Oracle記憶體全面分析 1
Oracle的記憶體配置與oracle性 能息息相關。而且關於記憶體的錯誤（如4030、4031錯 誤）都是十分令人頭疼的問題。可以說，關於記憶體的配置，是最影響Oracle效能的配置。記憶體還直 接影響到其他兩個重要資源的消耗：CPU和IO。
首先，看看Oracle記憶體儲存的主要內容是什麼：
- 程式程式碼（PLSQL、Java）；
- 關於已經連線的會話的資訊，包括當前所有活動和非活動會話；
- 程式執行時必須的相關資訊，例如查詢計劃；
- Oracle程序之間共享的資訊和相互交流的資訊，例如鎖；
- 那些被永久儲存在外圍儲存介質上，被cache在記憶體中的資料（如redo log條目，資料塊）。
此外，需要記住的一點是，Oracle的記憶體是與例項對應的。也就是說，一個例項就有一個獨立的記憶體結構。
先從Oracle內 存的組成架構介紹。
1. Oracle的記憶體架構組成
Oracle的記憶體，從總體上講，可以分為兩大塊：共享部分（主要是SGA）和程序獨享部分（主要是PGA和UGA）。而這兩部分記憶體裡面，根據功能不同，還分為不同記憶體池（Pool） 和記憶體區（Area）。下面就是Oracle內 存構成框架圖：
|
SGA
|
||||||
|
下面分別介紹這兩塊記憶體區。
1.1. SGA（System Global Area）
SGA（System Global Area 系統全域性區域）是一組包含一個Oracle例項的資料和控 制資訊的共享記憶體結構。這句話可以說是SGA的定義。雖然簡單，但其中闡述了SGA幾個很重要的特性：1、SGA的構成——資料和控制資訊，我們下面會詳細介紹；2、SGA是共享的，即當有多個使用者同時登入了這個例項，SGA中 的資訊可以被它們同時訪問（當涉及到互斥的問題時，由latch和enquence控制）；3、一個SGA只服務於一個例項，也就是說，當一臺機器上有多個例項執行時，每個例項都有一個自己的SGA，儘管SGA來自於OS的共享記憶體區，但例項之間不能相互訪問對方的SGA區。
Oracle程序和一個SGA就 構成了一個Oracle例項。當例項啟動時，Oracle會 自動從系統中分配記憶體給SGA，而例項關閉時，作業系統會回收這些記憶體。下面就是當例項啟動後，顯 示已經分配了SGA：
SQL> startup
ORACLE instance started.
Total System Global Area 289406976 bytes
Fixed Size 1248576 bytes
Variable Size 117441216 bytes
Database Buffers 163577856 bytes
Redo Buffers 7139328 bytes
Database mounted.
Database opened.
SQL>
SGA區是可讀寫的。所有登入到例項的使用者都能讀取SGA中的資訊，而在oracle做執行操作時，服務進 程會將修改的資訊寫入SGA區。
SGA主要包括了以下的資料結構：
- 資料緩衝（Buffer Cache）
- 重做日誌緩衝（Redo Log Buffer）
- 共享池（Shared Pool）
- Java池（Java Pool）
- 大池（Large Pool）
- 流池（Streams Pool --- 10g以後才有）
- 資料字典快取（Data Dictionary Cache）
- 其他資訊（如資料庫和例項的狀態資訊）
最後的兩種記憶體資訊會被例項的後臺程序所訪問， 它們在例項啟動後就固定在SGA中了，而且不會改變，所以這部分又稱為固定SGA（Fixed SGA）。這部分割槽域的大小一般小於100K。
此外，用於並非程序控制的鎖（latch）的資訊也包含在SGA區中。
Shared Pool、Java Pool、Large Pool和Streams Pool這幾塊記憶體區的大小是相應系統引數設定而改變的，所以有通稱為可變SGA（Variable SGA）。
1.1.1. SGA的重要引數和特性
在設定SGA時， 有一些很重要的引數，它們設定正確與否，會直接影響到系統的整體效能。下面一一介紹他們：
· SGA_MAX_SIZE
