淺談數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)存優(yōu)化分配策略

張東偉

[摘 要] 本文主要介紹Oracle數(shù)據(jù)庫的內(nèi)存組成，各部分內(nèi)存如何分配與優(yōu)化，包括SGA區(qū)、PGA區(qū)等。

[關(guān)鍵詞] Oracle 數(shù)據(jù)庫；內(nèi)存分配；內(nèi)存優(yōu)化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 13. 064

[中圖分類號] TP311.13 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）13- 0152- 03

1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)介紹

數(shù)據(jù)庫技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代末70年代初，其主要目的是有效地管理和存取大量的數(shù)據(jù)資源，研究如何存儲，使用和管理數(shù)據(jù)。數(shù)年來，數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛。數(shù)據(jù)庫技術(shù)不僅應(yīng)用于事務(wù)處理，并且進(jìn)一步應(yīng)用到情報檢索、人工智能、專家系統(tǒng)、計算機(jī)輔助設(shè)計等領(lǐng)域。

Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是Oracle（甲骨文）公司于1979年發(fā)布的世界上第一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。經(jīng)過30多年的發(fā)展，Oracle公司也成為當(dāng)今世界上最大的數(shù)據(jù)庫廠商和最大的商用軟件供應(yīng)商，Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于各個領(lǐng)域，是當(dāng)前市場占有率最高的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，約為49%。在當(dāng)今世界500強(qiáng)企業(yè)中，70%的企業(yè)使用的是Oracle數(shù)據(jù)庫，世界十大B2C公司全部使用Oracle數(shù)據(jù)庫，世界十大B2B公司中有9家使用的是Oracle數(shù)據(jù)庫。

2 Oracle數(shù)據(jù)庫內(nèi)存基本組成

Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)存包括兩部分：SGA和PGA。SGA即System Global Area系統(tǒng)全局區(qū)。一個數(shù)據(jù)庫實(shí)例對應(yīng)一個SGA，SGA在數(shù)據(jù)庫實(shí)例啟動的時候被分配。SGA作為數(shù)據(jù)庫實(shí)例的基本組成，是一個非常大的內(nèi)存空間，甚至可以占據(jù)物理內(nèi)存的80%。PGA即Program Global Area程序全局區(qū)。一個服務(wù)進(jìn)程啟動的時候就會分配一個PGA。在Oracle Instance中PGA可能會很多，例如啟動10個Server Process就會有10個PGA。

Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的使用場景一般為管理海量數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)都是存儲在磁盤上的，為了提高存儲、訪問的效率，那么Oracle必然會在內(nèi)存中開辟一塊很大的內(nèi)存區(qū)域（內(nèi)存的訪問速度比磁盤要快幾千倍甚至幾萬倍）。因此，Oracle是一個比較耗費(fèi)內(nèi)存的軟件，且大多消耗在SGA上。SGA的大小是可以配置的，隨著數(shù)據(jù)庫的負(fù)載加大，數(shù)據(jù)庫實(shí)例對內(nèi)存的需求加大，那么SGA也會擴(kuò)張甚至?xí)颜麄€內(nèi)存都消耗掉。因此，如何科學(xué)的分配Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)存區(qū)對于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來說是一個至關(guān)重要的問題。

3 Oracle數(shù)據(jù)庫內(nèi)存優(yōu)化

3.1 SGA區(qū)的內(nèi)存分配管理

SGA包含以下幾大塊的基本內(nèi)存：Shared Pool、Database Buffer Cache、Redo Log Buffer、Large Pool、Java Pool。其中Shared Pool、Database Buffer Cache、Redo Log Buffer是核心的內(nèi)存區(qū)域，Large Pool和Java Pool是可選的。

Shared Pool的主要作用是存儲SQL解析后的內(nèi)容。例如：發(fā)出一個SQL語句或命令讓數(shù)據(jù)庫執(zhí)行，SQL在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部就需要被解析，建立執(zhí)行計劃，然后按照執(zhí)行計劃去執(zhí)行，每個SQL語句都要被解析成原始操作去執(zhí)行，解析好的SQL語句都會存儲在共享池中。在Oracle Instance中Shared Pool非常重要，它關(guān)系到數(shù)據(jù)庫的性能，共享池包含兩塊共享內(nèi)存，這兩塊共享內(nèi)存關(guān)系到數(shù)據(jù)庫的性能。

Library Cache中存儲的是經(jīng)過編譯解析后的SQL和PL/SQL語句的內(nèi)容。如果下次在執(zhí)行同樣的SQL語句的時候，就不需要解析了，立即從Library Cache中獲取執(zhí)行。Library Cache的SIZE決定著編譯解析SQL語句的頻度，從而決定了性能。

