Oracle体系结构：内存结构和进程结构

（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。
  

 

 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。
    

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。