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大型ORACLE數(shù)據(jù)庫優(yōu)化設計方案 摘 要 本文主要從大型數(shù)據(jù)庫ORACLE環(huán)境四個不同級別的調(diào)整分析入手，分析ORACLE的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作機理，從九個不同方面較全面地總結(jié)了ORACLE數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化調(diào)整方案。 關(guān)鍵詞 ORACLE數(shù)據(jù)庫 環(huán)境調(diào)整 優(yōu)化設計 方案 對于ORACLE數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存取，主要有四個不同的調(diào)整級別，第一級調(diào)整是操作系統(tǒng)級包括硬件平臺,第二級調(diào)整是ORACLE RDBMS級的調(diào)整,第三級是數(shù)據(jù)庫設計級的調(diào)整,最后一個調(diào)整級是SQL級。通常依此四級調(diào)整級別對數(shù)據(jù)庫進行調(diào)整、優(yōu)化，數(shù)據(jù)庫的整體性能會得到很大的改善。下面從九個不同方面介紹ORACLE數(shù)據(jù)庫優(yōu)化設計方案。 一.數(shù)據(jù)庫優(yōu)化自由結(jié)構(gòu)OFA(Optimal flexible Architecture) 數(shù)據(jù)庫的邏輯配置對數(shù)據(jù)庫性能有很大的影響,為此,ORACLE公司對表空間設計提出了一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)OFA。使用這種結(jié)構(gòu)進行設計會大大簡化物理設計中的數(shù)據(jù)管理。優(yōu)化自由結(jié)構(gòu)OFA,簡單地講就是在數(shù)據(jù)庫中可以高效自由地分布邏輯數(shù)據(jù)對象,因此首先要對數(shù)據(jù)庫中的邏輯對象根據(jù)他們的使用方式和物理結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)庫的影響來進行分類,這種分類包括將系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)分開、一般數(shù)據(jù)和索引數(shù)據(jù)分開、低活動表和高活動表分開等等。 數(shù)據(jù)庫邏輯設計的結(jié)果應當符合下面的準則：（1）把以同樣方式使用的段類型存儲在一起；（2）按照標準使用來設計系統(tǒng)；（3）存在用于例外的分離區(qū)域；（4）最小化表空間沖突；（5）將數(shù)據(jù)字典分離。 二、充分利用系統(tǒng)全局區(qū)域SGA（SYSTEM GLOBAL AREA) SGA是oracle數(shù)據(jù)庫的心臟。用戶的進程對這個內(nèi)存區(qū)發(fā)送事務，并且以這里作為高速緩存讀取命中的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)加速的目的。正確的SGA大小對數(shù)據(jù)庫的性能至關(guān)重要。SGA包括以下幾個部分： 1、數(shù)據(jù)塊緩沖區(qū)（data block buffer cache）是SGA中的一塊高速緩存，占整個數(shù)據(jù)庫大小的1%-2%，用來存儲從數(shù)據(jù)庫重讀取的數(shù)據(jù)塊（表、索引、簇等），因此采用least recently used (LRU,最近最少使用)的方法進行空間管理。 2、字典緩沖區(qū)。該緩沖區(qū)內(nèi)的信息包括用戶賬號數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)文件名、段名、盤區(qū)位置、表說明和權(quán)限，它也采用LRU方式管理。 3、重做日志緩沖區(qū)。該緩沖區(qū)保存為數(shù)據(jù)庫恢復過程中用于前滾操作。 4、SQL共享池。保存執(zhí)行計劃和運行數(shù)據(jù)庫的SQL語句的語法分析樹。