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(duì)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(gè)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(gè)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(duì)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(shí)，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(huì)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(cuò)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(shí)，有兩個(gè)方面是需要注意的：
1 、當(dāng)運(yùn)行隊(duì)列的數(shù)目超過服務(wù)器的CPU數(shù)量時(shí)，服務(wù)器的性能就會(huì)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(shí)，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(jì)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(qǐng)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(shí)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(gè)數(shù)據(jù)文件得到一個(gè)數(shù)據(jù)塊時(shí)，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(gè)很快的改善。如果在一個(gè)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(shí)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(gè)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(dòng)的表格查詢中，減少物理I/O并且改善響應(yīng)時(shí)間。這個(gè)技巧僅在應(yīng)用選擇多行的時(shí)候有用，或者在使用索引范圍搜索和應(yīng)用發(fā)出多個(gè)查詢來得到連續(xù)的key時(shí)有效。對(duì)于隨機(jī)的唯一primary-key（主鍵）的訪問將不會(huì)由行重新排序中得到好處。
讓我們看一下它是如何工作的。考慮以下的一個(gè)SQL的查詢，它使用一個(gè)索引來得到100行：
select salary from employee where last_name like 'B%';
這個(gè)查詢將會(huì)使用last_name_index，搜索其中的每一行來得到目標(biāo)行。這個(gè)查詢將會(huì)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(huì)怎樣處理呢？我們可以看到這個(gè)查詢只需要三次的磁盤I/O就讀完全部100個(gè)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(shí)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)數(shù)據(jù)庫的性能。調(diào)優(yōu)專家首先會(huì)根據(jù)查詢返回的行數(shù)目來評(píng)價(jià)SQL。在一個(gè)有序的表中，如果查詢返回少于40%的行，或者在一個(gè)無序的表中，返回少于7%的行，那么這個(gè)查詢都可以調(diào)整為使用一個(gè)索引來代替全表搜索。對(duì)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(gè)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(duì)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(gè)index來達(dá)到，只需要在SQL語句中加入一個(gè)索引的提示就可以了。
. 在全表搜索是一個(gè)最快的訪問方法時(shí)，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(gè)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(duì)于改善查詢的速度，這是特別重要的。有時(shí)Oracle可以選擇多個(gè)索引來進(jìn)行查詢，調(diào)優(yōu)專家必須檢查每個(gè)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(gè)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(shí)，Oracle數(shù)據(jù)庫將會(huì)自動(dòng)執(zhí)行排序的操作。通常，在以下的情況下Oracle 會(huì)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(shí)候
進(jìn)行table join時(shí)，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(gè)session時(shí)，在內(nèi)存中就會(huì)為該session分配一個(gè)私有的排序區(qū)域。如果該連接是一個(gè)專用的連接(dedicated connection)，那么就會(huì)根據(jù)init.ora中sort_area_size參數(shù)的大小在內(nèi)存中分配一個(gè)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(duì)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(jì)者必須作出一個(gè)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(shí)出現(xiàn)磁盤排序（disk sorts）的同時(shí)，對(duì)于那些并不需要進(jìn)行很大排序的任務(wù)，就會(huì)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(shí)，這時(shí)將會(huì)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(gè)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(shí)，就會(huì)使用磁盤排序的方式，即在Oracle實(shí)例中的臨時(shí)表空間中進(jìn)行。
磁盤排序的開銷是很大的，有幾個(gè)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(huì)消耗臨時(shí)表空間中的資源。Oracle還必須分配緩沖池塊來保持臨時(shí)表空間中的塊。無論什么時(shí)候，內(nèi)存排序都比磁盤排序好，磁盤排序?qū)?huì)令任務(wù)變慢，并且會(huì)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)?huì)令free 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(chǔ)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(gè)優(yōu)點(diǎn)時(shí)它可以管理每個(gè)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)對(duì)于企業(yè)資源計(jì)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(duì)于初學(xué)者來說，最常見的錯(cuò)誤是認(rèn)為默認(rèn)的Oracle參數(shù)對(duì)于所有的對(duì)象都是最佳的。除非磁盤的消耗不是一個(gè)問題，否則在設(shè)置表的pctfree和pctused參數(shù)時(shí)，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(huì)被有效地放到freelists中。當(dāng)這些設(shè)置不正確時(shí)，那些得到的freelists也是"dead"塊，因?yàn)樗鼈儧]有足夠的空間來存儲(chǔ)一行，這樣將會(huì)導(dǎo)致明顯的處理延遲。
Freelists對(duì)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(gè)存儲(chǔ)參數(shù)的設(shè)置直接相關(guān)。通過將pctused設(shè)置為一個(gè)高的值，這時(shí)數(shù)據(jù)庫就會(huì)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(duì)立的。在調(diào)整Oracle的表格和索引時(shí)，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(gè)請(qǐng)求需要插入一行到表格中時(shí)，Oracle就會(huì)到freelist中尋找一個(gè)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(gè)塊中，這個(gè)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(duì)Oracle的性能確實(shí)有影響。
由DBA的基本知識(shí)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(gè)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(shí)才會(huì)回到表格的freelists中。
許多新手對(duì)于一個(gè)塊重新回到freelists后的處理都有些誤解。其實(shí)，一旦由于一個(gè)刪除的操作而令塊被重新加入到freelist中，它將會(huì)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(shí)才會(huì)將數(shù)據(jù)塊由freelist中移走。
表格和索引存儲(chǔ)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(chǔ)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(gè)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(chǔ)參數(shù)就是控制這個(gè)方面的矛盾：
. 對(duì)于需要有效地重新使用空間，可以設(shè)置一個(gè)高的pctused值，不過副作用是需要額外的I/O 。一個(gè)高的pctused值意味著相對(duì)滿的塊都會(huì)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(gè)低的值，這意味著Oracle不會(huì)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(duì)于Oracle來說，擴(kuò)展一個(gè)表比管理freelists消耗更少的資源。
讓我們來回顧一下設(shè)置對(duì)象存儲(chǔ)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(duì)于不能接受一行的free blocks對(duì)于我們來說是沒有用的。如果這樣做，將會(huì)令Oracle的性能變慢，因?yàn)镺racle將在擴(kuò)展表來得到一個(gè)空的塊之前，企圖讀取5個(gè)"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(shí)chained rows是不可以避免的。
．如果一個(gè)表有同時(shí)插入的SQL語句，那么它需要有同時(shí)刪除的語句。運(yùn)行單一個(gè)一個(gè)清除的工作將會(huì)把全部的空閑塊放到一個(gè)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(shí)更新的最大值。例如，如果在任何時(shí)候，某個(gè)表最多有20個(gè)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(duì)于Oracle Parallel Server和Real Application Clusters才是有用的。對(duì)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。