Oracle体系结构:内存结构和进程结构

2/9/2008来源:Oracle教程人气:7252


  (一)内存结构和进程结构 Oracle数据库的总体结构如下图:
Oracle体系结构:内存结构和进程结构(图一)  1:Oracle实例(Instance)        
  在一个服务器中,每一个运行的Oracle数据库都与一个数据库实例相联系,实例是我们
 访问数据库的手段。
  实例在操作系统中用ORACLE_SID来标识,在Oracle中用参数INSTANCE_NAME来标识,
 它们两个的值是相同的。数据库启动时,系统首先在服务器内存中分配系统全局区(SGA),
 构成了Oracle的内存结构,然后启动若干个常驻内存的操作系统进程,即组成了Oracle的
 进程结构,内存区域和后台进程合称为一个Oracle实例。
                  Oracle体系结构:内存结构和进程结构(图二)
  数据库与实例之间是1对1/n的关系,在非并行的数据库系统中每个Oracle数据库与一个
 实例相对应;在并行的数据库系统中,一个数据库会对应多个实例,同一时间用户只与一个
 实例相联系,当某一个实例出现故障时,其他实例自动服务,保证数据库正常运行。在任何
 情况下,每个实例都只可以对应一个数据库。  2:Oracle 10g动态内存治理
  内存是影响数据库性能的重要因素,Oracle8i使用静态内存治理,Oracle 10g使用动态
 内存治理。所谓静态内存治理,就是在数据库系统中,无论是否有用户连接,也无论并发用
 量大小,只要数据库服务在运行,就会分配固定大小的内存;动态内存治理答应在数据库服
 务运行时对内存的大小进行修改,读取大数据块时使用大内存,小数据块时使用小内存,读
 取标准内存块时使用标准内存设置。
  按照系统对内存使用方法的不同,Oracle数据库的内存可以分为以下几个部分:
  •系统全局区:SGA(System Global Area)
  •程序全局区:PGA(PRograme Global Area)
  •排序池:(Sort Area)
  •大池:(Large Pool)
  •java池:(Java Pool)  2-1:系统全局区SGA(System Global Area)
   SGA是一组为系统分配的共享的内存结构,可以包含一个数据库实例的数据或控制信
  息。假如多个用户连接到同一个数据库实例,在实例的SGA中,数据可以被多个用户共享。
  当数据库实例启动时,SGA的内存被自动分配;当数据库实例关闭时,SGA内存被回收。
  SGA是占用内存最大的一个区域,同时也是影响数据库性能的重要因素。
  SGA的有关信息可以通过下面的语句查询,sga_max_size的大小是不可以动态调整的。
   =====================================
   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
   ======================================  
  
系统全局区按作用不同可以分为:
   •数据缓冲区
   •日志缓冲区
   •共享池   2-1-1:数据缓冲区(Database Buffer Cache)
    假如每次执行一个操作时,Oracle都必须从磁盘读取所有数据块并在改变它之后
   又必须把每一块写入磁盘,显然效率会非常低。数据缓冲区存放需要经常访问的数据,
   供所有用户使用。修改数据时,首先从数据文件中取出数据,存储在数据缓冲区中,
   修改/插入数据也存储在缓冲区中,commit或DBWR(下面有具体介绍)进程的其他条
   件引发时,数据被写入数据文件。
    数据缓冲区的大小是可以动态调整的,但是不能超过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
   
   #此处我仅增加了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    #修改显示格式,方便查看。
   SQL> column name format a40 wrap
   SQL> column value format a20 wrap
   
   #下面语句可以用来查看内存空间分配情况,注重SGA各区大小总和。
   SQL> select name,value from v$parameter where name like '%size' and value <> '0';
   
