Oraclememstructure全面分析.docx
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Oraclememstructure全面分析
Oracle內存全面分析
整理:
王琦
Oracle的内存配置与oracle性能息息相关。
而且关于内存的错误（如4030、4031错误）都是十分令人头疼的问题。
可以说，关于内存的配置，是最影响Oracle性能的配置。
内存还直接影响到其他两个重要资源的消耗：
CPU和IO。
首先，看看Oracle内存存储的主要内容是什么：
∙程序代码（PLSQL、Java）；
∙关于已经连接的会话的信息，包括当前所有活动和非活动会话；
∙程序运行时必须的相关信息，例如查询计划；
∙Oracle进程之间共享的信息和相互交流的信息，例如锁；
∙那些被永久存储在外围存储介质上，被cache在内存中的数据（如redolog条目，数据块）。
此外，需要记住的一点是，Oracle的内存是与实例对应的。
也就是说，一个实例就有一个独立的内存结构。
先从Oracle内存的组成架构介绍。
1. Oracle的内存架构组成
Oracle的内存，从总体上讲，可以分为两大块：
共享部分（主要是SGA）和进程独享部分（主要是PGA和UGA）。
而这两部分内存里面，根据功能不同，还分为不同内存池（Pool）和内存区（Area）。
下面就是Oracle内存构成框架图：
SGA
SharePool
BufferCache
RedoLogBuffer
JavaPool
StreamPool（10g）
LargePool
PGA*n
Bitmapmergearea
SortArea
HashArea
UGA*n
CUA*n
下面分别介绍这两块内存区。
1.1. SGA（SystemGlobalArea）
SGA（SystemGlobalArea系统全局区域）是一组包含一个Oracle实例的数据和控制信息的共享内存结构。
这句话可以说是SGA的定义。
虽然简单，但其中阐述了SGA几个很重要的特性：
1、SGA的构成——数据和控制信息，我们下面会详细介绍；2、SGA是共享的，即当有多个用户同时登录了这个实例，SGA中的信息可以被它们同时访问（当涉及到互斥的问题时，由latch和enquence控制）；3、一个SGA只服务于一个实例，也就是说，当一台机器上有多个实例运行时，每个实例都有一个自己的SGA，尽管SGA来自于OS的共享内存区，但实例之间不能相互访问对方的SGA区。
Oracle进程和一个SGA就构成了一个Oracle实例。
当实例启动时，Oracle会自动从系统中分配内存给SGA，而实例关闭时，操作系统会回收这些内存。
下面就是当实例启动后，显示已经分配了SGA：
SQL>startup
ORACLEinstancestarted.
TotalSystemGlobalArea 289406976bytes
FixedSize 1248576bytes
VariableSize 117441216bytes
DatabaseBuffers 163577856bytes
RedoBuffers 7139328bytes
Databasemounted.
Databaseopened.
SQL>
SGA区是可读写的。
所有登录到实例的用户都能读取SGA中的信息，而在oracle做执行操作时，服务进程会将修改的信息写入SGA区。
SGA主要包括了以下的数据结构：
∙数据缓冲（BufferCache）
∙重做日志缓冲（RedoLogBuffer）
∙共享池（SharedPool）
∙Java池（JavaPool）
∙大池（LargePool）
∙流池（StreamsPool---10g以后才有）
∙数据字典缓存（DataDictionaryCache）
∙其他信息（如数据库和实例的状态信息）
最后的两种内存信息会被实例的后台进程所访问，它们在实例启动后就固定在SGA中了，而且不会改变，所以这部分又称为固定SGA（FixedSGA）。
这部分区域的大小一般小于100K。
此外，用于并非进程控制的锁（latch）的信息也包含在SGA区中。
SharedPool、JavaPool、LargePool和StreamsPool这几块内存区的大小是相应系统参数设置而改变的，所以有通称为可变SGA（VariableSGA）。
1.1.1. SGA的重要参数和特性
在设置SGA时，有一些很重要的参数，它们设置正确与否，会直接影响到系统的整体性能。
