Oracle之内存结构（SGA、PGA）

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一、内存结构

SGA(System Global Area)：由所有服务进程和后台进程共享；
PGA(Program Global Area)：由每个服务进程、后台进程专有；每个进程都有一个PGA。

二、SGA
包含实例的数据和控制信息，包含如下内存结构：
1）Database buffer cache：缓存了从磁盘上检索的数据块。
2）Redo log buffer：缓存了写到磁盘之前的重做信息。
3）Shared pool：缓存了各用户间可共享的各种结构。
4）Large pool：一个可选的区域，用来缓存大的I/O请求，以支持并行查询、共享服务器模式以及某些备份操作。
5）Java pool：保存java虚拟机中特定会话的数据与java代码。
6）Streams pool：由Oracle streams使用。
7）Keep buffer cache：保存buffer cache中存储的数据，使其尽时间可能长。
8）Recycle buffer cache：保存buffer cache中即将过期的数据。
9）nK block size buffer：为与数据库默认数据块大小不同的数据块提供缓存。用来支持表空间传输。

database buffer cache, shared pool, large pool, streams pool与Java pool根据当前数据库状态，自动调整；
keep buffer cache,recycle buffer cache,nK block size buffer可以在不关闭实例情况下，动态修改。

三、PGA
每个服务进程私有的内存区域，包含如下结构：
1）Private SQL area：包含绑定信息、运行时的内存结构。每个发出sql语句的会话，都有一个private SQL area（私有SQL区）
2）Session memory：为保存会话中的变量以及其他与会话相关的信息，而分配的内存区。


四、SGA COMPONENT
(一)、Buffer Cache
1、DB_CACHE_SIZE
　　　　通过参数DB_CACHE_SIZE可指定DB buffer cache的大小
　　　　ALTER SYSTEM SET DB_CACHE_SIZE=20M scope=both;
　　　　服务进程从数据文件读数据到buffer cache；DBWn从buffer cache写数据到数据文件。
　　　　buffer cache的四种状态：
　　　　　　　　1）pinned：当前块正在读到cache或正写到磁盘，其他会话等待访问该块。
　　　　　　　　2）clean：
　　　　　　　　3）free/unused：buffer内为空，为实例刚启动时的状态。
　　　　　　　　4）dirty：脏数据，数据块被修改，需要被DBWn刷新到磁盘，才能执行过期处理。

同一个数据库中，支持多种大小的数据块缓存。通过DB_nK_CACHE_SIZE参数指定，如
　　　　• DB_2K_CACHE_SIZE
　　　　• DB_4K_CACHE_SIZE
　　　　• DB_8K_CACHE_SIZE
　　　　• DB_16K_CACHE_SIZE
　　　　• DB_32K_CACHE_SIZE
标准块缓存区大小由DB_CACHE_SIZE指定。如标准块为nK，则不能通过DB_nK_CACHE_SIZE来指定标准块缓存区的大小，应由DB_CACHE_SIZE指定。
例，标准块为8K，则数据库可以设置的块缓存大小的参数如下：
　　　　• DB_CACHE_SIZE（指定标准块（这里为8K）的缓存区）
　　　　• DB_2K_CACHE_SIZE（指定块大小为2K的缓存区）
　　　　• DB_4K_CACHE_SIZE（指定块大小为4K的缓存区）
　　　　• DB_16K_CACHE_SIZE（指定块大小为16K的缓存区）
　　　　• DB_32K_CACHE_SIZE（指定块大小为32K的缓存区）

2、多种缓冲池（buffer pool）
　　　　1）Keep：通过db_keep_cache_size参数指定。
　　　　该buffer内的数据可能被重用，以降低I/O操作。该池的大小要大于指定到该池的段的总和。
　　　　　　 读入到keep buffer的块不需要过期操作。
　　　　2）Recycle：通过db_recycle_cache_size参数指定。
　　　　该池中的数据被重用机会较小，该池大小要小于分配到该池的段的总和。读入该池的块需要经常执行过期处理。
　　　　3）Default：相当于一个没有Keep与Recycle池的实例的buffer cache，通过db_cache_size参数指定。

