淺談數據庫系統內存優化分配策略

張東偉

[摘 要] 本文主要介紹Oracle數據庫的內存組成，各部分內存如何分配與優化，包括SGA區、PGA區等。

[關鍵詞] Oracle 數據庫；內存分配；內存優化

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

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

1 數據庫系統介紹

數據庫技術產生于20世紀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據資源，研究如何存儲，使用和管理數據。數年來，數據庫技術發展迅速，應用廣泛。數據庫技術不僅應用于事務處理，并且進一步應用到情報檢索、人工智能、專家系統、計算機輔助設計等領域。

Oracle數據庫系統是Oracle（甲骨文）公司于1979年發布的世界上第一個關系數據庫管理系統。經過30多年的發展，Oracle公司也成為當今世界上最大的數據庫廠商和最大的商用軟件供應商，Oracle數據庫系統已經應用于各個領域，是當前市場占有率最高的數據庫產品，約為49%。在當今世界500強企業中，70%的企業使用的是Oracle數據庫，世界十大B2C公司全部使用Oracle數據庫，世界十大B2B公司中有9家使用的是Oracle數據庫。

2 Oracle數據庫內存基本組成

Oracle數據庫系統的內存包括兩部分：SGA和PGA。SGA即System Global Area系統全局區。一個數據庫實例對應一個SGA，SGA在數據庫實例啟動的時候被分配。SGA作為數據庫實例的基本組成，是一個非常大的內存空間，甚至可以占據物理內存的80%。PGA即Program Global Area程序全局區。一個服務進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數據庫系統的使用場景一般為管理海量數據，而數據都是存儲在磁盤上的，為了提高存儲、訪問的效率，那么Oracle必然會在內存中開辟一塊很大的內存區域（內存的訪問速度比磁盤要快幾千倍甚至幾萬倍）。因此，Oracle是一個比較耗費內存的軟件，且大多消耗在SGA上。SGA的大小是可以配置的，隨著數據庫的負載加大，數據庫實例對內存的需求加大，那么SGA也會擴張甚至會把整個內存都消耗掉。因此，如何科學的分配Oracle數據庫系統的內存區對于數據庫系統來說是一個至關重要的問題。

3 Oracle數據庫內存優化

3.1 SGA區的內存分配管理

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

Shared Pool的主要作用是存儲SQL解析后的內容。例如：發出一個SQL語句或命令讓數據庫執行，SQL在數據庫內部就需要被解析，建立執行計劃，然后按照執行計劃去執行，每個SQL語句都要被解析成原始操作去執行，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，它關系到數據庫的性能，共享池包含兩塊共享內存，這兩塊共享內存關系到數據庫的性能。

Library Cache中存儲的是經過編譯解析后的SQL和PL/SQL語句的內容。如果下次在執行同樣的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就是存儲著數據庫的控制信息。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和其他的數據庫對象。數據字典是使用最頻繁的，幾乎所有的操作都需要到數據字典去查詢（例如：需要針對一個表進行操作，就需要到數據字典去查詢用戶對這個表是否具有訪問權限等等），它的大小是由Shared Pool來決定的。

Database Buffer Cache的任務主要是用于存儲數據文件中的數據，在Oracle中數據是存儲在磁盤上的，但訪問磁盤中的數據速度又會很慢，那么就需要將其中一部分的數據放入到內存中，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，數據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據庫表的記錄，如果有，則直接從內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（數據塊）。

數據庫是處于經常改變狀態的，比如有時候事務失敗的需要回滾，就需要Redo Log Files來記錄數據庫的改變，如果想恢復數據庫文件就用Redo Log Files里面的內容進行恢復。Redo Log File在內存中有一個對應的Cache，它稱為Redo Log Buffer。每次對數據進行改變，在Redo Log里面就會有相應的一條記錄，這條記錄稱為Redo Entries，一條Redo Entries就可以恢復一次對數據庫的改變。Redo Log Buffer的SIZE由參數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進行備份、進行并行處理，或者做一些I/O操作。Large Pool的SIZE由參數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JAVA_POOL_SIZE來決定。

由此可見，SGA是用于存儲數據庫信息的內存區，該信息為數據庫進程所共享。它包含Oracle 服務器的數據和控制信息，它是在Oracle服務器所駐留的計算機的實際內存中得以分配，如果實際內存不夠再往虛擬內存中寫。設置SGA的內存分配策略是整個數據庫系統內存管理的關鍵，理論上SGA可占操作系統物理內存的1/3-1/2。經研究測試發現，當SGA區達到系統可用內存的55%-58%時效果最佳，更有利于內存資源的充分利用與性能發揮。它的內存分配原則為：SGA+PGA+操作系統使用內存<總物理內存。SGA=（db_block_buffers*blocksize）+（shared_pool_size+large_pool_size+java_pool_size+log_buffers）+1MB

3.2 PGA程序全局區的內存分配管理

PGA：包含單個服務器進程或單個后臺進程的數據和控制信息，與幾個進程共享的SGA 正相反。PGA 是只被一個進程使用的區域，PGA 在創建進程時分配在終止進程時回收。我們先將參數PGA_AGGREGATE_TARGET的值設置為SGA的20%，然后在數據庫中運行有代表性的工作負荷、統計、檢查PGA運行情況，然后根據實際情況對其進行適當調整。PGA包括兩個分區，即Sort_area_size用于排序所占內存，Hash_area_size用于散列聯接，位圖索引。這兩個分區是為每個會話單獨分配的，在我們的服務器上除了OS + SGA，一定要考慮這兩部分。它的內存分配原則為：OS 使用內存+SGA+并發執行進程數*（sort_area_size+hash_ara_size+2M） < 0.7*總內存。