Oracle 体系结构二 内存结构

Oracle实例由共享内存块（SGA）以及大量的后台进程构成。

SGA必须包含的数据结构：

• 数据库缓冲区缓存
• 日志缓冲区
• 共享池

可选的数据结构：

• 大池
• JAVA池
• 流池
• 其他缓冲区缓存池

用户会话还需要服务器端的内存。此内存是不共享的PGA。每个会话都有自己专用的PGA。

数据库缓冲区缓存

数据库缓冲区缓存是Oracle用来执行SQL的工作区域。

在更新数据时，用户的会话不直接更新磁盘上的数据。包含相关数据的数据块首先复制到数据库缓冲区缓存。更改应用于数据库缓冲区缓存中的这些数据块的副本。此后，块将在缓存中保留一段时间，直至其占有的缓冲区需要缓存另一块为止。

在查询数据时，数据也要经过缓存。会话计算出哪些块包含相关的行，并将它们复制到数据库缓冲区缓存。此后，相关行的投影列传输到会话的PGA作进一步处理。与上面一样，此后块会在数据库缓冲区缓存中保留一段时间。

数据文件的格式被设置为固定大小的块。表行和其他数据对象存储在这些块中。数据库缓冲区缓存的格式被设置为内存缓冲区，每个可以容纳一个块。与块不同，行的长度取决于为表定义的列的数量（不管列是否真的包含内容，也不考虑包含什么内容）。根据块的大小（由DBA选择）和行的大小（取决于表设计和使用），每个块中可能有多个行，也可能有一个行延伸到多个块中。

如果缓冲区的缓存中存储的块的映像与磁盘上的映像不同，那么这样的缓冲区常称为“脏缓冲区”。当块第一次复制到其中时，缓冲区是“干净缓冲区”：此时，缓冲区中的块的映像与磁盘上的块映像是相同的。当其中的块更新时，缓冲区将变脏。最终，脏缓冲区必须写回到数据文件，此时，缓冲区又变得干净了。即使在写入磁盘后，此块也仍保留在内存中，可能有一段时间，此缓冲区不会被另一个块所重写。缓冲区的更新频率（或COMMIT的数量）与何时写回数据文件没有任何关系：改变了的块可以在COMMIT命令之前或之后写入数据文件。在正常运行过程中，常常有未提交的数据要写入数据文件，或已提交的更改还没有写入。

在缓冲区缓存中管理块： 

缓冲区缓存中的块实质上在一个位置上管理，但有两个不同的列表指向这些块。 

• 脏（dirty）块列表，其中的块需要由数据库块写入器（DBWn）写入磁盘
• 非脏（nondirty）块列表 

Oracle采用了一种接触技术（touch count，也称使用计数）算法，如果命中缓存中的一个块，则会增加与之关联的计数器。不是说每次命中这个块都会增加技术，而是大约3秒一次。有一组相当神奇的X$表，利用其中的某个表就可以看出这个算法是怎样工作的。X$BH表显示了块缓冲区缓存中块的有关信息（文档中有记录的V$BH视图也能提供块的有关信息，不过X$BH表提供的信息更多）。在这个表中可以看到，我们命中块是，接触技术会增加。可以对这个表运行一下查询，得到5个“当前最热的块”，并把这个信息与DBA_OBJECTS视图联结，得出这些块属于哪些段。

select tch,
       file#,
       dbablk,
       case
         when obj = 4294967295 then
          'rbs/compat segment'
         else
          (select max('(' || object_type || ')' || owner || '.' ||
                      object_name) || decode(count(*), 1, '', ' maybe!')
             from dba_objects
            where data_object_id = x.obj)
       end what
  from (select tch, file#, dbablk, obj
          from x$bh
         where state <> 0
         order by tch desc) x

如果想了解块关联的信息，可以使用查询

select * from dba_extents where file_id = FILE# and block_id <= DBABLK and block_id+blocks-1 >= DBABLK

