Automatic Shared Memory Management

* 출처:
http://www.oracle.com/technology/global/kr/pub/articles/10gdba/week17_10gdba.html

오라클 인스턴스의 메모리 풀에 필요한 만큼의 메모리를 할당하는 작업 때문에 번거로우셨습니까? ? Automatic Shared Memory Management 기능을 이용하여 필요한 영역에 메모리를 자동으로 할당할 수 있습니다.

여러분이 초심자이든, 또는 숙련된 DBA이든 아래와 같은 에러를 최소한 한 번쯤은 경험해 보셨을 것입니다:

ORA-04031: unable to allocate 2216 bytes of shared memory ("shared pool"... ...

또는:

ORA-04031: unable to allocate XXXX bytes of shared memory 
("large pool","unknown object","session heap","frame") 

또는:

ORA-04031: unable to allocate bytes of shared memory ("shared pool",
 "unknown object","joxlod: init h", "JOX: ioc_allocate_pal")

첫 번째 에러의 원인은 명백해 보입니다. shared pool에 할당된 메모리가 사용자 요청에 응답하기에 충분하지 못하기 때문입니다 (이 경우 shared pool의 크기가 문제가 아니라, 바인드된 변수를 사용하지 않는 데 따르는 과도한 파싱 작업으로 인해 발생한 fragmentation이 원인일 수도 있습니다. 이것인 필자가 즐겨 언급하는 주제이긴 하지만, 여기에서는 당면한 과제에 집중하기로 합시다.) 두 번째와 세 번째 에러는 각각 large pool과 Java pool의 공간이 충분하지 못한 것이 원인이 되어 발생합니다. 애플리케이션의 변경 작업을 거치지 않고 이 에러를 해결해야 합니다. 그렇다면 어떤 방법을 사용해야 할까요? 결국 사용 가능한 메모리를 오라클 인스턴스가 사용하는 모든 풀에 어떻게 분배할 것인가의 문제로 귀결됩니다.

어떻게 배분할 것인가?

오라클 인스턴스의 System Global Area (SGA)는 buffer cache, shared pool, Java pool, large pool, redo log buffer 등의 메모리 영역을 포함하고 있습니다. 각각의 풀은 고정된 크기의 운영체제의 메모리 공간을 점유하며, 그 크기는 초기화 매개변수 파일을 통해 DBA가 지정할 수 있습니다. 4종류의 풀(db block buffer cache, shared pool, Java pool, large pool)은 SGA 공간의 대부분을 차지합니다. (redo log buffer는 상대적으로 작은 공간을 사용할 뿐 아니라, 그 성격상 이 문서에서 논의되는 내용과 무관합니다.) DBA는 각각의 영역에 할당된 메모리가 충분한지 점검해야 합니다. 각 영역의 크기를 2GB, 1GB, 1GB, 1GB로 설정하기로 결정한 경우를 가정해 봅시다. 먼저 아래와 같이 초기화 매개변수를 설정하여 데이타베이스 인스턴스의 풀 사이즈를 변경합니다:

db_cache_size = 2g
shared_pool_size = 1g
large_pool_size = 1g
java_pool_size = 1g

이제 이 매개변수를 자세히 분석해 봅시다. 과연 설정된 값이 정확하다는 걸 보증할 수 있을까요? 아마 여러분 모두 나름대로 의심을 품고 있을 것입니다. 실제로 각각의 풀에 필요한 만큼의 공간이 정확히 할당되었다고 자신할 수 있는 이는 아무도 없습니다. 필요한 메모리 공간은 데이타베이스 내부 프로세싱에 따라 결정되며, 이는 시시각각으로 변화하기 때문입니다. 예제를 통해 설명해 보겠습니다. “전형적인” OTLP 데이타베이스 환경에 상대적으로 적은 용량의 메모리가 buffer cache에 할당되어 있습니다. 어느 날, 사용자가 일별 마감 보고서를 작성하기 위해 대규모의 테이블 스캔 작업을 실행합니다. Oracle9i Database는 온라인 상태에서 메모리 할당량을 변경하는 기능을 제공합니다. 전체 메모리 용량이 제한되어 있는 상황에서, DBA는 large pool과 Java pool에 할당된 일부 공간을 buffer cache로 돌리기로 결정합니다:

alter system set db_cache_size = 3g scope=memory;
alter system set large_pool_size = 512m scope=memory;
alter system set java_pool_size = 512m scope=memory;

