SHMMAX参数与SGA空间分配

Oracle Instance实例就是Oracle数据库服务器上一块可共享内存和一系列的背景进程。在Windows环境和Unix/Linux环境中，实现Oracle实例的方式存在很大差异。Windows环境由于自身的特点，Oracle实例中的共享内存和多进程模型被实现为单进程多线程模型。此时的共享内存SGA被实现为进程OracleService.exe的专享区域。

 

而在Unix/Linux下，Oracle实例是被实现为多进程模型的，多进程之间通过信号量（semaphore）和共享内存（shared memory）进行通信。在这个过程中，操作系统层面要进行更多的共享内存和信号量管理工作。本篇，我们就研究一下操作系统的shmmax参数含义和与SGA分配的关系。

 

 

1、Oracle实例启动和共享内存

 

回顾两个问题：

 

ü       在Oracle Startup的时候，要经历三个阶段：unmount、mount和open。在unmount阶段，Oracle会进行实例的创建和整理工作。具体来说包括：参数文件init.ora读取、backgroup process创建和共享内存SGA分配；

ü       我们在安装Unix/Linux版本的Oracle时，是需要手工配置一些参数内容。其中就有shmmax参数的配置。该参数的作用就是定义Unix/Linux环境一次可以分配的最大共享段segment的大小；

 

配置shmmax参数就在/etc/sysctl.conf中。

 

 

[root@bspdev ~]# cat /etc/sysctl.conf

# Kernel sysctl configuration file for Oracle Linux

kernel.sem = 250 32000 100 142

kernel.shmmni = 4096

kernel.shmall = 1073741824

kernel.shmmax = 4294967295

net.core.rmem_default = 262144

（篇幅原因，有省略……）

 

共享内存信息为：

 

 

[root@bspdev ~]# ipcs

 

------ Shared Memory Segments --------

key       shmid     owner     perms     bytes     nattch    status    

0x1e853bdc 32768     grid      660       4096      0                     

0x01606d30 98305     oracle    640       4096      0                     

 

------ Semaphore Arrays --------

key       semid     owner     perms     nsems   

0x00000000 0         root      600       1       

0x00000000 32769     root      600       1       

0xa83075d0 163842    grid      660       104     

0xc05587f0 294915    oracle    640       154     

 

------ Message Queues --------

key       msqid     owner     perms     used-bytes  messages

 

 

 

2、SGA空间分配方式

 

SGA的大小是Oracle实例相关的一个重要方面。在Oracle10g之前，SGA总大小是根据DBA进行手工调整配置。但是进入10g之后，可以使用sga_target参数进行统一划定，其中各个部分组成由Oracle自动根据负载进行动态调整。在11g之后，使用memory_target参数，更进一步的将整个Oracle服务器所有使用空间进行自动化调整。

 

在实例启动的时候，Oracle会从参数文件parameter file中读取需要创建的SGA大小，之后就会向操作系统申请相应的共享空间。在这个过程中，需要结合shmmax参数与SGA参数进行匹配。

 

 

单对于SGA而言，是划分为四个组成部分的：

 

ü       Fixed Portion：是一个固定的分配常量；

ü       Variable Portion：可变部分，大部分的可变部分都是由shared_pool的大小来确定的；

ü       Redo block buffer：是Oracle SGA的redo buffer pool的空间；

ü       Data block buffer：是SGA的buffer cache的空间使用；

 

 

SQL> select * from v$sga;

 

NAME                     VALUE

-------------------- ----------

Fixed Size             1250428

Variable Size        222301060

Database Buffers     381681664

Redo Buffers           7135232

 

 

 

3、分配SGA的三种方法

 

简单的说，在SGA分布在物理内存的方式上，存在三种模型：单段（one-segment）、连续多段（contiguous multi-segment）和非连续多段（non-contiguous multi-segment）。

 

在Oracle启动实例，进行共享SGA分配的时候，会依次尝试着三种方法。在每个方法尝试中，分配成功或者最后抛出相关ORA异常。如果出现异常抛出，Oracle会以异常处理的方式，清理错误信息，尝试下一种分配模型。最后，整个SGA会存放在shared memory中，共享内存的各个片段累积和就是sgasize的大小。

 

ü       One-segment单段

 

单段one-segment是sga分配最简单也是最先尝试的一种模型。该模型下，SGA会分配在一个共享内存区域里。采用这种模型时，Oracle会向内存申请分配一块与SGA期望大小相同的共享内存空间。

 

