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）
- Share Pool （共享池）
- Database Buffer Cache （数据库缓冲区缓存）
- Redo Log Buffer （重做日志缓冲区）
- Large Pool （大池）
- Java Pool（Java池）
- Streams Pool（流池）
- 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）
- Cursor Area（游标区）
- User Session Data Storage_Area （用户会话数据存储区）
- 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）
- User Global Area（UGA，用户全局区域）
其实可以看图哈。
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。
- 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;
复制 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。
-
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… -
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$sgainfo;
# 下面是修改语句，不希望各位盲目修改这个参数，搞不好会负优化...
alter sysetm set large_pool_size=
# 后面我会专门出Oracle优化系列的文章。
复制2.1.5 Java Pool详解
字面意思，Java池，当数据库中存在执行Java存储过程时使用，一般Java池用作实例化Java对象所需要的空间。这么理解，类似于为了处理SQL和PL/SQL命令而提供共享池。但是注意，Java代码也是存储在共享池的哟。
- SHARED_POOL_SIZE JVM缓存在共享池中；
- JAVA_POOL_SIZE 缓存与JAVA相关的会话数据，11G默认0（Oracle推荐，对于有JAVA的应用，将这个值设到50M或者更大）
- JAVA_SOFT_SESSIONSPACE_LIMIT 当某个JAVA进程请求的内存超过这个限制时，会写一条消息到用户跟踪文件，默认值是0，最大值是4G；当JAVA进程请求的内存超过这个参数的限制时，返回ORA-29554的错误
测量JAVA池的性能有下面两种方法
- 观察以下查询，如果发现未使用内存很大或者不断增加，表示JAVA池可能分配了太多的内存，如果未使用内存很小或者不断减少，表示可能需要加大JAVA池的内存。
select * from v$sgastat where pool = 'java pool';
复制- 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。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：
- Cursor Area（游标区）
顾名思义，Cursor Area用来存储游标的运行时信息。 - 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。 - 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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