 对于重复查询的块，也可以观察Oracle如何递增这个块的接触计数

select tch,file#,dbablk,DUMMY
  from x$bh,(select dummy from dual)
 where obj = (select data_object_id
                from dba_objects
               where object_name = 'DUAL'
                 and data_object_id is not null)

 数据库缓冲区缓存的大小会对性能产生至关重要的影响。缓存应足够大，以便能缓存所有频繁访问的块，但也不能过大，以至于它会缓存极少使用的块。如果缓存过小，那么将导致磁盘活动过多，因为频繁访问的块持续从磁盘读取，并由其他块使用和重写，然后再从磁盘读取。如果需要格式化一个极大的数据库缓冲区缓存，则实例的启动速度会变慢。

可以动态调整数据库缓冲区缓存的大小，也可以对其进行自动管理。

日志缓冲区

日志缓冲区是小型的临时区域，用于短期存储将写入到磁盘上的重做日志的变更向量。执行DML语句会生成应用于数据的变更向量。有了重做日志，数据库就可以确保数据永不丢失：每当数据块发生更改时，都会将应用于块的变更向量写到重做日志，如果需要还原数据文件，则通过重做日志，可以将变更向量提取并应用于数据文件备份。这样，数据文件就可能是最新的。

会话服务器进程不将重做记录直接写入重做日志文件，否则，每当执行DML语句是，会话将不得不等待磁盘I/O操作完成。相反，会话将重做记录写入内存中的日志缓冲区。这样做的速度将远比写入磁盘快。此后，日志缓冲区写出到重做日志文件。因此，日志缓冲区对磁盘的一次写入是来自多个事务的一批变更向量。即使如此，日志缓冲区中的变更向量也是接近实时地写入磁盘，当会话发出COMMIT语句时，会实时执行日志缓冲区写操作。写操作由日志写入器后台进程（LGWR）完成。

日志缓冲区默认值由Oracle服务器确定，而且取决于服务器节点中的CPU数量。默认值通常是合适的。

理解COMMIT语句的处理过程非常重要。当发出commit语句时，一部分提交处理涉及将日志缓冲区内容写入磁盘上的重做日志文件。写操作实施执行，在其进行过程中，发出commit的会话将挂起。要确保提交的事务永不丢失，那么，在缓存中的数据块发生更改（意味着事务已完成）而且将变更向量写入磁盘上的重做日志前，不能讲完成提交的消息返回给会话。

在Oracle体系结构中，将日志缓冲区转储到磁盘是基本瓶颈之一。DML的速度不能超过LGWR将变更向量转储到联机重做日志文件的速度。

日志缓冲区的大小固定不变，在启动实例时被设置为固定值。无法对其进行自动管理。

共享池

共享池是最复杂的SGA结构。它分为许多子结构，这些子结构由Oracle服务器内部管理。

库缓存

库缓存是内存区域，按其已分析的格式存储最近执行的代码，可以在不重新分析的情况下重用，极大的提高性能。

数据字典缓存

数据字典缓存有时称为“行缓存”。存储最近使用的对象定义：表、索引、用户和其他元数据定义的描述。将此类定义放在SGA的内存中，以便使所有会话可以直接访问它们，而不是被迫从磁盘上的数据字典中重复读取它们，从而提高分析性能。缓存的对象定义可以用于分析许多不同的语句。

SQL查询和PL/SQL函数结果缓存

Oracle服务器可以将此类查询的结果存储在内存中。结果缓存机制具有足够的智能，跟踪查询运行所针对的表是否发生了更新。默认方式下，将禁用SQL查询和PL/SQL函数结果缓存，但如果以编程方式将其启用，就可以极大地提高性能。此缓存位于共享池中：DBA可以指定其最大容量。

共享池在实例启动时分配。可以采用手动方式重新调整，也可以根据工作负荷自动重新调整大小（如果启动了自动化机制）。