在操作系统层面，oracle相当于调用shmget内核函数进行分配。但是该操作所能分配的最大共享内存大小受到参数shmmax的限制。如果申请的共享内存SGASIZE大小小于或者等于shmmax的大小，这样通常是可以申请到共享内存segment的。

 

但是，如果设置的SGA大小超过了shmmax空间，shmget函数操作就会返回一个错误信息。这样，SGA就需要放在多个共享段multi-shared segment中了。

 

注意两个细节：如果shmget()函数在分配过程中，遇到非空间不够问题，会抛出错误ORA_7306。在分配空间之后，会将共享内存的分配信息计入到ksms.o文件中。这个过程被称为attach过程，如果这个过程出错，系统报错ORA_7307。

 

 

ü       Multi-Segment Contiguously连续多段分配

 

当没有成功的将SGA放置在一个共享内存段时，Oracle会开始尝试放置在多个段中。这个方法有两种类型：一个是连续的分配多段，另一个是非连续的多段分配。首先尝试的是连续contiguously方式的分配。

 

此时，Oracle需要直接访问获取shmmax参数，从而了解到底需要分配多少个共享段。大部分情况下，需要多段分配的场景都是shmmax<sgasize。

 

 

在连续共享段的分配方式下，Oracle会分配SGASIZE/SHMMAX（向下进位）个分区给SGA。由于空间是连续的，所以容纳SGA的时候也是连续存放。

 

对多个分配下去的共享内存，同样存在allocate和attach的过程。在attach到ksms.o文件的时候，只会将分配的第一个共享段首地址放置。其他的共享段都是通过上一个的地址加上空间大小，从而实现连续分配的效果。

 

注意：如果这个分配的共享大小个数超过了SS_SEG_MAX规定的大小数量，那么Oracle会报错ORA_7329。

 

比如：SGASIZE的大小是5G，而shmmax参数为2G。此时系统若有条件进行连续共享段分配，会分配出：2G、2G、1G三个共享段连续排列。

 

如果连续多共享段操作分配失败，Oracle内部会返回错误ORA_7336。那么就意味着第二种分配模型失败。要根据返回错误的具体值进行判定。

 

如果在allocate过程中出现错误，而且返回信息为EINVAL，则直接转入到第三种分配SGA模型中。否则，Oracle会持续报错ORA_7337。

 

 

ü       Multi-Segment Non-Contiguously非连续多段分配

 

第三种分配模型是三种模型中最复杂的一个。首先，Oracle也是会去获取shmmax参数的取值，之后进行一系列复杂的评估过程。按照如下步骤进行：

 

1、Oracle检查是否有一个shared memory segment可以将SGA的fix portion和variable portion两块存放在一起。如果可以，将两个部分放置在一个共享段中；

2、如果步骤一的检查失败，那么转而尝试是否可能将fix portion和variable portion分别放置在两块共享内存上；

3、在这个过程中，如果fix portion要大于shmmax参数，也就意味着不存在单独可以防止fix portion的空间，那么系统报错ORA_7330。如果variable portion要大于shmmax参数，系统报错ORA_7331；

4、Oracle计算容纳进一个shared memory segment的redo block的个数。如果shmmax的大小小于一个redo block的大小，系统报错ORA_7332；

5、同理，Oracle计算容纳进一个shared memory segment的data buffer block的个数。如果shmax的大小小于一个data buffer block，Oracle抛出错误ORA_7333;

6、通过步骤4、5的计算，Oracle获取到容纳redo buffer和data block buffer的共享段的个数。注意，redo buffer和data block buffer的计量方式是通过blocks进行的。所以，使用buffers/(buffers per segment)可以近似获取到容纳的segments个数；

7、SGA四部分分配到需要的segment数量之后，总和就是总的共享segment个数。如果这个综合超过了ss_seg_max参数，报错ORA_7334；

 

经过一系列的计算确定，Oracle最后还是要进行空间的allocate和attach过程。在ksms.o中，会记录上对应的所有segment的头地址和大小信息。

 

在算法中，如果Oracle接收到操作系统级别的错误，首先会抛出ORA_7336错误，之后检查返回错误参数。如果是EINVAL，就抛出错误ORA_7310。否则是ORA_7337。

 

 

4、结论

 

经过三种算法的计算分配，Oracle获取到了和SGASIZE相同的共享内存。之后的过程就是进行信号量semaphore的分配。

 

综合上面的阐述，我们也就理解了shmmax参数在Unix/Linux平台设置的原因。