【Oracle Database 12c New Feature】In-Memory Column

Oracle发布的Database 12c最新版本12.1.0.2中正式引入了IMCS（列式内存）功能，正是在刚发布的时候被称为In-Memory Database Option的选件。 到底什么是IMCS？跟SAP HANA不一样吗？ IMCS是SGA中的一块新的独立区域，就跟众所周知的Buffer Cache或者Shared Po

Oracle发布的Database 12c最新版本12.1.0.2中正式引入了IMCS（列式内存）功能，正是在刚发布的时候被称为In-Memory Database Option的选件。

到底什么是IMCS？跟SAP HANA不一样吗？

IMCS是SGA中的一块新的独立区域，就跟众所周知的Buffer Cache或者Shared Pool一样，IMCS更接近于Buffer Cache，就是缓存表或者表分区或者物化视图中的数据的，但是不同的地方是在IMCS中缓存的数据格式并不是按照传统的行方式，而是按照列方式来缓存的。更简单地说，现在Oracle数据库在内存中既可以缓存行式数据也可以缓存列式数据了，但是在磁盘中存储的始终只有一份行式数据，这是Oracle IMCS与SAP HANA或者Sybase IQ等列式内存数据库截然不同的地方。

Oracle在磁盘中始终只有一份行式数据，只是在缓存到内存中的时候，可以选择附加一份列式缓存。请注意，这里提及的“附加”一词，意味着，Oracle数据库以前的所有行为都没有发生变化，应该缓存到Buffer Cache（传统的行式缓存）中的还是会缓存到Buffer Cache中，只是如果设置了某张表也需要一份列式缓存，那么Oracle会额外维护一份该表的列式数据，这份数据就是存在SGA的新区域In-Memory Area中。这份数据只会保存在内存中，一旦数据库实例重启，这部分内存会重新加载（按照不同的设置，可以是一启动就立刻加载，也可以使用到再加载）。

Oracle需要保证效率的地方是当大量的DML产生时，额外的这部分列式缓存如何高效地保持更新和同步，特别是在RAC环境中更会是一个挑战，Oracle并没有透露更多关于这方面的信息，所有一切唯有等待真正应用的测试。

本文主要通过解释跟IMCS相关的数据库初始化参数，来介绍其中的知识。包括隐含参数，总共有115个参数跟inmemory相关（wow!）。

SQL> @p "inmemory"
 
