oracle内存管理

SGA
数据缓冲 data buffer cahe
Buffer Cache是SGA区中专门用于存放从数据文件中读取的的数据块拷贝的区域。Oracle进程如果发现需要访问的数据块已经在buffer cache中，就直接读写内存中的相应区域，而无需读取数据文件，从而大大提高性能（要知道，内存的读取效率是磁盘读取效率的14000倍）。Buffer cache对于所有oracle进程都是共享的，即能被所有oracle进程访问。

Oracle对于buffer cache的管理，是通过两个重要的链表实现的：写链表和最近最少使用链表（the Least Recently Used LRU）。写链表所指向的是所有脏数据块缓存（即被进程修改过，但还没有被回写到数据文件中去的数据块，此时缓冲中的数据和数据文件中的数据不一致）。而LRU链表指向的是所有空闲的缓存、pin住的缓存以及还没有来的及移入写链表的脏缓存。空闲缓存中没有任何有用的数据，随时可以使用。而pin住的缓存是当前正在被访问的缓存。LRU链表的两端就分别叫做最近使用端（the Most Recently Used MRU）和最近最少使用端（LRU）。

全表扫描

当发生全表扫描（Full Table Scan）时，用户进程读取表的数据块，并将他们放在LRU链表的LRU端（和上面不同，不是放在MRU端）。这样做的目的是为了使全表扫描的数据尽快被移出。因为全表扫描一般发生的频率较低，并且全表扫描的数据块大部分在以后都不会被经常使用到。

而如果你希望全表扫描的数据能被cache住，使之在扫描时放在MRU端，可以通过在创建或修改表（或簇）时，指定CACHE参数。
        多缓冲池

你可以配置不同的buffer cache，可以达到不同的cache数据的目的。比如，可以设置一部分buffer cache缓存过的数据在使用后后马上释放，使后来的数据可以立即使用缓冲池；还可以设置数据进入缓冲池后就被keep住不再释放。部分数据库对象（表、簇、索引以及分区）可以控制他们的数据缓存的行为，而这些不同的缓存行为就使用不同缓冲池。

o        保持缓冲池（Keep Buffer Pool）用于缓存那些永久驻入内存的数据块。它的大小由参数DB_KEEP_CACHE_SZIE控制；

o        回收缓冲池（Recycle Buffer Pool）会立即清除那些不在使用的数据缓存块。它的大小由参数DB_RECYLE_CACHE_SIZE指定；

o        默认的标准缓存池，也就是上面所说的DB_CACHE_SIZE指定。

这三个参数相互之间是独立的。并且他们都只适用于标准块尺寸的数据块。与8i兼容参数DB_BLOCK_BUFFERS相应的，DB_KEEP_CACHE_SIZE对应有BUFFER_POOL_KEEP、DB_RECYLE_CACHE_SIZE对应有BUFFER_POOL_RECYCLE。同样，这些参数之间是互斥的，即DB_KEEP_CACHE_SIZE和BUFFER_POOL_KEEP之间只能设置一个。



共享池   share pool

SGA中的共享池由库缓存（Library Cache）、字典缓存（Dictionary Cache）、用于并行执行消息的缓冲以及控制结构组成。

Shared Pool的大小由参数SHARED_POOL_SIZE决定。在32位系统中，这个参数的默认值是8M，而64位系统中的默认值位64M。最大为4G。

对于Shared Pool的内存管理，是通过修正过的LRU算法表来实现的。

下面分别介绍Shared Pool的几个组成部分。

库缓存（Library Cache）

Library Cache中包括共享SQL区（Shared SQL Areas）、PL/SQL存储过程和包以及控制结构（如锁、库缓存句柄）。

任何用户都可以访问共享SQL区（可以通过v$sqlarea访问，随后会介绍这个重要视图）。因此库缓存存在于SGA的共享池中。

共享SQL区和私有SQL区

Oracle会为每一条SQL语句运行（每运行一条语句Oracle都会打开一个游标）提供一个共享SQL区（Shared SQL Areas）和私有SQL区（Private SQL Areas属于PGA）。当发现两个（或多个）用户都在运行同一SQL语句时，Oracle会重新组织SQL区，使这些用户能重用共享SQL区。但他们还会在私有SQL区中保存一份这条SQL语句的拷贝。