Data Dictionary就是存儲著數(shù)據(jù)庫的控制信息。為了提高訪問Data Dictionary的速度，此時需要一個緩存，需要的時候訪問內(nèi)存即可。Data Dictionary Cache里面的信息包含了database files、tables、indexes、columns、users、privileges和其他的數(shù)據(jù)庫對象。數(shù)據(jù)字典是使用最頻繁的，幾乎所有的操作都需要到數(shù)據(jù)字典去查詢（例如：需要針對一個表進(jìn)行操作，就需要到數(shù)據(jù)字典去查詢用戶對這個表是否具有訪問權(quán)限等等），它的大小是由Shared Pool來決定的。

Database Buffer Cache的任務(wù)主要是用于存儲數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)，在Oracle中數(shù)據(jù)是存儲在磁盤上的，但訪問磁盤中的數(shù)據(jù)速度又會很慢，那么就需要將其中一部分的數(shù)據(jù)放入到內(nèi)存中，提升訪問的速度。例如一個用戶去訪問一個表里面的記錄時，數(shù)據(jù)庫接收到這個請求后，他首先會在這個緩存中查找是否存在該數(shù)據(jù)庫表的記錄，如果有，則直接從內(nèi)存中讀取該記錄返回給用戶，否則只能去磁盤上去讀取。很顯然，如果希望性能提高就需要提升Cache的命中率。Database Buffer Cache中存儲的是Data Blocks（數(shù)據(jù)塊）。

數(shù)據(jù)庫是處于經(jīng)常改變狀態(tài)的，比如有時候事務(wù)失敗的需要回滾，就需要Redo Log Files來記錄數(shù)據(jù)庫的改變，如果想恢復(fù)數(shù)據(jù)庫文件就用Redo Log Files里面的內(nèi)容進(jìn)行恢復(fù)。Redo Log File在內(nèi)存中有一個對應(yīng)的Cache，它稱為Redo Log Buffer。每次對數(shù)據(jù)進(jìn)行改變，在Redo Log里面就會有相應(yīng)的一條記錄，這條記錄稱為Redo Entries，一條Redo Entries就可以恢復(fù)一次對數(shù)據(jù)庫的改變。Redo Log Buffer的SIZE由參數(shù)LOG_BUFFER來決定。

Large Pool主要用于處理一些額外的工作，比如說使用RMAN進(jìn)行備份、進(jìn)行并行處理，或者做一些I/O操作。Large Pool的SIZE由參數(shù)LARGE_POOL_SIZE來決定。

Oracle支持Java編程，例如支持Java編寫存儲過程，Java Pool的SIZE由參數(shù)JAVA_POOL_SIZE來決定。

由此可見，SGA是用于存儲數(shù)據(jù)庫信息的內(nèi)存區(qū)，該信息為數(shù)據(jù)庫進(jìn)程所共享。它包含Oracle 服務(wù)器的數(shù)據(jù)和控制信息，它是在Oracle服務(wù)器所駐留的計算機(jī)的實(shí)際內(nèi)存中得以分配，如果實(shí)際內(nèi)存不夠再往虛擬內(nèi)存中寫。設(shè)置SGA的內(nèi)存分配策略是整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)存管理的關(guān)鍵，理論上SGA可占操作系統(tǒng)物理內(nèi)存的1/3-1/2。經(jīng)研究測試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SGA區(qū)達(dá)到系統(tǒng)可用內(nèi)存的55%-58%時效果最佳，更有利于內(nèi)存資源的充分利用與性能發(fā)揮。它的內(nèi)存分配原則為：SGA+PGA+操作系統(tǒng)使用內(nèi)存<總物理內(nèi)存。SGA=（db_block_buffers*blocksize）+（shared_pool_size+large_pool_size+java_pool_size+log_buffers）+1MB

3.2 PGA程序全局區(qū)的內(nèi)存分配管理

PGA：包含單個服務(wù)器進(jìn)程或單個后臺進(jìn)程的數(shù)據(jù)和控制信息，與幾個進(jìn)程共享的SGA 正相反。PGA 是只被一個進(jìn)程使用的區(qū)域，PGA 在創(chuàng)建進(jìn)程時分配在終止進(jìn)程時回收。我們先將參數(shù)PGA_AGGREGATE_TARGET的值設(shè)置為SGA的20%，然后在數(shù)據(jù)庫中運(yùn)行有代表性的工作負(fù)荷、統(tǒng)計、檢查PGA運(yùn)行情況，然后根據(jù)實(shí)際情況對其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。PGA包括兩個分區(qū)，即Sort_area_size用于排序所占內(nèi)存，Hash_area_size用于散列聯(lián)接，位圖索引。這兩個分區(qū)是為每個會話單獨(dú)分配的，在我們的服務(wù)器上除了OS + SGA，一定要考慮這兩部分。它的內(nèi)存分配原則為：OS 使用內(nèi)存+SGA+并發(fā)執(zhí)行進(jìn)程數(shù)*（sort_area_size+hash_ara_size+2M） < 0.7*總內(nèi)存。