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ORA-4031错误深入解析

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想要彻底理解4031错误发生的原因就要了解SQL语句的执行过程以及Oracle共享内存的结构
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客户端与Oracle之间通信过程图
客户端输入sql语句,sql语句通过网络到达数据库实例,server process接受sql语句。Server process接受到SQL语句后将sql语句解析成执行计划,然后才能执行。
需要说明的是在将SQL语句解析成执行计划的过程中会消耗计算机大量CPU资源因此就会产生一个问题,例如:
A用户执行一个SQL语句解析换成执行,B用户也有可能执行同样的SQL。如何才能高效利用CPU资源,不去做重复的解析工作呢?
因此就诞生了shared pool,shared pool就是SGA中用来缓存SQL语句以及对应解析出的执行计划的一片内存区域。
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Oracle实例管理
这里结合Oracle实例管理的这张图对上面一幅客户端与Oracle之间会话通信的过程进行简单的解释说明:
1. 首先客户端会在同Oracle实例间建立的连接池当中的众多连接中选择一条空闲的连接传输SQL语句(server process是服务器进程,可以连接到Oracle实例,在用户建立会话时启动 )。
2. Server Process首先会先去shared pool中查找是否已经有了该条SQL语句对应的已缓存的执行计划,如果有直接执行(该种SQL解析也叫作软解析)。如果没有则会自己生成执行计划并缓存执行(该种解析也叫作硬解析)。
3. 其中shared pool是SGA(共享全局区)中的一部分内存资源,由所有服务器进程和后台进程共享。
4. Buffer Cache也是SGA中的一块区域,用来缓存Data files中取出的数据,如果没有buffer cache的话那么每次访问数据的时候都需要消耗I/O。
5. 所以当执行一个SQL语句对应的执行计划要访问数据,server process会先进入buffer cache找是否有所需要的数据,如果有就直接取出返回没有才会去Data files去取并将其先放入buffer cache中,并在其中对数据进行修改。之后再通过物理I/O写回到Oracle的数据文件中去。
6. 在对数据进行修改的同时会向SGA中另一块内存区域叫作Redolog Buffer中写入相关的日志信息。之后再写回到Oracle的日志文件中区。
7. 将返回的数据或信息通过连接返回给客户端。

上述过程中可以看出共享池是SGA中一块核心的内容,经典的Oracle4031错误也与这一块内存区域有密切的关系。
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Free Cache:
顾名思义就是shared pool中的一块空闲的内存区域。

Library Cache(库缓存):
主要缓存的是SQL语句,以及SQL句解析出来的执行计划。

Raw Cache (字典缓存):
Oracle数据库的自身信息都存储在数据字典中(比如说:数据库中有多少表,有多少用户,表中有多少列每个表多大等等)

Shared Pool主要的三块空间中一般Free Cache 和 Library Cache较容易有问题。我们可以整体上设置Shared Pool的大小但不能控制当中的Library Cache和Raw Cache的大小。
需要理解的是,Free Cache并不是一个大块连续的内存空间而是一个个内存块通过chain链将其链接如下图所示
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图中橙色的圆代表一个个内存块在Oracle中称之为chunk,而这些chunk会根据大小的不容被归类挂载一条条chain上,从下往上越来越大。

在这里举个例子:
如果有一条SQL语句解析出来大小为10K,那么就在第8K-12K的内存链上找比如找到一个11K的块那么就将其中的10K丢到Library Cache中,而剩下的1K再挂到相应的空间链里面去。这就是Free空间的内存组织情况。

这里需要特别提醒强调的是——什么时候需要在Free空间你面找chunk?答案是在执行硬解析的时候。

由此可见当有大量硬解析的时候,除了要去Free空间中找chunk还会产生大量的小碎片,于是就有可能产生这种情况,及有大量足够的Free空间但是被分割成很多小的碎片,没有适合可用的内存块。这种情况便会产生Oracle经典的4031报错。

总结一下Oracle产生4031错误的背景条件:
1. 大量的硬解析产生了很多小碎片
2. 产生了大量的小碎片后突然来了一条大的SQL语句需要解析。

本文原创首发于Cobub官网博客,作者:钟泽
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