也采用LRU算法管理。如果設置過小，語句將被連續(xù)不斷地再裝入到庫緩存，影響系統(tǒng)性能。 另外，SGA還包括大池、JAVA池、多緩沖池。但是主要是由上面4種緩沖區(qū)構(gòu)成。對這些內(nèi)存緩沖區(qū)的合理設置，可以大大加快數(shù)據(jù)查詢速度，一個足夠大的內(nèi)存區(qū)可以把絕大多數(shù)數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中，只有那些不怎么頻繁使用的數(shù)據(jù)，才從磁盤讀取，這樣就可以大大提高內(nèi)存區(qū)的命中率。 三、規(guī)范與反規(guī)范設計數(shù)據(jù)庫 1、規(guī)范化 范式是符合某一級別的關(guān)系模式的集合，根據(jù)約束條件的不同，一般有1NF、2NF、3NF三種范式。規(guī)范化理論是圍繞這些范式而建立的。規(guī)范化的基本思想是逐步消除數(shù)據(jù)依賴中不合適的部分，使模式中的各關(guān)系模式達到某種程度的“分離”，即采用“一事一地”的模式設計原則，因此，所謂規(guī)范化實質(zhì)上就是概念的單一化。數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)規(guī)范化的優(yōu)點是減少了數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約了存儲空間，相應邏輯和物理的I/O次數(shù)減少，同時加快了增、刪、改的速度。但是一個完全規(guī)范化的設計并不總能生成最優(yōu)的性能，因為對數(shù)據(jù)庫查詢通常需要更多的連接操作，從而影響到查詢的速度。故有時為了提高某些查詢或應用的性能而有意破壞規(guī)范規(guī)則，即反規(guī)范化。 2、反規(guī)范化 ⑴反規(guī)范的必要性 是否規(guī)范化的程度越高越好呢？答案是否定的，應根據(jù)實際需要來決定，因為“分離”越深，產(chǎn)生的關(guān)系越多，結(jié)構(gòu)越復雜。關(guān)系越多，連接操作越頻繁，而連接操作是最費時間的，在數(shù)據(jù)庫設計中特別對以查詢?yōu)橹鞯臄?shù)據(jù)庫設計來說，頻繁的連接會嚴重影響查詢速度。所以，在數(shù)據(jù)庫的設計過程中有時故意保留非規(guī)范化約束，或者規(guī)范化以后又反規(guī)范，這樣做通常是為了改進數(shù)據(jù)庫的查詢性能，加快數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的響應速度。 ⑵反規(guī)范技術(shù) 在進行反規(guī)范設計之前，要充分考慮數(shù)據(jù)的存取需求，常用表的大小、特殊的計算、數(shù)據(jù)的物理存儲等。常用的反規(guī)范技術(shù)有合理增加冗余列、派生列，或重新組表幾種。反規(guī)范化的好處是降低連接操作的需求、降低外碼和索引數(shù)目，減少表的個數(shù)，從而提高查詢速度，這對于性能要求相對較高的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來說，能有效地改善系統(tǒng)的性能，但相應的問題是可能影響數(shù)據(jù)的完整性，加快查詢速度的同時降低修改速度。 3、數(shù)據(jù)庫設計中的優(yōu)化策略 數(shù)據(jù)應當按兩種類別進行組織：頻繁訪問的數(shù)據(jù)和頻繁修改的數(shù)據(jù)。對于頻繁訪問但是不頻繁修改的數(shù)據(jù)，內(nèi)部設計應當物理不規(guī)范化。對于頻繁修改但并不頻繁訪問的數(shù)據(jù)，內(nèi)部設計應當物理規(guī)范化。比較復雜的方法是將規(guī)范化的表作為邏輯數(shù)據(jù)庫設計的基礎(chǔ)，然后再根據(jù)整個應用系統(tǒng)的需要，物理地非規(guī)范化數(shù)據(jù)。規(guī)范與反規(guī)范都是建立在實際的操作基礎(chǔ)之上的約束，脫離了實際兩者都沒有意義。只有把兩者合理地結(jié)合在一起，才能相互補充，發(fā)揮各自的優(yōu)點。 