NAME                                                         VALUE
------------------------------------------------------------ ----------------------------------------
_inmemory_check_prot_meta                                    FALSE
_inmemory_private_journal_quota                              100
_inmemory_private_journal_sharedpool_quota                   20
_inmemory_private_journal_numbkts                            512
_inmemory_private_journal_numgran                            128
_inmemory_jscan                                              0
_inmemory_pin_hist_mode                                      16
_inmemory_txn_checksum                                       0
_inmemory_buffer_waittime                                    100
_inmemory_cu_timeout                                         100
_inmemory_cudrop_timeout                                     1000
_inmemory_exclto_timeout                                     1000
_inmemory_num_hash_latches                                   256
_inmemory_strdlxid_timeout                                   0
_inmemory_incremental_repopulation                           FALSE
_inmemory_lock_for_smucreate                                 FALSE
_inmemory_auto_distribute                                    TRUE
_inmemory_autodist_2safe                                     FALSE
_inmemory_distribute_timeout                                 300
_inmemory_distribute_ondemand_timeout                        300
inmemory_size                                                218103808
_inmemory_64k_percent                                        30
_inmemory_min_ima_defersize                                  0
_inmemory_memprot                                            TRUE
_inmemory_analyzer_optimize_for                              0
_inmemory_default_flags                                      8459
_inmemory_default_new                                        FALSE
inmemory_clause_default
inmemory_force                                               DEFAULT
inmemory_query                                               ENABLE
_inmemory_query_scan                                         TRUE
_inmemory_scan_override                                      FALSE
_inmemory_scan_threshold_percent_noscan                      50
_inmemory_small_segment_threshold                            65536
_inmemory_query_fetch_by_rowid                               FALSE
_inmemory_pruning                                            ON
_inmemory_enable_sys                                         FALSE
_inmemory_populate_fg                                        FALSE
_inmemory_pga_per_server                                     536870912
inmemory_max_populate_servers                                1
_inmemory_servers_throttle_pgalim_percent                    55
inmemory_trickle_repopulate_servers_percent                  1
_inmemory_populate_wait                                      FALSE
_inmemory_populate_wait_max                                  600
_inmemory_imco_cycle                                         120
_inmemory_enable_population_verify                           1
_inmemory_log_level                                          1
_inmemory_fs_verify                                          FALSE
_inmemory_force_fs                                           FALSE
_inmemory_force_fs_tbs                                       SYSAUX
_inmemory_force_fs_tbs_size                                  1073741824
_inmemory_fs_raise_error                                     FALSE
_inmemory_fs_nodml                                           FALSE
_inmemory_fs_enable                                          FALSE
_inmemory_fs_enable_blk_lvl_inv                              TRUE
_inmemory_fs_blk_inv_blkcnt
_inmemory_fs_blk_inv_blk_percent                             20
_inmemory_enable_stat_alert                                  FALSE
_inmemory_imcu_align                                         TRUE
_inmemory_max_populate_retry                                 3
_inmemory_imcu_target_rows                                   1048576
_inmemory_imcu_target_bytes                                  0
_inmemory_imcu_source_extents                                0
_inmemory_imcu_source_blocks                                 0
_inmemory_imcu_source_minbytes                               1048576
_inmemory_imcu_populate_minbytes                             5242880
_inmemory_imcu_source_analyze_bytes                          134217728
_inmemory_imcu_target_maxrows                                8388608
_inmemory_imcu_source_maxbytes                               536870912
_inmemory_max_queued_tasks                                   208
_inmemory_repopulate_threshold_rows
_inmemory_repopulate_threshold_blocks
_inmemory_pct_inv_rows_invalidate_imcu                       50
_inmemory_pct_inv_blocks_invalidate_imcu                     100
_inmemory_repopulate_threshold_mintime_factor                5
_inmemory_repopulate_threshold_mintime                       0
_inmemory_repopulate_threshold_scans                         0
_inmemory_repopulate_priority_scale_factor                   100
_inmemory_repopulate_invalidate_rate_percent                 100
_inmemory_repopulate_priority_threshold_row                  20
_inmemory_repopulate_priority_threshold_block                40
_inmemory_repopulate_threshold_rows_percent                  5
_inmemory_repopulate_threshold_blocks_percent                10
_inmemory_repopulate_disable                                 FALSE
_inmemory_check_protect                                      FALSE
_inmemory_checksum                                           FALSE
_inmemory_validate_fetch                                     FALSE
_inmemory_journal_row_logging                                FALSE
_inmemory_journal_check                                      0
_inmemory_rows_check_interrupt                               1000
_inmemory_dbg_scan                                           0
_inmemory_segment_populate_verify                            0
_inmemory_query_check                                        0
_inmemory_test_verification                                  0
_inmemory_invalidate_cursors                                 TRUE
_inmemory_prepopulate_fg                                     0
_inmemory_prepopulate                                        TRUE
_inmemory_trickle_repopulate                                 TRUE
_inmemory_trickle_repopulate_threshold_dirty_ratio           0
_inmemory_trickle_repopulate_min_interval                    300
_inmemory_trickle_repopulate_fg                              0
_inmemory_force_non_engineered                               FALSE
_inmemory_suppress_vsga_ima                                  FALSE
optimizer_inmemory_aware                                     TRUE
_optimizer_inmemory_table_expansion                          TRUE
_optimizer_inmemory_gen_pushable_preds                       TRUE
_optimizer_inmemory_autodop                                  TRUE
_optimizer_inmemory_access_path                              TRUE
_optimizer_inmemory_quotient                                 0
_optimizer_inmemory_pruning_ratio_rows                       100
_parallel_inmemory_min_time_threshold                        AUTO
_parallel_inmemory_time_unit                                 1
_optimizer_inmemory_bloom_filter                             TRUE
_optimizer_inmemory_cluster_aware_dop                        TRUE
_optimizer_inmemory_minmax_pruning                           TRUE
 
115 ROWS selected.

先将注意力放在非隐含参数上，总共是7个参数（Phew!）。

SQL> SHOW parameter inmemory
 
NAME                                               TYPE        VALUE
-------------------------------------------------- ----------- --------------------------------------------------
inmemory_clause_default                            string
inmemory_force                                     string      DEFAULT
inmemory_max_populate_servers                      INTEGER     1
inmemory_query                                     string      ENABLE
inmemory_size                                      big INTEGER 208M
inmemory_trickle_repopulate_servers_percent        INTEGER     1
optimizer_inmemory_aware                           BOOLEAN     TRUE

inmemory_clause_default

该参数主要设置IMCS的一些默认参数值，这些默认值在今后为新的表或者分区设置IMCS时会自动参考。该参数默认值为空，表示除非在建表时明确指定要使用IMCS，否则不会将表缓存到列式内存中。该参数的设置可选项包括：

NO INMEMORY：与默认值效果一样，除非在建表时明确指定要使用IMCS，否则不会将表缓存到列式内存中。

INMEMORY：表示默认建表时就会使用IMCS，除非建表时明确指定“NO INMEMORY”。如果设置为该值，就可以继续设置如下这些其它的IMCS参数值。

NO MEMCOMPRESS | MEMCOMPRESS FOR { DML | QUERY [ LOW | HIGH ] | CAPACITY [LOW | HIGH] }： 表示在IMCS中缓存的列式数据是否需要压缩，如果压缩，采取何种压缩模式。

