Oracle體繫結構：記憶體結構和進程結構

oracle|進程|體系

（一）記憶體結構和進程結構 Oracle資料庫的總體結構如下圖：

 1：Oracle執行個體（Instance）        
  在一個伺服器中，每一個啟動並執行Oracle資料庫都與一個資料庫執行個體相聯絡，執行個體是我們
 訪問資料庫的手段。
  執行個體在作業系統中用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。資料庫啟動時，系統首先在伺服器記憶體中分配系統全域區（SGA），
 構成了Oracle的記憶體結構，然後啟動若干個常駐記憶體的作業系統進程，即組成了Oracle的
 進程結構，記憶體地區和後台進程合稱為一個Oracle執行個體。
                 

  資料庫與執行個體之間是1對1/n的關係，在非並行的資料庫系統中每個Oracle資料庫與一個
 執行個體相對應；在並行的資料庫系統中，一個資料庫會對應多個執行個體，同一時間使用者只與一個
 執行個體相聯絡，當某一個執行個體出現故障時，其他執行個體自動服務，保證資料庫正常運行。在任何
 情況下，每個執行個體都只可以對應一個資料庫。

 2：Oracle 10g動態記憶體管理
  記憶體是影響資料庫效能的重要因素，Oracle8i使用靜態記憶體管理，Oracle 10g使用動態
 記憶體管理。所謂靜態記憶體管理，就是在資料庫系統中，無論是否有使用者串連，也無論並發用
 量大小，只要資料庫服務在運行，就會分配固定大小的記憶體；動態記憶體管理允許在資料庫服
 務運行時對記憶體的大小進行修改，讀取大資料區塊時使用大記憶體，小資料區塊時使用小記憶體，讀
 取標準記憶體塊時使用標準記憶體設定。
  按照系統對記憶體使用量方法的不同，Oracle資料庫的記憶體可以分為以下幾個部分：
  •系統全域區：SGA（System Global Area）
  •程式全域區：PGA（Programe Global Area）
  •排序池：（Sort Area）
  •大池：（Large Pool）
  •Java池：（Java Pool）

 2-1：系統全域區SGA（System Global Area）
   SGA是一組為系統分配的共用的記憶體結構，可以包含一個資料庫執行個體的資料或控制信
  息。如果多個使用者串連到同一個資料庫執行個體，在執行個體的SGA中，資料可以被多個使用者共用。
  當資料庫執行個體啟動時，SGA的記憶體被自動分配；當資料庫執行個體關閉時，SGA記憶體被回收。
  SGA是佔用記憶體最大的一個地區，同時也是影響資料庫效能的重要因素。
  SGA的有關資訊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
   ======================================  
  

系統全域區按作用不同可以分為：
   •資料緩衝區
   •日誌緩衝區
   •共用池

  2-1-1：資料緩衝區（Database Buffer Cache）
    如果每次執行一個操作時，Oracle都必須從磁碟讀取所有資料區塊並在改變它之後
   又必須把每一塊寫入磁碟，顯然效率會非常低。資料緩衝區存放需要經常訪問的資料，
   供所有使用者使用。修改資料時，首先從資料檔案中取出資料，儲存在資料緩衝區中，
   修改/插入資料也儲存在緩衝區中，commit或DBWR（下面有詳細介紹）進程的其他條
   件引發時，資料被寫入資料檔案。
    資料緩衝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記憶體空間分配情況，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，然後再修改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。
   =====================================
    資料緩衝區的大小對資料庫的存區速度有直接影響，多使用者時尤為明顯。有些應
   用對速度要求很高，一般要求資料緩衝區的命中率在90%以上。
    下面給出一種計算資料緩衝區命中率的方法：
    •使用資料字典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給出資料緩衝區大小的建議：
    ======================================
    SQL> alter system set db_cache_advice=on;#開啟該功能
    System altered.

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

2-1-2：日誌緩衝區（Log Buffer Cache）
    日誌緩衝區用來儲存資料庫的修改資訊。該區對資料庫效能的影響很小，有關日
   志後面還會有詳細的介紹。
    查詢日誌緩衝區大小：

