Oracle數據庫是目前主流的商用數據庫之一，隨著硬件價格的下降，以及Oracle數據庫強大的數據管理能力和良好的平臺支持性，被越來越多的用戶使用。因此，如何使用Oracle數據庫實現一個高效的數據管理平臺，被廣泛關注。下面從Oracle數據庫實例的存儲管理、內存參數設置和日常維護等方面，分析影響數據庫性能的原因，從而通過合理的配置，實現一個高效的數據管理平臺。
1、存儲管理
系統(tǒng)的I/O性能是Oracle數據庫系統(tǒng)的性能瓶頸之一，選擇高速可靠的存儲設備，是解決數據庫性能問題的重要手段，在已有存儲設備的基礎上，如何合理的配置，也是提高Oracle數據庫性能的有效手段。
1.1 使用磁盤陣列
在數據庫服務器上，使用冗余獨立/廉價磁盤陣列（Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks，RAID)配置磁盤幾乎已經成為一種規(guī)范，使用磁盤陣列可以改進性能和可用性。但是，選擇單塊磁盤時，應該根據數據庫需要存儲的數據量的大小來選擇磁盤容量，過大的容量會帶來不適當的冗余和較差的性能。同時，要根據數據庫的特點，選擇合適的RAID級別。RAID 5對于有大量讀操作的應用程序可以獲得最大的性能，這是一種低成本的解決方案，但是對于大量寫操作的Oracle應用程序，效率并不高。RAID 10是先鏡像，然后再對其進行分段，這是最常見的Oracle OLTP產品的RAID級別。它通過將RAID 0的磁盤I/O分段優(yōu)勢融入到RAID 1帶來的鏡像，結合了這個兩個RAID級別的優(yōu)點。在高讀/寫量的環(huán)境（如OLAP)中，由于對數據的小規(guī)模訪問會很頻繁，建議使用RAID 10。在硬件條件允許的情況下，還可以使用RAID 10或者RAID 5的改進方案。對于使用了磁盤陣列，不再需要把磁盤陣列上的一個邏輯設備分割成操作系統(tǒng)的多個盤區(qū)，因為這樣做會增加必須管理的數據文件位置的數量，從而使得系統(tǒng)I/O性能下降。
1.2 關鍵數據文件分開存儲
為了更有效地在文件系統(tǒng)上操作Oracle數據庫，應該把關鍵的數據文件分布到可用的文件系統(tǒng)中。以下元素關聯的文件應該盡可能分離：SYSTEM表空間、TEMPORARY表空間、UNDO表空間、聯機重做日志文件（最好放在最快的磁盤上)、操作系統(tǒng)盤、放在ORACLE_HOME目錄下的關鍵ORACLE文件、經常被訪問的表的數據文件、經常被訪問的索引的數據文件、歸檔區(qū)域等。同時，分開存儲數據和索引文件。把關鍵的Oracle數據文件分開放置，這樣可以避免磁盤爭用成為一個“瓶頸”。通過把經常連接的幾個表的表和索引分開放置，保證即使最糟糕的表連接也不會導致磁盤爭用。
1.3 使用本地管理的表空間
在Oracle 8i之前，所有表空間的段的盤區(qū)信息都通過Oracle數據字典進行維護，這樣，發(fā)生在數據庫的段上并關系到盤區(qū)分配的操作，例如擴展或截取一個表，將會導致對數據字典的操作。如果有很多擁有大量盤區(qū)的表被操作時，維護數據字典將會成為這些操作的瓶頸。Oracle 8i推出了新的盤區(qū)管理方式，叫本地管理的盤區(qū)，通過本地管理的盤區(qū)，盤區(qū)管理操作被重新分配到數據文件頭中的位圖塊中，數據庫的每個表空間都只包含自己的盤區(qū)信息，可以使用快速散列進程訪問該信息，而不是使用較慢的基于表的查詢訪問，因而使用本地管理的表空間，可以提高性能�？梢詣�(chuàng)建本地管理的表空間，也可以把數據字典管理的表空間遷移到本地管理的表空間。
1.4 使用分區(qū)來避免磁盤爭用
