Oracle内存结构：SGA PGA UGA

内存结构是oracle数据库最重要的组成部分之一，在数据库中的操作或多或少都会依赖到内存，是影响数据库性能的重要因素Oracle数据库中包括3个基本的内存结构：

一、 系统全局区  (System Global Area, SGA):

SGA是一组共享内存结构， 被所有的服务和后台进程所共享。当数据库实例启动时，系统全局区内存被自动分配。当数据库实例关闭时，SGA内存被回收。 SGA是占用内存最大的一个区域，同时也是影响数据库性能的重要因素。

查询SGA区的情况:

SQL> show SGA

Total System Global Area 3290345472 bytes
Fixed Size            2217832 bytes
Variable Size         1795164312 bytes
Database Buffers     1476395008 bytes
Redo Buffers           16568320 bytes
SQL> select * from v$sga;

NAME              VALUE
-------------------- ----------
Fixed Size        2217832
Variable Size         1795164312
Database Buffers     1476395008
Redo Buffers           16568320

Fixed Size表示固定区域，存储SGA各个组件的信息。不能修改大小。

Variable Size表示可变区域，比如共享池、java池、大池等。

Database Buffers表示数据库高速缓冲区。

Redo Buffers表示日志缓冲区。

固定SGA（Fixed SGA）

固定SGA：顾名思义，是一段不变的内存区，指向SGA中其他部分，Oracle通过它找到SGA中的其他区，可以简单理解为用于管理的一段内存区。

块缓冲区（Database buffer cache）

数据高速缓冲区(Database Buffer Cache):用于存放从数据文件读取的数据块，由初始化参数DB_CACHE_SIZE决定。

工作原理和过程是 LRU（最近最少使用 Least Recently Used ）。查询时，Oracle会先把从磁盘读取的数据放入内存供所有用户共享，以后再查询相关数据时不用再次读取磁盘。插入和更新时，Oracle会先在该区中缓存数据，之后批量写到硬盘中。通过块缓冲区，Oracle可以通过内存缓存提高磁盘的I/O性能（注：磁盘I/O的速率是毫米级的，而内存I/O的速率为纳秒级）

数据高速缓存块由许多大小相等的缓存块组成，这些缓存块的大小和OS块大小相同。 这些缓存块分为3大类

• 脏缓存块( Dirty buffers )：脏缓存块中保存的时被修改过的缓存块。即当一条SQL语句对某个缓存块中的数据进行修改后，该缓存块就被标记为脏缓存块。最后该脏缓存块被DBWn进程写入到硬盘的数据文件中，永久保留起来。
• 命中缓存块( Pinned buffers )：命中缓存块中保存的是最近正在被访问的缓存块。它始终被保留中数据高速缓存中，不会被写入数据文件。
• 空闲缓存块（Free buffers）：该缓存块中没有数据，等待被写入数据。oracle从数据文件中读取数据后，寻找空闲缓存块，以便写入其中。

Oracle 通过 2 个列表（DIRTY、LRU）来管理缓存块

   1、DIRTY 列表中保存已经被修改但还没有被写入到数据文件中的脏缓存块。

   2、LRU列表中保存所有的缓存块（还没有被移动到DIRTY列表中的脏缓存块、空闲缓存块、命中缓存块）。当某个缓存块被访问后，该缓存块就被移动到LRU列表的头部，其他缓存块就向LRU列表的尾部移动。放在最尾部的缓存块就最先被移出LRU列表。

数据高速缓存的工作原理过程是：

   A、ORACLE在将数据文件中的数据块复制到数据高速缓存中之前，先在数据高速缓存中找空闲缓存块，以便容纳该数据块。Oracle 将从LRU列表的尾部开始搜索，直到找到所需的空闲缓存块为止。

   B、如果先搜索到的是脏缓存块，将该脏缓存块移动到DIRTY列表中，然后继续搜索。如果搜索到的是空闲缓存块，则将数据块写入，然后将该缓存块移动到DIRTY列表的头部。

