database buffer cache

SGA는 오라클 server가 STARTUP될 때, computer memory 영역에 할당하고, database가 SHUTDOWN될 때 메모리에서 제거된다.
사용자가 실행한 SQL 문에 의해 검색 또는 변경되는 테이블 데이터를 임시로 저장하는 메모리 영역을 system global area(SGA)라고 한다. 또는 Shared Global Area라 불리기도 함
다시말해서, 오라클 Server의 메모리 영역을 의미한다.

데이터베이스에 접속하는 모든 사용자들이 공유하는 영역이며, 기본적으로 오라클 데이터베이스 서버는 하나의 SGA 영역으로 구성되어 있다.

SGA의 필수 영역은 Shared pool, Database Buffer Cache, Redo log buffer의 세 부분으로 구성되며, 추가적으로 Java Pool, large Pool을 위치시킬 수도 있다.

SELECT의 처리를 위해 server process는 각 단계를 거친 후 비로소 원하는 데이터를 찾기 위해 database buffer cache를 읽는다.
즉, database buffer cache는 데이터가 저장되어 있는 메모리 영역으로 디스크의 data file을 읽어 그것의 복사본을 block 단위로 저장한다.
library cache와 마찬가지로 database buffer cache는 Least Recently Used(LRU) 알고리즘을 통해 관리된다.

DATABASE BUFFER CACHE의 구성

database buffer cache는 data block과 undo block의 두 부분으로 구성되어 있다.

• Data block

찾고자 하는 데이터가 database buffer cche에 있지 않으면 SERVER process는 DATA file에서 필요한 부분을 찾아서 BLOCK 단위로 database buffer cache로 읽어 온다. 사용자가 요구한 BLOCK을 수정하면 cache의 data BLOCK이 변경된다. 새로운 데이터는 변경된 후의 데이터 값을 가지고 메모리 상에 있는 상태이기 때문에 after image라 한다.

• undo block

오라클은 undo block에 데이터의 원본 버전을 저장한다.
수정하기 전의 데이터를 저장하고 있기 때문에 before image라 한다. 변경된 사항을 데이터베이스에 commit하기 전에 변경을 취소하면 undo block의 정보를 이용하여 트랜젝션을 원래 상태로 되돌릴 수 있다.

찾고자 하는 데이터를 database buffer cache에서 찾느냐에 따라 성능의 차이가 발생한다.
다음과 같이 두 가지로 나누어 생각할 수 있다.

data 검색결과 성능
database buffer cache에 있는 경우 메모리에서 직접 읽게 되므로 속도가 빠름
이것을 Logical read 또는 Cache hit라고 한다.
database buffer cache에 없는 경우 디스크의 data file로부터 database buffer cache로 복사해야 하므로 속도가 느림
이것을 Physical read 또는 Cache Miss라고 한다.

data 검색결과	성능
database buffer cache에 있는 경우	메모리에서 직접 읽게 되므로 속도가 빠름 이것을 Logical read 또는 Cache hit라고 한다.
database buffer cache에 없는 경우	디스크의 data file로부터 database buffer cache로 복사해야 하므로 속도가 느림 이것을 Physical read 또는 Cache Miss라고 한다.

cache miss가 발생시 server process는 LRU list에서 free buffer를 찾기 위하여 다음과 같은 과정을 거친다.

	1. MRU END에서 LRU END쪽으로 탐색
	2. Dirty buffer를 발견하면 dirty list로 이동
	3. Free buffer를 발견하면 멈춤
	4. 일정 수만큼 찾다가 못 찾으면 DBWR을 시켜 dirty list를 비운 후 free buffer로 만듬

DATABASE BUFFER CACHE의 크기

기본 block 크기를 가지는 database buffer cache는 다음과 같이 독립적인 subcache들로 이루어 진다.

DEFAULT
KEEP
RECYCLE

각 영역들의 크기는 동적으로 변경이 가능하며, 파라미터들은 다음과 같다.

parameter 설명
DB_CACHE_SIZE DEFAULT 영역의 크기를 결정하며 항상 존재하며, 0이 될 수 없다.
DB_KEEP_CACHE_SIZE KEEP 영역의 크기를 결정하며, 재사용될 가능성이 큰 BLOCK들을 LRU 알고리즘의 영향을 받지 않고 메모리에 저장하기 위해 사용
DB_RECYCLE_CACHE_SIZE RECYCLE 영역의 크기를 결정하며, 재사용될 가능성이 희박한 BLOCK들을 메모리로부터 제거하기 위해 사용

parameter	설명
DB_CACHE_SIZE	DEFAULT 영역의 크기를 결정하며 항상 존재하며, 0이 될 수 없다.
DB_KEEP_CACHE_SIZE	KEEP 영역의 크기를 결정하며, 재사용될 가능성이 큰 BLOCK들을 LRU 알고리즘의 영향을 받지 않고 메모리에 저장하기 위해 사용
DB_RECYCLE_CACHE_SIZE	RECYCLE 영역의 크기를 결정하며, 재사용될 가능성이 희박한 BLOCK들을 메모리로부터 제거하기 위해 사용

database buffer cache의 크기는 위의 3가지 파라미터 값의 합으로 결정된다. database buffer cache내의 기본 BLOCK의 크기는 parameter file의 db_block_size로 지정한다.

