Logo Море(!) аналитической информации!
IT-консалтинг Software Engineering Программирование СУБД Безопасность Internet Сети Операционные системы Hardware
Обучение от Mail.Ru Group.
Онлайн-университет
для программистов с
гарантией трудоустройства.
Набор открыт!
2005 г.

Oracle для профессионалов. Глава 2

Том Кайт, перевод: Валерий Кравчук
Предисловие переводчика

Издательство "ДиаСофт" любезно разрешило мне опубликовать переводы нескольких глав знаменитой книги Тома Кайта "Expert one-on-one Oracle" в формате HTML. Я с удовольствием пользуюсь предоставленной возможностью, и предлагаю вашему вниманию перевод второй главы. В этой главе достаточно много схем и иллюстраций. Некоторые я попытался "перерисовать", используя ASCII-графику. Остальные просто описаны в комментариях.

Учтите, что в этом тексте используется терминология, соответствующая третьему, исправленному изданию, которое должно выйти в свет в ближайшее время.

С наилучшими пожеланиями,

В.К.  

Архитектура

Oracle проектировалась как максимально переносимая СУБД, — она доступна на всех распространенных платформах. Поэтому физическая архитектура Oracle различна в разных операционных системах. Например, в ОС UNIX СУБД Oracle реализована в виде нескольких отдельных процессов операционной системы — практически каждая существенная функция реализована отдельным процессом. Для UNIX такая реализация подходит, поскольку основой многозадачности в ней является процесс. Для Windows, однако, подобная реализация не подходит и работала бы не слишком хорошо (система получилась бы медленной и плохо масштабируемой). На этой платформе СУБД Oracle реализована как один многопоточный процесс, т.е. с использованием подходящих для этой платформы механизмов реализации. На мэйнфреймах IBM, работающих под управлением OS/390 и zOS, СУБД Oracle использует несколько адресных пространств OS/390, совместно образующих экземпляр Oracle. Для одного экземпляра базы данных можно сконфигурировать до 255 адресных пространств. Более того, СУБД Oracle взаимодействует с диспетчером загрузки OS/390 WorkLoad Manager (WLM) для установки приоритетности выполнения определенных компонентов Oracle по отношению друг к другу и к другим задачам, работающим в системе OS/390. В ОС Netware тоже используется многопоточная модель. Хотя физические средства реализации СУБД Oracle на разных платформах могут отличаться, архитектура системы — достаточно общая, чтобы можно было понять, как СУБД Oracle работает на всех платформах.

В этой главе мы рассмотрим три основных компонента архитектуры Oracle.

  • Файлы. Будут рассмотрены пять видов файлов, образующих базу данных и поддерживающих экземпляр. Это файлы параметров, сообщений, данных, временных данных и журналов повторного выполнения.
  • Структуры памяти, в частности системная глобальная область (System Global Area — SGA). Мы рассмотрим взаимодействие SGA, PGA и UGA. Будут также рассмотрены входящие в SGA Java-пул, разделяемый пул и большой пул.
  • Физические процессы или потоки. Будут описаны три типа процессов, образующих экземпляр: серверные процессы, фоновые процессы и подчиненные процессы.

Сервер

Трудно решить, с какого компонента сервера начать описание. Процессы используют область SGA, поэтому рассматривать SGA до процессов не имеет смысла. С другой стороны, при описании процессов и их функционирования придется ссылаться на компоненты SGA. Они тесно взаимосвязаны. С файлами работают процессы, и их нет смысла описывать, пока не объяснено, что делают процессы. Ниже определены некоторые термины и сделан общий обзор сервера Oracle, после чего подробно рассматриваются отдельные компоненты.

Два термина в контексте Oracle вызывают большую путаницу. Речь идет о терминах "база данных" и "экземпляр". В соответствии с принятой в Oracle терминологией, эти понятия определяются так:

  • база данных - набор физических файлов операционной системы;
  • экземпляр - набор процессов Oracle и область SGA.