3、为对象明确指定buffer pool
　　　　buffer_pool子句，用来为对象指定默认的buffer pool，是storage子句的一部分。
　　　　　　 对create与alter table、cluster、index语句有效。
　　　　如果现有对象没有明确指定buffer pool，则默认都指定为default buffer pool，大小为DB_CACHE_SIZE参数设置的值。
语法：
　　　　a.CREATE INDEX cust_idx ON tt(id) STORAGE (BUFFER_POOL KEEP);
　　　　b.ALTER TABLE oe.customers STORAGE (BUFFER_POOL RECYCLE);
　　　　c.ALTER INDEX oe.cust_lname_ix STORAGE (BUFFER_POOL KEEP);
(二)、Share Pool
1、SHARE_POOL_SIZE
　  1）Share Pool可通过SHARE_POOL_SIZE参数指定：
　　SQL> alter system set shared_pool_size=20M scope=both;
　  2）Share Pool保存的信息被多个会话共享，类型包括：
  a.Library Cache
Library Cache又包含共享SQL区与PL/SQL区：
a).共享SQL区保存了分析与编译过的SQL语句。
b).PL/SQL区保存了分析与编译过的PL/SQL块（过程和函数、包、触发器与匿名PL/SQL块）。
  b.Data Dictionary Cache
保存了数据字典对象的定义。
  c.UGA(User Global Area)
UGA内包含了共享服务器模式下的会话信息。
共享服务器模式时，如果large pool没有配置，则UGA保存在Share Pool中。

(三)、Large Pool 
1）Large Pool大小通过LARGE_POOL_SIZE参数指定：
SQL> alter system set large_pool_size=20m scope=both;
2）作用:
a.为I/O服务进程分配内存
b.为备份与恢复操作分配内存
c.为Oracle共享服务器模式与多个数据库间的联机事务分配内存。
通过从large pool中为共享服务器模式分配会话内存，可以减少share pool因频繁为大对象分配和回收内存而产生的碎片。将大的对象从share pool中分离出来，可以提高shared pool的使用效率，使其可以为新的请求提供服务或者根据需要保留现有的数据。

(四)、Java Pool           
1、JAVA_POOL_SIZE
   　　通过JAVA_POOL_SIZE参数指定java pool大小。
          保存了jvm中特定会话的java code和数据。
2、在编译数据库中的java代码和使用数据库中的java资源对象时，都会用到share pool。
        java的类加载程序对每个加载的类会使用大约8K的空间。
       系统跟踪运行过程中，动态加载的java类，也会使用到share pool。

(五)、Redo Log Buffer
1、服务进程从用户空间拷贝每条DML/DDL语句的redo条目到redo log buffer中。
2、redo log buffer是一个可以循环使用的buffer，服务进程拷贝新的redo覆盖掉redo log buffer中已通过LGWR写入磁盘（online redo log）的条目。
3、导致LGWR执行写redo log buffer到online redo log的条件
a.用户执行事务提交commit
b.每3秒钟或redo log buffer内已达到1/3满或包含1MB数据
c.DBWn进程将修改的缓冲区写入磁盘时（如果相应的重做日志数据尚未写入磁盘）

（六）、ASMM(Automatic Shared Memory Management)
1、SGA_TARGET
      1）SGA_TARGET默认值为0，即ASMM被禁用。需要手动设置SGA各中各组件的大小。
      2）当SGA_TARGET为非0时，则启用ASMM，自动调整以下各组件大小：
　　　　DB buffer cache（default pool）
　　　　shared pool
　　　　large pool
　　　　streams pool
　　　　java pool
           但ASSM中， 以下参数仍需要手动指定：
　　　　log buffer
　　　　keep、recycle、以及非标准块缓冲区
　　　　固定SGA以及其他内部分配。
2、启用ASMM需要将STATISTICS_LEVEL设置成TYPICAL或ALL
3、启用ASMM，自动调整SGA内部组件大小后。若手动指定某一组件值，则该值为该组件的最小值。如
手动设置SGA_TARGET=8G,SHARE_POOL_SIZE=1G，则ASMM在自动调整SGA内部组件大小时，保证share pool不会低于1G。
SQL> SELECT component, current_size/1024/1024 size_mb FROM   v$sga_dynamic_components;
4、SGA_MAX_SIZE
SGA_MAX_SIZE指定内存中可以分配给SGA的最大值。
SGA_TARGET是一个动态参数，其最大值为SGA_MAX_SIZE指定的值。