이 방법은 일시적으로 그 효과를 발휘합니다. 하지만 large pool을 사용하는 RMAN 작업이 야간에 실행되면서 large pool의 용량이 부족해집니다. DBA가 이번에는 db cache의 용량 일부를 large pool에 할당합니다. RMAN 작업은 완료되었지만, 다음에는 Java pool을 사용하는 배치 프로그램이 실행됩니다. Java pool에 관련한 에러를 확인한 DBA는 Java pool과 db cache의 용량을 확보하기 위해 아래와 같이 실행합니다:

alter system set db_cache_size = 2G scope=memory;
alter system set large_pool_size = 512M scope=memory;
alter system set java_pool_size = 1.5G scope=memory;

다음날 아침, OLTP 작업이 재개되고 DBA는 똑같은 과정을 다시 반복해야 합니다! 이러한 악순환의 고리를 끊어버리기 위해 각각의 풀에 최대한의 용량을 영구적으로 할당하는 방법을 고려할 수 있습니다. 하지만 사용 가능한 실제 메모리보다 많은 용량을 SGA 영역에 할당함으로써 스와핑과 페이징이 빈번하게 발생하는 위험을 감수해야만 합니다. 차라리 수작업으로 메모리를 재할당하는 방법이 (번거롭긴 하지만) 적절해 보입니다. 또 다른 방법으로 각 풀에 합리적인 선의 최소 용량을 할당하는 방법을 생각해 볼 수 있습니다. 하지만 요구되는 용량이 증가할 때마다 성능이 저하될 것입니다. 어떤 방법을 사용하든 SGA에 할당된 전체 메모리 용량은 변하지 않는 반면, 각각의 풀에 할당되는 용량은 자주 변경되어야 합니다. 그렇다면, RDBMS가 사용자의 요구를 감지하고 메모리를 자동으로 재할당한다면 작업이 훨씬 수월해지지 않을까요? Oracle Database 10g의 Automatic Shared Memory Management가 바로 이러한 기능을 제공합니다. SGA_TARGET 매개변수를 통해 SGA의 전체 사이즈를 설정하고 나면, SGA 내부의 각 풀은 워크로드를 기준으로 다이내믹하게 관리됩니다. 결국 DBA가 해야 할 일은 SGA_TARGET 매개변수를 설정하는 것 밖에 없게 됩니다.

Automatic Shared Memory Management 설정

예를 통해 설명해 보겠습니다. 먼저, SGA의 전체 크기를 결정합니다. 현재 얼마나 많은 용량이 할당되어 있는지 확인하려면 아래와 같이 입력합니다:

SQL> select sum(value)/1024/1024 from v$sga;

SUM(VALUE)/1024/1024
--------------------
                 500

SGA의 현재 크기는 약 500MB로 설정되어 있으므로 이 수치를 SGA_TARGET에 적용하면 됩니다. 다음으로 아래와 같이 구문을 실행합니다:

alter system set sga_target = 500M scope=both;

위와 같이 설정함으로써, 각각의 풀에 대한 용량을 설정할 필요가 없게 됩니다. 이제 각각의 풀에 관련한 매개변수의 값을 0으로 설정하거나, 해당 항목을 완전히 삭제합니다.

shared_pool_size = 0
large_pool_size = 0
java_pool_size = 0
db_cache_size = 0     

데이타베이스를 다시 시작하고 변경된 설정을 적용합니다. 같은 작업을 Enterprise Manager 10g에서 수행할 수도 있습니다. 데이타베이스 홈 페이지에서 “Administration” 탭을 선택한 후 “Memory Parameter”를 클릭합니다. 메모리 관련 매개변수가 수동 설정되어 있는 경우에는 설정된 항목별로 “Enable” 버튼이 표시될 것입니다. “Automatic Shared Memory Management” 옆에 있는 “Enable” 버튼을 눌러 Automatic Shared Memory Management 기능을 활성화합니다. 나머지 작업은 Enterprise Manager에 의해 자동 수행됩니다. 설정 작업을 마친 후 각 풀의 크기를 확인하려면 아래와 같이 실행합니다:

SQL> select current_size from v$buffer_pool;

CURRENT_SIZE
------------
         340

SQL> select pool, sum(bytes)/1024/1024 Mbytes from v$sgastat group by pool;

POOL             MBYTES
------------ ----------
java pool             4
large pool            4
shared pool         148

설정 작업을 마친 후 각 풀의 크기를 확인하려면 아래와 같이 실행합니다:

