滚雪球学Oracle[1.3讲]：内存与进程架构

前言

在上一篇文章【Oracle数据库架构基础】中，我们重点讲解了Oracle数据库的物理与逻辑存储结构，包括数据文件、控制文件、重做日志文件等的作用与管理，以及表空间、段、数据块的结构与优化策略。通过这些内容，大家对Oracle数据库如何在物理和逻辑上存储数据有了一个清晰的认识。

本期内容将聚焦于Oracle数据库的内存与进程架构，深入解析SGA（系统全局区）和PGA（程序全局区）的构成与优化策略，展示这些内存组件如何与Oracle的各类进程协同工作，从而提高数据库的性能和并发处理能力。此外，我们还将解析Oracle数据库中的关键后台进程，详细说明它们的功能与应用场景。最后，我们会为下期内容【安装前的准备工作】进行预告，帮助大家在实际应用中更好地准备Oracle数据库的安装。

一、SGA的深度解析

1.1 SGA的作用与构成

SGA（System Global Area，系统全局区）是Oracle数据库中最重要的共享内存区域，所有的数据库实例共享这块内存。SGA的主要作用是为数据库的运行提供缓存、共享的执行计划、数据块等，从而减少磁盘I/O并提升数据库性能。

SGA由多个组件组成，每个组件都有其特定的功能，主要包括：

• 数据库缓冲区缓存（Database Buffer Cache）：存放从数据文件中读取的数据块，用于减少磁盘I/O操作。
• 共享池（Shared Pool）：存储解析过的SQL语句、PL/SQL程序单元以及数据字典缓存，减少重复SQL解析的开销。
• 重做日志缓冲区（Log Buffer）：存储事务日志，确保数据库的事务一致性和可恢复性。
• 大型池（Large Pool）：用于支持诸如并行查询和RMAN（Oracle恢复管理器）备份等特定操作。
• Java池：用于存储Java代码与数据，在Oracle中运行Java程序时使用。

SGA的大小与调整

SGA的总大小可以通过SGA_MAX_SIZE和SGA_TARGET参数进行设置。SGA_MAX_SIZE定义了SGA的最大内存使用量，而SGA_TARGET则是一个自动调节参数，用于在不同组件之间动态调整内存分配，以优化数据库性能。

1.2 数据库缓冲区缓存（DB Cache）

数据库缓冲区缓存（Database Buffer Cache）是SGA中最重要的组件之一，主要用于缓存从磁盘读取的数据块。当用户执行查询时，数据库会优先从缓存中查找数据块，而不是直接从磁盘读取，从而减少I/O操作。

DB Cache的工作原理

DB Cache基于LRU（Least Recently Used，最近最少使用）算法进行管理。常用的数据块会留在缓存中，而很少使用的块则会被淘汰，腾出空间给新读取的数据块。

为了优化性能，可以通过调整DB_CACHE_SIZE参数来增加或减少缓冲区的大小。对于高I/O负载的系统，合理的DB Cache配置可以显著减少磁盘读写操作，提高查询响应速度。

案例演示：调整DB Cache的大小

ALTER SYSTEM SET db_cache_size = 2G;

这条命令将数据库缓冲区缓存的大小设置为2GB。合理的DB Cache配置可以显著减少I/O等待时间，提高查询性能。

1.3 共享池（Shared Pool）的构成与调优

共享池（Shared Pool）是SGA中另一个关键组件，它用于存储SQL语句的解析树、执行计划以及PL/SQL代码块。共享池通过缓存这些信息，减少了SQL语句的重新解析次数，从而提升系统的性能。

共享池的组成部分：

• 库缓存（Library Cache）：存储已解析的SQL语句和执行计划。当相同的SQL语句再次执行时，Oracle可以直接使用缓存中的执行计划，避免重新解析SQL。
• 数据字典缓存（Data Dictionary Cache）：缓存数据库的系统元数据，如表、索引、视图等对象的信息，减少每次查询时访问数据字典表的开销。

共享池的调优策略：

• 减少硬解析：硬解析会占用较多的系统资源，包括CPU和内存。因此，应该尽量减少SQL的硬解析，鼓励使用绑定变量（Bind Variables）来实现SQL的重用。
• 共享池大小调整：通过调整SHARED_POOL_SIZE参数，确保共享池有足够的空间来存储常用的SQL语句和PL/SQL程序单元。过小的共享池会导致频繁的硬解析，影响性能。

案例演示：查询共享池的使用情况

SELECT * FROM v$sgastat WHERE pool = 'shared pool';

