作者?|?Hardy

來源 | 架構師技術聯盟

? ? ? 今天，筆者打算梳理下Oracle架構相關的知識，讓讀者快速全面掌握Oracle和大數據領域知識。

Oracle系統結構由內存結構、物理和邏輯結構等幾個部分組成。其中，與陣列密切相關的物理結構包括數據文件、控制文件、聯機重做日志文件和歸檔日志文件。如果是RAC集群，還包括Voting File和OCR。

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OCR負責維護整個RAC和Clusterware資源的配置信息，包括的信息有節點成員、數據庫、實例、服務和應用程序等。

IO特征：RAC 啟動和停止時訪問，IO 大小為512B 和4KB，隨機讀寫。

? ? ? Voting Disk用于管理集群的節點成員身份，在出現“腦裂”時，仲裁哪個Partition獲得集群的控制權，其他Partition必須從集群中剔除。

IO特征：每一秒做一次IO 操作，數據塊大小為512B 和256KB，訪問位置固定。

? ? ? 數據文件是oracle存儲的物理結構，由多個操作系統文件組成，存儲了數據庫的所有數據(包含表、索引等)。

IO 特征：隨機讀寫，絕大多數數據塊的大小為8K，并可通過參數設置。

? ? ? 控制文件用于存放數據庫物理結構信息(包含數據庫名、聯機重做日志的名字和位置等)，是一個很小的二進制文件。打開或恢復數據庫時都需要用到控制文件中的信息。

IO 特征：負載很小，數據塊大部分為16KB，少量4KB，極小范圍內隨機讀寫，讀比例80%，注重可靠性。

? ? ? 聯機重做日志文件，當用戶提交事務后，由后臺進程LGWR將用戶提交的事務寫入重做日志條目而形成的文件，它記錄了所有數據的改變，當數據庫數據丟失時可以用它來恢復數據庫。

IO 特征：OLTP 應用中聯機重做日志的訪問非常頻繁，數據模型為多路小IO 順序寫，日志歸檔時，增加一路高負載的大IO 順序讀。

? ? ? 歸檔日志文件，在歸檔模式下，當重做日志填滿后，由oracle后臺進程ARCn將填滿的重做日志復制到一個或多個路徑下形成的文件，主要用于數據庫的恢復。

IO 特征：進行聯機重做日志歸檔時，為順序寫；進行歸檔日志備份時，為順序讀。綜上所述，Oracle數據庫各文件的I/O特點總結如下。

OLTP應用的IO特征

? ? ? OLTP通常是指事務性非常高的在線系統，以小的事務以及小的查詢為主，評估其系統的時候，一般看其每秒執行的Transaction以及Execute SQL的數量。在這樣的系統中，單個數據庫每秒處理的Transaction往往超過幾百個，或者是幾千個，Select語句的執行量每秒幾千甚至幾萬個。典型的OLTP系統有電子商務系統、銀行、證券等。OLTP應用的IO特征如下。

• 每個I/O非常小，通常為2KB~8KB

• 訪問磁盤數據的位置非常隨機

• 至少30％的數據是隨機寫操作

• 聯機重做日志是寫入非常頻繁的順序寫

? ? ? OLTP系統最容易出現瓶頸的地方除了服務器的CPU，就是存儲系統IOPS處理能力。因為在OLTP環境中，硬盤物理讀一般都是db file sequential read，即單個數據塊物理讀，但是這個讀的次數非常頻繁。如果頻繁到硬盤子系統都不能承載其IOPS的時候，就會出現大的性能問題。

OLAP應用的IO特征

? ? ? OLAP系統，也稱為DSS決策支持系統，就是我們說的數據倉庫。在這樣的系統中，絕大多數時候數據庫上運行著的是報表作業，執行基本上是聚合類的SQL 操作，比如Group by，同時掃描非常多的行，一個查詢將花費數小時，甚至數天，一次讀取的數據量大；一般無數據修改，或者只有非常少的數據修改，OLAP應用的IO特征：

• 單個I/O很大，典型的值為64KB~1MB

• 讀取操作為順序讀取

• 當讀取操作進行時，發生的寫操作通常在臨時表空間內

• 平常對在線日志寫入很少，除非在批量加載數據時

? ? ? OLTP系統最容易出現瓶頸的地方是存儲系統的帶寬。陣列的帶寬則往往取決于主機到陣列的前端網絡和后端硬盤的個數，這個時候，陣列CACHE基本是沒有效果的，數據庫的讀寫類型基本上是db file scattered read與direct path read/write。

Oracle ASM配置建議

? ? ? ASM是Oracle 10g引入的新特性，在Oracle 11g中進一步強化。作為專門為Oralce數據庫文件創建的集成文件系統和卷管理器，ASM提供了媲美裸設備的性能，同時又具備類似文件系統的易管理性，實現高效靈活的數據庫存儲及文件管理。

Oracle 數據庫ASM結構

? ? ? ASM在linux平臺的架構如圖所示，陣列的一個LUN映射給操作系統，會形成一個系統盤，一個系統盤分區對應一個ASM Disk。Oracle建議一個系統盤只創建一個硬盤分區。