下面一一介绍他们：
SGA_MAX_SIZE
SGA区包括了各种缓冲区和内存池，而大部分都可以通过特定的参数来指定他们的大小。
但是，作为一个昂贵的资源，一个系统的物理内存大小是有限。
尽管对于CPU的内存寻址来说，是无需关系实际的物理内存大小的（关于这一点，后面会做详细的介绍），但是过多的使用虚拟内存导致pagein/out，会大大影响系统的性能，甚至可能会导致系统crash。
所以需要有一个参数来控制SGA使用虚拟内存的最大大小，这个参数就是SGA_MAX_SIZE。
当实例启动后，各个内存区只分配实例所需要的最小大小，在随后的运行过程中，再根据需要扩展他们的大小，而他们的总和大小受到了SGA_MAX_SIZE的限制。
当试图增加一个内存的大小，并且如果这个值导致所有内存区大小总和大于SGA_MAX_SIZE时，oracle会提示错误，不允许修改。
当然，如果在设置参数时，指定区域为spfile时（包括修改SGA_MAX_SIZE本身），是不会受到这个限制的。
这样就可能出现这样的情况，在spfile中，SGA各个内存区设置大小总和大于SGA_MAX_SIZE。
这时，oracle会如下处理：
当实例再次启动时，如果发现SGA各个内存总和大于SGA_MAX_SIZE，它会将SGA_MAX_SIZE的值修改为SGA各个内存区总和的值。
SGA所分配的是虚拟内存，但是，在我们配置SGA时，一定要使整个SGA区都在物理内存中，否则，会导致SGA频繁的页入/页出，会极大影响系统性能。
对于OLTP系统，我个人建议可以如下配置SGA_MAX_SIZE（一般有经验的DBA都会有自己的默认配置大小，你也可以通过一段时间的观察、调整自己的系统来得到适合本系统的参数配置）：
系统内存
SGA_MAX_SIZE值
1G
400-500M
2G
1G
4G
2500M
8G
5G
SGA的实际大小可以通过以下公式估算：
SGA实际大小=DB_CACHE_SIZE+DB_KEEP_CACHE_SIZE+DB_RECYCLE_CACHE_SIZE+DB_nk_CACHE_SIZE+SHARED_POOL_SIZE+LARGE_POOL_SIZE+JAVA_POOL_SIZE+STREAMS_POOL_SIZE（10g中的新内存池）+LOG_BUFFERS+11K（RedoLogBuffer的保护页）+1MB+16M（SGA内部内存消耗，适合于9i及之前版本）
公式种涉及到的参数在下面的内容种会一一介绍。
PRE_PAGE_SGA
我们前面提到，oracle实例启动时，会只载入各个内存区最小的大小。
而其他SGA内存只作为虚拟内存分配，只有当进程touch到相应的页时，才会置换到物理内存中。
但我们也许希望实例一启动后，所有SGA都分配到物理内存。
这时就可以通过设置PRE_PAGE_SGA参数来达到目的了。
这个参数的默认值为FALSE，即不将全部SGA置入物理内存中。
当设置为TRUE时，实例启动会将全部SGA置入物理内存中。
它可以使实例启动达到它的最大性能状态，但是，启动时间也会更长（因为为了使所有SGA都置入物理内存中，oracle进程需要touch所有的SGA页）。
我们可以通过TopShow工具（本站原创工具，可在http:
//www.HelloDBA.com/Download/TopShow.html中下载）来观察windows（Unix下的内存监控比较复杂，这里暂不举例）下参数修改前后的对比。
PRE_PAGE_SGA为FALSE：
SQL>showparametersga
NAME TYPE VALUE
-------------------------------------------------------------------------
lock_sga boolean FALSE
pre_page_sga boolean FALSE
sga_max_size biginteger276M
sga_target biginteger276M
SQL>startupforce
ORACLEinstancestarted.
TotalSystemGlobalArea 289406976bytes
FixedSize 1248576bytes
VariableSize 117441216bytes
DatabaseBuffers 163577856bytes
RedoBuffers 7139328bytes
Databasemounted.
Databaseopened.
