SGA系統全域性區記憶體結構瞭解

System global area(SGA) 是一組共享的記憶體結構，它裡面儲存了oracle資料庫例項（instance）的資料和控制檔案資訊。如果有多個使用者同時連線到資料庫，他們會共享這一區域，因此SGA也稱之為shared global area。

SGA和oracle的程式組成了oracle的例項（instance）。在例項啟動的時候記憶體會自動分配，當例項shutdown的時候作業系統會將記憶體回收的。沒一個例項（instance）擁有自己的SGA。

SGA是可以讀寫的，每一個使用者連到資料庫例項時都是可以讀例項的SGA的內容，oracle透過伺服器程式執行一個命令去寫SGA的資料。

SGA包含以下的資料結構：

l Database buffer cache

l Redo log buffer

l Shared pool

l Java pool

l Large pool (optional)

l Data dictionary cache

l Other miscellaneous information

SGA中還包含了後臺程式訪問的一些關於資料庫和例項狀態的資訊，稱之為fixed SGA，使用者的資訊是不會儲存在這塊區域中的。程式之間的一些交流的資訊也會儲存在SGA中。如果使用共享server模式，有些PGA的內容也會儲存在SGA中。

SGA是可以動態調整大小的，也就是說調整其大小是不用shutdown資料庫的。在初始化引數中設定可以設定sga_max_size這個引數，當SGA的各部分的和要大於設定的sga_max_size的引數的時候，設定的sga_max_size將會被忽略掉，而是將各部分的大小相加。當sga_max_size的大小大於各部分的大小相加時，會使用sga_max_size的引數。

對於效能的考慮，SGA區域的記憶體應該是真正的記憶體，如果使用需擬記憶體，會大大降低效能。下面這幾個引數最嚴重的影響到了SGA的大小：

DB_CACHE_SIZE	The size of the cache of standard blocks.
LOG_BUFFER	The number of bytes allocated for the redo log buffer.
SHARED_POOL_SIZE	The size in bytes of the area devoted to shared SQL and PL/SQL statements.
LARGE_POOL_SIZE	The size of the large pool; the default is 0.

SGA分配的最小單元

SGA在分配和回收的時候是採用一個叫做granule的單元進行分配的，granule的大小是由SGA的大小決定的，如果SGA小於128mb，則granule就是4mb，大於128mb，則為8mb或者16mb，當分配記憶體的時候，將會以granule的整數倍去分配，比如設定DB_CACHE_SIZE=131mb，grance為4mb時，系統會將DB_CACHE_SIZE=132mb。所有關於granule的資訊都會儲存在granule entry，在granule entry中管理每個granule的狀態等資訊。

Database buffer cache

Database buffer cache 是SGA中的一部分，它儲存的是從資料檔案中讀取的資料塊的複製，所有的資料庫連線都會共享訪問這個區域。Database buffer cache 和sql的共享區分在不同的邏輯segment集中（database buffer cache 和 shared pool 是不同的兩個記憶體區域），這樣可以降低他們之間的爭用情況。

Database buffer cache的組織方式

這塊記憶體區域中被組織成兩個連結串列：一個是寫的連結串列，一個是最近最少使用（LRU）的連結串列。寫的連結串列裡面是寫髒資料的，LRU連結串列是控制不包含任何資料的空閒空間（free buffers）、正在使用的空間（pinned buffers）和還沒有寫到寫連結串列的髒資料塊。

當一個程式訪問一個buffer的時候，程式將會將該buffer移到LRU的末尾，稱之為MRU，當越來越多的buffer被移到MRU後，髒資料塊就會接近LRU的LRU端。

開始的時候，使用者程式需要一些資料，它就會到database buffer cache中去搜尋，如果有（cache hit），該程式就可以直接從記憶體中讀資料；如果沒有找到（cache miss），那麼必須先要從資料檔案將資料拷到database buffer cache，然後再去從記憶體中去訪問。Cache hit 要比cache miss 快很多由此可以看出。

在讀一個資料塊到記憶體中去的時候，程式必須先要找到一個空閒的buffer，這時候程式會從LRU的末尾開始訪問LRU連結串列，直到找到一個空閒的buffer 或者搜尋完可以搜尋的所有buffer。

當程式在搜尋LRU的時候找到一個髒資料buffer，它就會將該buffer移到write list，然後繼續查詢，直到找到一個空閒buffer，然後候就從硬碟將資料塊讀到這個buffer並且將這個buffer移到LRU的末尾MRU端。如果這個使用者程式找遍了所有的buffer也沒有找到一個空閒的buffer，這時候就停止查詢LRU，告訴DBW0去寫一些髒資料塊到硬碟。

LRU演算法和全表掃描

當使用者程式執行一個全表掃描的時候，它就會讀表的所有塊到buffer並且將他們放在LRU的LRU端的連結串列上，因為全表掃描的資料基本上就是比較簡短的使用就不再使用了，所以他應該放在LRU的LRU端的連結串列上的，用完了就需要趕緊交換出去了。

也可以採用一些方法改變這樣的一個全表掃描的buffer處理行為，cache可以將表等cache到MRU的末尾，這樣可以避免一些io的消耗，當然這樣的表應該是比較小的。

