Oracle專家調(diào)優(yōu)秘密
前言
在過去的十年中，Oracle已經(jīng)成為世界上最專業(yè)的數(shù)據(jù)庫之一。對于IT專家來說，就是要確保利用Oracle的強(qiáng)大特性來提高他們公司的生產(chǎn)力。最有效的方法之一是通過Oracle調(diào)優(yōu)。它有大量的調(diào)整參數(shù)和技術(shù)來改進(jìn)你的Oracle數(shù)據(jù)庫的性能。
Oracle調(diào)優(yōu)是一個復(fù)雜的主題。關(guān)于調(diào)優(yōu)可以寫整整一本書，不過，為了改善Oracle數(shù)據(jù)庫的性能，有一些基本的概念是每個Oracle DBA都應(yīng)該遵從的。
在這篇簡介中，我們將簡要地介紹以下的 Oracle 主題：
-- 外部調(diào)整：我們應(yīng)該記住Oracle并不是單獨(dú)運(yùn)行的。因此我們將查看一下通過調(diào)整Oracle服務(wù)器以得到高的性能。
-- Row re-sequencing以減少磁盤I/O：我們應(yīng)該懂得Oracle調(diào)優(yōu)最重要的目標(biāo)是減少I/O。
-- Oracle SQL調(diào)整。Oracle SQL調(diào)整是Oracle調(diào)整中最重要的領(lǐng)域之一，只要通過一些簡單的SQL調(diào)優(yōu)規(guī)則就可以大幅度地提升SQL語句的性能，這是一點(diǎn)都不奇怪的。
-- 調(diào)整Oracle排序：排序?qū)τ贠racle性能也是有很大影響的。
-- 調(diào)整Oracle的競爭：表和索引的參數(shù)設(shè)置對于UPDATE和INSERT的性能有很大的影響。
我們首先從調(diào)整Oracle外部的環(huán)境開始。如果內(nèi)存和CPU的資源不足的話，任何的Oracle調(diào)整都是沒有幫助的。
外部的性能問題
Oracle并不是單獨(dú)運(yùn)行的。Oracle數(shù)據(jù)庫的性能和外部的環(huán)境有很大的關(guān)系。這些外部的條件包括有：
．CPU -- CPU 資源的不足令查詢變慢。當(dāng)查詢超過了Oracle服務(wù)器的CPU性能時，你的數(shù)據(jù)庫性能就受到CPU的限制。
．內(nèi)存 -- 可用于Oralce的內(nèi)存數(shù)量也會影響SQL的性能，特別是在數(shù)據(jù)緩沖和內(nèi)存排序方面。
．網(wǎng)絡(luò) -- 大量的Net8通信令SQL的性能變慢。
許多新手都錯誤的認(rèn)為應(yīng)該首先調(diào)整Oracle數(shù)據(jù)庫，而不是先確認(rèn)外部資源是否足夠。實(shí)際上，如果外部環(huán)境出現(xiàn)瓶頸，再多的Oracle調(diào)整都是沒有幫助的。
在檢查Oracle的外部環(huán)境時，有兩個方面是需要注意的：
1 、當(dāng)運(yùn)行隊列的數(shù)目超過服務(wù)器的CPU數(shù)量時，服務(wù)器的性能就會受到CPU的限制。補(bǔ)救的方法是為服務(wù)器增加額外的CPU或者關(guān)閉需要很多處理資源的組件，例如 Oracle Parallel Query 。
2 、內(nèi)存分頁。當(dāng)內(nèi)存分頁時，內(nèi)存容量已經(jīng)不足，而內(nèi)存頁是與磁盤上的交換區(qū)進(jìn)行交互的。補(bǔ)救的方法是增加更多的內(nèi)存，減少Oracle SGA的大小，或者關(guān)閉Oracle的多線程服務(wù)器。
可以使用各種標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器工具來得到服務(wù)器的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，例如 vmstat,glance,top 和 sar 。 DBA的目標(biāo)是確保數(shù)據(jù)庫服務(wù)器擁有足夠的CPU和內(nèi)存資源來處理Oracle的請求。