四、合理設計和管理表 1、利用表分區(qū) 分區(qū)將數(shù)據(jù)在物理上分隔開，不同分區(qū)的數(shù)據(jù)可以制定保存在處于不同磁盤上的數(shù)據(jù)文件里。這樣，當對這個表進行查詢時，只需要在表分區(qū)中進行掃描，而不必進行FTS(Full Table Scan，全表掃描)，明顯縮短了查詢時間，另外處于不同磁盤的分區(qū)也將對這個表的數(shù)據(jù)傳輸分散在不同的磁盤I/O，一個精心設置的分區(qū)可以將數(shù)據(jù)傳輸對磁盤I/O競爭均勻地分散開。 2、避免出現(xiàn)行連接和行遷移 在建立表時，由于參數(shù)pctfree和pctused不正確的設置，數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)會出現(xiàn)行鏈接和行遷移，也就是同一行的數(shù)據(jù)不保存在同一的數(shù)據(jù)塊中。如果在進行數(shù)據(jù)查詢時遇到了這些數(shù)據(jù)，那么為了讀出這些數(shù)據(jù)，磁頭必須重新定位，這樣勢必會大大降低數(shù)據(jù)庫執(zhí)行的速度。因此，在創(chuàng)建表時，就應該充分估計到將來可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)變化，正確地設置這兩個參數(shù)，盡量減少數(shù)據(jù)庫中出現(xiàn)行鏈接和行遷移。 3、控制碎片 碎片(fragmentation)是對一組非鄰接的數(shù)據(jù)庫對象的描述。碎片意味著在執(zhí)行數(shù)據(jù)庫的功能時要耗費額外的資源（磁盤I/O，磁盤驅(qū)動的循環(huán)延遲，動態(tài)擴展，鏈接的塊等），并浪費大量磁盤空間。當兩個或多個數(shù)據(jù)對象在相同的表空間中，會發(fā)生區(qū)間交叉。在動態(tài)增長中，對象的區(qū)間之間不再相互鄰接。為了消除區(qū)間交叉將靜態(tài)的或只有小增長的表放置在一個表空間中，而把動態(tài)增長的對象分別放在各自的表空間中。在create table、、create index、create tablespace、create cluster時，在storage子句中的參數(shù)的合理設置，可以減少碎片的產(chǎn)生。 4、別名的使用 別名是大型數(shù)據(jù)庫的應用技巧，就是表名、列名在查詢中以一個字母為別名，查詢速度要比建連接表快1.5倍。 5、回滾段的交替使用 由于數(shù)據(jù)庫配置對應用表具有相對靜止的數(shù)據(jù)字典和極高的事務率特點。而且數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)索引段、數(shù)據(jù)段也具有相對靜止，并發(fā)現(xiàn)在應用中最高的負荷是回滾段表空間。把回滾段定義為交替引用，這樣就達到了循環(huán)分配事務對應的回滾段，可以使磁盤負荷很均勻地分布。 五、索引Index的優(yōu)化設計 1、管理組織索引 索引可以大大加快數(shù)據(jù)庫的查詢速度，索引把表中的邏輯值映射到安全的RowID，因此索引能進行快速定位數(shù)據(jù)的物理地址。但是有些DBA發(fā)現(xiàn)，對一個大型表建立的索引，并不能改善數(shù)據(jù)查詢速度，反而會影響整個數(shù)據(jù)庫的性能。這主要是和SGA的數(shù)據(jù)管理方式有關(guān)。ORACLE在進行數(shù)據(jù)塊高速緩存管理時，索引數(shù)據(jù)比普通數(shù)據(jù)具有更高的駐留權(quán)限，在進行空間競爭時，ORACLE會先移出普通數(shù)據(jù)。對一個建有索引的大型表的查詢時，索引數(shù)據(jù)可能會用完所有的數(shù)據(jù)塊緩存空間，ORACLE不得不頻繁地進行磁盤讀寫來獲取數(shù)據(jù)，因此在對一個大型表進行分區(qū)之后，可以根據(jù)相應的分區(qū)建立分區(qū)索引。如果對這樣大型表的數(shù)據(jù)查詢比較頻繁，或者干脆不建索引。另外，DBA創(chuàng)建索引時，應盡量保證該索引最可能地被用于where子句中，如果對查詢只簡單地制定一個索引，并不一定會加快速度，因為索引必須指定一個適合所需的訪問路徑。2、聚簇的使用 Oracle提供了另一種方法來提高查詢速度，就是聚簇（Cluster）。