SGA區包括了各種緩衝區和記憶體池，而大部分都可以通過特定的引數來 指定他們的大小。但是，作為一個昂貴的資源，一個系統的實體記憶體大小是有限。儘管對於CPU的記憶體 定址來說，是無需關係實際的實體記憶體大小的（關於這一點，後面會做詳細的介紹），但是過多的使用虛擬記憶體導致page in/out，會大大影響系統的效能，甚至可能會導致系統crash。所以需要 有一個引數來控制SGA使用虛擬記憶體的最大大小，這個引數就是SGA_MAX_SIZE。
當例項啟動後，各個記憶體區只分配例項所需要的最 小大小，在隨後的執行過程中，再根據需要擴充套件他們的大小，而他們的總和大小受到了SGA_MAX_SIZE的 限制。
當試圖增加一個記憶體的大小，並且如果這個值導致 所有記憶體區大小總和大於SGA_MAX_SIZE時，oracle會 提示錯誤，不允許修改。
當然，如果在設定引數時，指定區域為spfile時（包括修改SGA_MAX_SIZE本 身），是不會受到這個限制的。這樣就可能出現這樣的情況，在spfile中，SGA各個記憶體區設定大小總和大於SGA_MAX_SIZE。 這時，oracle會如下處理：當例項再次啟動時，如果發現SGA各 個記憶體總和大於SGA_MAX_SIZE，它會將SGA_MAX_SIZE的 值修改為SGA各個記憶體區總和的值。
SGA所分配的是虛擬記憶體，但是，在我們配置SGA時，一定要使整個SGA區都在實體記憶體中，否則， 會導致SGA頻繁的頁入/頁出，會極大影響 系統性能。
對於OLTP系 統，我個人建議可以如下配置SGA_MAX_SIZE（一般有經驗的DBA都會有自己的預設配置大小，你也可以通過一段時間的觀察、調整自己的系統來得到適合本系統的引數配置）：
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系統記憶體 |
SGA_MAX_SIZE值 |
|
1G |
400-500M |
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2G |
1G |
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4G |
2500M |
|
8G |
5G |
SGA的實際大小可以通過以下公式估算：
SGA實際大小 = DB_CACHE_SIZE + DB_KEEP_CACHE_SIZE + DB_RECYCLE_CACHE_SIZE + DB_nk_CACHE_SIZE + SHARED_POOL_SIZE + LARGE_POOL_SIZE + JAVA_POOL_SIZE + STREAMS_POOL_SIZE（10g中的新記憶體池） + LOG_BUFFERS+11K(Redo Log Buffer的保護頁) + 1MB + 16M(SGA內部記憶體消耗，適合於9i及之前版本)
公式種涉及到的引數在下面的內容種會一一介紹。
· PRE_PAGE_SGA
我們前面提到，oracle例項啟動時，會只載入各個記憶體區最小的大小。而其他SGA內 存只作為虛擬記憶體分配，只有當程序touch到相應的頁時，才會置換到實體記憶體中。但我們也許希望 例項一啟動後，所有SGA都分配到實體記憶體。這時就可以通過設定PRE_PAGE_SGA引數來達到目的了。
這個引數的預設值為FALSE，即不將全部SGA置入實體記憶體中。當設定為TRUE時，例項啟動會將全部SGA置入實體記憶體中。 它可以使例項啟動達到它的最大效能狀態，但是，啟動時間也會更長（因為為了使所有SGA都置入物理 記憶體中，oracle程序需要touch所 有的SGA頁）。
我們可以通過TopShow工具（本站原創工具，可在http://www.HelloDBA.com/Download/TopShow.html中 下載）來觀察windows（Unix下的 記憶體監控比較複雜，這裡暫不舉例）下引數修改前後的對比。
PRE_PAGE_SGA為FALSE：
SQL> show parameter sga
NAME TYPE VALUE
------------------------------------ ----------- --------------------------
lock_sga boolean FALSE
pre_page_sga boolean FALSE
sga_max_size big integer 276M
sga_target big integer 276M
SQL> startup force
ORACLE instance started.
