Oracle体系结构：内存结构和进程结构(转)

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（一）内存结构和进程结构 Oracle数据库的总体结构如下图：

[@more@]

screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}" style="WIDTH: 424px; HEIGHT: 278px" οnclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://oracle.chinaitlab.com/UploadFiles_7269/200704/20070428112353143.jpg');}" height="278" src="http://oracle.chinaitlab.com/UploadFiles_7269/200704/20070428112353143.jpg" width="424" οnlοad="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}" border="0" /> 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。

screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}" οnclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://oracle.chinaitlab.com/UploadFiles_7269/200704/20070428112354742.jpg');}" src="http://oracle.chinaitlab.com/UploadFiles_7269/200704/20070428112354742.jpg" οnlοad="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}" border="0" />

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。

screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}" style="WIDTH: 445px; HEIGHT: 234px" οnclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://oracle.chinaitlab.com/UploadFiles_7269/200704/20070428112354226.jpg');}" height="234" src="http://oracle.chinaitlab.com/UploadFiles_7269/200704/20070428112354226.jpg" width="445" οnlοad="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}" border="0" />

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。

screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}" style="WIDTH: 430px; HEIGHT: 243px" οnclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://oracle.chinaitlab.com/UploadFiles_7269/200704/20070428112354385.jpg');}" height="243" src="http://oracle.chinaitlab.com/UploadFiles_7269/200704/20070428112354385.jpg" width="430" οnlοad="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}" border="0" />

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。

screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}" style="WIDTH: 454px; HEIGHT: 354px" οnclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://oracle.chinaitlab.com/UploadFiles_7269/200704/20070428112355707.jpg');}" height="354" src="http://oracle.chinaitlab.com/UploadFiles_7269/200704/20070428112355707.jpg" width="454" οnlοad="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}" border="0" />
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。

screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}" style="WIDTH: 369px; HEIGHT: 235px" οnclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://oracle.chinaitlab.com/UploadFiles_7269/200704/20070428112355434.jpg');}" height="235" src="http://oracle.chinaitlab.com/UploadFiles_7269/200704/20070428112355434.jpg" width="369" οnlοad="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}" border="0" />

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。

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