SQL>
启动后，Oracle的内存情况
可以看到，实例启动后，oracle占用的物理内存只有168M，远小于SGA的最大值288M（实际上，这部分物理内存中还有一部分进程的PGA和OracleService占用的内存），而虚拟内存则为340M。
将PRE_PAGE_SGA修改为TRUE，重启实例：
SQL>altersystemsetpre_page_sga=truescope=spfile;
Systemaltered.
SQL>startupforce
ORACLEinstancestarted.
TotalSystemGlobalArea 289406976bytes
FixedSize 1248576bytes
VariableSize 117441216bytes
DatabaseBuffers 163577856bytes
RedoBuffers 7139328bytes
Databasemounted.
Databaseopened.
再观察启动后Oracle的内存分配情况：
这时看到，实例启动后物理内存达到了最大343M，于虚拟内存相当。
这时，oracle实例已经将所有SGA分配到物理内存。
当参数设置为TRUE时，不仅在实例启动时，需要touch所有的SGA页，并且由于每个oracle进程都会访问SGA区，所以每当一个新进程启动时（在DedicatedServer方式中，每个会话都会启动一个Oracle进程），都会touch一遍该进程需要访问的所有页。
因此，每个进程的启动时间页增长了。
所以，这个参数的设置需要根据系统的应用情况来设定。
在这种情况下，进程启动时间的长短就由系统内存的页的大小来决定了。
例如，SGA大小为100M，当页的大小为4K时，进程启动时需要访问100000/4=25000个页，而如果页大小为4M时，进程只需要访问100/4=25个页。
页的大小是由操作系统指定的，并且是无法修改的。
但是，要记住一点：
PRE_PAGA_SGA只是在启动时将物理内存分配给SGA，但并不能保证系统在以后的运行过程不会将SGA中的某些页置换到虚拟内存中，也就是说，尽管设置了这个参数，还是可能出现PageIn/Out。
如果需要保障SGA不被换出，就需要由另外一个参数LOCK_SGA来控制了。
LOCK_SGA
上面提到，为了保证SGA都被锁定在物理内存中，而不必页入/页出，可以通过参数LOCK_SGA来控制。
这个参数默认值为FALSE，当指定为TRUE时，可以将全部SGA都锁定在物理内存中。
当然，有些系统不支持内存锁定，这个参数也就无效了。
SGA_TARGET
这里要介绍的时Oracle10g中引入的一个非常重要的参数。
在10g之前，SGA的各个内存区的大小都需要通过各自的参数指定，并且都无法超过参数指定大小的值，尽管他们之和可能并没有达到SGA的最大限制。
此外，一旦分配后，各个区的内存只能给本区使用，相互之间是不能共享的。
拿SGA中两个最重要的内存区BufferCache和SharedPool来说，它们两个对实例的性能影响最大，但是就有这样的矛盾存在：
在内存资源有限的情况下，某些时候数据被cache的需求非常大，为了提高bufferhit，就需要增加BufferCache，但由于SGA有限，只能从其他区“抢”过来——如缩小SharedPool，增加BufferCache；而有时又有大块的PLSQL代码被解析驻入内存中，导致SharedPool不足，甚至出现4031错误，又需要扩大SharedPool，这时可能又需要人为干预，从BufferCache中将内存夺回来。
有了这个新的特性后，SGA中的这种内存矛盾就迎刃而解了。
这一特性被称为自动共享内存管理（AutomaticSharedMemoryManagementASMM）。
而控制这一特性的，也就仅仅是这一个参数SGA_TARGE。
设置这个参数后，你就不需要为每个内存区来指定大小了。
SGA_TARGET指定了SGA可以使用的最大内存大小，而SGA中各个内存的大小由Oracle自行控制，不需要人为指定。
Oracle可以随时调节各个区域的大小，使之达到系统性能最佳状态的个最合理大小，并且控制他们之和在SGA_TARGET指定的值之内。
一旦给SGA_TARGET指定值后（默认为0，即没有启动ASMM），就自动启动了ASMM特性。
设置了SGA_TARGET后，以下的SGA内存区就可以由ASMM来自动调整：
∙共享池（SharedPool）
∙Java池（JavaPool）
∙大池（LargePool）
∙数据缓存区（BufferCache）
∙流池（StreamsPool）
对于SGA_TARGET的限制，它的大小是不能超过SGA_MAX_SIZE的大小的。
SQL>showparametersga
NAME TYPE VALUE
-----------------------------------------------------------------------------
lock_sga boolean FALSE
pre_page_sga boolean FALSE
sga_max_size biginteger276M
sga_target biginteger276M
SQL>
SQL>