   #先将java_pool_size调小,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.
   #上面说明SGA中各区大小总和不能超过sga_max_size。
   =====================================
    数据缓冲区的大小对数据库的存区速度有直接影响,多用户时尤为明显。有些应
   用对速度要求很高,一般要求数据缓冲区的命中率在90%以上。
    下面给出一种计算数据缓冲区命中率的方法:
    •使用数据字典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     可以让Oracle给出数据缓冲区大小的建议:
    ======================================
    SQL> alter system set db_cache_advice=on;#打开该功能
    System altered.     SQL> alter system set db_cache_advice=off;#关闭该功能
    System altered.
    ======================================   2-1-2:日志缓冲区(Log Buffer Cache)
    日志缓冲区用来存储数据库的修改信息。该区对数据库性能的影响很小,有关日
   志后面还会有具体的介绍。
    查询日志缓冲区大小:
   SQL> show parameter log_buffer
   NAME            TYPE          VALUE
   ----------     -----------  -------
   log_buffer     integer       262144 
  2-1-3:共享池(Share Pool)
    共享池是对SQL,PL/SQL程序进行语法分析,编译,执行的内存区域。
    它包含三个部分:(都不可单独定义大小,必须通过share pool间接定义)。
    •库缓冲区(Library Cache)包含SQL,PL/SQL语句的分析码,执行计划。
    •数据字典缓冲区(Data Dictionary Cache)表,列定义,权限。
    •用户全局区(Usr Global Area)用户MTS会话信息。
   共享池的大小可以动态修改:
    ======================================
    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一行希奇?  2-2:程序全局区PGA(Programe Global Area)
   程序全局区是包含单个用户或服务器数据和控制信息的内存区域,它是在用户进程连
  接到Oracle并创建一个会话时由Oracle自动分配的,不可共享,主要用于用户在编程存
  储变量和数组。
    Oracle体系结构:内存结构和进程结构(图三)
   如上图:
    •Stack Space是用来存储用户会话变量和数组的存储区域;
    •User Session Data是为用户会话使用的附加存储区。
     --Session Information
     --Sort Area
     --Cursor Information   
   注重Session information(用户会话信息)在独占服务器中与在共享服务器中所处
  的内存区域是不同的。
 2-3:排序区,大池,Java池
   排序区(Sort Area)为有排序要求的SQL语句提供内存空间。系统使用专用的内存区
  域进行数据排序,这部分空间就是排序区。在Oracle数据库中,用户数据的排序可使用
  两个区域,一个是内存排序区,一个是磁盘临时段,系统优先使用内存排序区进行排序。
  假如内存不够,Orcle自动使用磁盘临时表空间进行排序。为提高数据排序的速度,建议
  尽量使用内存排序区,而不要使用临时段。
   参数sort_area_size用来设置排序区大小。(好象不能动态修改?)    大池(Large Pool)用于数据库备份工具--恢复治理器(RMAN:Recovery Manager)。
  Large Pool的大小由large_pool_size确定,可用下面语句查询和修改:
  =========================================
  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语言开发,一般来说不低于20M。其大小由java_pool_size来
  确定,可以动态调整。  2-4:Oracle自动共享内存治理(Automatic Shared Memory(SGA) Management)
  在Oracle 8i/9i中数据库治理员必须手动调整SGA各区的各个参数取值,每个区要根据
 负荷轻重分别设置,假如设置不当,比如当某个区负荷增大时,没有调整该区内存大小,则
 可能出现ORA-4031:unable to allocate ...bytes of shared memory错误。
  在Oracle 10g中,将参数STATISTICS_LEVEL设置为TYPICAL/ALL,使用SGA_TARGET指
 定SGA区总大小,数据库会根据需要在各个组件之间自动分配内存大小。
 下面是系统自动调整的区域:
  •固定SGA区及其他•共享池•数据缓冲区• Java池•大池。
  注重:假如不设置SGA_TARGET,则自动共享内存治理功能被禁止。
  ==========================================
  SQL> show parameter statistics_level
  NAME                     TYPE        VALUE
  --------------------- ----------- ------------
  statistics_level      string      TYPICAL
  
  SQL> alter system set statistics_level=all;
  System altered.   #typical和all有什么区别?
  
  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.   #不过后来又发现sga_target的值变成了140M? 下面是语句执行情况。
  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
  #改为20M
  SQL> alter system set sga_target=20m;
  System altered.   #显示的是140M
  SQL> show parameter sga_target
  NAME                                 TYPE        VALUE
  ------------------------------------ ----------- ------
  sga_target                           big integer 140M   #不可缩减?
  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实例的进程结构(Process StrUCture)
 Oracle包含三类进程:
 •用户进程(User Process)
 •服务器进程(Server Process)
 •后台进程(Background Process)
 
 3-1:用户进程和服务器进程
  当数据库用户请求连接到Oracle的服务时启动用户进程(比如启动SQLPlus时)。
  •用户进程首先必须建立一个连接。
  •用户不能直接与Oracle服务器,必须通过服务器进程交互。
  •服务器进程是用户进程与服务器交互的桥梁,它可以与Oracle Server直接交互。
  •服务器进程可以有共享和独占两种形式。
               