分區(qū)技術是基于海量數據的數據庫系統(tǒng)（比如數據倉庫或者OLAP系統(tǒng))中最重要的一個技術，很難想象，在一個存儲著上TB或者幾十TB的數據庫中，數據表不使用分區(qū)的情況。分區(qū)可能是提高與大型表有關的性能的最佳方法。通過訪問一個表或索引的較小片段，而不是訪問整個表或索引，分區(qū)可以很好地提高效率。這個策略在一個或多個用戶訪問同一個表的多個部分時特別有效。如果一個表的分區(qū)（片段)位于不同的設備上，吞吐量就會大大增加，分區(qū)還可以被獨立地備份和恢復，這樣可以減少備份期間可能出現的磁盤I/O問題。僅當分區(qū)被正確實現后，才能體現Oracle性能提高的良好優(yōu)點。設計良好的分區(qū)，在數據操作中，可以很好的實現分區(qū)規(guī)避，同時對索引進行分區(qū)，并使用并行選項，可以使分區(qū)功能更強大。為了最小化對一個大表的磁盤I/O，應該把表分割在多個分區(qū)上，這些分區(qū)應該放置在不同的物理磁盤上。
1.5 使用自動存儲管理（Automatic Storage Management，ASM)
在Oracle Database 10g Release 2中，使用自動存儲管理極大地簡化了數據庫的存儲管理和配置。ASM提供了內置于Oracle數據庫內核中的文件系統(tǒng)和卷管理器功能，提供了跨越所有服務器和存儲平臺的簡單存儲管理界面。提供了管理動態(tài)數據庫環(huán)境的靈活性，并且可以有效地提高效率。
ASM主要有以下優(yōu)點：
1)將I/O均勻地分布到所有可用磁盤驅動器以防止產生熱點，并且最大化性能；
2)不再需要過多地進行配置工作，并且最大化推動數據庫合并的利用存儲資源；
3)內在地支持大文件；
4)在增量增加或刪除存儲容量后執(zhí)行自動聯機重分配；
5)維護數據的冗余副本以提高可用性，或者利用第三方的RAID功能。
Oracle數據庫可以包含ASM文件和非ASM文件，任何新的文件都可以創(chuàng)建為ASM文件，已有的文件也可以遷移到ASM。ASM降低了Oracle數據庫的成本和復雜性，并且不會影響到性能或可用性。構建ASM的主要用途是解決數據庫的配置和布局以及IT角色之間的通信。有資料表明，在同樣的硬件條件下，使用ASM比使用操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)的I/O要快26%左右。
總之，通過以上這些配置要么是提高磁盤I/O性能，要么就是減少I/O爭用，以此來提高數據庫性能。
2、內存優(yōu)化
Oracle實例的內存使用對性能起著至關重要的作用。如果未按最佳方式為各種結構分配內存量，性能將急轉直下。分配的內存量不能過少，也不能過多。在較早的數據庫版本中，DBA只有掌握大量的知識，花費大量的時間才能調整內存的使用，但是在11g版本中，內存調整大多可以自動完成。
Oracle實例中的內存使用分為兩類：程序全局區(qū)域（Program Global Area，PGA)和系統(tǒng)全局區(qū)域（System Global Area，SGA)，前者專門供每個會話使用，后者由所有Oracle進程共享。從9i版本開始，PGA的管理實現了自動化，從10g版本開始，SGA的管理實現了自動化，11g版本可同時自動管理PGA和SGA。
2.1 PGA 內存管理
針對Oracle實例的用戶會話由連接到服務器進程的用戶進程組成。用戶進程生成SQL語句，并將它們發(fā)送到服務器進程供執(zhí)行，這就是客戶端與服務器的分工。與服務器進程關聯在一起的是非共享內存塊：PAG。在執(zhí)行SQL語句時，服務器進程使用PGA來存儲會話特有的數據，包括：臨時表、排序表、歸并位圖、變量、調用堆棧。PGA中的某些數據必須使用內存。例如，如果會話的調用堆棧需要內存，那么，相應的內存必須可供使用。而對于其他存儲結構，例如臨時表存儲，使用PGA的效果是不錯的，但PGA并不是必需的，因為可以將數據寫到基于磁盤的存儲結構中，但是這會對性能產生負面影響。