以下讓我們來看一下Oracle的row-resequencing是如何能夠極大地減少磁盤I/O的。
Row-resequencing （行的重新排序）
就象我們上面提到的，有經(jīng)驗(yàn)的Oracle DBA都知道I/O是響應(yīng)時間的最大組成部分。其中磁盤I/O特別厲害，因?yàn)楫?dāng)Oracle由磁盤上的一個數(shù)據(jù)文件得到一個數(shù)據(jù)塊時，讀的進(jìn)程就必須等待物理I/O操作完成。磁盤操作要比數(shù)據(jù)緩沖慢10,000倍。因此，如果可以令I(lǐng)/O最小化，或者減少由于磁盤上的文件競爭而帶來的瓶頸，就可以大大地改善Oracle數(shù)據(jù)庫的性能。
如果系統(tǒng)響應(yīng)很慢，通過減少磁盤I/O就可以有一個很快的改善。如果在一個事務(wù)中通過按一定的范圍搜索 primary-key索引來訪問表，那么重新以CTAS的方法組織表將是你減少I/O的首要策略。通過在物理上將行排序?yàn)楹蚿rimary-key索引一樣的順序，就可以加快獲得數(shù)據(jù)的速度。
就象磁盤的負(fù)載平衡一樣，行的重新排序也是很簡單的，而且也很快。通過與其它的DBA管理技巧一起使用，就可以在高I/O的系統(tǒng)中大大地減少響應(yīng)的時間。
在高容量的在線事務(wù)處理環(huán)境中（online transaction processing，OLTP），數(shù)據(jù)是由一個primary索引得到的，重新排序表格的行就可以令連續(xù)塊的順序和它們的primary索引一樣，這樣就可以在索引驅(qū)動的表格查詢中，減少物理I/O并且改善響應(yīng)時間。這個技巧僅在應(yīng)用選擇多行的時候有用，或者在使用索引范圍搜索和應(yīng)用發(fā)出多個查詢來得到連續(xù)的key時有效。對于隨機(jī)的唯一primary-key（主鍵）的訪問將不會由行重新排序中得到好處。
讓我們看一下它是如何工作的?？紤]以下的一個SQL的查詢，它使用一個索引來得到100行：
select salary from employee where last_name like 'B%';
這個查詢將會使用last_name_index，搜索其中的每一行來得到目標(biāo)行。這個查詢將會至少使用100次物理磁盤的讀取，因?yàn)閑mployee的行存放在不同的數(shù)據(jù)塊中。
不過，如果表中的行已經(jīng)重新排序?yàn)楹蚻ast_name_index的一樣，同樣的查詢又會怎樣處理呢？我們可以看到這個查詢只需要三次的磁盤I/O就讀完全部100個員工的資料（一次用作索引的讀取，兩次用作數(shù)據(jù)塊的讀取），減少了97次的塊讀取。
重新排序帶來的性能改善的程度在于在你開始的時候行的亂序性如何，以及你需要由序列中訪問多少行。至于一個表中的行與索引的排序鍵的匹配程度，可以查看數(shù)據(jù)字典中的dba_indexes和dba_tables視圖得到。
在dba_indexes的視圖中，查看clustering_factor列。如果clustering_factor的值和表中的塊數(shù)目大致一樣，那么你的表和索引的順序是一樣的。不過，如果clustering_factor的值接近表中的行數(shù)目，那就表明表格中的行和索引的順序是不一樣的。
行重新排序的作用是不可以小看的。在需要進(jìn)行大范圍的索引搜索的大表中，行重新排序可以令查詢的性能提高三倍。
一旦你已經(jīng)決定重新排序表中的行，你可以使用以下的工具之一來重新組織表格。
. 使用Oracle的Create Table As Select(CTAS)語法來拷貝表格
. Oracle9i自帶的表格重新組織工具
以下，我們來看以下 SQL 語句的調(diào)優(yōu)。
SQL調(diào)優(yōu)