一个共享SQL区中保存了一条语句的解析树和查询计划。在多用户系统中，Oracle通过为SQL语句使用同一共享SQL区多次运行来节省内存。

当一条新的SQL语句被解析时，Oracle从共享池中分配一块内存来存储共享SQL区。这块内存的大小与这条语句的复杂性相关。如果Shared Pool不够空间分配给共享SQL区，Oracle将释放从LRU链表中查找到最近最少使用的内存块，直到有足够空间给新的语句的共享SQL区。如果Oracle释放的是一个共享SQL区的内存，那么相应的语句在下次执行时需要再次解析并重新分配共享SQL区。而从解析语句到分配共享SQL区是一个比较消耗CPU的工程。这就是为什么我们提倡使用绑定变量的原因了。在没有使用绑定变量时，语句中的变量的数值不同，oracle就视为一条新的语句（9i后可以通过cursor_sharing来控制），重复上面的解析、内存分配的动作，将大大消耗系统资源，降低系统性能。
PL/SQL程序单元

Oracle对于PL/SQL程序单元（存储过程、函数、包、匿名PL/SQL块和触发器）的处理过程和对单个的SQL语句的处理过程相似。它会分配一个共享区来存储被解析、编译过的程序单元。同时分配一个私有区域来存放运行程序单元的会话所指定的程序单元的参数值（包括本地变量、全局变量和包变量——这也叫做包的实例化）和用于执行程序所需的内存。如果多个用户运行同一个程序单元，则他们共享同一个共享区域，并且各自保持一份私有区域，用于用户会话中指定的变量值。

而一个PL/SQL程序单元中的每条单个SQL语句的处理过程则和上面描述的SQL语句的处理过程相同。要注意一点，尽管这些语句是从PL/SQL程序单元中来的，但是Oracle还是会为这些语句分配一块共享SQL区，同时为每个用户分配一个相应的私有SQL区。



字典缓存（Dictionary Cache）

Oracle对数据字典访问如此频繁，因此内存中有两处地方被专门用于存放数据字典。一个地方就是数据字典缓存（Data Dictionary Cache）。数据字典缓存也被称为行缓存（Row Cache），因为它是以记录行为单元存储数据的，而不像Buffer Cache是以数据块为单元存储数据。内存中另外一个存储数据字典的地方是库缓存。所有Oracle的用户都可以访问这两个地方以获取数据字典信息。

1.1.4.3.            共享池的内存管理

当一条SQL语句被提交给Oracle执行，Oracle会自动执行以下的内存分配步骤：

1．Oracle检查共享池，看是否已经存在关于这条语句的共享SQL区。如果存在，这个共享SQL区就被用于执行这条语句。而如果不存在，Oracle就从共享池中分配一块新的共享SQL区给这条语句。同时，无论共享SQL区存在与否，Oracle都会为用户分配一块私有SQL区以保存这条语句相关信息（如变量值）。

2．Oracle为会话分配一个私有SQL区。私有SQL区的所在与会话的连接方式相关。
在以下情况下，Oracle也会将共享SQL区从共享池中释放出来：

·         当使用ANALYZE语句更新或删除表、簇或索引的统计信息时，所有与被分析对象相关的共享SQL区都被从共享池中释放掉。当下一次被释放掉的语句被执行时，又重新在一个新的共享SQL区中根据被更新过的统计信息重新解析。

·         当对象结构被修改过后，与该对象相关的所有共SQL区都被标识为无效（invalid）。在下一次运行语句时再重新解析语句。

·         如果数据库的全局数据库名（Global Database Name）被修改了，共享池中的所有信息都会被清空掉。

·         DBA通过手工方式清空共享池：
ALTER SYSTEM FLUSH SHARED_POOL;

1.1.4.5.            将重要、常用对象保持（Keep）在共享池中

前面提到，根据LRU算法，一些一段时间没有使用到的内存块会被情况释放。这就可能导致一些重要的对象（如一个含有大量通用算法函数的包、被cache的序列）被从内存中清除掉。这些对象可能只是间歇被使用，但是因为他们的处理过程复杂（不仅包本身重新分配内存、解析，还要检查里面的所有语句），要在内存中重建他们的代价非常大。

我们可以通过调用存储过程DBMS_SHARED_POOL.KEEP将这些对象保持在共享池中来降低这种风险。这个存储过程立即将对象及其从事对象载入library cache中，并将他们都标记为保持（Keeping）状态。对于这种对象，我们建议在实例启动时就Keep住，以减少内存碎片的几率。

有一种观点认为那些大对象（如包）是没有必要被Keep住的，因为他们会被保持在共享池的保留区（如前所述，这个区通常使用率很低），所以一般不可能被清出。这个观点是错误滴！因为大多数大对象实际上是被分为多个小的内存段被载入共享池的，因此根本不会因为对象的大小而受到特别的保护。