그림 1: 초기 할당 결과

이제 오라클에서 사용 가능한 메모리 크기가 500MB에서 300MB로 줄었다고 가정해 봅시다. 먼저 SGA 영역을 위해 설정된 target size를 변경해야 할 것입니다:

alter system set sga_target = 300M scope=both;

다시 메모리 할당 현황을 점검하면 아래와 같은 결과를 확인할 수 있습니다:

SQL> select current_size from v$buffer_pool;

CURRENT_SIZE
------------
         244

SQL> select pool, sum(bytes)/1024/1024 Mbytes from v$sgastat group by pool;

POOL             MBYTES
------------ ----------
java pool             4
large pool            4
shared pool          44

전체 사용 공간은 240+4+4+44 = 296MB로, 전체 용량(300MB)와 거의 일치합니다. SGA_TARGET을 변경한 후의 메모리 할당 내역이 그림 2와 같습니다.

그림 2: SGA size를 300MB로 변경한 후의 할당 결과

풀의 크기는 다이내믹하게 조정됩니다. 워크로드가 증가하면 그에 비례하여 풀의 크기도 증가하고, 다른 풀에 관련된 워크로드가 증가하는 경우에는 줄어들기도 합니다. 이러한 확장/수축 과정은 DBA의 개입 없이 자동적으로 수행됩니다. 앞부분에 설명한 예에서 대량의 large pool을 사용하는 RMAN 작업이 시작되는 경우, large pool은 자동적으로 4MB에서 40MB로 증가합니다. 그림 3에서 보여지는 것처럼, 추가로 필요한 36MB는 db block buffer에서 가져오고, 결과적으로 db block buffer는 줄어들 것입니다.

그림 3: large pool의 수요가 증가하는 경우의 자동 할당 결과

변경되는 풀의 크기는 워크로드에 따라 달라집니다. SGA의 전체 크기도 언제나 SGA_TARGET에서 지정한 최대치를 넘지 않으므로, 실제 메모리보다 많은 영역을 할당하여 과도한 페이징과 스와핑을 발생시키는 문제를 방지할 수 있습니다. SGA_MAX_SIZE 매개변수를 조정하면 SGA_TARGET의 값을 가능한 최대치인 SGA_MAX_SIZE까지 다이내믹하게 증가시킬 수 있습니다. 자동 튜닝을 지원하지 않는 Pool.

SGA에서 관리되는 풀 중 일부는 다이내믹한 변경을 허용하지 않으며, 따라서 명시적으로 설정되어야 합니다. 특히 비표준 블록 사이즈를 갖는 buffer pool과 KEEP / RECYCLE 풀의 경우가 그러합니다. 데이타베이스의 블록 사이즈가 8K인 환경에서, 2K, 4K, 16K, 32K 등의 블록 사이즈를 갖는 풀들을 구성하려면, 수작업으로 설정하는 방법 밖에 없습니다. 이렇게 설정된 풀의 크기는 고정된 값을 유지하며, 부하 수준에 따라 확장되거나 수축되지 않습니다. KEEP/RECYCLE 풀을 구성하는 경우에도 마찬가지입니다. log buffer 역시 다이내믹하게 조정되지 않습니다. 또한 log_buffer 매개변수를 통해 설정된 값은 고정된 값을 유지합니다. (10g에서는 “Streams pool”이라는 새로운 유형의 풀을 지원합니다. 이 풀은 streams_pool_size 매개변수를 통해 설정되며, 역시 자동 메모리 튜닝을 지원하지 않습니다.) 여기서 한 가지 의문이 생깁니다. 비표준 블록 사이즈를 갖는 풀을 설정하는 경우, 다른 풀들에 관련한 메모리 자동 관리 기능에는 어떤 영향이 있을까요? 자동 튜닝이 불가능한 매개변수(예: db_2K_cache_size)를 설정하는 경우, 데이타베이스는 SGA_TARGET에서 이 매개변수의 값을 차감한 후 남은 공간을 활용하여 자동 메모리 관리를 수행합니다. 예를 들어, 아래와 같이 설정된 경우를 가정해 봅시다:

sga_target = 500M
db_2k_cache_size = 50M

다른 풀 관련 매개변수는 설정되어 있지 않은 것으로 가정합니다. 이 경우, 2KB buffer pool에 할당된 50MB를 제외한 450MB가 default block size buffer pool(db_cache_size), shared pool, Java pool, large pool 등의 자동 관리에 이용됩니다. 자동 튜닝이 불가능한 매개변수에 변경이 발생하는 경우, 자동 튜닝에 사용되는 메모리 크기 역시 변경됩니다. 예를 들어, db_2K_cache_size의 값을 50MB에서 100MB로 변경하면, shared pool, large pool, default buffer pool에 사용되는 메모리 크기는 450MB에서 400MB로 자동 변경됩니다 (그림 4 참조).