Эти два термина иногда взаимозаменяемы, но представляют принципиально разные концепции. Взаимосвязь между ними такова, что база данных может быть смонтирована и открыта в нескольких экземплярах. Экземпляр может смонтировать и открыть только одну базу данных в каждый момент времени. Не обязательно отрывать и монтировать одну и ту же базу данных при каждом запуске экземпляра.

Стало еще непонятнее? Вот ряд примеров, которые помогут прояснить ситуацию. Экземпляр — это набор процессов операционной системы и используемая ими память. Все эти процессы могут работать с базой данных, которая представляет собой просто набор файлов (файлов данных, временных файлов, файлов журнала повторного выполнения, управляющих файлов). В каждый момент времени с экземпляром связан только один набор файлов. В большинстве случаев обратное утверждение тоже верно; с базой данных работает только один экземпляр. В случае же использования параллельного сервера Oracle (Oracle Parallel Server — OPS), опции Oracle, позволяющей серверу функционировать на нескольких компьютерах в кластерной среде, одна и та же база данных может быть одновременно смонтирована и открыта несколькими экземплярами. Это делает возможным доступ к базе данных одновременно с нескольких компьютеров. Oracle Parallel Server позволяет создавать системы с высокой доступностью данных и, при условии правильной реализации, очень масштабируемые. Рассмотрение опции OPS здесь не предусмотрено, поскольку для описания особенностей ее реализации потребовалась бы отдельная книга.

Итак, в большинстве случаев между базой данных и экземпляром имеется отношение один к одному. Это, вероятно, и является причиной путаницы при использовании этих терминов. По опыту большинства пользователей, база данных — это экземпляр, а экземпляр — это база данных.

Во многих тестовых средах это, однако, не так. На моем диске, например, может быть пять отдельных баз данных. На тестовой машине СУБД Oracle установлена в одном экземпляре. В каждый момент времени работает только один экземпляр, но обращаться он может к разным базам данных, в зависимости от задач, которые я решаю. Создав несколько конфигурационных файлов, я могу монтировать и открывать любую из этих баз данных. В данном случае у меня один "экземпляр", но несколько баз данных, лишь одна из которых доступна в каждый момент времени.

Итак, теперь под термином "экземпляр" мы будем понимать процессы и память сервера Oracle. Термин "база данных" означает физические файлы, в которых находятся данные. База данных может быть доступна многим экземплярам, но экземпляр в каждый момент времени обеспечивает доступ только к одной базе данных.

Теперь можно приступать к рассмотрению абстрактной схемы СУБД Oracle1.

Упрощенно, СУБД Oracle включает большую область памяти — SGA, — содержащую внутренние структуры данных, доступ к которым необходим всем процессам для кеширования данных с диска, кеширования данных повторного выполнения перед записью на диск, хранения планов выполнения разобранных операторов SQL и т.д. Имеется также набор процессов, подключенных к этой области SGA, причем механизм подключения в каждой операционной системе другой. В среде UNIX процессы физически подключаются к большому сегменту разделяемой памяти — выделенному ОС фрагменту памяти, к которому может одновременно обращаться несколько процессов. В ОС Windows для выделения памяти процессы используют библиотечную функцию malloc() языка C, поскольку они сами являются потоками одного большого процесса. В СУБД Oracle также имеется набор файлов, читаемых и записываемых процессами/потоками базы данных (причем читать и записывать эти файлы имеют право только процессы Oracle). В этих файлах хранятся данные таблиц, индексов, временное пространство, журналы повторного выполнения и т.д.

Если запустить СУБД Oracle в UNIX-системе и выполнить команду ps (для просмотра состояния процессов), можно увидеть количество работающих процессов и их имена. Например:

$ /bin/ps -aef | grep ora816
  ora816 20827     1  0   Feb 09 ?        0:00 ora_d000_ora816dev
  ora816 20821     1  0   Feb 09 ?        0:06 ora_smon_ora816dev
  ora816 20817     1  0   Feb 09 ?        0:57 ora_lgwr_ora816dev
  ora816 20813     1  0   Feb 09 ?        0:00 ora_pmon_ora816dev
  ora816 20819     1  0   Feb 09 ?        0:45 ora_ckpt_ora816dev
  ora816 20815     1  0   Feb 09 ?        0:27 ora_dbw0_ora816dev
  ora816 20825     1  0   Feb 09 ?        0:00 ora_s000_ora816dev
  ora816 20823     1  0   Feb 09 ?        0:00 ora_reco_ora816dev