所謂聚簇，簡單地說就是把幾個表放在一起，按一定公共屬性混合存放。聚簇根據(jù)共同碼值將多個表的數(shù)據(jù)存儲在同一個Oracle塊中，這時檢索一組Oracle塊就同時得到兩個表的數(shù)據(jù)，這樣就可以減少需要存儲的Oracle塊，從而提高應用程序的性能。 3、優(yōu)化設置的索引，就必須充分利用才能加快數(shù)據(jù)庫訪問速度。ORACLE要使用一個索引，有一些最基本的條件：1）、where子名中的這個字段，必須是復合索引的第一個字段；2）、where子名中的這個字段，不應該參與任何形式的計算。 六、多CPU和并行查詢PQO(Parallel Query Option)方式的利用 1、盡量利用多個CPU處理器來執(zhí)行事務處理和查詢 CPU的快速發(fā)展使得ORACLE越來越重視對多CPU的并行技術(shù)的應用，一個數(shù)據(jù)庫的訪問工作可以用多個CPU相互配合來完成，加上分布式計算已經(jīng)相當普遍，只要可能，應該將數(shù)據(jù)庫服務器和應用程序的CPU請求分開，或?qū)PU請求從一個服務器移到另一個服務器。對于多CPU系統(tǒng)盡量采用 Parallel Query Option(PQO,并行查詢選項)方式進行數(shù)據(jù)庫操作。 2、使用Parallel Query Option(PQO,并行查詢選擇)方式進行數(shù)據(jù)查詢 使用PQO方式不僅可以在多個CPU間分配SQL語句的請求處理，當所查詢的數(shù)據(jù)處于不同的磁盤時，一個個獨立的進程可以同時進行數(shù)據(jù)讀取。 3、使用SQL*Loader Direct Path選項進行大量數(shù)據(jù)裝載 使用該方法進行數(shù)據(jù)裝載時，程序創(chuàng)建格式化數(shù)據(jù)塊直接寫入數(shù)據(jù)文件中，不要求數(shù)據(jù)庫內(nèi)核的其他I/O。 七、實施系統(tǒng)資源管理分配計劃 ORACLE提供了Database Resource Manager（DRM,數(shù)據(jù)庫資源管理器）來控制用戶的資源分配，DBA可以用它分配用戶類和作業(yè)類的系統(tǒng)資源百分比。在一個OLDP系統(tǒng)中，可給聯(lián)機用戶分配75%的CPU資源，剩下的25%留給批用戶。另外，還可以進行CPU的多級分配。除了進行CPU資源分配外，DRM還可以對資源用戶組執(zhí)行并行操作的限制。 八、使用最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫連接和SQL優(yōu)化方案 1、使用直接的OLE DB數(shù)據(jù)庫連接方式。 通過ADO可以使用兩種方式連接數(shù)據(jù)庫，一種是傳統(tǒng)的ODBC方式，一種是OLE DB方式。ADO是建立在OLE DB技術(shù)上的，為了支持ODBC，必須建立相應的OLE DB到ODBC的調(diào)用轉(zhuǎn)換，而使用直接的OLE DB方式則不需轉(zhuǎn)換，從而提高處理速度。 2、使用Connection Pool機制 在數(shù)據(jù)庫處理中，資源花銷最大的是建立數(shù)據(jù)庫連接，而且用戶還會有一個較長的連接等待時間。解決的辦法就是復用現(xiàn)有的Connection，也就是使用Connection Pool對象機制。 Connection Pool的原理是：IIS+ASP體系中維持了一個連接緩沖池，這樣，當下一個用戶訪問時，直接在連接緩沖池中取得一個數(shù)據(jù)庫連接，而不需重新連接數(shù)據(jù)庫，因此可以大大地提高系統(tǒng)的響應速度。 3、高效地進行SQL語句設計 通常情況下，可以采用下面的方法優(yōu)化SQL對數(shù)據(jù)操作的表現(xiàn)： （1）減少對數(shù)據(jù)庫的查詢次數(shù)，即減少對系統(tǒng)資源的請求，使用快照和顯形圖等分布式數(shù)據(jù)庫對象可以減少對數(shù)據(jù)庫的查詢次數(shù)。 （2）盡量使用相同的或非常類似的SQL語句進行查詢，這樣不僅充分利用SQL共享池中的已經(jīng)分析的語法樹，要查詢的數(shù)據(jù)在SGA中命中的可能性也會大大增加。 （3）限制動態(tài)SQL的使用，雖然動態(tài)SQL很好用，但是即使在SQL共享池中有一個完全相同的查詢值，動態(tài)SQL也會重新進行語法分析。 （4）避免不帶任何條件的SQL語句的執(zhí)行。沒有任何條件的SQL語句在執(zhí)行時，通常要進行FTS，數(shù)據(jù)庫先定位一個數(shù)據(jù)塊，然后按順序依次查找其它數(shù)據(jù)，對于大型表這將是一個漫長的過程。 （5）如果對有些表中的數(shù)據(jù)有約束，最好在建表的SQL語句用描述完整性來實現(xiàn)，而不是用SQL程序中實現(xiàn)。 （6）可以通過取消自動提交模式，將SQL語句匯集一組執(zhí)行后集中提交，程序還可以通過顯式地用COMMIT和ROLLBACL進行提交和回滾該事務。 （7）檢索大量數(shù)據(jù)時費時很長，設置行預取數(shù)則能改善系統(tǒng)的工作表現(xiàn)，設置一個最大值，當SQL語句返回行超過該值，數(shù)值庫暫時停止執(zhí)行，除非用戶發(fā)出新的指令，開始組織并顯示數(shù)據(jù)，而不是讓用戶繼續(xù)等待。 九、充分利用數(shù)據(jù)的后臺處理方案減少網(wǎng)絡流量 1、合理創(chuàng)建臨時表或視圖 所謂創(chuàng)建臨時表或視圖，就是根據(jù)需要在數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上創(chuàng)建新表或視圖，對于多表關(guān)聯(lián)后再查詢信息的可建新表，對于單表查詢的可創(chuàng)建視圖，這樣可充分利用數(shù)據(jù)庫的容量大、可擴充性強等特點，所有條件的判斷、數(shù)值計算統(tǒng)計均可在數(shù)據(jù)庫服務器后臺統(tǒng)一處理后追加到臨時表中，形成數(shù)據(jù)結(jié)果的過程可用數(shù)據(jù)庫的過程或函數(shù)來實現(xiàn)。 2、數(shù)據(jù)庫打包技術(shù)的充分利用 利用數(shù)據(jù)庫描述語言編寫數(shù)據(jù)庫的過程或函數(shù)，然后把過程或函數(shù)打成包在數(shù)據(jù)庫后臺統(tǒng)一運行包即可。 3、數(shù)據(jù)復制、快照、視圖，遠程過程調(diào)用技術(shù)的運用 數(shù)據(jù)復制，即將數(shù)據(jù)一次復制到本地，這樣以后的查詢就使用本地數(shù)據(jù)，但是只適合那些變化不大的數(shù)據(jù)。使用快照也可以在分布式數(shù)據(jù)庫之間動態(tài)復制數(shù)據(jù)，定義快照的自動刷新時間或手工刷新，以保證數(shù)據(jù)的引用參照完整性。調(diào)用遠程過程也會大大減少因頻繁的SQL語句調(diào)用而帶來的網(wǎng)絡擁擠。 總之，對所有的性能問題，沒有一個統(tǒng)一的解決方法，但ORACLE提供了豐富的選擇環(huán)境，可以從ORACLE數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)、模式對象以及具體的業(yè)務和技術(shù)實現(xiàn)出發(fā)，進行統(tǒng)籌考慮。提高系統(tǒng)性能需要一種系統(tǒng)的整體的方法，在對數(shù)據(jù)庫進行優(yōu)化時，應對應用程序、I/O子系統(tǒng)和操作系統(tǒng)（OS）進行相應的優(yōu)化。優(yōu)化是有目的地更改系統(tǒng)的一個或多個組件，使其滿足一個或多個目標的過程。對Oracle來說，優(yōu)化是進行有目的的調(diào)整組件級以改善性能，即增加吞吐量，減少響應時間。如果DBA能從上述九個方面綜合考慮優(yōu)化方案，相信多數(shù)ORACLE應用可以做到按最優(yōu)的方式來存取數(shù)據(jù)。 參 考 文 獻 1、[美]Joe Greene,Advanced Information Systems,Inc.et al. Oracle 8 服務器技術(shù)精粹 [M].清華大學出版社，1999 2、甕正科 王新英 Oracle 8.X For Windows NT 實用教程[M].清華大學出版社，1999 3、Kevin Loney. Oracle8i 數(shù)據(jù)庫管理員手冊[M].機械工業(yè)出版社，2000 |
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