根據上面，我對database buffer cache的理解LRU是一個什麼樣的連結串列：

LRU

----------------------------------------------------

| buffer| buffer| ..... |buffer|buffer|

-MRU端-----------------------------------LRU端------

因為SGA中只有兩個連結串列：一個是WRITE連結串列，一個是LRU連結串列。所以MRU和LRU應該是一個LRU連結串列中的，而LRU的MRU端是最近最多訪問的，LRU的LRU端是最近最少訪問的。個人認為write連結串列在一開始沒有髒資料需要寫的時候是一個空連結串列，當有髒資料buffer從LRU連結串列移過來時，這個連結串列開始有buffer鏈在上面，其實此時是不會再另外為寫連結串列分配空間的，直接將LRU中的buffer的指標指向寫連結串列就可以了。

Size of the database buffer cache

Oracle允許塊的大小有多種，可以設定db_cache_size的大小。

Redo Log Buffer

該buffer是迴圈的一塊空間在SGA中，它儲存了一些關於資料庫的一些改變。這些資訊就儲存在redo entries，包含在執行INSERT, UPDATE, DELETE, CREATE, ALTER, or DROP 操作時的重構或重做的資訊，在恢復的時候，redo entries也許是有必要的。

Redo entries是資料庫伺服器程式從使用者的記憶體空間中複製到redo log buffer，redo entries是一個連續的buffer 空間。後臺程式LGWR寫redo log buffer去active online log file到磁碟上。

Shared pool

這一塊區域裡面三個主要的部分：library cache,dictionary cache,儲存並行執行的資訊的buffer，還有一些控制資訊。

Library cache

這塊區域中有共享的sql區域。私有的sql區域，PL/SQL的程式和包，還有一些鎖和library cache的控制程式碼。

共享的sql區域和私有的sql區域

Oracle會讓每一條sql語句在共享sql區和私有sql區執行，oracle認為，兩個使用者執行相同的sql，此時這些sql應該是可以共享的，然而每一個使用者還會擁有自己的會話環境，這樣就會擁有一個私用的sql區域。

共享sql區域中包含sql的分析樹和執行計劃，oracle會儲存這部分記憶體在共享的sql區中以便使用者可以多次執行這些sql。當一些新的sql執行的時候，oracle會從shared pool中分配一些記憶體給這條sql，記憶體的大小取決於sql的複雜度。如果整個共享區已經被分配完了，oracle會採用LRU策略將一些buffer flush出去直到空閒的buffer可以將新來的sql放得開，被flush出去的sql的一些資訊，下一次再使用的時候需要重新編譯。

私有sql區域包含執行時的一些記憶體結構和一些 bind資訊，每一個會話在執行sql的時候都會有自己的一個sql區域。

遊標的私有sql區域被分為兩種生命週期不相同的區域：

l 持久區域：例如 bind 資訊，這部分空間只有在這個遊標關閉的時候才會被回收。

l 執行時環境：當該sql執行結束的時候這部分環境就會被回收。

Oracle首先會去建立這個執行時環境在執行請求發過來後，對於insert update delete 操作，oracle會在執行完畢後就釋放這部分空間，當執行select 的時候，oracle會到所有行都被fetch或者查詢取消才會釋放這部分空間。

私有sql區域的分配地址是取決於建立連線的session的型別的，如果是從專有伺服器模式下，該私有sql區域會分配在pga中，如果是共享伺服器，該私有sql區域會分配在sga中。

Dictionary cache

資料字典是資料庫的一組表和檢視，它包含資料庫的結構、使用者等的各種資訊。Oracle在解析sql語句的時候會頻繁的去訪問這些表，對於資料庫的這些操作是必不可少的。因為這些資料非常經常的被訪問，所以有兩個地方存放這些資料在記憶體中。一個地方叫 data dictionary cache，也稱之為 row cache，因為在在這塊區域中儲存的是以行的方式做的。另一個地方叫做library cache，所有的使用者都是共享訪問這兩個地方的。

共享記憶體的分配和重用

一般來說，在記憶體中的一些條目一直會保留著的，除非需要按照LRU演算法從記憶體中flush掉，如果有記憶體的需求，有些不用的就會被flush掉。

當一條sql提交到oracle進行執行的時候，oracle一般會執行分配的以下步驟：

1、 到共享池中去檢查要執行的sql是否存在，如果存在就直接使用，如果不存在就需要在共享sql區中分配記憶體，存放新編譯的sql。不論哪一種情況，都有私有sql區都會和使用者的共享區的sql相關聯。

2、 Oracle會分配一個私有的sql區和會話對應，

Oracle在以下情況下會將共享sql區從共享池中flush掉：

l 當使用analyze的時候，所有涉及的物件，都會被flush掉，下一次使用時會重新分配；

l 當一個物件被修改了，其相應的sql也會被flush掉；

l 改變資料庫的全域性名，所有的sql都會被flush掉；

l ALTER SYSTEM FLUSH SHARED_POOL時，所有的sql也會被flush掉

[@more@]