五、PGA

 
（一）Private SQL Area
1、保存了当前会话的绑定信息以及运行时内存结构。这些信息
2、每个执行sql语句的会话，都有一个private sql area。
3、当多个用户执行相同的sql语句，此sql语句保存在一个称为shared sql area。此share sql area被指定给这些用户的private sql area
4、共享服务器模式：private sql area位于SGA的share pool或large pool中
     专用服务器模式：private sql area位于PGA中
（二）Cursor、SQL Areas
（三）Work Area    
PGA的一大部分被分配给Work Area，用来执行如下操作：
　　　　a.基于操作符的排序，group by、order by、rollup和窗口函数。
  　　　　参数为sort_area_size  
　　　　b.hash散列连接，
  　　　　参数为hash_area_size     
　　　　c.位图合并，
  　　　　参数为bitmap_merge_area_size
　　　　d.位图创建，
  　　　　参数为create_bitmap_area_size 
　　　　e.批量装载操作使用的写缓存
（四）Session memory
 保存了会话的变量，如登录信息及其他与会话相关的信息，共享服务器模式下，Session memory是共享的。

（五）自动PGA管理
设置PGA_AGGREGATE_TARGET为非0，则启用PGA自动管理，并忽略所有*_area_size的设置。如sort_area_size,hash_area_size等。
默认为启用PGA的自动管理，Oracle根据SGA的20%来动态调整PGA中专用与Work Area部分的内存大小，最小为10MB。
用于实例中各活动工作区（work area）的PGA总量，为PGA_AGGREGATE_TARGET减去其他组件分配的PGA内存。得到的结果，按照特定需求动态分配给对应的工作区。
1）设置PGA_AGGREGATE_TARGET大小的步骤
a.设置PGA_AGGREGATE_TARGET为SGA的20%，对于DSS系统，此值可能过低。
b.运行典型的负载，通过oracle收集的pga统计信息来调整PGA_AGGREGATE_TARGET的值。
c.根据oracle的pga建议调整PGA_AGGREGATE_TARGET大小。
2）禁用自动pga管理
为向后兼容，设置PGA_AGGREGATE_TARGET为0，即禁用pga的自动管理。可使用关联的*_area_size参数调整对应工作区的最大大小。
bitmap_merge_area_size
create_bitmap_area_size
hash_area_size
sort_area_size         