PRIORITY { NONE | LOW | MEDIUM | HIGH | CRITICAL }：优先级表示Oracle将表数据加载到列存中的积极性，Oracle会最优先考虑CRITICAL级别的加载，最后才进行NONE级别的加载。要知道内存毕竟是有限的，因此将那些必须要缓存到列存中的表设置为CRITICAL是更好的选择。

DISTRIBUTE [ AUTO | BY ROWID RANGE | BY PARTITION | BY SUBPARTITION ]：该参数只对RAC环境有效，指定IMCS中的数据在RAC环境多个节点的内存中如何分布。分别表示自动|按照ROWID范围|按照分区|按照子分区等方式在多个节点内存中缓存数据。

NO DUPLICATE | DUPLICATE [ ALL ]：该参数只对RAC环境有效，指定IMCS中的数据在RAC环境多个节点中是否要镜像。默认为NO DUPLICATE，也就是一份数据只会在多个节点中维护一份缓存，DUPLICATE表示维护两份相同的缓存，而DUPLICATE ALL则表示在所有节点内存中都维护一份相同的缓存。注意：在非Oracle工程系统（比如Exadata）中，只能是NO DUPLICATE效果，即使设置了DUPLICATE也不生效。

示例命令：

ALTER system SET
INMEMORY_CLAUSE_DEFAULT='INMEMORY MEMCOMPRESS FOR CAPACITY HIGH'
scope=BOTH;

inmemory_force

INMEMORY_FORCE = { DEFAULT | OFF } 当设置为默认值DEFAULT时，明确指定了INMEMORY的表和物化视图会缓存到IMCS中；如果设置为OFF，则表示全局禁用IMCS，意味着即使在表和物化视图上指定了INMEMORY，也不会缓存到In-Memory Area中。可以看到，这个参数没有提供全局打开IMCS的选项。

inmemory_max_populate_servers

该参数定义后台启动的用于将表数据加载至In-Memory Area区域中的进程个数，根据文档描述，该参数默认值是min(一般的CPU核数,PGA_AGGREGATE_TARGET/512)，当inmemory_size=0的时候（也就是没有设置In-Memory Area大小的时候），该参数值为0，一旦设置了inmemory_size，该参数会根据上述算法自动设置。 如果该参数为0，则没有后台进程加载数据，表现为V$INMEMORY_AREA视图中的POPULATE_STATUS列始终为POPULATING。 Oracle建议该参数值不能设置过高，否则将导致CPU资源消耗严重。

inmemory_query

该参数用于在SYSTEM级别或者SESSIOn级别指定是否要启动inmemory查询，当设置了inmemory_size之后，该值默认会设置未ENABLE。 该参数可以在会话级别设置，临时启用或者禁用inmemory查询，用以比较两者之间的性能差距。一旦禁用，则即使相应表已经被缓存到In-Memory Area中，Oracle也不会选择扫描该区域。

inmemory_size

该参数用于指定In-Memory Area的大小，默认值为0，意味着默认没有启用IMCS。如同其他的内存相关参数，修改了此参数以后需要重新启动数据库实例才可以生效。该参数最小需要设置为100MB。在多租户环境中，如果是在PDB级别设置了该参数，则表明该PDB可以使用到的最大IMCS，但是注意的是多个PDB的该参数值的总和未必一定要等于在CDB级别的设置，甚至可以超越CDB级别的值。如果没有在PDB级别设置，那么所有PDB都会继承CDB上的该参数值，意味着所有PDB都可以用到所有可用的IMCS。 由于IMCS是列式存储，并且具有强大的压缩功能，因此即使准备将整个数据库的表都缓存到IMCS中，也无需特别大的内存空间。万一内存空间不够，表数据无法缓存到IMCS中，在V$INMEMORY_AREA.POPULATE_STATUS字段中可以发现“OUT OF MEMORY”字样。 实际上在绝大多数情况下，启用IMCS只需要设置这一个初始化参数即可，设置足够大的内存空间，然后尽情地Cache那些想缓存的表吧。

inmemory_trickle_repopulate_servers_percent

该参数定义后台用于重新加载IMCS中数据的进程负载，该参数值是一个相对于inmemory_max_populate_servers参数值的百分比。举例说，如果inmemory_max_populate_servers=10，而inmemory_trickle_repopulate_servers_percent=5，则意味着有10*0.05=0.5个进程会负责重新加载。什么是0.5个进程，实际上就是重新加载数据的进程负载最多占据一颗CPU的50%。 该参数默认值为1，在大多数场合都是适用的。

optimizer_inmemory_aware

该参数用于限制Oracle优化器对于inmemory功能的感知，默认值为TRUE，如果将该参数修改为FALSE，则Oracle优化器不会考虑使用IMCS，等同于设置OPTIMIZER_FEATURES_ENABLE小于12.1.0.2。

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