Oracle的SQL調(diào)優(yōu)是一個復(fù)雜的主題，甚至是需要整本書來介紹Oracle SQL調(diào)優(yōu)的細(xì)微差別。不過有一些基本的規(guī)則是每個Oracle DBA都需要跟從的，這些規(guī)則可以改善他們系統(tǒng)的性能。SQL調(diào)優(yōu)的目標(biāo)是簡單的：
. 消除不必要的大表全表搜索：不必要的全表搜索導(dǎo)致大量不必要的I/O，從而拖慢整個數(shù)據(jù)庫的性能。調(diào)優(yōu)專家首先會根據(jù)查詢返回的行數(shù)目來評價SQL。在一個有序的表中，如果查詢返回少于40%的行，或者在一個無序的表中，返回少于7%的行，那么這個查詢都可以調(diào)整為使用一個索引來代替全表搜索。對于不必要的全表搜索來說，最常見的調(diào)優(yōu)方法是增加索引。可以在表中加入標(biāo)準(zhǔn)的B樹索引，也可以加入bitmap和基于函數(shù)的索引。要決定是否消除一個全表搜索，你可以仔細(xì)檢查索引搜索的I/O開銷和全表搜索的開銷，它們的開銷和數(shù)據(jù)塊的讀取和可能的并行執(zhí)行有關(guān)，并將兩者作對比。在一些情況下，一些不必要的全表搜索的消除可以通過強(qiáng)制使用一個index來達(dá)到，只需要在SQL語句中加入一個索引的提示就可以了。
. 在全表搜索是一個最快的訪問方法時，將小表的全表搜索放到緩存中，調(diào)優(yōu)專家應(yīng)該確保有一個專門的數(shù)據(jù)緩沖用作行緩沖。在Oracle7中，你可以使用alter table xxx cache語句，在Oracle8或以上，小表可以被強(qiáng)制為放到KEEP池中緩沖。
. 確保最優(yōu)的索引使用：對于改善查詢的速度，這是特別重要的。有時Oracle可以選擇多個索引來進(jìn)行查詢，調(diào)優(yōu)專家必須檢查每個索引并且確保Oracle使用正確的索引。它還包括bitmap和基于函數(shù)的索引的使用。
. 確保最優(yōu)的JOIN操作：有些查詢使用NESTED LOOP join快一些，有些則是HASH join快一些，另外一些則是sort-merge join更快。
這些規(guī)則看來簡單，不過它們占SQL調(diào)優(yōu)任務(wù)的90%，并且它們也無需完全懂得Oracle SQL的內(nèi)部運(yùn)作。以下我們來簡單概覽以下Oracle SQL的優(yōu)化。
我們首先簡要查看 Oracle 的排序，并且看一看排序操作是如何影響性能的。
調(diào)整 Oracle 的排序操作
排序是SQL語法中一個小的方面，但很重要，在Oracle的調(diào)整中，它常常被忽略。當(dāng)使用create index、ORDER BY或者GROUP BY的語句時，Oracle數(shù)據(jù)庫將會自動執(zhí)行排序的操作。通常，在以下的情況下Oracle 會進(jìn)行排序的操作：
使用Order by的SQL語句
使用Group by的SQL語句
在創(chuàng)建索引的時候
進(jìn)行table join時，由于現(xiàn)有索引的不足而導(dǎo)致SQL優(yōu)化器調(diào)用MERGE SORT
當(dāng)與Oracle建立起一個session時，在內(nèi)存中就會為該session分配一個私有的排序區(qū)域。如果該連接是一個專用的連接(dedicated connection)，那么就會根據(jù)init.ora中sort_area_size參數(shù)的大小在內(nèi)存中分配一個Program Global Area(PGA)。如果連接是通過多線程服務(wù)器建立的，那么排序的空間就在large_pool中分配。不幸的是，對于所有的session，用做排序的內(nèi)存量都必須是一樣的，我們不能為需要更大排序的操作分配額外的排序區(qū)域。因此，設(shè)計者必須作出一個平衡，在分配足夠的排序區(qū)域以避免發(fā)生大的排序任務(wù)時出現(xiàn)磁盤排序（disk sorts）的同時，對于那些并不需要進(jìn)行很大排序的任務(wù)，就會出現(xiàn)一些浪費(fèi)。當(dāng)然，當(dāng)排序的空間需求超出了sort_area_size的大小時，這時將會在TEMP表空間中分頁進(jìn)行磁盤排序。磁盤排序要比內(nèi)存排序大概慢14,000 倍。