如上圖:     •Stack Space是用來儲存使用者會話變數和數組的儲存地區；     •User Session Data是為使用者會話使用的附加儲存區。      |--Session Information      |--Sort Area      |--Cursor Information       注意Session information（使用者會話資訊）在獨佔伺服器中與在共用伺服器中所處   的記憶體地區是不同的。  2-3：排序區，大池，Java池    排序區（Sort Area）為有排序要求的SQL語句提供記憶體空間。系統使用專用的記憶體區   域進行資料排序，這部分空間就是排序區。在Oracle資料庫中，使用者資料的排序可使用   兩個地區，一個是記憶體排序區，一個是磁碟臨時段，系統優先使用記憶體排序區進行排序。   如果記憶體不夠，Orcle自動使用磁碟暫存資料表空間進行排序。為提高資料排序的速度，建議   盡量使用記憶體排序區，而不要使用臨時段。    參數sort_area_size用來設定排序區大小。（好象不能動態修改？）    大池（Large Pool）用於Database Backup工具--復原管理員（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池主要用於Java語言開發，一般來說不低於20M。其大小由java_pool_size來   確定，可以動態調整。  2-4：Oracle自動共用記憶體管理（Automatic Shared Memory(SGA) Management）   在Oracle 8i/9i中資料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  負荷輕重分別設定，如果設定不當，比如當某個區負荷增大時，沒有調整該區記憶體大小，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設定為TYPICAL／ALL，使用SGA_TARGET指  定SGA區總大小，資料庫會根據需要在各個組件之間自動分配記憶體大小。  下面是系統自動調整的地區：   •固定SGA區及其他•共用池•資料緩衝區• Java池•大池。   注意：如果不設定SGA_TARGET，則自動共用記憶體管理功能被禁止。   ==========================================   SQL> show parameter statistics_level   NAME                     TYPE        VALUE   --------------------- ----------- ------------   statistics_level      string      TYPICAL      SQL> alter system set statistics_level=all;   System altered.   #typical和all有什麼區別？      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.   #不過後來又發現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執行個體的進程結構（Process Structure）  Oracle包含三類進程：  •使用者進程（User Process）  •伺服器處理序（Server Process）  •後台進程（Background Process）    3-1：使用者進程和伺服器處理序   當資料庫使用者請求串連到Oracle的服務時啟動使用者進程（比如啟動SQLPlus時）。   •使用者進程首先必須建立一個串連。   •使用者不能直接與Oracle伺服器，必須通過伺服器處理序互動。   •伺服器處理序是使用者進程與伺服器互動的橋樑，它可以與Oracle Server直接互動。   •伺服器處理序可以有共用和獨佔兩種形式。                   3-2：後台進程（Backgroung Process）   資料庫的物理結構與記憶體結構之間的互動要通過後台進程來完成。資料庫的後台進程包  含兩類，一類是必須的，一類是可選的：   •Mandatory background processes  3-2-2：LGWR（Log Writer，日誌寫入進程）   將日誌資料從日誌緩衝區寫入磁碟記錄檔組。資料庫在運行時，如果對資料庫進行修  改則產生日誌資訊，日誌資訊首先產生於日誌緩衝區。當日誌達到一定數量時，由LGWR將  將日誌資料寫入到記錄檔組，再經過日誌切換，由歸檔進程（ARCH）將日誌資料寫入歸  檔進程（前提是資料庫運行在歸檔模式下）。資料庫遵循寫日誌優先原則，即在寫資料之前  先寫日誌。      簡單介紹   •ARCH（Archiver，歸檔進程）   Oracle資料庫有兩種運行模式，歸檔（ARCHIVELOG），非歸檔（NOARCHIVELOG）模式。  以非歸檔模式運行時日誌在切換時被直接覆蓋，不產生歸檔日誌，這是資料庫預設的運行模  式。資料庫運行在歸檔模式時，在日誌切換之前，由ARCH進程將日誌資訊寫入磁碟，也就是  自動備份線上日誌。   Oracle資料庫的Redo檔案數量是有限的，所以Oracle以迴圈的方式向它們中寫入。它順  序寫滿每一個Redo檔案，當達到最後一個時，再迴圈回去開始填寫第一個Redo檔案。如果為  了能恢複資料庫而想儲存記錄檔，那麼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。   •CKPT（Check Point，檢查點進程）   運行CKPT時，系統對全部資料檔案及控制檔案檔案頭的同步訊號進行修改，以保證資料  庫的同步。檢查點出現在以下情況：   |--在每個日誌切換時產生。   |--上一個檢驗點之後又經過了指定時間。   |--從上一個檢驗點之後，當預定義數量的日誌塊被寫入磁碟之後。   |--資料庫關閉。   |--DBA強制產生。   |--當資料表空間設定為OFFLINE時。   •SMON（System Moniter，系統監控進程）   SMON在執行個體啟動時執行執行個體恢複，並負責清理不再使用的臨時段。   •PMON（Process Monitor，進程監控）   PMON在使用者進程出現故障時進行恢複，負責清理記憶體地區和釋放該進程所使用的資源。   •RECO（Recovery，恢複進程）   RECO用於分散式資料庫維持在分布式環境中的資料的一致性。   •LCKn（Lock，鎖進程）   在並行伺服器中用於多個執行個體間的封鎖。   •Dnnn（Dispatcher，調度進程）   Dnnn存在於多線程伺服器體繫結構中，負責將使用者進程串連到伺服器處理序，再把結果返   回給使用者進程。