Я еще опишу назначение каждого из этих процессов, но часто их в совокупности называют просто фоновыми процессами Oracle. Это — постоянно работающие процессы, образующие экземпляр; они появляются при запуске СУБД и работают до тех пор, пока она не будет остановлена. Интересно отметить, что все это — процессы, а не программы. СУБД Oracle реализуется одной программой в UNIX, но программа эта многолика. Программа, которая запускалась для реализации процесса ora_lgwr_ora816dev, была использована и для запуска процесса ora_ckpt_ora816dev. Есть только один двоичный файл с именем oracle. Просто он выполняется несколько раз с разными именами. В ОС Windows с помощью программы tlist, входящей в Windows resource toolkit, можно обнаружить только один процесс — Oracle.exe. В случае NT тоже есть всего одна двоичная программа. Этот процесс создает несколько потоков, представляющих фоновые процессы Oracle. С помощью утилиты tlist (или любого из множества подобных средств) можно увидеть эти потоки:

C:\Documents and Settings\Thomas Kyte\Desktop>tlist 1072
1072 ORACLE.EXE
   CWD:     C:\oracle\DATABASE\
   CmdLine: c:\oracle\bin\ORACLE.EXE TKYTE816
   VirtualSize:   144780 KB   PeakVirtualSize:   154616 KB
   WorkingSetSize: 69424 KB   PeakWorkingSetSize: 71208 KB
   NumberOfThreads: 11
      0 Win32StartAddr:0x00000000 LastErr:0x00000000 State:Initialized
      5 Win32StartAddr:0x00000000 LastErr:0x00000000 State:Initialized
      5 Win32StartAddr:0x00000000 LastErr:0x00000000 State:Initialized
      5 Win32StartAddr:0x00000000 LastErr:0x00000000 State:Initialized
      5 Win32StartAddr:0x00000000 LastErr:0x00000000 State:Initialized
      5 Win32StartAddr:0x00000000 LastErr:0x00000000 State:Initialized
      5 Win32StartAddr:0x00000000 LastErr:0x00000000 State:Initialized
      5 Win32StartAddr:0x00000000 LastErr:0x00000000 State:Initialized
      5 Win32StartAddr:0x00000000 LastErr:0x00000000 State:Initialized
      5 Win32StartAddr:0x00000000 LastErr:0x00000000 State:Initialized
      5 Win32StartAddr:0x00000000 LastErr:0x00000000 State:Initialized
        0.0.0.0 shp  0x00400000  ORACLE.EXE
     5.0.2163.1 shp  0x77f80000  ntdll.dll
        0.0.0.0 shp  0x60400000  oraclient8.dll
        0.0.0.0 shp  0x60600000  oracore8.dll
        0.0.0.0 shp  0x60800000  oranls8.dll
...

В данном случае имеется 11 потоков, выполняющихся в рамках одного процесса Oracle. Если подключиться к базе данных, количество потоков увеличится до 12. В ОС UNIX к существующим процессам oracle просто добавился бы еще один. Теперь можно представить следующую схему. Предыдущая схема представляла концептуальный вид СУБД Oracle сразу после запуска. Теперь, если подключиться к СУБД Oracle в наиболее типичной конфигурации, схема будет выглядеть примерно так2: ...

Обычно СУБД Oracle при подключении пользователя создает новый процесс. Это принято называть конфигурацией выделенного сервера, поскольку на все время сеанса ему выделяется отдельный серверный процесс. Сеансы и выделенные серверы находятся в отношении один к одному. Клиентский процесс (любая программа, пытающаяся подключиться к СУБД) будет непосредственно взаимодействовать с соответствующим выделенным сервером по сети, например, через сокет TCP/IP. Именно этот сервер будет получать и выполнять SQL-операторы. Он будет читать файлы данных, а также искать необходимые данные в кеше. Он будет выполнять операторы UPDATE и PL/SQL-код. Единственное его назначение — отвечать на получаемые SQL-запросы.