上面我們已經(jīng)提到，私有排序區(qū)域的大小是有init.ora中的sort_area_size參數(shù)決定的。每個排序所占用的大小由init.ora中的sort_area_retained_size參數(shù)決定。當(dāng)排序不能在分配的空間中完成時，就會使用磁盤排序的方式，即在Oracle實(shí)例中的臨時表空間中進(jìn)行。
磁盤排序的開銷是很大的，有幾個方面的原因。首先，和內(nèi)存排序相比較，它們特別慢；而且磁盤排序會消耗臨時表空間中的資源。Oracle還必須分配緩沖池塊來保持臨時表空間中的塊。無論什么時候，內(nèi)存排序都比磁盤排序好，磁盤排序?qū)钊蝿?wù)變慢，并且會影響Oracle實(shí)例的當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行。還有，過多的磁盤排序?qū)頵ree buffer waits的值變高，從而令其它任務(wù)的數(shù)據(jù)塊由緩沖中移走。
接著，讓我們看一下Oracle的競爭，并且看一下表的存儲參數(shù)的設(shè)置是如何影響SQL UPDATE和INSERT語句的性能的。
調(diào)整 Oracle 的競爭
Oracle 的其中一個優(yōu)點(diǎn)時它可以管理每個表空間中的自由空間。Oracle負(fù)責(zé)處理表和索引的空間管理，這樣就可以讓我們無需懂得Oracle的表和索引的內(nèi)部運(yùn)作。不過，對于有經(jīng)驗(yàn)的Oracle調(diào)優(yōu)專家來說，他需要懂得Oracle是如何管理表的extent和空閑的數(shù)據(jù)塊。對于調(diào)整擁有高的insert或者update的系統(tǒng)來說，這是非常重要的。
要精通對象的調(diào)整，你需要懂得freelists和freelist組的行為，它們和pctfree及pctused參數(shù)的值有關(guān)。這些知識對于企業(yè)資源計劃（ERP）的應(yīng)用是特別重要的，因?yàn)樵谶@些應(yīng)用中，不正確的表設(shè)置通常是DML語句執(zhí)行慢的原因。
對于初學(xué)者來說，最常見的錯誤是認(rèn)為默認(rèn)的Oracle參數(shù)對于所有的對象都是最佳的。除非磁盤的消耗不是一個問題，否則在設(shè)置表的pctfree和pctused參數(shù)時，就必須考慮平均的行長和數(shù)據(jù)庫的塊大小，這樣空的塊才會被有效地放到freelists中。當(dāng)這些設(shè)置不正確時，那些得到的freelists也是"dead"塊，因?yàn)樗鼈儧]有足夠的空間來存儲一行，這樣將會導(dǎo)致明顯的處理延遲。
Freelists對于有效地重新使用Oracle表空間中的空間是很重要的，它和pctfree及pctused這兩個存儲參數(shù)的設(shè)置直接相關(guān)。通過將pctused設(shè)置為一個高的值，這時數(shù)據(jù)庫就會盡快地重新使用塊。不過，高性能和有效地重新使用表的塊是對立的。在調(diào)整Oracle的表格和索引時，需要認(rèn)真考慮究竟需要高性能還是有效的空間重用，并且據(jù)此來設(shè)置表的參數(shù)。以下我們來看一下這些freelists是如何影響Oracle的性能的。
