摘要：本文首先详细介绍了oracle中shared pool的概念以及所包含的内存结构。然后深入介绍了oracle对于shared pool的管理机制。最后全面介绍了有关buffer cache监控以及调优的实用方法。
1. shared pool的概念
oracle数据库作为一个管理数据的产品，必须能够认出用户所提交的管理命令（通常叫做SQL语句），从而进行响应。认出的过程叫做解析SQL语句的过程，响应的过程叫做执行SQL语句的过程。解析的过程是一个相当复杂的过程，它要考虑各种可能的异常情况，比如SQL语句涉及到的对象不存在、提交的用户没有权限等等。而且，还需要考虑如何执行SQL语句，采用什么方式去获取数据等。解析的最终结果是要产生oracle自己内部的执行计划，从而指导SQL 的执行过程。可以看到，解析的过程是一个非常消耗资源的过程。因此，oracle在解析用户提交的SQL语句的过程中，如果对每次出现的新的SQL语句，都按照标准过程完整的从头到尾解析一遍的话，效率太低，尤其随着并发用户数量的增加、数据量的增加，数据库的整体性能将直线下降。
oracle对SQL语句进行了概括和抽象，将SQL语句提炼为两部分，一部分是SQL语句的静态部分，也就是SQL语句本身的关键词、所涉及的表名称以及表的列等。另一部分就是SQL语句的动态部分，也就是SQL语句中的值（即表里的数据）。很明显的，整个数据库中所包含的对象数量是有限的，而其中所包含的数据则是无限的。而正是这无限的数据导致了SQL语句的千变万化，也就是说在数据库运行的过程中，发生的所有SQL语句中，静态部分可以认为数量是有限的，而动态部分则是无限的。而实际上，动态部分对解析的影响相比静态部分对解析的影响来说是微乎其微，也就是说通常情况下，对于相同的静态部分的SQL 语句来说，不同的动态部分所产生的解析结果（执行计划）基本都是一样的。这也就为oracle提高解析SQL语句的效率提供了方向。
oracle会将用户提交来的SQL语句都缓存在内存中。每次处理新的一条SQL语句时，都会先在内存中查看是否有相同的SQL语句。如果相同则可以减少最重要的解析工作（也就是生成执行计划），从而节省了大量的资源；反之，如果没有找到相同的SQL语句，则必须重新从头到尾进行完整的解析过程。这部分存放SQL语句的内存就叫做共享池（shared pool）。当然，shared pool里不仅仅是SQL语句，还包括管理shared pool的内存结构以及执行计划、控制信息等等内存结构。
当oracle在shared pool中查找相同的SQL语句的过程中，如果SQL语句使用了绑定变量（bind variable），那么就是比较SQL语句的静态部分，前面我们已经知道，静态部分是有限的，很容易就能够缓存在内存里，从而找到相同的SQL语句的概率很高。如果没有使用绑定变量，则就是比较SQL语句的静态部分和动态部分，而动态部分的变化是无限的，因此这样的SQL语句很难被缓存在shared pool里。毕竟内存是有限的，不可能把所有的动态部分都缓存在shared pool里，即便能够缓存，管理这样一个无限大的shared pool也是不可能完成的任务。不使用绑定变量导致的直接结果就是，找到相同的SQL语句的概率很低，导致必须完整的解析SQL语句，也就导致消耗更多的资源。从这里也可以看出，只有我们使用了绑定变量，才真正遵循了oracle引入shared pool的哲学思想，才能够更有效的利用shared pool.
shared pool的大小由初始化参数shared_pool_size决定。10g以后可以不用设定该参数，而只需要指定sga_target，从而oracle 将自动决定shared pool的大小尺寸。在一个很高的层次上来看，shared pool可以分为库缓存（library cache）和数据字典缓存（dictionary cache）。Library cache存放了最近执行的SQL语句、存储过程、函数、解析树以及执行计划等。而dictionary cache则存放了在执行SQL语句过程中，所参照的数据字典的信息，包括SQL语句所涉及的表名、表的列、权限信息等。dictionary cache也叫做row cache，因为这里面的信息都是以数据行的形式存放的，而不是以数据块的形式存放的。对于dictionary cache来说，oracle倾向于将它们一直缓存在shared pool里，不会将它们交换出内存，因此我们不用对它们进行过多的关注。而library cache则是shared pool里最重要的部分，也是在shared pool中进进出出最活跃的部分，需要我们仔细研究。所以，我们在说到shared pool实际上就可以认为是在指library cache.