СУБД Oracle также может работать в режиме многопоточного сервера (multi-threaded server — MTS), в котором при подключении не создается дополнительный поток или процесс UNIX. В режиме MTS СУБД Oracle использует пул "разделяемых серверов" для поддержки большого количества пользователей. Разделяемые серверы — это просто механизм организации пула подключений. Вместо запуска 10000 выделенных серверов (это действительно много, если речь идет о процессах или потоках) для 10000 сеансов режим MTS позволяет обслуживать их с помощью гораздо меньшего количества разделяемых серверов, которые (как следует из названия) будут совместно использоваться всеми сеансами. Это позволяет СУБД Oracle поддерживать намного больше сеансов, чем в режиме выделенного сервера. Машина, на которой работает сервер, может не справиться с поддержкой 10000 процессов, но управление 100 или 1000 процессами для нее вполне реально. В режиме MTS разделяемые серверные процессы обычно запускаются сразу при старте СУБД и отображаются в списке, выдаваемом командой ps (в представленных выше результатах выполнения команды ps процесс ora_s000_ora816dev представляет собой разделяемый серверный процесс).

Принципиальное отличие режима MTS от режима выделенного сервера состоит в том, что клиентский процесс, подключившийся к СУБД, никогда не взаимодействует непосредственно с разделяемым сервером, как это происходит в случае выделенного сервера. Он не может взаимодействовать с разделяемым сервером, так как соответствующий процесс используется совместно. Чтобы обеспечить совместное использование этих процессов, необходим другой механизм взаимодействия. Для этого в СУБД Oracle используется процесс (или набор процессов), которые называют диспетчерами. Клиентский процесс взаимодействует по сети с процессом-диспетчером. Процесс-диспетчер помещает запрос клиента в очередь запросов в SGA (это одно из многих назначений области SGA). Первый же свободный разделяемый сервер выберет и обработает этот запрос (например, запрос может иметь вид UPDATE T SET X = X+5 WHERE Y = 2). По завершении выполнения команды разделяемый сервер поместит ответ в очередь ответов. Процесс-диспетчер следит за очередью и немедленно передает полученный результат клиенту. Концептуально поток информации в режиме MTS выглядит следующим образом3: ...

Клиентское подключение посылает запрос диспетчеру. Диспетчер поместит этот запрос в очередь запросов в области SGA (1). Первый свободный разделяемый сервер выберет этот запрос (2) из очереди и обработает его. Когда разделяемый сервер закончит выполнение, ответ (коды возврата, данные и т.д.) помещается в очередь ответов (3), после чего выбирается диспетчером (4) и возвращается клиенту.

С точки зрения разработчика нет никакой разницы между подключением к серверу в режиме MTS и подключением к выделенному серверу. Теперь, когда стало понятно, как происходит подключение к выделенному и разделяемому серверу, возникают вопросы: а как вообще подключиться; как запускается выделенный сервер и как связываться с процессом-диспетчером? Ответы зависят от платформы, но в принципе все происходит так, как описано ниже.

Мы рассмотрим наиболее общий случай: запрос на подключение по сети с использованием протоколов TCP/IP. В этом случае клиент находится на одной машине, а сервер — на другой, причем эти машины связаны сетью на базе семейства протоколов TCP/IP. Все начинается с клиента. Он посылает запрос клиентскому ПО Oracle на подключение к базе данных. Например, выполняется команда:

C:\> sqlplus scott/tiger@ora816.us.oracle.com

Здесь клиентом является утилита SQL*Plus. scott/tiger — имя пользователя и пароль, а ora816.us.oracle.com — имя службы TNS. TNS — сокращение от Transparent Network Substrate (прозрачная сетевая среда), которое обозначает "базовое" программное обеспечение, встроенное в клиент Oracle и обеспечивающее удаленное подключение (двухточечное взаимодействие клиента и сервера). Строка подключения TNS указывает программному обеспечению Oracle, как подключаться к удаленной базе данных. В общем случае клиентское программное обеспечение обращается к файлу TNSNAMES.ORA. Это обычный текстовый файл конфигурации, обычно находящийся в каталоге [ORACLE_HOME]\network\admin и содержащий записи вида:

ORA816.US.ORACLE.COM =
  (DESCRIPTION =
    (ADDRESS_LIST =
      (ADDRESS = (PROTOCOL = TCP)(HOST = aria.us.oracle.com)(PORT = 1521))
    )
    (CONNECT_DATA =
      (ORACLE_SID = ora816)
    )
  )

Именно эти параметры конфигурации позволяют клиентскому ПО Oracle преобразовать строку ora816.us.oracle.com в необходимые для подключения данные: имя хоста; порт на этом хосте, прослушиваемый процессом, который принимает подключения; идентификатор SID (Site IDentifier) базы данных на хосте, к которой необходимо подключиться, и т.д. Эта строка, ora816.us.oracle.com, может преобразовываться в необходимые данные и по-другому. Например, она может преобразовываться с помощью службы Oracle Names — распределенного сервера имен для СУБД, аналогичного по назначению службе DNS, используемой для преобразования имен хостов в IP-адреса. Однако в большинстве небольших и средних серверов, где количество копий конфигурационных файлов невелико, чаще всего используется именно файл TNSNAMES.ORA.

Теперь, когда клиентскому ПО известно, куда подключаться, оно открывает соединение через сокет TCP/IP к порту 1521 машины aria.us.oracle.com. Если администратор базы данных соответствующего сервера настроил службу Net8 и запустил процесс прослушивания, это подключение может быть принято. В сетевой среде на сервере работает процесс TNS Listener. Это процесс прослушивания, обеспечивающий физическое подключение к базе данных. Получив запрос на подключение, он проверяет его, используя собственные файлы конфигурации, и либо отвечает отказом (например, не существует запрашиваемой базы данных или IP-адрес подключающегося содержится в списке тех, кому не разрешено подключение к хосту), либо обеспечивает подключение клиента.

При подключении к выделенному серверу процесс прослушивания автоматически запустит выделенный сервер. В ОС UNIX это делается с помощью системных вызовов fork() и exec() (единственный способ создать новый процесс после инициализации ОС UNIX — использовать системный вызов fork()). Теперь мы физически подключены к базе данных. В Windows процесс прослушивания требует от серверного процесса создания нового потока для подключения. После создания этого потока клиент "перенаправляется" на него, и тем самым обеспечивается физическое подключение. В случае ОС UNIX это можно представить следующей схемой4:

...

В режиме MTS процесс прослушивания работает иначе. Ему известно, какие процессы-диспетчеры работают в составе экземпляра. При получении запроса на подключение процесс прослушивания выбирает процесс-диспетчер из пула доступных диспетчеров. Затем он посылает клиенту информацию, позволяющую подключиться к процессу-диспетчеру. Это необходимо, поскольку процесс прослушивания работает на известном порту соответствующего хоста, а вот диспетчеры будут принимать подключения через произвольно выделенные порты. Процессу прослушивания известны эти выделенные порты, поэтому он автоматически выбирает свободный диспетчер. Затем клиент отключается от процесса прослушивания и подключается непосредственно к диспетчеру. В результате устанавливается физическое соединение с СУБД. Графически это можно представить так5:

...

Итак, обзор архитектуры Oracle закончен. Мы описали, что такое экземпляр Oracle, что такое база данных и как можно подключиться к базе данных через выделенный и разделяемый сервер. На следующей схеме показано взаимодействие с сервером Oracle клиента, подключенного к разделяемому серверу, и клиента, работающего с выделенным серверным процессом. Один экземпляр Oracle может поддерживать оба типа подключений одновременно6:

...

Теперь подробно рассмотрим процессы, образующие сервер, их назначение и взаимодействие друг с другом, а также содержимое области SGA и назначение ее компонентов. Но начнем мы с описания различных типов файлов, которые сервер Oracle использует для управления данными.

