Oracle體系結構：內存結構和進程結構

2024-08-29 13:31:35

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供稿：網友

（一）內存結構和進程結構 oracle數據庫的總體結構如下圖：

1：oracle實例（instance）
  在一個服務器中，每一個運行的oracle數據庫都與一個數據庫實例相聯系，實例是我們
訪問數據庫的手段。
  實例在操作系統中用oracle_sid來標識，在oracle中用參數instance_name來標識，
它們兩個的值是相同的。數據庫啟動時，系統首先在服務器內存中分配系統全局區（sga），
構成了oracle的內存結構，然后啟動若干個常駐內存的操作系統進程，即組成了oracle的
進程結構，內存區域和后臺進程合稱為一個oracle實例。

數據庫與實例之間是1對1/n的關系，在非并行的數據庫系統中每個oracle數據庫與一個
實例相對應；在并行的數據庫系統中，一個數據庫會對應多個實例，同一時間用戶只與一個
實例相聯系，當某一個實例出現故障時，其他實例自動服務，保證數據庫正常運行。在任何
情況下，每個實例都只可以對應一個數據庫。

2：oracle 10g動態內存管理
  內存是影響數據庫性能的重要因素，oracle8i使用靜態內存管理，oracle 10g使用動態
內存管理。所謂靜態內存管理，就是在數據庫系統中，無論是否有用戶連接，也無論并發用
量大小，只要數據庫服務在運行，就會分配固定大小的內存；動態內存管理允許在數據庫服
務運行時對內存的大小進行修改，讀取大數據塊時使用大內存，小數據塊時使用小內存，讀
取標準內存塊時使用標準內存設置。
  按照系統對內存使用方法的不同，oracle數據庫的內存可以分為以下幾個部分：
  •系統全局區：sga（system global area）
  •程序全局區：pga（programe global area）
  •排序池：（sort area）
  •大池：（large pool）
  •java池：（java pool）

2-1：系統全局區sga（system global area）
   sga是一組為系統分配的共享的內存結構，可以包含一個數據庫實例的數據或控制信
  息。如果多個用戶連接到同一個數據庫實例，在實例的sga中，數據可以被多個用戶共享。
  當數據庫實例啟動時，sga的內存被自動分配；當數據庫實例關閉時，sga內存被回收。
  sga是占用內存最大的一個區域，同時也是影響數據庫性能的重要因素。
  sga的有關信息可以通過下面的語句查詢，sga_max_size的大小是不可以動態調整的。
   =====================================
   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
   ======================================

系統全局區按作用不同可以分為：
   •數據緩沖區
   •日志緩沖區
   •共享池

  2-1-1：數據緩沖區（database buffer cache）
    如果每次執行一個操作時，oracle都必須從磁盤讀取所有數據塊并在改變它之后
   又必須把每一塊寫入磁盤，顯然效率會非常低。數據緩沖區存放需要經常訪問的數據，
   供所有用戶使用。修改數據時，首先從數據文件中取出數據，存儲在數據緩沖區中，
   修改/插入數據也存儲在緩沖區中，commit或dbwr（下面有詳細介紹）進程的其他條
   件引發時，數據被寫入數據文件。
    數據緩沖區的大小是可以動態調整的，但是不能超過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

   #此處我僅增加了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

   #修改顯示格式，方便查看。
   sql> column name format a40 wrap
   sql> column value format a20 wrap

   #下面語句可以用來查看內存空間分配情況，注意sga各區大小總和。
   sql> select name,value from v$parameter where name like '%size' and value <> '0';

   #先將java_pool_size調小，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.
   #上面說明sga中各區大小總和不能超過sga_max_size。
   =====================================
    數據緩沖區的大小對數據庫的存區速度有直接影響，多用戶時尤為明顯。有些應
   用對速度要求很高，一般要求數據緩沖區的命中率在90%以上。
    下面給出一種計算數據緩沖區命中率的方法：
    •使用數據字典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

    可以讓oracle給出數據緩沖區大小的建議：
    ======================================
    sql> alter system set db_cache_advice=on;#打開該功能
    system altered.

    sql> alter system set db_cache_advice=off;#關閉該功能
    system altered.
    ======================================

2-1-2：日志緩沖區（log buffer cache）
    日志緩沖區用來存儲數據庫的修改信息。該區對數據庫性能的影響很小，有關日
   志后面還會有詳細的介紹。
    查詢日志緩沖區大小：

   sql> show parameter log_buffer
   name            type          value
   ----------     ----------- -------
   log_buffer     integer       262144

  2-1-3：共享池（share pool）
    共享池是對sql，pl/sql程序進行語法分析，編譯，執行的內存區域。
    它包含三個部分：（都不可單獨定義大小，必須通過share pool間接定義）。
    •庫緩沖區（library cache）包含sql，pl/sql語句的分析碼，執行計劃。
    •數據字典緩沖區（data dictionary cache）表，列定義，權限。
    •用戶全局區（usr global area）用戶mts會話信息。
   共享池的大小可以動態修改：
    ======================================
    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：程序全局區pga（programe global area）
   程序全局區是包含單個用戶或服務器數據和控制信息的內存區域，它是在用戶進程連
  接到oracle并創建一個會話時由oracle自動分配的，不可共享，主要用于用戶在編程存
  儲變量和數組。

   如上圖:
    •stack space是用來存儲用戶會話變量和數組的存儲區域；
    •user session data是為用戶會話使用的附加存儲區。
     |--session information
     |--sort area
     |--cursor information
   注意session information（用戶會話信息）在獨占服務器中與在共享服務器中所處
  的內存區域是不同的。

