【云原生进阶之数据库技术】第二章-Oracle-原理-4.4.2-SGA架构

1 系统全局区：SGA

1.1 SGA概念简介

        SGA是一块可读写内存区域，与Oracle后台进程（background processes）一起构成了数据库实例。所有代表用户执行的服务器进程都能读取实例SGA里的信息。有一些进程能在数据库运行时写入SGA。需要注意的是，服务器和后台进程本身并不在SGA中，而是存在于独立的内存空间中。

        每个数据库实例都有自己的SGA。Oracle数据库会在实例启动时自动为SGA分配内存，并在实例关闭时回收内存。正如图1，SGA由多个为了满足特定内存分配需求的内存池组成。除了重做日志缓存（redo log buffer）以外，所有其他的内存池都按连续内存单位分配和回收内存空间。这个连续内存单位称之为粒（granule），其大小与平台有关且取决于总的SGA大小。

        查询 V$SGASTAT 视图可以看到SGA各部分的信息。其中包括数据库缓存、IM区、重做日志缓存、共享池、Large池、Java池、Streams池、固定SGA等。

1.2 数据库 buffer cache

        数据库高速缓冲存储器（Database buffer cache），即缓冲器高速缓存，是存储了从数据文件读入的数据块副本的内存区域。缓冲器（buffer）是缓冲管理器临时缓存当前正在使用的数据块的一块主内存地址（main memory address）。所有当前连接到数据库实例的用户都能共享访问 buffer cache。

1.2.1 缓冲器高速缓存的用途

        数据库buffer cache的用途包括：

• 改善物理 I/O：数据库更新高速缓存（cache）中的数据块，并存储重做日志缓冲器（redo log buffer）修改操作的元数据。在 commit 之后，数据库将重做日志缓冲器写入在线重做日志，但是并不会立即将数据块写入数据文件。数据库后台写进程 DBW (database writer) 通过 lazy write 来写入数据文件。
• 将频繁访问的数据块保留在 buffer cache 中，并将不经常访问的数据块写入磁盘。当 Database Smart Flash Cache（数据库智能闪存缓存）启用时，可以将部分 buffer cache 放到闪存缓存中。需要通过 DB_FLASH_CACHE_FILE 和 DB_FLASH_CACHE_SIZE 初始化参数来配置多个闪存设备（仅在 Solaris 和 Oracle Linux系统中支持）。

1.2.2 缓冲器状态

        数据库使用内部算法来管理高速缓存中的缓冲器。一个缓冲器可以处于以下任意一种彼此互斥的状态：

• Unused：缓冲器可用，且尚未被使用过；
• Clean：缓冲器曾被使用过，其中包含的数据是干净的，所以无需刷盘（checkpoint）。可以被数据库重用；
• Dirty：缓冲器包含被修改的数据，且未被持久化到磁盘。数据库必须 checkpoint 数据块才能重用。

        每个缓冲器有 pinned 和 free (unpinned) 两种访问模式。缓冲器被 pinned 在高速缓存中以后，就不会在用户访问时被从内存中置换出去（age out）。一个 pinned 缓冲器不能同时被多个会话修改。

1.2.3 缓冲器模式

        当客户端请求数据时，Oracle数据库以 current模式或者 consistent模式从 buffer cache 中获取缓冲器。

• current模式

        current mode get，也称为 db block get，是指获取当前出现在buffer cache中的数据块。例如，如果一个未提交的事务更新了某个数据块中的两行数据，current mode get 会获取带有未提交行的该数据块。数据库最常在更新语句中使用 db block get，且必须只更新数据块的当前版本。

• consistent模式

        consistent read get 用于获取数据块的一致性读版本（read-consistent version），且有可能用到 undo数据。例如，如果一个未提交的事务更新了某个数据块中的两行数据，并且有一个不相关的会话中的查询要请求访问该数据块时，数据库会使用undo数据来创建该数据块的一个一致性读版本（称为一致性读克隆）。创建的一致性读版本不会包括未提交的更新。

1.2.4 缓冲器 IO

        逻辑 IO（logical I/O），即缓冲器IO（buffer I/O），是指在缓冲器高速缓存（buffer cache）中读写缓冲器（buffers）。当请求的缓冲器不在内存中时，数据库会进行物理IO从闪存缓存或者磁盘中将缓冲器拷贝到内存中，然后通过逻辑IO读入高速缓存的缓冲器。

1.2.4.1 缓冲器写

        数据库写进程（DBW）周期性地将脏的缓存器写入磁盘。DBW进程在以下条件下会写缓冲器：

• 服务器进程找不到干净的缓冲器来向数据库 buffer cache读入新的数据块。随着缓冲器变成dirty状态，空闲的缓冲器数量会逐渐下降。如果下降到某个阈值，而这时又需要干净的缓冲器，服务器进程就会发信号给 DBW 来写缓冲器。数据库使用 LRU算法（Least recently used）来决定写哪个脏的缓冲器。
• 数据库必须推进检查点（checkpoint），即redo线程里实例恢复（instance recovery）必须开始的位置。
• 表空间被修改为只读状态或者下线（offline）的时候。

1.2.4.2 缓冲器读

        当未使用的缓冲器数量很少时，数据库必须从buffer cache中移除缓冲器。

        如果禁用了闪存缓存（flash cache），数据库会按需重用（re-use）每个干净的缓冲器，覆写它们。如果被覆写的缓冲器之后又需要用到，数据库就必须从磁盘中读出来。相反地，如果开启了闪存缓存，DBW可以将干净的缓冲器写入闪存缓存，之后如果再需用到该缓冲器，