Файлы

В состав базы данных и экземпляра входит шесть типов файлов. С экземпляром связаны файлы параметров. По этим файлам экземпляр при запуске определяет свои характеристики, например размер структур в памяти и местонахождение управляющих файлов.

Базу данных образуют следующие файлы.

  • Файлы данных. Собственно данные (в этих файлах хранятся таблицы, индексы и все остальные сегменты).
  • Файлы журнала повторного выполнения. Журналы транзакций.
  • Управляющие файлы. Определяют местонахождение файлов данных и содержат другую необходимую информацию о состоянии базы данных.
  • Временные файлы. Используются при сортировке больших объемов данных и для хранения временных объектов.
  • Файлы паролей.
  • Используются для аутентификации пользователей, выполняющих администрирование удаленно, по сети. Мы не будем их подробно рассматривать.

Наиболее важны первые два типа файлов, поскольку именно в них хранятся накопленные данные. В случае потери остальных файлов хранящиеся данные не пострадают. Если будут потеряны файлы журнала повторного выполнения, некоторые данные могут быть потеряны. Если же будут потеряны файлы данных и все их резервные копии, данные, безусловно, будут потеряны навсегда.

Теперь давайте детально рассмотрим все типы файлов и их содержимое.

Файлы параметров

С базой данных Oracle связано много файлов параметров: от файла TNSNAMES.ORA на клиентской рабочей станции (используемого для поиска сервера) и файла LISTENER.ORA на сервере (для запуска процесса прослушивания Net8) до файлов SQLNET.ORA, PROTOCOL.ORA, NAMES.ORA, CMAN.ORA и LDAP.ORA. Наиболее важным является файл параметров инициализации экземпляра, потому что без него не удастся запустить экземпляр. Остальные файлы тоже важны; они связаны с поддержкой сети и обеспечением подключения к базе данных. Однако рассматриваться в этом разделе они не будут. Сведения об их конфигурировании и настройке можно найти в руководстве Oracle Net8 Administrators Guide. Обычно разработчик не настраивает эти файлы — они создаются администратором.

Файл параметров инициализации экземпляра обычно называют файлом init или файлом init.ora. Это название происходит от стандартного имени этого файла, — init<ORACLE_SID>.ora. Например, экземпляр со значением SID, равным tkyte816, обычно имеет файл параметров инициализации inittkyte816.ora. Без файла параметров инициализации нельзя запустить экземпляр Oracle. Поэтому файл этот достаточно важен. Однако, поскольку это обычный текстовый файл, который можно создать в любом текстовом редакторе, сохранять его ценой собственной жизни не стоит.

Для тех, кому незнаком термин SID или параметр ORACLE_SID, представлю полное определение. SID — это идентификатор экземпляра (сайта). В ОС UNIX он хешируется совместно со значением ORACLE_HOME (задающим каталог, в котором установлено ПО Oracle) для создания уникального ключа при подсоединении области SGA. Если значение ORACLE_SID или ORACLE_HOME задано неправильно, выдается сообщение об ошибке ORACLE NOT AVAILABLE, поскольку невозможно подключиться к сегменту разделяемой памяти, определяемому этим "магическим" ключом. В ОС Windows разделяемая память используется не так, как в ОС UNIX, но параметр SID все равно важен. В одном и том же базовом каталоге ORACLE_HOME может быть несколько баз данных, так что необходимо иметь возможность уникально идентифицировать их и соответствующие конфигурационные файлы.

В Oracle файл init.ora имеет очень простую конструкцию. Он представляет собой набор пар имя параметра/значение. Файл init.ora может иметь такой вид:

db_name = "tkyte816"

db_block_size = 8192

control_files = ("C:\oradata\control01.ctl", "C:\oradata\control02.ctl")

Фактически это почти минимальный файл init.ora, с которым уже можно работать. В нем указан размер блока, стандартный для моей платформы (стандартный размер блока различен для разных платформ), так что я могу эту строку удалить. Файл параметров инициализации используется для получения имени базы данных и местонахождения управляющих файлов. Управляющие файлы содержат информацию о местонахождении всех остальных файлов, так что они нужны в процессе начальной загрузки при запуске экземпляра.