Oracle強烈建議使用自動管理PGA內存。實現自動PGA內存管理，需要設置PGA內存分配總量（所有會話需要量之和)的目標，此后，Oracle實例將根據需要，從總量中為會話分配內存，在某個會話執(zhí)行完語句后，此會話使用的PGA可以分配給另一會話。在任何時刻，只有某些已經連接上的會話需要任何可轉讓的PGA內存，即使會話處于閑置狀態(tài)，也都需要一定量的PGA內存來保留當前會話的狀態(tài)，但總體看來，這會留下足夠的空間使正在實際運行語句的會話獲得需要的內存。
使用兩個實例參數來啟用PGA 內存的自動管理：WORKAREA_SIZE_POLICY，PGA_AGGREGAT_TARGET，WORKAREA_SIZE_POLICY的默認值是AUTO，就是自動將PGA分配給用戶，同時力求將PGA分配的總量保持在PGA_AGGREGAT_TARGET范圍以內。
2.2 SGA 內存管理
SGA包含多個內存結構，這些結構的大小可以以獨立方式調整，主要有：共享池、數據庫高速緩存區(qū)、大池 、流池、Java池、日志緩沖區(qū)。分配給大池、Java池和流池的內存與轉讓無關，原因是需要這樣的內存，或者相應的內容不可轉讓。如果這些結構不夠大，將發(fā)生錯誤；如果這些結構過大，也不會提高性能。分配給共享池、數據庫高速緩存區(qū)和日志緩存區(qū)的內存是可以轉讓的；如果達不到最優(yōu)大小，不會發(fā)生錯誤，但性能會因此下降。共享池是一個例外：如果在較長時間內達不到最優(yōu)大小，將會發(fā)生錯誤。
Oracle公司同樣建議對SGA內存進行自動管理。設置SGA的總大小，實例依據總量將內存分配給各個結構，確保不存在因SGA組件不夠大帶來錯誤，且分配大于最小限度的內存使SGA組件可以最佳狀態(tài)執(zhí)行。根據需要調整組件的大小，這樣，如果組件需要更多內存，可以從具有多余空間的組件那里獲取內存。要啟用SGA自動管理，則保留上述內存結構參數的默認值，并設置一個參數，來啟用自動共享內存管理：SGA_TARGET，在使用自動共享內存管理時，實例將監(jiān)視各個SGA組件的內存需求，并根據需要將內存分配給組件，如有必要，會減少內存容量，以便將內存分配總量控制在目標范圍內。包含在目標范圍的還有日志緩沖區(qū)，其大小使用LOG_BUFFER參數進行設置。LOG_BUFFER的默認大小可能是正確的，可將此參數設置得比默認值更大，但這往往會導致性能下降，如果將其設置得低于默認值，將忽略相應設置。
2.3 Automatic Memory Management
使用Automatic Memory Management機制時，通過設置MEMORY_TARGET這個參數，就可以讓Oracle實例在總體上管理服務器內存的使用。這允許Oracle根據需要，在PGA和SGA之間轉換內存，從而將自動PGA管理和自動SGA管理又向前推進了一步。自動內存管理會帶來巨大的性能優(yōu)勢。在實例運行過程中，無法根據活動模式的更改，在SGA和PGA之間手工轉換內存，而且很多系統(tǒng)也無法同時為二者分配足夠的內存，來滿足它們的峰值需求；自動內存管理能夠根據需要，在SGA和PGA之間轉換內存，以便在內存總量允許的范圍內優(yōu)化性能。必須由DBA和系統(tǒng)管理員共同確定總量大小，如果DBA設置的上限過大，以至于操作系統(tǒng)必須將SGA和PGA分頁寫入交換設備，這將會失去意義；系統(tǒng)管理員將建議適當的最大值。
MEMORY_MAX_TARGET參數限制了MEMORY_TARGET參數的最大值不能超過。因此啟用自動內存管理，只要設置一個參數MEMORY_TARGET，而不必設置上面列出的其他參數。
2.4 使用內存顧問程序