六、后台进程 
a.SMON
    当启动一个数据库时，SMON(SystemMonitor，系统监控程序)进程执行所需的实例恢复操作(使用联机重做日志文件)，它也可以清除数据库，取消系统不再需要的事务对象。
SMON的另一个用途是：将邻接的自由盘区组成一个较大的自由盘区。对于某些表空间，数据库管理员必须手工执行自由空间合并；SMON只合并表空间中的自由空间，这些表空间的缺省pctincrease存储值为非零。
b.PMON
    PMON(进程监控程序)后台进程清除失败用户的进程，释放用户当时正在使用的资源。当一个持有锁的进程被取消时，其效果是显而易见的，PMON负责释放锁并使其可以被其他用户使用。同SMON一样，PMON周期性地唤醒检测它是否需要被使用。
c.DBWR
    DBWR(数据库写入程序)后台进程负责管理数据块缓存区及字典缓存区的内容。它以批方式把修改块从SGA写到数据文件中。
尽管每一个数据库实例只有一个SMON和一个PMON进程在运行，但是根据平台和操作系统的不同，用户可以同时拥有多个DBWR进程。使用多个DBWR进程有助于在进行大的操作期间减少DBWR中的冲突。所需DBWR进程的数量由数据库的init.ora文件中的DB_WRITER_PROCESSES参数决定。如果系统支持异步I/O，可以用多个DBWRI/O从(slave)进程创建一个DBWR进程。DBWRI/O从进程的数量由init.ora文件的DBWR_I/O_SLAVES参数设置。
如果创建多个DBWR进程，这些进程就不叫做DBWR，它们将有一个数字分量。例如，如果创建5个DBWR进程，进程的操作系统名就可能是DBW0、DBW1、DBW2、DBW3和DBW4。
d.LGWR
    LGWR(日志写入程序)后台进程负责把联机重做日志缓冲区的内容写入联机重做日志文件。LGWR分批将日志条目写入联机重做日志文件。重做日志缓冲区条目总是包含着数据库的最新状态，这是因为DBWR进程可以一直等待到把数据块缓冲区中的修改数据块写入到数据文件中。
LGWR是数据库正常操作时唯一向联机重做日志文件写入内容并从重做日志缓冲区直接读取内容的进程。与DBWR对数据文件执行的完全随机访问相反，联机重做日志文件以序列形式写入。如果联机重做日志文件是镜像文件，LGWR同时向镜像日志文件中写内容。
对于Oracle8，可以创建多个LGWRI/O从进程以改善向联机重做日志文件的写入性能，其个数由数据库的init.ora文件的LGWR_IO_SLAVES参数决定。
在Oracle8i中，这个参数已不能用，LGWRI/O从进程由DBWR_IO_SLAVES设置值派生而来。
e.CKPT
    CKPT(检查点进程)用来减少执行实例恢复所需的时间。检查点使DBWR把上一个检查点以后的全部已修改数据块写入数据文件，并更新数据文件头部和控制文件以记录该检查点。
    当一个联机重做日志文件被填满时，检查点进程会自动出现。可以用数据库实例的init.ora文件中的LOG_CHECKPOINT_INTERVAL参数来设置一个频繁出现的检查点。
CKPT后台进程把早期数据库版本中LGWR的两个功能(向检查点发信号及复制日志内容)分成两个后台进程。当数据库实例的init.ora文件中的CHECKPOINT_PROCESS参数被设置为TRUE时，就可以建立CKPT后台进程。
f.ARCH
    LGWR后台进程以循环方式向联机重做日志文件写入；当填满第一个日志文件后，就开始向第二个日志文件写入；第二个日志文件填满后，再向第三个日志文件写入。一旦最后一个重做日志文件填满，LGWR就开始重写第一个重做日志文件的内容。
    当Oracle以ARCHIVELOG(归档日志)模式运行时，数据库在开始重写重做日志文件之前先对其进行备份。这些归档的重做日志文件通常写入一个磁盘设备中。也可以直接写入磁带设备中，但是这往往要增加操作员的劳动强度。
    这种归档功能由ARCH(归档进程)后台进程完成，利用该性能的数据库在处理大数据事务时将遇到重做日志磁盘冲突问题，这是因为当LGWR准备写入一个重做日志文件时，ARCH正准备读取
    另一个。如果归档日志目标磁盘写满，数据库还将遇到数据库锁定问题。此时，ARCH冻结，禁止LGWR写入；从而禁止在数据库中出现进一步的事务处理；这种情况一起延续到归档重做日志文件的空间清空为止。
    对于Oracle8，可以创建多个ARCHI/O从进程以改善对归档重做日志文件的写入功能。在Oracle8.0中，ARCHI/O从进程的个数由数据库的init.ora文件中的ARCH_IO_SLAVES参数决定。在Oracle8i中，这个参数已不能用，ARCH_IO_SLAVES设置值由DBWR_IO_SLAVES设置值派生。
g.RECO
    RECO(恢复进程)后台进程用于解决分布式数据库中的故障问题。RECO进程试图访问存在疑问的分布式事务的数据库并解析这些事务。只有在平台支持DistributedOption(分布式选项)且init.ora文件中的DISTRIBUTED_TRANSACTIONS参数大于零时才创建这个进程。