通过该查询，可以监控共享池的内存使用情况，并根据使用情况调整共享池的大小。

1.4 日志缓冲区（Log Buffer）的配置

日志缓冲区（Log Buffer）是SGA中的一个小型缓冲区，存储了事务的变更记录。事务提交时，Oracle会将日志缓冲区中的数据写入重做日志文件中，以确保数据库的事务一致性和可恢复性。

日志缓冲区的大小配置

日志缓冲区的大小通过LOG_BUFFER参数设置。对于大多数系统来说，日志缓冲区不需要设置得过大，因为Oracle会频繁地将缓冲区中的数据刷新到磁盘。但在高事务量的系统中，适当增大日志缓冲区可以减少日志写入的频率。

案例演示：查看日志缓冲区的写入情况

SELECT name, value FROM v$sysstat WHERE name = 'redo writes';

这条命令用于查看日志缓冲区的写入频率。如果频繁写入磁盘，可能意味着日志缓冲区太小，需要进行调整。

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二、PGA的详细讲解

2.1 什么是PGA？

PGA（Program Global Area，程序全局区）是与每个Oracle服务器进程或后台进程相关的私有内存区域。与SGA不同，PGA不在进程之间共享，而是为每个进程独立分配。PGA主要用于处理排序操作、哈希表、会话相关的私有数据等。

PGA的主要用途：

• 排序区：用于存储排序操作的中间结果。如果排序操作过大超出PGA内存，Oracle会将部分数据写入磁盘，称为“磁盘排序”，这会降低系统性能。
• 会话内存：存储与会话相关的私有数据。

2.2 PGA自动管理的原理与实践

从Oracle 9i开始，PGA可以自动管理。数据库管理员只需设置PGA_AGGREGATE_TARGET参数，Oracle会根据当前系统的负载自动调整每个进程的PGA内存分配，以优化内存使用和系统性能。

自动管理的好处：

• 简化管理：无需手动设置每个会话的PGA大小，Oracle会根据工作负载自动调整。
• 提高资源利用率：自动管理能够更好地利用内存资源，防止内存不足或浪费。

案例演示：启用PGA自动管理

ALTER SYSTEM SET pga_aggregate_target = 4G;

这条命令将PGA的总目标设置为4GB，Oracle会根据此值自动调整每个进程的PGA分配。

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三、Oracle数据库后台进程的高级应用

Oracle数据库的后台进程是数据库实例正常运行的关键，这些进程负责管理数据库的日志、恢复、归档、监控等操作。我们将介绍一些重要的后台进程及其在数据库运行中的作用。

3.1 归档进程（ARCn）与归档日志管理

归档进程（ARCn）负责将填满的重做日志文件复制到归档日志文件中。当数据库处于归档模式时，Oracle可以通过归档日志恢复到某一时间点。

归档模式的应用场景

归档模式在生产环境中非常重要，尤其是对于需要高数据可恢复性和长时间事务跟踪的系统。归档模式可以确保所有的提交事务都能被记录并保存在归档日志中，以便在需要时进行恢复。

案例演示：启用归档模式

ALTER DATABASE ARCHIVELOG;

通过启用归档模式，Oracle会自动将重做日志文件复制到归档日志中。

3.2 恢复进程（RECO）与

故障恢复

恢复进程（RECO）主要用于分布式数据库系统中，负责恢复处于失败状态的分布式事务。它能够在网络或系统故障后自动协调分布式事务的提交和回滚操作，确保数据的一致性。

3.3 数据库监控进程（MMON）的角色

MMON（Manageability Monitor）进程是一个负责数据库性能监控的后台进程。它会收集数据库的性能统计数据，并将这些数据写入AWR（Automatic Workload Repository）报告中，供DBA进行分析。MMON还负责触发告警机制，当数据库性能出现问题时，它会生成警告信息，提示管理员采取措施。

四、总结与下期预告

在本期内容中，我们详细解析了Oracle数据库的内存与进程架构。通过对SGA和PGA各个组成部分的深入分析，大家应该对Oracle如何通过内存管理和后台进程提升系统性能有了更清晰的认识。我们还介绍了归档进程、恢复进程和监控进程的高级应用，这些进程在数据库的高可用性和性能监控中发挥着关键作用。

在下一期内容中，我们将重点探讨【安装前的准备工作】，帮助大家了解在安装Oracle数据库之前所需的硬件和软件环境配置要求，以及如何进行系统优化和调整，为后续的安装打下坚实基础。