2-3：排序區，大池，java池
   排序區（sort area）為有排序要求的sql語句提供內存空間。系統使用專用的內存區
  域進行數據排序，這部分空間就是排序區。在oracle數據庫中，用戶數據的排序可使用
  兩個區域，一個是內存排序區，一個是磁盤臨時段，系統優先使用內存排序區進行排序。
  如果內存不夠，orcle自動使用磁盤臨時表空間進行排序。為提高數據排序的速度，建議
  盡量使用內存排序區，而不要使用臨時段。
   參數sort_area_size用來設置排序區大小。（好象不能動態修改？）

   大池（large pool）用于數據庫備份工具--恢復管理器（rman：recovery manager）。
  large pool的大小由large_pool_size確定，可用下面語句查詢和修改：
  =========================================
  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語言開發，一般來說不低于20m。其大小由java_pool_size來
  確定，可以動態調整。

2-4：oracle自動共享內存管理（automatic shared memory(sga) management）
  在oracle 8i/9i中數據庫管理員必須手動調整sga各區的各個參數取值，每個區要根據
負荷輕重分別設置，如果設置不當，比如當某個區負荷增大時，沒有調整該區內存大小，則
可能出現ora-4031：unable to allocate ...bytes of shared memory錯誤。
  在oracle 10g中，將參數statistics_level設置為typical／all，使用sga_target指
定sga區總大小，數據庫會根據需要在各個組件之間自動分配內存大小。
下面是系統自動調整的區域：
  •固定sga區及其他•共享池•數據緩沖區• java池•大池。
  注意：如果不設置sga_target，則自動共享內存管理功能被禁止。
  ==========================================
  sql> show parameter statistics_level
  name                     type        value
  --------------------- ----------- ------------
  statistics_level      string      typical

  sql> alter system set statistics_level=all;
  system altered.

  #typical和all有什么區別？

  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.

  #不過后來又發現sga_target的值變成了140m? 下面是語句執行情況。
  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

  #改為20m
  sql> alter system set sga_target=20m;
  system altered.

  #顯示的是140m
  sql> show parameter sga_target
  name                                 type        value
  ------------------------------------ ----------- ------
  sga_target                           big integer 140m

  #不可縮減？
  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實例的進程結構（process structure）
oracle包含三類進程：
•用戶進程（user process）
•服務器進程（server process）
•后臺進程（background process）

3-1：用戶進程和服務器進程
  當數據庫用戶請求連接到oracle的服務時啟動用戶進程（比如啟動sqlplus時）。
  •用戶進程首先必須建立一個連接。
  •用戶不能直接與oracle服務器，必須通過服務器進程交互。
  •服務器進程是用戶進程與服務器交互的橋梁，它可以與oracle server直接交互。
  •服務器進程可以有共享和獨占兩種形式。

3-2：后臺進程（backgroung process）
數據庫的物理結構與內存結構之間的交互要通過后臺進程來完成。數據庫的后臺進程包
含兩類，一類是必須的，一類是可選的：
•mandatory background processes

   |--dbwn（database writer）：數據寫入
   |--pmon（process moniter）：進程監控
   |--lgwr（log writer）：日志寫入
   |--smon（system moniter）：系統監控
   |--reco（recovery）：恢復
   |--ckpt（chekpoint）：檢查點
  •optional background processes
   |--arcn（archiver）：歸檔
   |--lckn（lock）：鎖
   |--dnnn（dispatcher）：調度
   |--......
  可以用下面的語句查看正在運行的后臺進程：
  =========================================
  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，數據寫入進程）
  將數據緩沖區的數據寫入數據文件，是負責數據緩沖區管理的一個后臺進程。
  當數據緩沖區中的一數據被修改后，就標記為dirty，dbwr進程將數據緩沖區中“臟”
數據寫入數據文件，保持數據緩沖區的”干凈“。由于數據緩沖區的數據被用戶修改并占
用，空閑數據緩沖區會不斷減少，當用戶進程要從磁盤讀取數據塊到數據緩沖區卻無法找
到足夠的空閑數據緩沖區時，dbwr將數據緩沖區內容寫入磁盤，使用戶進程總可以得到足
夠的空閑數據緩沖區。
  dbwr的作用：
  •管理數據緩沖區，以便用戶進程總能夠找到足夠的空閑緩沖區。
  •將所有修改后的緩沖區數據寫入數據文件。
  •使用lru（最近最少使用）算法保持緩沖區數據是最近經常使用的。
  •通過延遲寫來優化磁盤i/0讀寫。

3-2-2：lgwr（log writer，日志寫入進程）
將日志數據從日志緩沖區寫入磁盤日志文件組。數據庫在運行時，如果對數據庫進行修
改則產生日志信息，日志信息首先產生于日志緩沖區。當日志達到一定數量時，由lgwr將
將日志數據寫入到日志文件組，再經過日志切換，由歸檔進程（arch）將日志數據寫入歸
檔進程（前提是數據庫運行在歸檔模式下）。數據庫遵循寫日志優先原則，即在寫數據之前
先寫日志。

簡單介紹
  •arch（archiver，歸檔進程）
  oracle數據庫有兩種運行模式，歸檔（archivelog），非歸檔（noarchivelog）模式。
以非歸檔模式運行時日志在切換時被直接覆蓋，不產生歸檔日志，這是數據庫默認的運行模
式。數據庫運行在歸檔模式時，在日志切換之前，由arch進程將日志信息寫入磁盤，也就是
自動備份在線日志。
  oracle數據庫的redo文件數量是有限的，所以oracle以循環的方式向它們中寫入。它順
序寫滿每一個redo文件，當達到最后一個時，再循環回去開始填寫第一個redo文件。如果為
了能恢復數據庫而想保存日志文件，那么在它們被重新使用之前需要對其進行備份，歸檔進
程管理此工作。