   C、如果能够搜索到足够的空闲缓存块，就将所有的数据块写入到对应的空闲缓存块中。则搜索写入过程结束。

   D、如果没有搜索到足够的空闲缓存块，则ORACLE就先停止搜索，而是激活DBWn进程，开始将DIRTY列表中的脏缓存块写入到数据文件中。

   E、已经被写入到数据文件中的脏缓存块将变成空闲缓存块，并被放入到LRU列表中。执行完成这个工作后，再重新开始搜索，直到找到足够的空闲缓存块为止。

这里可以看出，如果你的高速缓冲区很小的，不停地写写，造成很大I/O开销。

块缓冲区可以配置1、2或3个缓冲池，默认只有一个

• 默认池（Default pool）：所有数据默认都在这里缓存，除非你在建表的时候指定 Store(buffer_pool keep) or Store(buffer_pool recycle)。使用LRU算法管理。
• 保持池（Keep pool）：缓存需要多次重用的数据，长期保存内存中,缺省值为0。
• 回收池（Recycle pool）：用来缓存很少重用的数据，用完就释放，缺省值为0。

     原来只有一个默认池，所有数据都在这里缓存。这样会产生一个问题：大量很少重用的数据会把需重用的数据“挤出”缓冲区，造成磁盘I/O增加，运行速度下降。后来分出了保持池和回收池根据是否经常重用来分别缓存数据。这三部分内存池需要手动确定大小，并且之间没有共享。例如：保持池中已经满了，而回收池中还有大量空闲内存，这时回收池的内存不会分配给保持池，这些池一般被视为一种非常精细的低级调优设备，只有所有其他调优手段大多用过之后才应考虑使用。

     在9i之前，数据缓冲区的大小是由DB_BLOCK_BUFFER确定，之后的版本中，是由参数DB_CACHE_SIZE及DB_nK_CACHE_SIZE确定。不同的表空间可以使用不同的块大小，在创建表空间中加入参数BLOCKSIZE指定该表空间数据块的大小，如果指定的是2k，则对应的缓冲区大小为DB_2K_CACHE_SIZE参数的值，如果指定的是4k，则对应的缓冲区大小为DB_4K_CACHE_SIZE参数的值，以此类推。如果不指定BLOCKSIZE，则默认为参数DB_BLOCK_SIZE的值，对应的缓冲区大小是DB_CACHE_SIZE的值

重做日志缓冲区（Redo log buffer）

    用于存放日志条目，日志条目就是记录对数据的改变。当这块区域用光时，后台进程LGWR把日志条目写到磁盘上的联机日志文件中。它由初始化参数log_buffer决定大小。同样的道理下，日志缓冲区应该稍微大点，特别是有长时间运行的事务的时候，可以大量减少I/O。

数据写到重做日志文件之前在这里缓存，在以下情况中触发：

1. 每隔3秒
2. 缓存达到1MB或1/3满时
3. 用户提交时
4. 缓冲区的数据写入磁盘前

共享池（Shared pool）

用于存放SQL语句、PL/SQL代码、数据字典、资源锁和其他控制信息。它由初始化参数SHARED_POOL_SIZE控制其大小。它包含以下几个缓冲区：

1、 数据字典缓存（data dictionary cache），用于存储经常使用的数据字典信息。比如（表的定义、用户名、口令、权限、数据库的结构等）。Oracle运行过程中经常访问该缓存以便解析SQL语句，确定操作的对象是否存在，是否具有权限等。如果不在数据字典缓存中，服务器进程就从保存数据字典信息的数据文件中将其读入到数据字典缓存中。数据字典缓存中保存的是一条一条的记录（就像是内存中的数据库），而其他缓存区中保存的是数据块信息。

2、 库缓冲区(Library Cache): 库缓存的目的就是保存最近解析过的SQL语句、PL/SQL过程和包。这样一来，Oracle在执行一条SQL语句、一段PL/SQL 过程和包之前，首先在“库缓存”中搜索，如果查到它们已经解析过了，就利用“库缓存”中解析结果和执行计划来执行，而不必重新对它们进行解析，显著提高执行速度和工作效率。

ORACLE将每一条SQL语句分解为可共享、不可共享的两部分。

a) 共享SQL区：存储的是最近执行的SQL语句、解析后的语法树和优化后的执行计划。这样以后执行相同的SQL语句就直接利用在共享SQL区中的缓存信息，不必重复语法解析了。Oracle在执行一条新的SQL语句时，会为它在共享SQL区中分配空间，分配的大小取决于SQL语句的复杂度。如果共享SQL区中没有空闲空间，就利用LRU算法，释放被占用的空间。

b) 私用SQL区（共享模式时）：存储的是在执行SQL语句时与每个会话或用户相关的私有信息。其他会话即使执行相同的SQL语句也不会使用这些信息。比如（绑定变量、环境和会话参数)。