SQL> show parameter db_block_size;
 
NAME                                 TYPE        VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
db_block_size                        integer     8192
SQL>

이 환경 변수는 initSID명.ora에서 지정하며, 이를 사용자가 적절히 수정할 수 있는 아스키 파일 형식이다.

보통 data BLOCK의 크기는 OS의 BLOCK의 배수로 결정한다. 기본 BLOCK의 크기는 데이터베이스 생성시에 결정되면 생성 이후 변경할 수 없다.

LRU list와 DIRTY list

LRU list는 가장 최근에 사용된 데이터 buffer를 순서대로 정렬해 놓은 list이며, LRU list중 dirty buffer만 따로 list로 구성한 것이 dirty list이다.
LRU list를 사용하게 되면 한정되어 있는 메모리 공간에서 오래된 데이터를 한쪽으로 배치하여 사용자가 자주 요청한 데이터는 빨리 검색하게 하고 오래된 데이터는 디스크에 기록할 수 있도록 한다.

먼저 LRU 알고리즘이 사용되는 LRU list에 대해 살펴보자.
LRU list도 3가지의 data buffer로 나누어 구성된다.

dirty buffer 변경이 발생한 buffer
free buffer 변경이 발생하지 않은 비어 있는 buffer
pinned buffer 현재 server process에 의해 변경중인 buffer

가장 깨끗한 버퍼가 free buffer인데, SERVER process에 의해 데이터가 기록되고 완전히 변경되면 DIRTY buffer로 바뀐다. DIRTY buffer는 새로운 데이터 값으로 변경은 되었으나 data file에 저장되지 않은 상태이다.

LRU 알고리즘에 의해 관리되어 최근에 사용되었던 버퍼는 MRU(most recently used)쪽으로 이동하고 오래될 수록 LRU-END쪽에 남게된다.

이후 DIRTY buffer만 따로 모아서 디스크에 기록해야 하는데, DIRTY buffer만 따로 모아놓은 list가 DIRTY list이다.
DIRTY list에 DIRTY buffer가 꽉 차게되면 DBWR이라는 BACKGROUND process에 의하여 data file에 기록되어 진다.

BUFFER CACHE advisory

buffer cache advisory는 오라클 시스템이 현재 데이터베이스가 수행중인 작업에 대해 database buffer cache를 늘이거나 줄였을 때 예상되는 성능을 수치상으로 제공하여 관리자가 최적의 database buffer cache의 크기를 결정하는데 도움을 준다.
buffer cache advisory는 DB_CACHE_ADVICE라는 동적 파라미터에 의해 할성화/비활성화 된다. 파라미터가 가질 수 있는 값은 3가지이며, 각각의 기능은 다음과 같다.
buffer cache advisory에 의해 수집된 정보는 v$db_cache_advice를 통해 조회할 수 있다.

value remark
ON buffer cache advisry 활성화
OFF 활성화된 buffer cache advisry를 비활성화
READY buffer cache advisry를 실제 활성화하지 않고 사용할 메모리만 예약

value	remark
ON	buffer cache advisry 활성화
OFF	활성화된 buffer cache advisry를 비활성화
READY	buffer cache advisry를 실제 활성화하지 않고 사용할 메모리만 예약

buffer cache advisory가 활성하되면 CPU와 메모리에 많은 부하가 걸리게 되며, 이때 advisory를 수행할 충분한 메모리가 확보되지 않으면 오라클 시스템은 메모리 부족 에러를 발생시키는데, 이를 방지하기 위하여 데이터베이스를 STARTUP한 직후 advisory를 우선 READY상태로 기동하여 충분한 메모리를 확보한 다음에 필요시 할성화하느 것이 좋다.

정보조회

v$db_cache_advice buffer cache advisory에 의해 수집된 정보 조회

dirty buffer	변경이 발생한 buffer
free buffer	변경이 발생하지 않은 비어 있는 buffer
pinned buffer	현재 server process에 의해 변경중인 buffer