2.shared pool的内存结构
从一个逻辑层面来看，shared pool由library cache和dictionary cache组成。shared pool中组件之间的关系可以用下图一来表示。从下面这个图中可以看到，当SQL语句（select object_id，object_name from sharedpool_test）进入library cache时，oracle会到dictionary cache中去找与sharedpool_test表有关的数据
图三
当一条SQL语句进入library cache的时候，先将SQL文本转化为对应ASCII数值，然后对该这些ASCII数值进行hash函数的运算，传入函数的是SQL语句的名称（name，对于SQL语句来说其name就是SQL语句的文本）以及命名空间（namespace，对于SQL语句来说是“SQL AREA”，表示共享游标。可以从视图v$librarycache里找到所有的namespace）。运用hash函数后得到一个值，该值就是hash bucket的号码，从而该SQL语句被分配到该号的hash bucket里去。实际上，hash bucket就是通过串连起来的对象句柄才体现出来的，它本身是一个逻辑上的概念，是一个逻辑组，而不像对象是一个具体的实体。oracle根据 shared_pool_size所指定的shared pool尺寸自动计算hash buckets的个数，shared pool越大，则可以挂载的对象句柄就越多。
当某个进程需要处理某个对象时，比如处理一条新进入的SQL语句时，它会对该SQL语句应用hash函数算法，以决定其所在的hash bucket的编号，然后进入该hash bucket进行扫描并比较。有可能会发生该对象的句柄存在，但是句柄所指向的对象已经被交换出内存的情况出现。这时对应的对象必须被再次装载（reload）。也可能该对象的句柄都不存在，这时进程必须重新构建一个对象句柄挂到hash bucket上，然后再重新装载对象。SQL语句相关的对象有很多（最直观的就是SQL语句的文本），这些对象都存放在library cache里，它们都通过句柄来访问。可以把library cache理解为一本书，而SQL语句的对象就是书中的页，而句柄就是目录，通过目录可以快速定位到指定内容的页。
对象句柄存放了对象的名称（name）、对象所属的命名空间（namespace）、有关对象的一些标记（比如对象是否为只读、为本地对象还是远程对象、是否被pin在内存中等等）以及有关对象的一些统计信息等。而且，对象句柄中还存放了当前正在lock住和pin住该对象的用户列表、以及当前正在等待 lock和pin该对象的用户列表。对象句柄中存放的最重要的内容就是指向Heap 0对象的指针了。Heap 0用来存放与对象有直接关系的一些信息，比如对象类型、对象相关的表（比如依赖表、子表等）、指向对象的其他数据块的指针（这些数据块指向了实际存放 SQL文本、PL/SQL代码、错误信息等的大内存块，这些大内存块依次叫做Heap 1、2、3、4等）等信息。
Heap是通过调用服务器进程进行分配的，任何对象都具有heap 0，至于还应该分配哪些其他的heap则是由对象的类型决定的，比如SQL游标具有heap 1和 6，而PL/SQL程序包则具有heap 1、2、3和4.按照heap的使用情况，oracle会在SGA（library cache）、PGA或UGA中分配heap，但是heap 0始终都是在library cache中进行分配的。如果所请求的heap已经在SGA中分配了，则不会在PGA中再次分配heap.Heap是由一个或多个chunk组成的，这些 chunk可以是分散的分布在library cache中的，不需要连续分布。
如上图三中所看到的heap 0实际上是指heap 0的句柄，其中包含的对象包括：
1） object type：library cache中的对象类型包括：表、视图、索引、同名词等等。每个对象只能有一个object type，根据object type将对象归类到不同的namespace里。一个object type对应一个namespace，但是一个namespace可能对应多个object type.这样的话，查找一个对象时，只要在该对象所属的namespace中去找就可以了。比较常见的namespace包括：
a） SQL AREA：也可以叫做CRSR，表示shared cursor，存放共享的SQL语句。
b） TABLE/PROCEDURE：存放的object type包括：table、view、sequence、synonym、 procedure的定义、function的定义以及package的定义。
c） BODY：存放procedure的实际代码、function的实际代码以及package的实际代码。
d） TRIGGER：存放的object type为trigger.
e） INDEX：存放的object type为index.