3、 结果高速缓存：结果高速缓存包含 SQL 查询结果高速缓存和 PL/SQL 函数结果高速缓存。此高速缓存用于存储 SQL 查询或 PL/SQL 函数的结果，以加快其将来的执行速度。

4、 锁与其他控制结构：存储ORACLE例程内部操作所需的信息。比如（各种锁、闩、寄存器值）。

大池（Large pool）

大池由初始化参数LARGE_POOL_SIZE确定大小，可以使用ALTER SYSTEM语句来动态改变大池的大小，是可选项，DBA可以根据实际业务需要来决定是否在SGA区中创建大池。如果没有创建大池，则需要大量内存空间的操作将占用共享池的内存, 将对SHARED POOL造成一定的性能影响，而LARGE POOL是起着这种功能隔离作用的一块区域。

ORACLE 需要大量内存的操作有：

   A、数据库备份和恢复，如RMAN某些情况下用于磁盘IO缓冲区

   B、具有大量排序操作的SQL语句

   C、并行化的数据库操作，存放进程间的消息缓冲区

   D、共享服务器模式下UGA在大池中分配（如果设置了大池）

Java池（Java pool）

用于支持在数据库中运行java代码,一般由java_pool_size控制

流池（Stream pool）

加强对流的支持,一般由stream_pool_size控制。流池(或者如果没有配置流池，则是共享池中至多10%的空间)会用于缓存流进程在数据库间移动/复制数据时使用的队列消息

二、进程全局区(Porcess Global Area, PGA)

一个PGA是一块独占内存区域，Oracle进程以专有的方式用它来存放数据和控制信息。当Oracle进程启动时，PGA也就由Oracle数据库创建了。当用户进程连接到数据库并创建一个对应的会话时，Oracle服务进程会为这个用户专门设置一个PGA区，用来存储这个用户会话的相关内容。当这个用户会话终止时，系统会自动释放这个PGA区所占用的内存。这个PGA区对于数据库的性能有比较大的影响，特别是对于排序操作的性能。所以，在必要的时候合理管理PGA区，能够在很大程度上提高数据库的性能。

程序全局区主要包含排序区、会话区、堆栈区和游标区四个部分的内容，他们各司其职，完成用户进程与数据库之间的会话。通常情况下，系统管理员主要关注的是排序区，在必要时需要手工调整这个排序区的大小。另外需要主要的是，游标区是一个动态的区域，在游标打开时创建，关闭时释放。故在数据库开发时，不要频繁的打开和关闭游标可以提高游标操作的效率，改善数据库的性能。其他分区的内容管理员只需要了解其用途，日常的维护交给数据库系统来完成即可。

1、 为排序设置合理的排序区大小。

当用户需要对某些数据进行排序时，数据库是如何处理的呢？首先，数据库系统会将需要排序的数据保存到PGA程 序缓存区中的一个排序区内。然后再在这个排序区内对这些数据进行排序。如需要排序的数据有2M，那么排序区内必须至少要有2M的空间来容纳这些数据。然后 排序过程中又需要有2M的空间来保存排序后的数据。由于系统从内存中读取数据比从硬盘中读取数据的速度要快几千倍，为此如果这个数据排序与读取的操作都能 够在内存中完成，无疑可以在很大程度上提高数据库排序与访问的性能。如果这个排序的操作都能够在内存中完成，显然这是很理想的。但是如果PGA区 中的排序区容量不够，不能够容纳排序后的数据，那会如何呢？此时，系统会从硬盘中获取一个空间，用来保存这需要排序的数据。此时排序的效率就会降低许多。 为此在数据库管理中，如果发现用户的很多操作都需要用到排序，那么为用户设置比较大的排序区，可以提高用户访问数据的效率。

在Oracle数据库中，这个排序区主要用来存放排序操作产生的临时数据。一般来说，这个排序区的大小占据PGA程序缓存区的大部分空间，这是影响PGA区大小的主要因素。在小型应用中，数据库管理员可以直接采用其默认的值。但是在一些大型的应用中，或者需要进行大量记录排序操作的数据库系统中，管理员可能需要手工调整这个排序区的大小，以提高排序的性能。如果系统管理员需要调整这个排序区大小的话，需要通过初始化参数SORT_AREA_SIZE来实现。为了提高数据访问与排序的性能，数据库系统利用内存比硬盘要快几千倍的事实，会将准备排序的数据临时存放到这个排序区，并在排序区内完成数据的排序。管理员需要牢记这个原则，并在适当的情况下调整排序区的大小，以提高数据访问与数据排序的性能。

