oracle：运行时结构组成（instance ，后台进程）

本篇从内存结构角度来说明oracle的组成。

 

一个oracle server 由一个oracle实例和一个oracle数据库组成。

即oracle server = oracle Instance +Oracle Database

 

Oracle 实例

包括内存结构（SGA）和一系列后台进程（background process），两者合起来称为一个oracle实例。

Oracleinstance = sga+background Process

 

Oracle 内存结构

包含系统全局区（SGA）和程序全局区（PGA）

即oracle memory Structures = SGA +PGA

 

SGA由服务器和后台进程共享

PGA包含单个服务器进程或单个后台进程的数据和控制信息，与几个进程共享的SGA相反，PGA是只被一个进程使用的区域，PGA在创建进程时分配在终止进程时回收。由服务器进程产生。

 

下图给出oracle体系结构中主要的组件，本文接下来将对instance中的组件进行介绍：

 

1       SGA

 

SGA 是一块巨大的共享内存区域，被看做是oracle数据库的一个大缓冲池，这里的数据可以被oracle的各个进程共用。

SGA = 数据缓冲区 +重做日志缓冲区 +共享池 +大池 + java 池 +池流

系统全局区是动态的，由参数 SGA_MAX_SIZE决定

查看当前系统的SGA大小： show parameter sga_max_size;

修改： alter system set sga_max_sieze=1200m scope=spfile;

因为实例内存分配是在数据库启动时进行的，所以要重启数据库让修改生效。

ASMM，自动内存管理，oracle会自动的对共享池、java池、大池、数据缓冲区、池流进行自动调配。

 

1.1      共享池（shared pool）

 

         共享池是SGA中最关键的内存片段，特别是在性能和可伸缩性上。

         太小的共享池会扼杀性能，太大的共享池会有同样的效果，将会消耗大量的cpu来管理这个共享池。不正确的使用共享池只会带来灾难。共享池主要又可以分为以下2个部分：

 

1.1.1        Sql语句缓存（Library cache）

 

用户提交一个sql语句，oracle会将这句sql进行分析（parse），这个过程类似于编译，会耗费相对较多的时间。分析完这个sql，oracle会把他的分析结果给保存在shared pool的library cache中，当数据库第二次执行该sql时，oracle自动跳过这个分析过程，从而减少系统运行的时间。

保存在共享池中sql，可以从v$sqltext, v$sqlarea中查询到，对于编程者来说，尽量提高语句的重用率，减少语句的分析时间。提高sql语句的重用率必须先培养良好的编程习惯，尽量使用bind变量。

1.1.2        数据字典缓冲区（data Dictionary cache）

数据字典缓冲区是oracle特地为数据字典准备的一块缓冲池，供oracle内部使用。

1.2      块缓冲区高速缓存（database buffer cache）

 

这些缓冲对应所有数据文件中的一些被使用到的数据块，让他们可以在内存中进行操作。在这个级别里，没有系统文件、用户数据文件、临时数据文件、回滚段文件之分。也就是任何文件的数据库都有可能被缓冲。数据库的任何修改都在该缓冲里完成，并由DBWR进程将修改后的数据写入磁盘。

这个缓冲区的块在2个不同的列表中管理：一个是块的‘脏’表（dirty list），需要用数据块的DBWR来写入，另外一个是不脏的块的列表（free list）。一般情况下，是使用最近最少使用算法来管理。

块缓冲去高速缓存又可以分为3个部分（defaultpool， keep pool， recycle poll），如果不是人为设置初始化参数（init.ora）,oracle 将默认为default pool。由于操作系统寻址能力的限制，不通过特殊设置，在32位的系统上，块缓冲区高速缓存最大可达到1.7G，64位系统，最大可达到10G。

1.3      重做日志缓冲区（redo log buffer）

重做日志文件的缓冲区，对数据库的任何修改都按顺序被记录在该缓冲，然后由LGWR进程将它写入磁盘。这些修改信息可能是DML语句，如（insert,update,delete）或DDL语句，如（create，alter，drop等）。重做日志缓存区的存在，是因为内存到内存的操作比内存到硬盘的速度快很多。重做日志缓冲区可以加速数据库的操作速度。但是考虑数据库的一致性与可恢复性，数据在重做日志缓冲区的滞留时间不会很长，所以重做日志缓冲区一般都很小。【操作速度和安全性之间需要权衡考虑】

1.4      Java程序缓冲区（java pool）

Java的程序区，oracle在内核中加入了对java的支持，该缓冲区就是为java程序保留的，如果不用java程序没有必要改变该缓冲区的默认大小。

1.5       大池（large pool）

大池的得名不是因为大，而是因为它用来分配大块的内存，处理比共享池更大的内存。

下面对象使用大池：

MTS，在SGA的large pool中分配UGA；

语句的并行查询，允许进程间消息缓冲区的分配，用来协调并行查询服务器；

备份，用于RMAN磁盘IO缓存

2  后台进程（background process）

后台进程是oracle的程序，用来管理数据库的读写，恢复和监视等工作。

Server process 主要是通过他和userprocess进行联系和沟通，并由他和user process进行数据的交换。在unix中，一个oracle后台进程将启动一个操作系统进程；在Windows机器上，我们只能看到一个oracle.exe进程，后台进程是操作系统中的线程。