2） object name：对象名称由三部分组成：
a） Schema的名称，对于共享游标（SQL语句或PL/SQL程序块）来说为空。
b） 对象名称。分为两种情况：对于共享游标（SQL语句或PL/SQL程序块）来说，其对象名称就是SQL的语句本身；而对于其他对象（比如表、视图、索引等）就是其在数据字典中的名称。
c） Database link的名称。这是可选的，如果是本地对象，则为空。
这样，对象的名称的格式为：SCHEMA.NAME@DBLINK.比如，可以为hr.employees@apac.com，也可以为hr.employees等。
3） flags：flags主要用来描述对象是否已经被锁定。对象具有三种类型的flag：
a） public flag：表示对象上没有锁定（pin）或者latch.
b） status flag：表示对象上存在锁定（pin），说明对象正在被创建或删除或修改等。
c） specitial flag：表示对象上存在library cache latch.
4） tables：对每个对象，都会维护以下一串tables中的若干个：
a） dependency table：含有当前对象所依赖的其他对象。比如一个视图可能会依赖其组成的多个表、一个存储过程可能依赖其中所调用的其他存储过程、一个游标可能依赖其中所涉及到的多个表等。Dependency table中的每个条目都指向一块物理内存，该物理内存中含有当前对象所依赖的对象的句柄。
b） child table：含有当前对象的子对象，只有游标具有child table.Child table中的每个条目都指向一个可执行的SQL命令所对应的句柄。
c） translation table：包含当前对象所引用的名称是如何解释为oracle底层对象的名称，只有游标具有translation table.
d） authorization table：包含该对象上所对应的权限，一个条目对应一个权限。
e） access table：对于dependency table中的每一个条目，都会在access table中存在对应的一个或多个条目。比如，假设对象A依赖对象B，那么在A的dependency table和access table中都会存在一个条目指向B.位于access table中的指向B的条目说明了对B具有什么样的访问类型，从而也就说明了用户要执行A则必须具有对B的权限。
f） read-only dependency table：类似于dependency table，但是存放只读的对象。
g） schema name table：包含authorization table中的条目所属的schema.
5） data blocks：对象的其他信息会存放在不同的heap中，为了找到这些heap，会在heap 0中存放多个（最多16个，但是这16个data block不会都用到）data blocks结构，每个data block含有指向这些实际heap内存块的指针。
除了heap 0以外，还有11个heap，根据对象的不同进行分配，并存放了不同的内容：
1） Heap 1：存放PL/SQL对象的源代码。
2） Heap 2：存放PL/SQL对象的解析树，这有个好听的名字： DIANA.
3） Heap 3：存放PL/SQL对象的伪代码。
4） Heap 4：存放PL/SQL对象的基于硬件的伪代码。
5） Heap 5：存放了编译时的错误信息。
6） Heap 6：存放了共享游标对象的SQL文本。
7） Heap 7：可用空间。
8） Heaps 8–11：根据对象的不同而使用的子heap.
我们可以通过查询v$db_object_cache来显示library cache中有哪些对象被缓存，以及这些对象的大小
尺寸。比如，我们可以用下面的SQL语句来显示每个namespace中，大小尺寸排在前3名的对象：
select *
from （select row_number（） over（partition by namespace order by sharable_mem desc） size_rank，
namespace，
sharable_mem，
substr（name， 1， 50） name
from v$db_object_cache
order by sharable_mem desc）
where size_rank <= 3
order by namespace， size_rank；
