【Oracle】内存结构详解（万字长文，建议收藏，蚕食为佳）

青旅半醒 2023-02-22 10:52 198阅读 0赞

# Oracle内存结构详解 #

最近工作、生活都有些曲折。可能是长时间没有更博的原因。更个博，冲冲邪。  
那我们平常说的Oracle数据库指的是，**Oracle实例+Oracle数据库**，说白了就是内存+进程+数据文件。对于Oracle体系的其他结构，具体我会再纂博。对于Oracle优化，后面我会专门出Oracle优化系列的文章。这篇文章主要是打好内存结构的理论基础。

### 一、内存结构概览 ###

首先跟大家简单介绍一下Oracle内存中主要都有哪些区域。

*  System Global Area （SGA，系统全局区）
    
    1.  Share Pool （共享池）
    2.  Database Buffer Cache （数据库缓冲区缓存）
    3.  Redo Log Buffer （重做日志缓冲区）
    4.  Large Pool （大池）
    5.  Java Pool（Java池）
    6.  Streams Pool（流池）
    7.  Fixed SGA（固定SGA区域）
 *  Program Global Area (PGA，程序全局区域)
    
     *  User Global Area（UGA，用户全局区域）
        
        1.  Cursor Area（游标区）
        2.  User Session Data Storage\_Area （用户会话数据存储区）
        3.  SQL Work Areas（SQL工作区）  
            1). Sort Area（排序区）  
            2). Hash Area（哈希区）  
            3). Create Bitmap Area（位图索引创建区）  
            4). Bitmap Merge Area （位图索引融合区）
     *  Stack Space（堆栈空间）

其实可以看图哈。  
![Oracle存储结构概览][Oracle]  
 下面进入到正文详解。

### 二、各区域详解 ###

Oracle对于数据的保障能力有目共睹。数据由Oracle进程写入内存，再由内存写入磁盘达到持久化存储的目的。内存是啥？举个简单的例子，你上学时，背诵课文。总是某一句话先浮现到你的脑海里，然后再从嘴里说出来。浮现在你脑海中，这个操作就相当于内存的作用。  
 带大家看一下各个内存区域都在做些什么。

#### 2.1 SGA ####

系统全局区是在Oracle服务器中，所有进程（后文如无特殊说明，皆特指Oracle进程）共享的内存段。相当于你在Windows域中有两台电脑A和B，A电脑有一个文件夹做了共享并且正确授权，那么B电脑就可以通过授权账户操作A的共享文件夹内容。SGA就相当于这个共享文件夹。

##### 2.1.1 Share Pool详解 #####

万事开头难，开头不难就给它手动变难。  
 Share Pool，共享池，是SGA中最复杂的内存区域。虽然理论上是最复杂的，但是由于共享池下的所有内存结构由Oracle自动管理，所以其实也就显得不那么难了。所有共享池下的结构，在共享池的总体大小下进行自动管理，共享池的大小可以默认或者由DBA自行动态调整。下面简要介绍几个共享池的下属内存结构。

1.  **库缓存**  
     简单来说，库缓存里面装的是“编译”（官方文档原文是parse，翻译为“分析”，但是我觉得翻译为“编译”更容易理解，当然“分析”真的很恰当）过的代码，包括JAVA代码、PL/SQL代码和SQL语句。  
     为什么要缓存编译（分析）过的代码？  
     方便重用。缓存编译过的代码可以在不重新编译（分析）的情况下使用。**极大**提高性能。  
     **比如**说一条简单的SQL：

select * from employees;

首先，什么是employees？表？视图？同义词？其次，如果employees是表，那么星号包含哪些列？用户是否能查看这个列？等等问题都需要编译（分析）去完成。  
 假设没有Share Pool，每执行一次上面的语句，都需要重新编译（分析），那这个执行效率…  
另外需要说明的是，用于在库缓存中查找SQL的算法基于构建此条SQL语句的ASCII值，也就是说，把以上语句中的select变成SELECT也是需要重新编译（分析）的。  
 所以说，一个好的程序架构师，怎么着也得是半个DBA。在设计程序的时候，可能只会让程序执行一次编译（分析）而执行数次。