Oracle体系结构:内存结构和进程结构(图四) 
  3-2:后台进程(Backgroung Process)
  数据库的物理结构与内存结构之间的交互要通过后台进程来完成。数据库的后台进程包
 含两类,一类是必须的,一类是可选的:
  •Mandatory background processes
   --DBWn(Database Writer):数据写入
   --PMON(Process Moniter):进程监控
   --LGWR(Log Writer):日志写入
   --SMON(System Moniter):系统监控
   --RECO(Recovery):恢复
   --CKPT(Chekpoint):检查点
  •Optional background processes
   --ARCn(Archiver):归档
   --LCKn(Lock):锁
   --Dnnn(Dispatcher):调度
   --......
  可以用下面的语句查看正在运行的后台进程:
  =========================================
  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,数据写入进程)
  将数据缓冲区的数据写入数据文件,是负责数据缓冲区治理的一个后台进程。
  当数据缓冲区中的一数据被修改后,就标记为dirty,DBWR进程将数据缓冲区中“脏”
 数据写入数据文件,保持数据缓冲区的”干净“。由于数据缓冲区的数据被用户修改并占
 用,空闲数据缓冲区会不断减少,当用户进程要从磁盘读取数据块到数据缓冲区却无法找
 到足够的空闲数据缓冲区时,DBWR将数据缓冲区内容写入磁盘,使用户进程总可以得到足
 够的空闲数据缓冲区。
  DBWR的作用:
  •治理数据缓冲区,以便用户进程总能够找到足够的空闲缓冲区。
  •将所有修改后的缓冲区数据写入数据文件。
  •使用LRU(最近最少使用)算法保持缓冲区数据是最近经常使用的。
  •通过延迟写来优化磁盘I/0读写。
   Oracle体系结构:内存结构和进程结构(图五)
点击查看大图
 3-2-2:LGWR(Log Writer,日志写入进程)
  将日志数据从日志缓冲区写入磁盘日志文件组。数据库在运行时,假如对数据库进行修
 改则产生日志信息,日志信息首先产生于日志缓冲区。当日志达到一定数量时,由LGWR将
 将日志数据写入到日志文件组,再经过日志切换,由归档进程(ARCH)将日志数据写入归
 档进程(前提是数据库运行在归档模式下)。数据库遵循写日志优先原则,即在写数据之前
 先写日志。
     Oracle体系结构:内存结构和进程结构(图六)
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简单介绍
  •ARCH(Archiver,归档进程)
  Oracle数据库有两种运行模式,归档(ARCHIVELOG),非归档(NOARCHIVELOG)模式。
 以非归档模式运行时日志在切换时被直接覆盖,不产生归档日志,这是数据库默认的运行模
 式。数据库运行在归档模式时,在日志切换之前,由ARCH进程将日志信息写入磁盘,也就是
 自动备份在线日志。
  Oracle数据库的Redo文件数量是有限的,所以Oracle以循环的方式向它们中写入。它顺
 序写满每一个Redo文件,当达到最后一个时,再循环回去开始填写第一个Redo文件。假如为
 了能恢复数据库而想保存日志文件,那么在它们被重新使用之前需要对其进行备份,归档进
 程治理此工作。   •CKPT(Check Point,检查点进程)
  运行CKPT时,系统对全部数据文件及控制文件文件头的同步信号进行修改,以保证数据
 库的同步。检查点出现在以下情况:
  --在每个日志切换时产生。
  --上一个检验点之后又经过了指定时间。
  --从上一个检验点之后,当预定义数量的日志块被写入磁盘之后。
  --数据库关闭。
  --DBA强制产生。
  --当表空间设置为OFFLINE时。   •SMON(System Moniter,系统监控进程)
  SMON在实例启动时执行实例恢复,并负责清理不再使用的临时段。   •PMON(Process Monitor,进程监控)
  PMON在用户进程出现故障时进行恢复,负责清理内存区域和释放该进程所使用的资源。   •RECO(Recovery,恢复进程)
  RECO用于分布式数据库维持在分布式环境中的数据的一致性。   •LCKn(Lock,锁进程)
  在并行服务器中用于多个实例间的封锁。   •Dnnn(Dispatcher,调度进程)
  Dnnn存在于多线程服务器体系结构中,负责将用户进程连接到服务器进程,再把结果返
  回给用户进程。