В файле параметров инициализации обычно содержится и много других параметров. Количество и имена параметров меняются с каждой новой версией. Например, в Oracle 8.1.5 был параметр plsql_load_without_compile. Его не было ни в одной из предыдущих версий и нет в последующих. В моих базах данных версий 8.1.5, 8.1.6 и 8.1.7 имеется, соответственно, 199, 201 и 203 различных параметра инициализации. Большинство параметров, например db_block_size, существует очень давно (они были во всех версиях), но со временем необходимость во многих параметрах отпадает, так как меняется реализация. Если захочется прочитать об этих параметрах и разобраться, что они позволяют установить, обратитесь к руководству Oracle8i Reference. В первой главе этого руководства представлены официально поддерживаемые параметры инициализации.

Обратите внимание на слова "официально поддерживаемые" в предыдущем абзаце. Не поддерживаются (и не описаны в руководстве) параметры, имена которых начинаются с символа подчеркивания. Вокруг этих параметров много спекуляций: поскольку они не поддерживаются официально, значит, имеют "магические" свойства. Многие полагают, что эти параметры хорошо известны "посвященным" сотрудникам корпорации Oracle и используются ими. По моему мнению, все как раз наоборот. Их мало кто вообще знает и редко использует. Большинство из неописанных параметров — лишние, представляют устаревшие возможности или обеспечивают обратную совместимость. Другие помогают при восстановлении данных, но не всей базы данных: они позволяют запустить экземпляр в определенных экстремальных ситуациях, но лишь для извлечения данных — базу данных затем придется пересоздавать. Я не вижу смысла использовать неописанные параметры файла init.ora в реальной базе данных, если только этого не требует служба технической поддержки. Многие из них имеют побочные эффекты, которые могут оказаться разрушительными. В базе данных, которую я использую для разработки, установлен только один неописанный параметр:

_TRACE_FILES_PUBLIC = TRUE

Это делает трассировочные файлы доступными всем, а не только членам группы dba. Я хочу, чтобы разработчики как можно чаще использовали установки SQL_TRACE, TIMED_STATISTICS и утилиту TKPROF (более того, я это требую), поэтому всем им необходимо читать трассировочные файлы. В производственной базе данных я неописанных параметров не использую.

Неописанные параметры должны использоваться только по указанию службы технической поддержки Oracle. При их использовании можно повредить базу данных, да и реализация меняется от версии к версии.

Теперь, когда известно, что представляют собой файлы параметров и где можно более подробно прочитать о параметрах, которые в них можно устанавливать, осталось узнать, где эти файлы искать на диске. Файлы параметров инициализации экземпляра принято именовать так:

init$ORACLE_SID.ora    (переменная среды Unix)
init%ORACLE_SID%.ora   (переменная среды Windows)

Как правило, они находятся в каталогах

$ORACLE_HOME/dbs       (в ОС Unix)
%ORACLE_HOME%\DATABASE (в ОС Windows)

Часто в файле параметров содержится всего одна строка примерно такого вида:

IFILE='C:\oracle\admin\tkyte816\pfile\init.ora'

Директива IFILE работает аналогично директиве препроцессора #include в языке C. Она вставляет в данном месте текущего файла содержимое указанного файла. В данном случае включается содержимое файла init.ora из нестандартного каталога.

Следует отметить, что файл параметров не обязательно должен находится в одном и том же стандартном месте. При запуске экземпляра можно использовать параметр pfile = имя_файла. Это особенно полезно при попытке проверить результаты установки других значений для параметров.

Файлы данных

Файлы данных вместе с файлами журнала повторного выполнения являются наиболее важными в базе данных. Именно в них хранятся все данные. В каждой базе данных есть хотя бы один файл данных, но обычно их намного больше. Только самые простые, "тестовые" базы данных имеют один файл данных. В любой реальной базе данных должно быть минимум два файла данных: один — для системных данных (табличное пространство SYSTEM), другой — для пользовательских (табличное пространство USER). В этом разделе мы рассмотрим организацию файлов данных в Oracle и способы хранения данных в этих файлах. Но прежде надо разобраться, что такое табличное пространство, сегмент, экстент и блок. Все это — единицы выделения пространства под объекты в базе данных Oracle.

