Oracle 性能优化——Oracle 基础了解

【前言】

随着Oracle的版本升级，以及系统的迭代更新，业务数据的增加，可能就会到很多Oracle的性能问题。因此我们不仅仅需要知道怎么去发现、解决Oracle性能问题，而这是一个需要长期进行的过程。我们一边学习、工作，一边累计相关的Oracle 相关知识与技能。

一.  了解Oracle

　　1.   Oracle 体系结构

　　作为 Oracle 学习的预备知识，简单了解一下 Oracle 数据库的体系结构是必要的，这对相关Oracle的问题处理十分有益。

　　 　　i.  Oracle 的执行过程

　　　　　 无论 Java 还是 PLSQL，每一条 SQL 语句在客户端都表现为一个上下文区域，或者一个游标， 如下图，是对一条 SQL 语句游标的生命周期的简单描述。

 　　　　　　

• • • 创建游标

　　　　　　　　　　游标是内存中的一块区域，Oracle 利用它来保存 SQL 语句的相关信息。主要包括 SQL 语句的 解析内容、执行计划和一个指向当前记录的指针。

• • • 检查缓存的 SQL 语句

　　　　　　　　　　为了处理多次请求，避免重复的解析，Oracle 维护一个缓存，来保存最近执行的 SQL 语句以及 对应的执行计划。这个缓存保存在共享池中（shared pool）。

• • • 解析 SQL 语句

　　　　　　　　　解析 SQL 语句主要包括：

　　　　　　　　　　a. 检查 SQL 语句的语法是否有效。

　　　　　　　　　　b. 检查 SQL 语句在语义上是否有效。

　　　　　　　　　　c. 检查用户是否具有对相关对象执行给定操作的安全权限。

　　　　　　　　　　d. 确定 SQL 语句的执行计划。

• • • 关联绑定变量

　　　　　　　　　　当 SQL 语句中包含变量，在每次执行时可以变化。通常这些变量都是 SQL 语句的参数，我们通 常使用绑定变量 (bind variable) 的方式来指定这些变量。

• • • 执行 SQL 语句

　　　　　　　　  当执行的是 DML 语句（insert，update，delete，merge），执行这条语句后将导致 SQL 立即变 动，尽管在 commit 语句执行前这个变更不会被持久化。 当执行的查询语句（select），执行这条语句只是为了提取（fetch）操作准备好游标。

• • • 提取记录

　　　　　　　　　　从程序角度看，数据返回给客户端是由 fetch 调用完成的，fetch 调用从数据库提取数据，可以 是一条或者多条。在内部，Oracle 可以从高速缓存中提取数据，客户端结果缓存（client-side result cache）或者服务器端结果缓存（server-side result cache）中返回这个结果集。

• • • 处理结果集

　　　　　　　　　　SQL 查询的输出被称为结果集，结果集包含行和列，可以认为它是一个包含查询结果的临时表。

• • • 关闭游标

　　　　　　　　　　关闭游标会释放与该游标相关的所有内存。

　　　　　　基于 SQL 语句的执行过程，不考虑 SQL 本身，从优化 Oracle API 调用的角度看，应用程序访 问 Oracle 数据库，主要有下面三种方式来取得最佳性能。

• • • 尽量确保 SQL 语句在应用中都可重用。这可以降低对 Oracle 的解析调用，从而降低 CPU 的开销和数据库的争用。
    • 尽量使用绑定变量，以确保 SQL 语句可以在会话内部以及在会话之间实现共享。这样可以 提高在共享池中找到相匹配的 SQL 语句的机会，从而降低解析操作的开销。
    • 尽可能利用批量提取来提高查询和插入操作的性能。使用批量提取功能可以降低对 Oracle 的调用次数，也可以降低网络流量。

　

　　　　ii. Oracle服务器体系结构

　　　　　　下图简单描述了 Oracle 服务器的体系结构，包括主要的内存区域、进程、磁盘文件和相关的数 据流。 

• • 实例与数据库

　　　　　　Oracle 数据库由一组逻辑的数据模式组成，所有的数据模式都存储在一组特定的数据文件上。 通常每个模式描述一个应用的数据模型。 Oracle 数据库实例是运行中的 Oracle 软件的一个单次发生，它由一个共享内存区域和各种 Oracle 后台进程组成。 非 RAC (Real Application Cluster，真正应用集群)环境数据库和实例是一对一关系，而 RAC 环 境一个数据库由多个实例组成。