SQL>
SQL>altersystemsetsga_target=280M;
altersystemsetsga_target=280M
*
ERRORatline1:
ORA-02097:
parametercannotbemodifiedbecausespecifiedvalueisinvalid
ORA-00823:
Specifiedvalueofsga_targetgreaterthansga_max_size
另外，当指定SGA_TARGET小于SGA_MAX_SIZE，实例重启后，SGA_MAX_SIZE就自动变为和SGA_TARGET一样的值了。
SQL>showparametersga
NAME TYPE VALUE
-----------------------------------------------------------------------------
lock_sga boolean FALSE
pre_page_sga boolean FALSE
sga_max_size biginteger276M
sga_target biginteger276M
SQL>altersystemsetsga_target=252M;
Systemaltered.
SQL>showparametersga
NAME TYPE VALUE
-----------------------------------------------------------------------------
lock_sga boolean FALSE
pre_page_sga boolean FALSE
sga_max_size biginteger276M
sga_target biginteger252M
SQL>startupforce
ORACLEinstancestarted.
TotalSystemGlobalArea 264241152bytes
FixedSize 1248428bytes
VariableSize 117441364bytes
DatabaseBuffers 138412032bytes
RedoBuffers 7139328bytes
Databasemounted.
Databaseopened.
SQL>showparametersga
NAME TYPE VALUE
-----------------------------------------------------------------------------
lock_sga boolean FALSE
pre_page_sga boolean FALSE
sga_max_size biginteger252M
sga_target biginteger252M
SQL>
对于SGA_TARGET，还有重要一点就是，它的值可以动态修改（在SGA_MAX_SIZE范围内）。
在10g之前，如果需要修改SGA的大小（即修改SGA_MAX_SIZE的值）需要重启实例才能生效。
当然，在10g中，修改SGA_MAX_SIZE的值还是需要重启的。
但是有了SGA_TARGET后，可以将SGA_MAX_SIZE设置偏大，再根据实际需要调整SGA_TARGET的值（我个人不推荐频繁修改SGA的大小，SGA_TARGET在实例启动时设置好，以后不要再修改）。
SGA_TARGET带来一个重要的好处就是，能使SGA的利用率达到最佳，从而节省内存成本。
因为ASMM启动后，Oracle会自动根据需要调整各个区域的大小，大大减少了某些区域内存紧张，而某些区域又有内存空闲的矛盾情况出现。
这也同时大大降低了出现4031错误的几率。
use_indirect_data_buffers
这个参数使32位平台使用扩展缓冲缓存基址，以支持支持4GB多物理内存。
设置此参数，可以使SGA突破在32位系统中的2G最大限制。
64位平台中，这个参数被忽略。
1.1.2. 关于SGA的重要视图
要了解和观察SGA的使用情况，并且根据统计数据来处理问题和调整性能，主要有以下的几个系统视图。
v$sga
这个视图包括了SGA的的总体情况，只包含两个字段：
name（SGA内存区名字）和value（内存区的值，单位为字节）。
它的结果和showsga的结果一致，显示了SGA各个区的大小：
SQL>select*fromv$sga;
NAME VALUE
------------------------------
FixedSize 1248428
VariableSize 117441364
DatabaseBuffers 138412032
RedoBuffers 7139328
4rowsselected.
SQL>showsga
TotalSystemGlobalArea 264241152bytes
FixedSize 1248428bytes
VariableSize 117441364bytes
DatabaseBuffers 138412032bytes
RedoBuffers 7139328bytes
S
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