Total System Global Area 289406976 bytes
Fixed Size 1248576 bytes
Variable Size 117441216 bytes
Database Buffers 163577856 bytes
Redo Buffers 7139328 bytes
Database mounted.
Database opened.
SQL>
啟動後，Oracle的 記憶體情況
可以看到，例項啟動後，oracle佔用的實體記憶體只有168M，遠小於SGA的最大值288M（實際上，這部分實體記憶體中還 有一部分程序的PGA和Oracle Service佔用的記憶體），而虛擬記憶體則為340M。
將PRE_PAGE_SGA修 改為TRUE，重啟例項：
SQL> alter system set pre_page_sga=true scope=spfile;
System altered.
SQL> startup force
ORACLE instance started.
Total System Global Area 289406976 bytes
Fixed Size 1248576 bytes
Variable Size 117441216 bytes
Database Buffers 163577856 bytes
Redo Buffers 7139328 bytes
Database mounted.
Database opened.
再觀察啟動後Oracle的記憶體分配情況：
這時看到，例項啟動後實體記憶體達到了最大343M，於虛擬記憶體相當。這時，oracle例項已 經將所有SGA分配到實體記憶體。
當引數設定為TRUE時，不僅在例項啟動時，需要touch所有的SGA頁，並且由於每個oracle程序都會訪問SGA區，所以每當一個新程序啟動時（在Dedicated Server方式中，每個會話都會啟動一個Oracle程序），都會touch一遍該程序需要訪問的所有頁。因此，每個程序的啟動時間頁增長了。所以，這個引數的設定需要根據系 統的應用情況來設定。
在這種情況下，程序啟動時間的長短就由系統記憶體 的頁的大小來決定了。例如，SGA大小為100M， 當頁的大小為4K時，程序啟動時需要訪問100000/4=25000個 頁，而如果頁大小為4M時，程序只需要訪問100/4=25個 頁。頁的大小是由作業系統指定的，並且是無法修改的。
但是，要記住一點：PRE_PAGA_SGA只是在啟動時將實體記憶體分配給SGA， 但並不能保證系統在以後的執行過程不會將SGA中的某些頁置換到虛擬記憶體中，也就是說，儘管設定了 這個引數，還是可能出現Page In/Out。如果需要保障SGA不被換出，就需要由另外一個引數LOCK_SGA來控制了。
· LOCK_SGA
上面提到，為了保證SGA都被鎖定在實體記憶體中，而不必頁入/頁出，可以通 過引數LOCK_SGA來控制。這個引數預設值為FALSE， 當指定為TRUE時，可以將全部SGA都鎖 定在實體記憶體中。當然，有些系統不支援記憶體鎖定，這個引數也就無效了。
· SGA_TARGET
這裡要介紹的時Oracle10g中引入的一個非常重要的引數。在10g之 前，SGA的各個記憶體區的大小都需要通過各自的引數指定，並且都無法超過引數指定大小的值，儘管他 們之和可能並沒有達到SGA的最大限制。此外，一旦分配後，各個區的記憶體只能給本區使用，相互之間 是不能共享的。拿SGA中兩個最重要的記憶體區Buffer Cache和Shared Pool來說，它們兩個對例項的效能影響最大，但是 就有這樣的矛盾存在：在記憶體資源有限的情況下，某些時候資料被cache的需求非常大，為了提高buffer hit，就需要增加Buffer Cache，但由於SGA有限，只能從其他區“搶”過來——如縮小Shared Pool，增加Buffer Cache；而有時又有大塊的PLSQL程式碼被解析駐入記憶體中，導致Shared Pool不足，甚至出現4031錯誤，又需要擴大Shared Pool，這時可能又需要人為干預，從Buffer Cache中將記憶體奪回 來。
有了這個新的特性後，SGA中的這種記憶體矛盾就迎刃而解了。這一特性被稱為自動共享記憶體管理（Automatic Shared Memory Management ASMM）。而控制這一特性的，也就僅僅是這一個引數SGA_TARGE。設定這個引數後，你就不需要為每個記憶體區來指定大小了。SGA_TARGET指定了SGA可以使用的最大記憶體大 小，而SGA中各個記憶體的大小由Oracle自 行控制，不需要人為指定。Oracle可以隨時調節各個區域的大小，使之達到系統性能最佳狀態的個 最合理大小，並且控制他們之和在SGA_TARGET指定的值之內。一旦給SGA_TARGET指定值後（預設為0，即沒有啟動ASMM），就自動啟動了ASMM特性。
