Oracle数据库实例的内存和进程结构

内存结构
 在Oracle数据库系统中内存结构主要分为系统全局区（SGA）和程序全局区（PGA），SGA随着数据库实例的启动向操作系统申请分配一块内存结构，随着数据库实例的关闭释放，每一个Oracle数据库实例有且只有一个SGA。PGA随着Oracle服务进程启动的时候申请分配的一块内存结构。如果在共享服务结构中PGA存在SGA中。
下图展示Oracle的内存结构，在后面我们将用文字详细的表述各个部件。
 

系统全局区（SGA）

重要提示，提高SGA的大小可以在一定程度上提高Oracle数据库系统的性能，但你设置SGA的值如果不能锁定在内存物理页上，有些部分可能被交换到系统的交换文件中。这样你的Oracle数据库系统将变慢。

系统全局区是一组包含数据和控制信息的共享内存结构，允许Oracle服务的众多后台进程同时访问或修改其中的数据，所以有些时候也被称为“全局共享区”，参数文件中的SGA_MAX_SIZE指定SGA动态大小。
系统全局区由以下主要几个部分组成：
※ 共享池SharedPool
※ 数据高速缓存DatabaseBufferCache
※ 重做日志缓存RedoLogBufferCache
※ Java池（可选）JavaPool
※ 大池（可选）LagerPool

共享池

共享池存储了最近多数使用的执行SQL语句和最近使用的数据定义。它包含库高速缓存器和数据字典缓存器这两个与性能相关的内存结构。共享池的大小可以通过初始化参数文件（通常为init.ora）中的SHARED_POOL_SIZE决定。共享池是活动非常频繁的内存结构，会产生大量的内存碎片，所以你要确保它尽可能足够大。
库高速缓存器，他又包含共享SQL区和共享PL/SQL区两个组件区。为了提高SQL语句的性能，在提交SQL语句或PL/SQL程序块时Oracle服务器将先利用最近最少使用（LRU）算法检查库高速缓存中是否存在相同的SQL语句或PL/SQL程序块，若有则使用原有的分析树和执行路径。
数据字典缓存器，它收集最近使用的数据库中的数据定义信息。它包含数据文件、表、索引、列、用户、访问权限、其他数据库对象等信息。在分析阶段决定数据库对象的可访问信息。利用数据字典缓存器有效的改善了响应时间。它的大小由共享池的大小决定。

数据高速缓存
它存储数据文件中数据块的拷贝。利用这种结构使数据的更新操作性能大大的提高。数据高速缓存中的数据交换同样采用最近最少使用算法（LRU）。它的大小主要受到DB_BLOCK_SIZE决定。数据高速缓存它由DB_CACHE_SIZE、DB_KEEP_CACHE_SIZE、DB_RECYCLE_CACHE_SIZE这些独立的子缓存器构成，同时它能动态的增长或收缩。

重做日志缓存
重做日志缓存器是个环状的缓存器，它记载所有数据的改变，主要目的用于恢复。改变后的记录内部称为重做条目，重做条目包含重构或重做信息。它的大小由初始化参数中的LOG_BUFFER决定。
重做日志缓存尺寸若太小会导致进程竞争，并引起写日志进程之间的竞争。

Java池
Java池是在安装使用Java后，才在SGA中出现的一个组件，它的大小由JAVA_POOL_SIZE初始化参数决定。Java池为执行Java命令提供分析与执行内存空间。

大池
数据库管理员可以可选配置被称为大池的内存区，它主要用于存储为共享服务器保存会话信息、I/O服务进程、Oracle备份与恢复操作、并行的消息缓存等内容。
值得一提的是大池不像其他内存组件中存在LRU列表。

程序全局区PGA
程序全局区用于保存每一个用户连接到数据库的信息。连接到数据库的信息主要有回话信息、排序信息和游标信息等三方面。

进程结构
 Oracle的进程主要分为用户进程、服务进程和后台进程三类。用户进程运行在应用或Oracle工具中；服务进程在一个Oracle数据库实例启动后当一个用户建立连接后创建的；后台进程则完成不同特定任务的一些进程。
Oracle的后台进程如下：
※ 写数据DatabaseWriter（DBW0或DBWn）；
※ 写日志LogWriter(LGWR);
※ 检查点Checkpoint(CKPT);
※ 系统监视SystemMonitor(SMON);
※ 进程监视ProcessesMonitor(PMON);
※ 归档Archive(ARCn);
※ 恢复Recover(RECO);
※ 锁管理服务LockManagerServer(LMS)–仅在RealApplicationClusters;
※ 队列监视QueueMonitor(OMNn);
※ 调度Dispatcher(Dnnn);
※ 服务Server(Snnn);