另外，也不要通过频繁调用某些对象以防止他们被从共享池中清出。如果共享池大小设置合理，在系统运行的高峰时期，LRU链表会相对较短，那些没有被pin住的对象会很快被清出，除非他们被keep住了。
2.1.            Oracle内存管理基础

要了解内存管理，首先需要知道虚拟内存。而要了解虚拟内存，就先要知道CPU寻址。我们知道，目前主流的CPU都是32位或者64位的。那么这个位数指的是什么呢？就是指CPU的最大寻址能力。在CPU中，所有一切都是二进制表示的，那么一个32位CPU的寻址范围就是2^32=4G。但有可能一台机器的实际物理内存没有这么大，比如说只有2G。而程序员在编程的时候根本不用考虑实际物理内存多大，还是按照4G的内存来分配。这时，OS就提出了一个虚拟内存的概念，如果所寻址的数据实际上不在物理内存中，那就从“虚拟内存”中来获取。这个虚拟内存可以是一个专门文件格式的磁盘分区（比如UNIX下的swap分区），也可以是硬盘上的某个足够大的文件（比如win下的那个i386文件，好像是这个名字）。物理内存中长期不用的数据，也可以转移到虚拟内存中。这样的交换由OS来控制，用户看起来就好像物理内存大了一样。

虚拟内存寻址的一个好处就是可以时进程使用很大的虚拟内存地址，而无需考虑实际的物理内存的大小。这使得进程内存可以基于使用需要，从逻辑上分为几个不同段。这些段可能映射到不连续的虚拟内存地址上，以使内存能够够增加。

为了共享RAM，需要有一个叫做交换磁盘（swap disk）的特殊磁盘空间。交换磁盘的重要目的是保存程序的通过LRU算法换出的内存，这样可以使很多程序能够共享有限的RAM。一旦非活动程序的RAM页被写入交换磁盘（Page Out），操作系统可以使空出来的内存用于其他活动的程序。如果非活动程序稍后又继续执行，被page out的RAM页又重新从交换磁盘中载入RAM（Page in）。这种重新载入RAM页的动作就叫交换，而交换是非常消耗时间的，并且会降低相关程序的性能。

尽管交换磁盘确保并发的RAM使用量能大于实际的RAM总理，但是为了确保最佳性能，交换空间绝不要被活动程序所使用。这是因为从交换磁盘上读取page out的RAM页要比直接从RAM中读取内存页要慢14000倍。磁盘访问都是以毫秒记的，而RAM访问是以10亿份之一秒记的。




2.3.            Oracle在UNIX下的内存管理

在UNIX下，Oracle是以多进程的方式运行的。除了几个后台进程外，Oracle为每个连接起一个进程（进程名称中，LOCAL = NO）。而UNIX下的内存分为两类，一种叫共享内存，即可以被多个进程共享；还有一种就是私有进程，只能被所分配的进程访问。更加Oracle内存区的不同特性，SGA内存可以被所有会话进程共享，因此是从共享内存中分配的；而PGA是进程私有的，因而是从私有内存中分配的。

2.3.1.   共享内存和信号量

在Unix下，Oracle的SGA是保存在共享内存中的（因为共享内存是可以被多个进程共享的，而SGA正是需要能被所有Oracle进程所共享）。因此，系统中必须要有足够的共享内存用于分配SGA。而信号量则是在共享内存被多个进程共享时，防止发生内存冲突的一种锁机制。
2.3.2.   私有内存

对于PGA，由于是分配的私有内存，不存在争用问题，因而OS也没有相应的信号量来控制（同理，PGA中也没有latch）。在10g之前，PGA的私有内存是通过函数malloc()和sbrk()进行分配扩展的，10g之后，私有内存是通过函mmap()进行初始化的。

另外，还有一点要注意的是，和SGA不同，PGA内存的大小不是固定的，是可以扩展的（前者的大小是固定的，无法增长的）。因而进程的私有内存是会增长的。因此，一个规划好的系统发生内存不足的情况通常是由于进程的私有内存或进程数量突然增长造成的（PGA_AGGREGATE_TARGET参数能尽量控制但不保证PGA内存总量被控制在一定数值范围内）。

隐含参数_pga_large_extent_size（1048576）和_uga_cga_large_extent_size（262144）就控制了当初始化时，PGA、UGA和CGA扩张段的最大大小。