Oracle實例收集大量有關活動和性能的信息。這些統(tǒng)計信息收集到內存中，并由MMON（Manageability Monitor)后臺進程定期轉儲到自動工作負荷倉庫（Automatic Workload Repository，AWR)，這些統(tǒng)計信息供內存顧問程序使用。內存顧問程序是計算更改SGA和PGA內存結構大小的效果的工具。AWR工具使用顧問程序制定有關內存分配的決策，DBA可以通過各種視圖或者EntERPrise Management Database Control看到他們。通過查詢V$pga_target_advice、V$sga_target_advice和V$memory_target_advice，可以分別得到最佳的PGA、SGA和內存分配值。如果使用自動內存管理，僅需要查詢最后一個視圖，來確定Oracle實例總內存的最佳分配值。同樣，可以通過EntERPrise Management Database Control，使用顧問程序來收集有關內存分配的建議，通過打開Memory Advisors鏈接，可以分別查找SGA、PGA和Memory的當前設置大小和建議的最佳大小。
3、日常運行和維護
在數據庫的長期運行過程中，隨著數據量的增加，以及數據物理存儲的變化，數據庫的性能會有所下降，所以，對數據庫進行相關的日常維護，也是提高數據庫性能的重要手段。
3.1 歸檔舊的數據
遵循“二八”原則，數據庫中有很多數據很少被訪問到，所以應該對于這些“歷史”數據，進行相應的歸檔操作。如果是已經使用了分區(qū)的表，可以通過分區(qū)合并和拆分，進行數據歸檔。以此來降低查詢數據時的磁盤I/O量，減少DML操作時的鎖沖突，提高數據庫性能。
3.2 管理無效對象和無用對象
決定性能的另一關鍵因素是數據庫中各種對象的狀態(tài)，如果PL/SQL對象是無效的（INVALID)，則會對性能產生負面影響，也可能導致錯誤；如果無法使用索引，那么SQL語句的執(zhí)行速度可能大大降低，并更密集地使用資源。應該識別、了解和修復所有無效對象和不可用的對象。
1)無效對象
存儲的PL/SQL是數據字典中編譯為PL/SQL對象并在其中保持的代碼，可以是過程、函數、觸發(fā)器、程序包或對象類型。這些對象大多數會引用數據對象（例如表)。在編譯對象時，編譯器將檢查器引用的數據對象，以便確認代碼的定義正確。如果編譯時發(fā)現引用的數據對象不存在，會將該對象標記為無效；但是對象可能在創(chuàng)建一段時間之后變得無效。DBA_OBJECTS視圖包含STATUS列，該列標記對象的狀態(tài)是有效還是無效。如果有相關的無效對象，應該進行刪除或者修復。
2)無用的索引
一個索引由若干按照順序排列的索引鍵值組成，其中每個索引鍵值都具有相關聯的rowid，rowid是索引鍵引用的行的物理位置的指針。如果某個表的rowid發(fā)生變化，那么索引就會被標記為無用。索引變得無用的原因有許多種，其中最常見的是使用Alter table……move命令移動了指定的表，會改變所有行的物理位置，因此索引被指向錯誤的位置，對于分區(qū)表的分區(qū)調整，也同樣會產生無用索引。隨著時間的推移，執(zhí)行了許多影響行鍵值的刪除和更新操作，索引往往會變得無用。Oracle會發(fā)現這個錯誤，從而不允許使用該索引。
在Oracle 11g版本中，如果某條SQL語句試圖使用無用的索引，那么查詢會重新使用不需要該索引的執(zhí)行計劃，SQL語句的執(zhí)行總會成功，不過查詢的性能會顯著降低。這種方式由實例參數SKIP_UNUSABLE_INDEXES控制，它的默認值是TRUE。如果希望在查詢中使用到無用索引時返回錯誤消息，那么可以執(zhí)行Alter System Set SKIP_UNUSABLE_INDEXES=FALSE。通過查詢DBA_INDEXES視圖，運行Select owner, index_name from dba_indexes where status=’UNUSABLE’，可以查找變得無用的索引，并使用Alter Index …… Rebuild命令重新創(chuàng)建該索引。重建索引是數據庫正常維護工作的一部分。