1.  **数据字典缓存**  
     数据字典缓存也叫行缓存，缓存了最近使用的对象定义。也就是说，缓存了表、索引、用户和其他元数据定义的描述。有的朋友不理解，为什么是缓存对象的定义？  
     原因很简单，因为我叫数据字典缓存。数据字典存的就是对象的定义呀…没毛病…
2.  **SQL查询和PL/SQL函数结果缓存**  
     这个应该很好理解，对于查询结果的缓存，当然合理。没必要多说，说多了都是赘述。  
     还是赘述一下吧！  
     Oracle把第一次（也可能是第N次，其实应该说“最近第一次”比较合理）查询的结果缓存在这块区域中，在下次运行同样的查询时，可以直接读取结果，而不必执行查询本身。当然，Oracle早就想到了数据一致性的问题。查询结果缓存机制会跟踪查询的表是否进行了更新，如果对应的表被更新，那么结果缓存失效，执行一次查询。  
     当然这么好的功能默认是关闭的。不然你以为一个系统的查询结果撑爆你舍不得加内存条的8G内存很难？  
     **以上是共享池的详解。**

##### 2.1.2 Database Buffer Cache详解 #####

Database Buffer Cache（读起来很有节奏感），数据库缓冲区缓存。对于缓冲和缓存不太理解的可以去百度/google。是Oracle用它来执行SQL的区域。  
 当我们发出update语句时，Oracle不会直接去磁盘持久化更新数据库里的内容，而是将包含相关数据的数据块复制到Database Buffer Cache区域（对于块不理解的，后面我会写，我一定会写，或者先去百度Oracle数据块），然后更新在Database Buffer Cache区域的副本。这个副本会保留到  
Database Buffer Cache的缓冲区需要其占有的块去缓存下一个副本。一般来说，最频繁被使用的数据所在的块会被缓存在Database Buffer Cache中。  
 如果Database Buffer Cache中副本的数据和磁盘上持久化的数据不同，那么把改缓冲区称为“脏缓冲区”，一致则称为“干净缓冲区”。脏缓冲区的数据必须持久化到磁盘，这样才能保证数据的一致性。当脏缓冲区被写入磁盘后，脏缓冲区的数据和磁盘上的数据一致，所以即使此时的脏缓冲区还在内存中，它也被叫做干净缓冲区。把握一个原则：**脏缓冲区是数据不一致的，干净缓冲区是数据一致的，必须把脏缓冲区变干净，否则数据会丢失。**  
 注意，commit和脏缓冲区的写入没有必然关系，换句话说，不是你commit命令发出，我的脏缓冲区就写入磁盘。简单说一下，因为你的commit在Oracle中只是一个事务提交标志，以便于在灾难性恢复时，如果在你commit之前的事务没有持久化，Oracle就会重做这部分操作。如果没有commit，就不会重做这部分操作，即使有redo log的存在。  
 总结一下，Oracle的Database Buffer Cache在一定范围内越大越好，因为它可以缓存更多的块，提高数据的访问效率。这个范围原则是，不要产生虚拟内存页问题。另外，还会导致的问题是，实例启动比较慢。

##### 2.1.3 Redo Log Buffer详解 #####

Redo Log Buffer，重做日志缓冲区。字面意思，重做日志的缓冲区。官方一点的说，就是短期存储将写入到磁盘中的重做日志的变更向量。通俗地讲，就是临时存储一下修改了什么。重做日志缓冲区的作用就是保证数据不丢失。  
 稍微讲解一下这个过程。  
 当数据块发生改变时，会将应用于块的变更向量写到重做日志。简单地说，你改啥我记录啥。当然，这个记录不是直接写入磁盘，否则磁盘的IO会让Users头皮发麻。整个过程是，改数据（包括增删改），将变更向量写入Redo Log Buffer，你commit，Redo Log Buffer写入重做日志。  
 注意，Redo Log Buffer的写操作不同于数据库写操作，Redo Log Buffer的写操作是由LGWR执行，写入到重做日志中，而数据库写操作由DBWn执行，写入数据文件中。还有一个对比点，在发出commit命令时，LGWR进程将Redo Log Buffer中的内容写入到重做日志中持久化，而对于Database Buffer Cache内存区并没有影响。  
 Redo Log Buffer不能自动管理。在实例启动的时候就被固定下来了。

##### 2.1.4 Large Pool详解 #####

Large Pool，大池。大池不是一个必选项，他的主要作用是分担一些Share Pool的压力。有些I/O进程也会使用到大池，比如RMAN在备份到磁带时和使用并行查询时。如果Oracle是共享服务器（Shared Server，与之相对的是专用服务器dedicated server，Oracle默认专用服务器），比较建议开启大池。大池是一个动态参数，可实时调整，一般在使用时才配置它。

# 查看large pool大小
    show parameter large_;
    select name,bytes/1024/1024 as mb,RESIZEABLE as mb from  v$sgainfo;
    # 下面是修改语句，不希望各位盲目修改这个参数，搞不好会负优化...
    alter sysetm set large_pool_size=
    # 后面我会专门出Oracle优化系列的文章。