2、 会话区保存着用户的权限等重要信息。

在程序缓存区内还包含着一个会话区。虽然绝大部分情况下，管理员不要维护这个会话区，可以让数据库系统进行 维护。但是，管理员还是需要了解一下这个会话区的作用。因为这个会话区直接关系着数据库系统中数据的安全性。数据库系统不仅是存放数据的一个很好的载体， 而且还提供了一个统一管理数据的平台，可以根据实际需要，为不同的用户设置不同的访问权限。简单的说，在数据库中可以控制用户可以访问哪些数据，从而提高 数据的安全性。

当用户进程与数据库建立会话时，系统会将这个用户的相关权限查询出来，然后保存在这个会话区内。如此的话，用户进程在访问数据时，系统就会核对 会话区内的用户权限信息，看看其是否具有相关的访问权限。由于系统将这个用户的权限信息存放在内存上，所以其核对用户权限的速度非常的快。因为系统不用再 去硬盘中读取数据，直接从内存中读取。而从内存读取数据的效率要比硬盘上快几千倍。

通常情况下，这个会话区内保存了会话所具有的权限、角色、性能统计等信息。这个会话区一般都是由数据库进行自我维护的，系统管理员不用干预。

3、 堆栈区保存变量信息。

有时候为了提高SQL语句的重用性，会在语句中使用绑定变量。简单的说，就是SQL语句可以接受用户传入的变量。从而用户只需要输入不同的变量 值，就可以满足不同的查询需求。如现在用户需要查询所有员工的信息。然后其又要查询所有工龄在3年以上的员工等等。此时其实他们采用的是同一个SQL语 句，只是传递给系统的变量不同而已。这可以在很大程度上降低数据库开发的工作量。这个变量在Oracle数据库系统中就叫做绑定变量。利用绑定变量可以加强与用户的互动性。另外在这个堆栈区内还保存着会话变量、SQL语句运行时的内存结构等重要的信息。

通常情况下，这个堆栈区跟上面讲到的会话区一样，都可以让数据库系统进行自我维护，而管理员不用参与到其中。这些分区的大小，也是系统根据实际情况来进行自动分配的。当这个用户会话结束时，系统会自动释放这些区所占用的空间。

4、 游标区。

无论是SQLServer数据库还是Oracle数据库中，有时候都需要用到游标技术。当运行使用游标的语句时，Oracle数据库系统会在程序缓存区中间为其分配一块区域。这块区域就叫做游标区。通常情况下，游标用来完成一些比较特殊的功能。而且一般来说，采用游标的语句要比其他语句的执行效率低一点。为此管理员在使用游标的时候，还是需要慎重。

游标区是一个动态的区域。当用户执行游标语句时，系统就会在这个游标区内创建一个区域。当关闭游标时，这个区域就会被释放。这创建与释放，需要 站用一定的系统资源，花费一定的时间。为此在使用游标时，如果频繁的打开和关闭游标，就会降低语句的执行性能。所以笔者建议，在写语句时，如果真的有必要 使用游标技术时，则要注意游标不要频繁的打开和关闭。

另外在Oracle数据库中，还可以通过限制游标的数量来提高数据库的性能。如在数据库系统中有一个初始化参数OPEN_CURSORS。管理员可以根据实际的需要，来设置这个参数，控制用户能够同时打开游标的数目。不过需要注意的是，在确实需要才有游标的情况下，如果硬件资源能够支持的话，那么就需要放宽这个限制。这可以避免用户进程频繁的打开和关闭游标。因为频繁的打开和关闭游标这对游标的操作是不利的，会影响数据库的性能。

三、用户全局区  (User Global Area, UGA)

专用服务器模式下，进程和会话是一对一的关系，UGA被包含在PGA中，在联机服务器模式下，进程和会话是一对多的关系，所以UGA就不再属于 PGA了，而会在大型池(Large Pool)中分配。但如果从大型池中分配失败，如大型池太小，或是根本没有设置大型池，则从共享池(Shared Pool)中分配。

参考：

Oracle PGA详解