     Unix中，查看后台进程：

    Ps -ef|grep ora_

    可以看到oracle有5个基本进程：

    DBWR（数据文件写入进程）

    LGWR（日志文件写入进程）

     SMON（系统监护进程）

PMON（用户进程监护进程）

CKPT（检查点进程，同步数据文件，日志文件，控制文件）

2.1       DBWR

将修改过的数据缓冲区的数据写入对应数据文件

维护系统内的空缓冲区

 

几个错误的说法：

当一个更新提交后，DBWR把数据写到磁盘并返回用户提交完成

DBWR会触发CKPT后台进程

DBWR不会触发LGWR进程

 

DBWR是一个很底层的工作进程，批量的把缓冲区的数据写入磁盘。和任何前台用户的进程没有什么关系，也不受他们控制。

 

DBWR工作的主要条件如下：

DBWR超时

系统中没有多的空缓冲区用来存放数据

CKPT进程触发DBWR

2.2      LGWR

将重做日志缓冲区的数据写入重做日志文件，LGWR是一个必须和前台用户进程通信的进程。当数据被修改的时候，系统会产生一个重做日志并记录在重做日志缓冲区内，这个重做日志可以类似看做以下的一个结构：

SCN=000000001000

数据库ID

对象ID=0821

数据行=02

修改后的数据=0011

 

提交的时候，LGWR必须将被修改的数据的重做日志缓冲区内数据写入日志数据文件，然后再通知前台进程提交成功，并由前台进程通知用户。LGWR承担了维护系统数据完整性的任务。

 

触发LGWR工作的主要条件：

用户提交

有1/3重做日志缓冲区未被写入磁盘

有大于1M重做日志缓冲区未被写入磁盘

超时

DBWR需要写入的数据的SCN号大于LGWR记录的SCN号，DBWR触发LGWR写入

 

2.3      SMON

主要工作：

清除临时空间

在系统启动时，完成系统实例恢复

聚结空闲空间

从不可用的文件中恢复事物的活动

OPS中失败节点的实例恢复

清除OBJ$表

缩减回滚段

使回滚段脱机

 

2.4      PMON
 

主要用于清除失效的用户进程，释放用户进程所用的资源。如 PMON将回滚未提交的工作，释放锁，释放分配给失败进程的SGA资源。

 

2.5      CKPT

 

同步数据文件，日志文件和控制文件。由于DBWR/LGWR的工作原理，造成了数据文件，日志文件，控制文件的不一致，这需要CKPT进程来同步。CKPT会更新数据文件/控制文件的头信息。

 

触发CKPT工作的主要条件：

在日志切换的时候

数据库用immediate,transaction,normal选项shutdown数据库的时候

根据初始化文件LOG_CHECKPOINT_INTERVAL、LOG_CHECKPOINT_TIMEOUT、FAST_START_IO_TARGET的设置的数值来确定

用户触发

2.6      ARCH（需手工配置）

当数据库以归档方式运行的时候，oracle会启动ARCH进程，当重做日志文件被写满时，日志文件进行切换，旧的重做日志文件就被ARCH进程复制到一个/多个特定的目录/远程机器，这些被复制的重做日志文件叫做归档日志文件。

2.7      Reco（需手工配置）

负责解决分布事务中的故障，oracle可以连接远程的多个数据库，当由于网络问题，有些事物处于悬而未决的状态。Reco进程试图建立与远程服务器的通信，当故障消除后，reco进程自动解决所有悬而未决的会话。

2.8      服务进程（server process）

        服务进程的分类：

         专用服务进程（dedicatedserver process）：一个服务进程对于一个用户进程

         共享服务进程（sharedserver process）：一个服务进程对于多个用户进程，轮流为用户进程服务。

         PGA：process Global Area

         UGA： user global Area，保存了用户的变量，权限，堆栈，排序空间等用户信息

         对于专用服务器进程，UGA在PGA中分配

         对于共享服务进程，UGA在Large pool分配

2.9      用户进程（user process）

在客户端，将用户的sal语句传递给服务进程

 

3       SCN（system change number）

 

一个贯穿数据库全局的概念，系统改变号SCN

一个由系统内部维护的序列号，当系统需要更新的时候自动增加，它是系统中维持数据的一致性和顺序恢复的重要标志。

查询语句不会使SCN增加，同时发生的更新，数据库内部对应的SCN也是不同的，这样就保证了数据恢复时的顺序，维持数据的一致性。

 

  

        

4       参考资料

Oracle体系结构详细图解

http://blog.csdn.net/mengxiangfeiyang/article/details/7841653

Oracle实例和Oracle数据库(Oracle体系结构)

http://blog.csdn.net/leshami/article/details/5529239

oracle 体系结构

http://blog.csdn.net/wanghai__/article/details/4683983