的锁。

从活动进程列表中删除未连接进程的进程ID。

通过将实例状态的相关信息提供给传入的连接请求，PMON 也和监听器交互。

3. DBWn

数据库写入程序(database writer)进程，在Oracle 的旧版本中也称为DBWR，负责将缓冲区缓存中新增的或改动的数据块(称为“脏块”)写入数据文件。使用LRU 算法，DBWn 首先写入最早的、最小的活动块。因此，请求最多的块位于内存中，即使它们是脏块。

最多可启动20 个DBWn 进程， DBW0 ～ DBW9 ， 以及DBWa ～ DBWj 。通过DB_WRITER_PROCESS 参数可以控制DBWn 进程的数量。

4. LGWR

LGWR，或称为“日志写入程序”进程，负责管理重做日志缓冲区。在具有大量DML 活动的实例中，LGWR 是最活跃的进程之一。直到LGWR 成功地将重做信息(包括提交记录)写入重做日志文件，才能认为事务已经完成。此外，直到LGWR 已经写入重做信息，才可以通过DBWn 将缓冲区缓存中的脏缓冲区写入数据文件。

如果分组重做日志文件，并且组中一个多元复用的重做日志文件已经受损，LGWR 将写入剩余的组成员，并在警报日志文件中记录错误。如果组中的所有成员都不可用，LGWR 进程就会失败，并且整个实例挂起，直至问题得到纠正为止。

5. ARCn

如果数据库处于ARCHIVELOG 模式，只要重做日志填满并且重做信息开始按顺序填充下一个重做日志，归档程序进程(ARCn)就将重做日志复制到一个或多个目的地目录、设备或网络位置。最理想的情况下，归档进程应在下一次使用填满的重做日志之前完成。否则会产生严重的性能问题：将条目写入重做日志文件前用户无法完成他们的事务，而重做日志文件还没有准备好接受新条目，因为它仍在写入归档位置。对于该问题，至少有3 种可能的解决方案：使重做日志文件更大一些，增加重做日志组的数量，增加ARCn 进程的数量。针对每个实例最多可启动30 个ARCn 进程，其方法是增加LOG_ARCHIVE_MAX_ PROCESSES 初始参数的值。

6. CKPT

检查点进程(checkpoint process)，即CKPT，可帮助减少实例恢复所需要的时间。在检查点期间，CKPT 更新控制文件和数据文件的标题，从而反映最近成功的系统变更号(System ChangeNumber，SCN)。每次进行重做日志文件切换时，都自动生成一个检查点。DBWn 进程按常规写入脏缓冲区，将检查点从实例恢复可以开始的位置提前，从而减少平均恢复时间(Mean Timeto Recovery，MTTR)。

7. RECO

RECO 即恢复器进程(recoverer process)，用于处理分布式事务(即包括对多个数据库中的表进行改动的事务)的故障。如果同时改变CCTR 数据库和WHSE 数据库中的表，而在可以更新WHSE 数据库中的表之前，两个数据库之间的网络连接失败了，RECO 将回滚失败的事务。

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