下图为各后台进程之间的逻辑关系图，在图的后面将用文字说明这些进程的目的。
 

写数据（DBWn）
数据写进程负责将重写块（dirtyblock）从数据高速缓存中写到磁盘上的数据文件里。为了使数据库的性能受I/O限制降到最低，DBWn不是每一个块修改时立即写到磁盘上，而是等到符合一定条件后读取高速缓存中的重写块列表，并将其指定的块成批地写到数据文件中。
数据写进程活动的条件如下：
※ 服务进程无法发现可用缓存
※ 检查点出现
※ 重写块到达极限
※ 超时
※ ARC发出需求
※ 表空间脱机
※ 表空间只读
※ 表丢弃或表截断
※ 表空间开始备份
虽然一个数据库写进程（DBW0）对大多数系统是足够的，但是如果你的系统修改数据量很大要提高些性能你可以配置更多的写进程（DBW1到DBW9和DBWa到DBWj）。这些增加的DBWn进程无法在单处理系统中使用。
初始化参数DB_WRITER_PROCESSES指定了DBWn进程的序号，此参数最大允许值为20。

写日志（LGWR）
写日志进程是负责管理重做日志缓存的——将重做日志从缓存区写到磁盘重做日至文件中。LGWR写从上次写后开始到最后复制到缓存中的所有重做条目。
要记住Oracle数据库系统直到LGWR将重做信息从缓存器中写到在线重做日志才认为事务完成并发送成功代码。LGWR进程对数据库性能的影响不大。
写日志在下列条件中活动：
※ 在COMMIT；
※ 缓存器使用达到三分之一时
※ 缓存器使用达到1M时
※ 每隔3秒
※ 在DBWn活动之前

检查点进程(CKPT)
检查点进程是负责向DBWn发送信号；用检查点的信息更新数据文件头；用检查点信息更新控制文件信息。
检查点频繁出现、日志频繁切换或数据库有很多数据文件时，该进程可以减少LGWR的工作量。数据库管理员可以通过设置初始化参数CHECKPOINT_PROCESS为TRUE或FALSE来确定这个数据库实例是否使用检查点进程。在初始化参数中LOG_CHECKPOINT_INTERVAL和LOG_CHECKPOINT_TIMEOUT来改变检查点出现的频率。设置这两个参数要小心，多检查点虽然能使LGWR进程工作量下降，但是过多的检查点会导致系统处理时间和I/O时间浪费在不必要的开启和关闭检查点的执行上。

系统监视进程(SMON)
系统监视进程是有规律的周期性活动。它负责的目的如下：
※ 在实例启动中如果需要执行恢复；
※ 重新分配临时段；
※ 每隔3秒合并表空间中相邻的自由区；
※ 根据需要将表空间或数据文件回复到联机状态；
※ 对于应用集群系统，它执行恢复一个失败的CPU或Oracle实例。
系统监视这进程在数据库系统实例启动时如果出现故障，那么数据库系统将无法开始工作。如果任何停止的事务因为文件只读或脱机错误导致实例恢复过程中跳过，SMON将使表空间或文件回复到联机状态。SMON进程对于一个实例能执行实例应用集群，一个SMON对于一个实例能执行实例恢复为一个失败CPU或实例。

进程监视进程(PMON)
进程监视进程负责在下列过程失败后释放相关对象：
※ 事务回退
※ 释放相关锁
※ 释放相关资源
※ 重新分配发生错误的调度
PMON周期性的检查调度状态和服务进程，并重新使除Oracle有意终止以外的已停止的进程运行；PMON同样也注册关于实例和调度进程用于网络监听的信息。
如果这个进程在数据库系统实例启动时出现故障，那么数据库系统也将无法开始工作。

恢复进程（RECO）
恢复进程负责自动解决恢复分步式数据库系统中陷于失败的分布式事务。关于此进程的详细将在分布式数据库章节中介绍。

归档进程（ARCn）
这是一个可选的后台进程。只有当Oracle数据库实例运行在归档模式时出现。归档进程负责在日志文件切换时将所有重做日志信息复制到指定的设备文件中。
一个Oracle数据库实例最多可以拥有（ARC0到ARC9）10个归档进程。

其他Oracle的后台进程，如锁管理服务、队列监视、调度等均不是一个Oracle数据库实例必须的，我们将在后面相关的部分再介绍他们。