##### 2.1.5 Java Pool详解 #####

字面意思，Java池，当数据库中存在执行Java存储过程时使用，一般Java池用作实例化Java对象所需要的空间。这么理解，类似于为了处理SQL和PL/SQL命令而提供共享池。但是注意，Java代码也是存储在共享池的哟。

*  **SHARED\_POOL\_SIZE** JVM缓存在共享池中；
 *  **JAVA\_POOL\_SIZE** 缓存与JAVA相关的会话数据，11G默认0（Oracle推荐，对于有JAVA的应用，将这个值设到50M或者更大）
 *  **JAVA\_SOFT\_SESSIONSPACE\_LIMIT** 当某个JAVA进程请求的内存超过这个限制时，会写一条消息到用户跟踪文件，默认值是0，最大值是4G；当JAVA进程请求的内存超过这个参数的限制时，返回ORA-29554的错误  
    **测量JAVA池的性能有下面两种方法**

1.  观察以下查询，如果发现未使用内存很大或者不断增加，表示JAVA池可能分配了太多的内存，如果未使用内存很小或者不断减少，表示可能需要加大JAVA池的内存。

select * from v$sgastat where pool = 'java pool';

1.  观察Statspack中的SGA breakdown difference，里面有JAVA池free memory的起始值和终止值，如果终止值总是很小或者接近零，表示JAVA池可能太小了；  
    注意，JAVA\_POOL\_SIZE不能动态调整哟。

##### 2.1.6 Streams Pool详解 #####

流池是Oracle 10g中新增加的。是为了增加对流（流复制是Oracle 9iR2中引入的一个非常吸引人的特性，支持异构数据库之间的复制。10g中得到了完善）的支持。  
 流池有两个主要作用，一是存储缓冲队列信息，二是为Oracle Streams捕获进程和应用进程提供内存。  
 流池也是可选内存区，属于SGA中的可变区。它的大小可以通过参数STREAMS\_POOL\_SIZE来指定。如果没有被指定，Oracle会在第一次使用流时自动创建，开始的默认值为0，根据需要动态增长。如果设置了SGA\_TARGET参数，Oracle会从SGA中分配内存给流池；如果没有指定SGA\_TARGET，则从buffer cache中转换一部分内存过来给流池。转换的大小是共享池大小的10%。  
 Oracle同样为流池提供了一个建议器——流池建议器。建议器的统计数据可以通过视图V$STREAMS\_POOL\_ADVICE查询。使用方法参看Buffer Cache中关于优化器部分。

##### 2.1.7 Fixed SGA简介 #####

固定系统全局区，意思就是不论如何都会有的一个内存区域。主要用于存储所有SGA的地址。可以把这个区想成是 SGA中的“自启”区，Oracle在内部要使用这个区来找到SGA的其他区。换一句话，就是在这个内存里面存有其他区的地址，我们可以通过访问这个区来查找到其他区的位置。

#### 2.2 PGA ####

PGA，Progress Global Area，程序全局区，它为服务端进程的数据和控制信息提供了内存区域。每一个服务器进程都有自己的PGA，且对PGA的访问是独占的。它只能由Oracle内部的代码去访问，而不能通过我们开发者的代码去访问。

##### 2.2.1 UGA #####

在专用服务器模式中，每一个链接到数据库的用户都会获取一个专用的服务器进程，在这种链接模式下，PGA会包含一个名为UGA（User Global Area）的内存区域。在共享服务器模式下，多个用户链接共享一个服务器进程，此时，UGA被移动到SGA中（如果配置了Large Pool在Large Pool，如果没有则在Share Pool）。UGA又包含下列的细分区域：

1.  Cursor Area（游标区）  
    顾名思义，Cursor Area用来存储游标的运行时信息。
2.  User Session Data Storage\_Area （用户会话数据存储区）  
    User Session Data Storage Area存储了用户的会话数据。
3.  SQL Work Areas（SQL工作区）  
    SQL工作区…完全可以望文生义（字面意思）。  
    **1). Sort Area（排序区）**  
    排序区是为了sql语句的排序数据使用的，比如order by子句和group by子句。参数为：sort\_area\_size。  
    **2). Hash Area（哈希区）**  
    哈希区给表执行哈希连接时使用。参数为：hash\_area\_size。  
    **3). Create Bitmap Area（位图索引创建区）**  
    位图索引创建区，用于创建数据仓库通用的位图索引。参数为：create\_bitmap\_area\_size 。  
    **4). Bitmap Merge Area （位图索引合并区）**  
    位图合并区域是用于解析位图索引计划执行的。参数为：bitmap\_merge\_area\_size。

##### 2.2.2 Stack Space #####

每一个PGA都包含了Stack Space（堆栈空间），在共享服务器模式下，PGA中只有Stack Space，UGA被移动到SGA中。

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