數據庫配置建議

? ? ? 在創建ASM Diskgroup時，需要設置必要的冗余級別。冗余級別共有三種：EXTERNAL， Oracle不做鏡像處理，依賴外部存儲冗余；NORMAL實現數據2路鏡像；HIGH實現數據3路鏡像。對于Voting Disk，NORMAL是3路鏡像，HIGH是5路鏡像，同時Oracle建議Voting Disk為奇數個。

? ? ? 為了方便文件管理和提高數據庫性能，建議按文件類型存放在不同的ASM磁盤組中。AU是ASM磁盤組的最小存儲單位，默認值1M，對于順序大IO業務，Oracle建議AU大小為4M，此時應將操作系統I/O設置為最大。Oracle臨時表空間主要用來做查詢和存放一些緩沖區數據，對查詢的中間結果進行排序。如果是存在大量group by查詢的系統，建議為臨時表空間創建單獨的ASM Diskgroup，保證足夠的硬盤空間。

存儲配置建議

? ? ? Oracle ASM Diskgroup建議使用多個LUN，能提高硬盤利用率和加大帶寬。但是，如果ASM Diskgroup中Disk都是來自同一個陣列的同一個RAID組，且該RAID組為FC、SAS、或SSD盤，則建議每個ASM磁盤組規劃兩個ASM Disk，雙控負載均衡；如果是SATA盤，則建議規劃一個ASM Disk。如果ASM Diskgroup中Disk是來自多個RAID組，建議ASM Disk個數與RAID組個數對應，一個RAID組只創建一個LUN，并對應一個ASM Disk，多控制器間負載均衡。

? ? ? AU是ASM最基本的存儲空間分配單位，在設置LUN的分條單元時，應該保證分條大小與ASM的AU大小一致。

? ? ? OCR 、數據文件、控制文件都是隨機小IO，Oracle建議用RAID10，可以有效的避免熱點數據的產生，同時能在硬盤故障期間提供更佳的性能，這幾種文件讀寫都比較頻繁，容量小且對性能要求高，建議不采用SATA盤。歸檔文件數據量大，且為順序大IO，從成本考慮，建議用SATA盤RAID6。

? ? ? 聯機重做日志文件歸檔和歸檔文件備份時，都是1M的順序IO，建議預取策略設置為固定預取1M。

SSD盤優化讀工作負載

? ? ? 列陣列提供了多種讀預取功能，對于讀請求來說，請求的數據如果保留在CACHE中，會立即得到服務，而不會產生額外的磁盤I/O。直接從CACHE中獲得服務，而未造成硬盤訪問的讀取操作，稱為讀命中。如果讀操作未命中，請求的數據不在CACHE中，那么CACHE必須從硬盤上檢索出這些數據。由于傳統硬盤固有的機械延遲，讀操作未命中將造成 I/O 響應時間增加。

? ? ? 對于順序讀工作負載，CACHE讀命中率較高，它們獲得服務的速度已經達到內存訪問速度，因此將這類工作負載部署在SSD盤，性能不會明顯提高。因此，SSD盤適合用來部署CACHE命中率較低的隨機小I/O讀負載。數據庫中隨機讀取的工作負載有以下兩種：

• OLTP應用的數據文件。如果SSD盤容量允許，建議將數據文件都放在SSD盤，提升數據庫性能。但是，通常數據庫的數據文件都比較大，而SSD盤的容量有限，無法放下所有的數據文件，建議將選取熱點表空間放在SSD盤。如果SSD盤容量還是無法滿足熱點表空間需求，建議只將熱點索引放在SSD盤。

• OLAP應用當用戶或查詢并發很高時，對于存儲系統來說，這樣的數據文件也是隨機負載。同時如果SSD容量允許，建議將數據庫的臨時表空間放在 SSD 上。這樣可以幫助縮短復雜的?“group by”?或?“order by”?查詢所需的排序時間。

SSD盤優化寫工作負載

? ? ? 陣列的Cache針對寫業務，提供回寫和透寫功能。回寫會進行IO合并，即把多個主機寫請求歸一為一個內部寫請求，從而減少訪問硬盤的次數，并且這個內部寫請求足夠大，往往是條帶的整數倍。所以，在回寫情況下，寫請求總是寫入緩存，不會造成物理磁盤存取而引起的延遲。

? ? ? Oracle數據庫聯機重做日志文件，要求必須每3秒或在事務提交時寫入到磁盤，寫入頻繁，且對響應時間的要求很高。所以，聯機重做日志文件的LUN必須選擇回寫功能，確保日志寫操作直接從陣列緩存獲得服務來確保響應時間。因此，聯機重做日志文件未必需要放在SSD盤上。但是，如果數據庫受累于大量的提交時間和較長的日志 I/O 延時，那么將聯機重做日志放在SSD 將有所幫助。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的实战: 如何掌握Oracle和业务IO知识的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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