設定了SGA_TARGET後， 以下的SGA記憶體區就可以由ASMM來自動 調整：
- 共享池（Shared Pool）
- Java池（Java Pool）
- 大池（Large Pool）
- 資料快取區（Buffer Cache）
- 流池（Streams Pool）
對於SGA_TARGET的 限制，它的大小是不能超過SGA_MAX_SIZE的大小的。
SQL> show parameter sga
NAME TYPE VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
lock_sga boolean FALSE
pre_page_sga boolean FALSE
sga_max_size big integer 276M
sga_target big integer 276M
SQL>
SQL>
SQL>
SQL> alter system set sga_target=280M;
alter system set sga_target=280M
*
ERROR at line 1:
ORA-02097: parameter cannot be modified because specified value is invalid
ORA-00823: Specified value of sga_target greater than sga_max_size
另外，當指定SGA_TARGET小於SGA_MAX_SIZE，實 例重啟後，SGA_MAX_SIZE就自動變為和SGA_TARGET一 樣的值了。
SQL> show parameter sga
NAME TYPE VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
lock_sga boolean FALSE
pre_page_sga boolean FALSE
sga_max_size big integer 276M
sga_target big integer 276M
SQL> alter system set sga_target=252M;
System altered.
SQL> show parameter sga
NAME TYPE VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
lock_sga boolean FALSE
pre_page_sga boolean FALSE
sga_max_size big integer 276M
sga_target big integer 252M
SQL> startup force
ORACLE instance started.
Total System Global Area 264241152 bytes
Fixed Size 1248428 bytes
Variable Size 117441364 bytes
Database Buffers 138412032 bytes
Redo Buffers 7139328 bytes
Database mounted.
Database opened.
SQL> show parameter sga
NAME TYPE VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
lock_sga boolean FALSE
pre_page_sga boolean FALSE
sga_max_size big integer 252M
sga_target big integer 252M
SQL>
對於SGA_TARGET， 還有重要一點就是，它的值可以動態修改（在SGA_MAX_SIZE範圍內）。在10g之前，如果需要修改SGA的大小（即修改SGA_MAX_SIZE的值）需要重啟例項才能生效。當然，在10g中， 修改SGA_MAX_SIZE的值還是需要重啟的。但是有了SGA_TARGET後， 可以將SGA_MAX_SIZE設定偏大，再根據實際需要調整SGA_TARGET的值（我個人不推薦頻繁修改SGA的 大小，SGA_TARGET在例項啟動時設定好，以後不要再修改）。
SGA_TARGET帶來一個重要的好處就是，能使SGA的利用率達到最佳，從而節省記憶體成本。因為ASMM啟 動後，Oracle會自動根據需要調整各個區域的大小，大大減少了某些區域記憶體緊張，而某些區域又 有記憶體空閒的矛盾情況出現。這也同時大大降低了出現4031錯誤的機率。
這個引數使32位平臺使用擴充套件緩衝快取基址，以支援支援4GB多物 理記憶體。設定此引數，可以使SGA突破在32位 系統中的2G最大限制。64位平臺中，這個 引數被忽略。