h.SNPn
    Oracle的快照刷新及内部作业队列调度依赖于它们执行的后台进程(快照进程)。这些后台进程的名字以字母SNP开头，以数字或字母结束。为一实例所创建的SNP进程的个数由数据库的init.ora文件中的JOB_QUEUE_PROCESSES参数决定(在Oracle7中，该参数名为SNAPSHOT_REFRESH_PROCESSES)。
i.LCKn
    当采用Oracle并行服务器选项时，多个LCK(锁定进程)后台进程(命名为LCK0~LCK9)用于解决内部实例的锁定问题。LCK进程的个数由GC_LCK_PROCS参数决定。
j.Dnnn
    Dnnn(调度程序进程)是MTS结构的一部分；这些进程有助于减少处理多重连接所需要的资源。对于数据库服务器支持的每一个协议必须至少创建一个调度程序进程，调度程序进程根据SQL*Net(或Net8)的配置在数据库启动时创建，在数据库打开后可以创建或取消。
k.Snnn
    创建Snnn(服务器进程)来管理需要专用服务器的数据库连接。服务器进程可以对数据文件进行I/O操作。
l.Pnnn
    如果启动数据库中的并行查询选项，一个查询的资源要求可以分布在多个处理器中。当实例启动由init.ora文件的PARALLEL_MIN_SERVERS参数确定时，指定数目的并行查询服务器进程就启动。每一个这样的进程都将出现在操作系统级。需要并行操作的进程越多，启动的并行查询服务器进程就越多。每个并行查询服务器进程在操作系统级将有一个P000、P001、P002这样的名字。并行查询服务器进程的最大数量由init.ora文件的PARALLEL_MAX_SERVERS参数确定。
五、Oracle的外部结构1.重做日志
    Oracle保存所有数据库事务的日志。这些事务被记录在联机重做日志文件(onlineredologfile)中。当数据库被破坏时，这些日志文件能够以正确顺序恢复数据库事务。重做日志文件信息存储在数据库数据文件的外部。
    重做日志文件也可以让Oracle优化向磁盘写入数据的方式。当数据库中出现一个事务时，就把该事务输入到重做日志缓冲区；同时受该事务影响的数据块不会立即写入磁盘。
    每个Oracle数据库都有两个或更多的联机重做日志文件。Oracle以循环方式向联机重做日志文件写入：第一个日志文件被填满后，就向第二个日志文件写入，然后依次类推。当所有联机重做日志文件都被填满时，就又回到第一个日志文件，用新事务的数据对其进行重写。如果数据库正以ARCHIVELOG模式运行，在重写联机重做日志文件前，数据库将先对其进行备份。任何时候都可以用这些归档重做日志文件来恢复数据库的任何部分。
    重做日志文件可以被数据库镜像(复制)。镜像联机重做日志文件不依赖操作系统或操作环境的硬件性能就可以对重做日志文件进行镜像。
2.控制文件
    数据库的全局物理结构由其控制文件(controlfile)维护。控制文件记录数据库中所有文件的控制信息。控制文件维护内部的一致性并引导恢复操作。
由于控制文件对数据库至关重要，所以联机存储着多个拷贝。这些文件一般存储在各个不同的磁盘上，以便将因磁盘失效引起的潜在危险降至最低限度。创建数据库时，同时就提供与之对应的控制文件。
    数据库控制文件的名字通过init.ora文件的CONTROL_FILES参数规定。尽管这是一个init.ora参数，但是CONTORL_FILES参数通常用config.ora文件规定，因为它很少变化。如果需要给数据库添加一个新的控制文件，可关闭实例，把已存在的一个控制文件复制到新的地址，把新的地址添加到CONTROL_FILES参数设置值上，并重新启动这个实例。
3.跟踪文件与警告日志
    在实例中运行的每一个后台进程都有一个跟踪文件与之相连。跟踪文件记载后台进程遇到的重大事件的信息。除了跟踪文件外，Oracle还有一个称作警告日志(alertlog)的文件，警告日志记录数据库文件运行中主要事件的命令及结果。例如，表空间的创建、重做日志的转换、操作系统的恢复、数据库的建立等信息都记录在警告日志中。警告日志是数据库每日管理的重要资源，当需要查找主要失败原因时，跟踪文件就非常有用。
    应经常监控警告日志。警告日志的条目将通知你数据库操作期间遇到的任何问题，其中包括出现的任何ORA_0600内部错误。为使警告日志便于使用，最好是每天能自动对其重新命名。例如，如果警告日志称作alert_orcl.log，可以对它重新命名，以便其文件名包括当前日期。下次Oracle要写该警告日志时，将找不到具有alert_orcl.log文件名的文件，因此数据库将创建一个新的文件名。这样，除了有以前的警告日志外，还有一个当前的警告日志(alert_orcl.log)。用这种方式区分警告日志条目就可以使对警告日志条目的分析更有效。