3.3 消除數據碎片
碎片會阻礙數據庫的空間管理，但總的說來，一個段中的盤區(qū)量的多少總是會影響數據庫性能。擁有很多跨多個數據文件的不連續(xù)盤區(qū)的位圖索引就是一個大的性能問題�？梢允褂谜_的盤區(qū)大小以消除碎片，對于已經有碎片的數據表，可以創(chuàng)建一個新表空間并把數據移到其中。
3.4 增加日志文件的大小
增加日志文件的大小和LOG_CHECKPOINT_INTERVAL以提高速度，如果想讓大量的INSERT、UPDATE和DELETE操作速度更快，可以增加日志文件大小，并確保這些文件在最快的磁盤上。Oracle依賴于聯機重做日志文件來記錄事務處理。每次數據庫中發(fā)生一次事務處理，聯機重做日志文件中就會增加一個條目。如果增大分配給日志的空間，就可以提高性能，沒有提交的事務同樣會生成日志條目，因為它們生成撤銷記錄，這些撤銷記錄也寫入到重做日志。增加日志文件的大小，從而增加處理大型IN?SERTS、DELETES和UPDATES（DMLs)操作的規(guī)模。
3.5 配置UNDO 表空間
回滾段保存了在一次更新和刪除期間內的數據快照，如果初始化參數UNDO_MANAGEMENT=MANUAL，那么就可以像Oracle前面的版本一樣使用回滾段。如果初始化參數UNDO_MANAGEMENT=AUTO，就使用撤銷表空間管理。當事務回滾時，就要用到數據快照，如果把數據庫設置為使用回滾段，要為各個回滾段保留多個表空間，這樣用戶就不會在同一個表空間中出現爭用現象。在Oracle 9i中，提出了一個管理Rollback或UNDO數據的新辦法，就是使用UNDO表空間，大大簡化了對事務的管理。在回滾段中，撤銷塊會根據需要被新的事務重寫，因而要保證有足夠大的回滾段可用于事務。從而避免執(zhí)行大的事務時發(fā)生快照太舊的錯誤，并且保證有足夠的回滾段來維護數據庫中的常規(guī)活動，從而最小化回滾段的爭用。為了利用自動撤銷管理，可以在數據庫中創(chuàng)建UNDO類型的表空間。并在初始化文件中指定3個新的參數：UNDO_MANAGEMENT=AUTO, UNDO_TABLESPACE=UN?DOTBS1, UNDO_RETENTION= 時間值,UNDO_RETENTION初始化參數用來指定撤銷數據被提交之后保留在表空間中的數據值（秒)，這是使用撤銷表空間的真正優(yōu)點，因為不同于傳統(tǒng)的回滾段，數據庫至少會嘗試為長期運行的查詢維護較早版本的數據。如果將UNDO_MANAGEMENT設置為AUTO，即使用自動撤銷管理，就要將UNDO_TABLESPACE配置一個具體的表空間，如果沒有配置，則使用SYSTEM表空間，這將會影響數據庫性能。
通過V$UNDOSTAT視圖可以監(jiān)控實例中當前事務使用UNDO表空間的情況，視圖中的每行表示在過去24小時里每隔10分鐘UNDO表空間的使用情況、事務量和查詢長度等信息的統(tǒng)計快照，通過分析這些信息可以對UNDO表空間進行重新配置。
4、結束語
有關Oracle數據庫性能優(yōu)化的方法還有很多，例如配置RAC、實現Data Guard以及SQL查詢優(yōu)化等，相關的論文有很多，這里不再討論。
總之，在硬件設備既定的情況下，通過上述的相關配置，能夠進一步的提高和優(yōu)化Oracle數據庫的性能，實現一個功能強大的數據庫管理平臺。
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