• • 系统全局区

　　　　　　SGA (System Global Area) 是一个所有 Oracle 会话都可以访问的共享内存区域。SGA 包括多 个独立的内存区域，主要有：

• • • 缓冲池

　　　　　　　　　　缓冲区高速缓存，保存数据文件中数据块的副本。

• • • 共享池

　　　　　　　　　　保存缓存的 SQL 和 PLSQL 语句。

• • • 大池

　　　　　　　　　　缓存共享的服务器会话状态、大的 PLSQL 块以及并行执行的消息缓存。

• • • Java 池

　　　　　　　　　　缓存 Java 存储过程和程序。

• • • 重做缓冲区

　　　　　　　　　　缓存没有写到磁盘重做日志文件的日志条目。

• • 数据缓存

　　　　　　Oracle 11g 提供了多个级别的数据缓存。

　　　　　　　　客户端结果集缓存。

　　　　　　　　服务端结果集缓存。

　　　　　　　　缓冲池缓存。

• • 程序全局区

　　　　　　PGA (Program Global Area) 是特定进程可见的内存区域，该区域保存一个进程的数据和进程信 息，该区域不是共享的。主要由排序工作区和临时结果集组成。

• • • 段与文件

　　　　　　　　　　数据保存在数据库中，作为文件保存在磁盘上。在数据库内部，段是各类数据的逻辑容器。

• • • 表

　　　　　　　　　　表是数据库存储的基本逻辑单元，可以代表关系模型（relational model）中的实体（entity）。 Oracle 中有多种表类型，这里我们只介绍堆表（heap table）。堆表中存储的数据没有特定的顺 序，每一条数据都通过 ROWID 唯一标示，也就是说可以通过 ROWID 来的定位记录在磁盘上的 位置。

• • • 索引

　　　　　　　　　　索引的目的是为了 SQL 语句和数据库的性能。Oracle 提供了多种索引结构，这里我们只介绍 B*树索引。B*树索引由层次树状结构组成，每一层都包含指向下一层的指针，最顶层是根节点， 最底层是叶子块，指向他们对应的数据记录。

• • • 块、区间、段

　　　　　　　　　　块是 Oracle 中存储的最小单位。块的大小通常是操作系统块大小的倍数。 区间是逻辑划分的下一级。它是一组连续的块。 段是分配在逻辑结构的一组区间。 可以用下图表示三者之间的逻辑关系：

　　　　　　　　

• • 表空间与数据文件

　　　　　　段必须属于一个特定的表空间。 表空间由多个数据文件组成。 段可以分布在多个数据文件上，但一个区间只能位于一个特定的数据文件中。 表空间和数据文件的关系如下图所示：

　　　　　　

• • • 回滚段

　　　　　　　　　　为了支持 rollback 语句，也就是回滚还没有提交的事务，Oracle 将被修改的数据块的前镜像副 本保存在一个被称为回滚段的结构中。这些段也用来实现一致读（consistent read），以确保查 询期间表上发生的改变不会反映到查询结果中。

• • • 重做日志与归档日志

　　　　　　　　　　Oracle 在提交事务时，使用事务日志来记录事务信息，这个日志被称为重做日志。 当日志上的所有信息都已经写入数据库，并且日志已经归档后，在线日志可以被覆盖掉。 归档日志是在线日志的副本，当出现磁盘故障时可以用它作为时间基点进行数据恢复。

• • • 闪回日志

　　　　　　　　　　闪回日志保存回滚信息，如果发生逻辑损坏，就可以用这个信息，来回滚数据库到之前的某个时 间点。

　　　　iii.应用集群

　　　　RAC (Real Application Cluster，真正应用集群) 数据库是一个共享磁盘的集群数据库。 RAC 数据库的每一个成员都有一个独立的 Oracle 实例，都拥有其独有的共享内存、进程与会话。 所有实例之间共享一组共同的数据文件，这些数据文件通过一个集群文件系统对所有实例都可见。假如数据库由两个节点，通过 Cluster 互联构成，如下图所示：