그림 4: 자동 튜닝을 지원하지 않는 버퍼 매개변수를 변경한 경우하지만 메모리가 충분하거나, 위에서 언급한 위험요소를 걱정할 필요가 없다면 Automatic Memory Management 기능을 사용하지 않아도 무방합니다. 이 경우 SGA_TARGET 매개변수를 정의하지 않거나 그 값을 (ALTER SYSTEM 명령을 통해서, 또는 매개변수 파일 편집을 통해서) 0으로 설정하면 됩니다. SGA_TARGET이 0으로 설정되면, 각 풀의 현재 크기가 매개변수 값으로 자동 설정됩니다.

Enterprise Manager의 활용 Enterprise Manager 10g을 이용해서 이 매개변수들을 조작할 수도 있습니다. 데이타베이스 홈 페이지에서 “Memory Parameters”를 클릭하면 그림 5와 같은 화면이 표시됩니다.

Enterprise Manager 10g을 이용해서 이 매개변수들을 조작할 수도 있습니다. 데이타베이스 홈 페이지에서 “Memory Parameters”를 클릭하면 그림 5와 같은 화면이 표시됩니다.

붉은색 원으로 표시된 항목을 참고하시기 바랍니다. 데이타베이스는 Automatic Shared Memory Management 모드로 동작하고 있으며 전체 메모리 크기는 564MB로, SGA_TARGET 매개변수에 설정된 값과 동일합니다. 이 화면에서 설정값을 수정하고 Apply 버튼을 누르면 매개변수 값이 자동으로 조정됩니다. 각 풀의 최소 메모리 크기 지정

SGA_TARGET을 600MB로 설정하고 Automatic Shared Memory Management를 이용하는 경우를 가정해 봅시다. 자동 설정된 풀의 크기가 아래와 같습니다:

풀	사이즈 (MB)
Buffer	404
Java	4
Large	4
Shared	148

Java pool과 large pool의 크기(각각 4MB)가 너무 작다고 판단되는 경우, 각 영역의 최소값을 (8MB, 16MB 등으로) 설정하여 온라인 상태에서 적용할 수 있습니다. 아래와 같이 ALTER SYSTEM 명령을 통해 최소값을 명시하면 그 결과가 다이내믹하게 적용됩니다:

alter system set large_pool_size = 16M;
alter system set java_pool_size = 8M;

이제 풀의 크기를 다시 조회하면 아래와 같이 달라진 것을 확인할 수 있습니다:

SQL> select pool, sum(bytes)/1024/1024 Mbytes from v$sgastat group by pool;

POOL             MBYTES
------------ ----------
java pool             8
large pool           16
shared pool         148

SQL> select current_size from v$buffer_pool;

CURRENT_SIZE
------------
         388

재할당된 풀의 메모리 크기가 아래와 같습니다:

풀	사이즈 (MB)
Buffer	388
Java	8
Large	16
Shared	148

Java pool과 large pool은 각각 8MB, 16MB로 재조정되었고, 전체 SGA의 크기는 600MB 이하를 유지하고 있습니다 (buffer pool의 크기가 404MB에서 388MB로 감소했습니다). 물론 Automatic Shared Memory Management는 여전히 동작하고 있습니다. 방금 전에 설정한 값은 풀의 최소 크기를 정의한 것이며, 이제 Java pool과 large pool은 8MB, 16MB 이하의 크기로 줄어들지 않을 것입니다. 결론

Oracle SGA에서 관리되는 각 풀의 메모리 요구량은 시스템 상황에 따라 끊임없이 변화합니다. Oracle Database 10g의 Automatic Shared Memory Management 기능은 필요한 영역에 자원을 다이내믹하게 할당함으로써, 시스템 메모리 자원을 보다 효율적으로 이용할 수 있게 합니다. 이처럼 메모리 관리를 효율화함으로써 메모리 요구량을 줄이고, 하드웨어 비용을 절감할 수도 있습니다. 다음 주 주제: Automatic Database Diagnostic Monitor (ADDM) 의 Chapter 7을 참고하십시오.