當(dāng)有一個請求需要插入一行到表格中時，Oracle就會到freelist中尋找一個有足夠的空間來容納一行的塊。你也許知道，freelist串是放在表格或者索引的第一個塊中，這個塊也被稱為段頭（segment header）。pctfree和pctused參數(shù)的唯一目的就是為了控制塊如何在freelists中進(jìn)出。雖然freelist link和unlink 是簡單的Oracle功能，不過設(shè)置freelist link(pctused)和unlink(pctfree)對Oracle的性能確實(shí)有影響。
由DBA的基本知識知道，pctfree參數(shù)是控制freelist un-links的（即將塊由freelists中移除）。設(shè)置pctfree=10意味著每個塊都保留10%的空間用作行擴(kuò)展。pctused參數(shù)是控制freelist re-links的。設(shè)置pctused=40意味著只有在塊的使用低于40%時才會回到表格的freelists中。
許多新手對于一個塊重新回到freelists后的處理都有些誤解。其實(shí)，一旦由于一個刪除的操作而令塊被重新加入到freelist中，它將會一直保留在freelist中即使空間的使用超過了60% ，只有在到達(dá)pctfree時才會將數(shù)據(jù)塊由freelist中移走。
表格和索引存儲參數(shù)設(shè)置的要求總結(jié)
以下的一些規(guī)則是用來設(shè)置freelists，freelist groups，pctfree和pctused存儲參數(shù)的。你也知道，pctused和pctfree的值是可以很容易地通過alter table命令修改的，一個好的DBA應(yīng)該知道如何設(shè)置這些參數(shù)的最佳值。
有效地使用空間和高性能之間是有矛盾的，而表格的存儲參數(shù)就是控制這個方面的矛盾：
. 對于需要有效地重新使用空間，可以設(shè)置一個高的pctused值，不過副作用是需要額外的I/O 。一個高的pctused值意味著相對滿的塊都會放到freelist中。因此，這些塊在再次滿之前只可以接受幾行記錄，從而導(dǎo)致更多的I/O。
. 追求高性能的話，可以將pctused設(shè)置為一個低的值，這意味著Oracle不會將數(shù)據(jù)塊放到freelists中直到它幾乎是空的。那么塊將可以在滿之前接收更多的行，因此可以減少插入操作的I/O。要記住Oracle擴(kuò)展新塊的性能要比重新使用現(xiàn)有的塊高。對于Oracle來說，擴(kuò)展一個表比管理freelists消耗更少的資源。
讓我們來回顧一下設(shè)置對象存儲參數(shù)的一些常見規(guī)則：
．經(jīng)常將pctused設(shè)置為可以接收一條新行。對于不能接受一行的free blocks對于我們來說是沒有用的。如果這樣做，將會令Oracle的性能變慢，因?yàn)镺racle將在擴(kuò)展表來得到一個空的塊之前，企圖讀取5個"dead"的free block。
．表格中chained rows的出現(xiàn)意味著pctfree太低或者是db_block_size太少。在很多情況下，RAW和LONG RAW列都很巨大，以至超過了Oracle的最大塊的大小，這時chained rows是不可以避免的。
．如果一個表有同時插入的SQL語句，那么它需要有同時刪除的語句。運(yùn)行單一個一個清除的工作將會把全部的空閑塊放到一個freelist中，而沒有其它包含有任何空閑塊的freelists出現(xiàn)。
．freelist參數(shù)應(yīng)該設(shè)置為表格同時更新的最大值。例如，如果在任何時候，某個表最多有20個用戶執(zhí)行插入的操作，那么該表的參數(shù)應(yīng)該設(shè)置為freelists=20。
應(yīng)記住的是freelist groups參數(shù)的值只是對于Oracle Parallel Server和Real Application Clusters才是有用的。對于這類Oracle，freelist groups應(yīng)該設(shè)置為訪問該表格的Oracle Parallel Server實(shí)例的數(shù)目。