Начнем с сегментов. Сегменты — это области на диске, выделяемые под объекты — таблицы, индексы, сегменты отката и т.д. При создании таблицы создается сегмент таблицы. При создании секционированной таблицы создается по сегменту для каждой секции. При создании индекса создается сегмент индекса и т.д. Каждый объект, занимающий место на диске, хранится в одном сегменте. Есть сегменты отката, временные сегменты, сегменты кластеров, сегменты индексов и т.д.

Сегменты, в свою очередь, состоят из одного или нескольких экстентов. Экстент — это непрерывный фрагмент пространства в файле. Каждый сегмент первоначально состоит хотя бы из одного экстента, причем для некоторых объектов требуется минимум два экстента (в качестве примера можно назвать сегменты отката). Чтобы объект мог вырасти за пределы исходного экстента, ему необходимо выделить следующий экстент. Этот экстент не обязательно должен выделяться рядом с первым; он может находиться достаточно далеко от первого, но в пределах экстента в файле пространство всегда непрерывно. Размер экстента варьируется от одного блока до 2 Гбайт.

Экстенты состоят из блоков. Блок — наименьшая единица выделения пространства в Oracle. В блоках и хранятся строки данных, индексов или промежуточные результаты сортировок. Именно блоками сервер Oracle обычно выполняет чтение и запись на диск. Блоки в Oracle бывают размером 2 Кбайта, 4 Кбайта или 8 Кбайт (хотя допустимы также блоки размером 16 Кбайт и 32 Кбайта).

Сегмент состоит из одного или более экстентов, а экстент — это группа следующих подряд блоков.

Размер блока в базе данных с момента ее создания — величина постоянная, поэтому все блоки в базе данных одного размера. Формат блока представлен ниже.

+---------------+
|               | <---- заголовок
+---------------+
|               | <---- каталог таблиц
+---------------+
|\\\\\\\\\\\\\\\| <---- каталог строк
+---------------+
|               |
|               | <---- свободное пространство
|     ...       |
+---------------+
|010101010101010|
|010101010101010|
|010101010101010| <---- данные
|010101010101010|
|010101010101010|
+---------------+

Заголовок блока содержит информацию о типе блока (блок таблицы, блок индекса и т.д.), информацию о текущих и прежних транзакциях, затронувших блок, а также адрес (местонахождение) блока на диске. Каталог таблиц содержит информацию о таблицах, строки которых хранятся в этом блоке (в блоке могут храниться данные нескольких таблиц). Каталог строк содержит описание хранящихся в блоке строк. Это массив указателей на строки, хранящиеся в области данных блока. Вместе эти три части блока называются служебным пространством блока. Это пространство недоступно для данных и используется сервером Oracle для управления блоком. Остальные две части блока вполне понятны: в блоке имеется занятое пространство, в котором хранятся данные, и может быть свободное пространство.

Теперь, получив общее представление о сегментах, состоящих из экстентов, которые, в свою очередь, состоят из блоков, можно переходить к понятию "табличное пространство" и разбираться, где же в этой структуре место для файлов. Табличное пространство — это контейнер с сегментами. Каждый сегмент принадлежит к одному табличному пространству. В табличном пространстве может быть много сегментов. Все экстенты сегмента находятся в табличном пространстве, где создан сегмент. Сегменты никогда не переходят границ табличного пространства. С табличным пространством, в свою очередь, связан один или несколько файлов данных. Экстент любого сегмента табличного пространства целиком помещается в одном файле данных. Однако экстенты сегмента могут находиться в нескольких различных файлах данных. Графически это можно представить следующим образом7:

...

Итак, здесь представлено табличное пространство USER_DATA. Оно состоит из двух файлов данных — user_data01 и user_data02. В нем выделено три сегмента: T1, T2 и I1 (вероятно, две таблицы и индекс). В табличном пространстве выделены четыре экстента, причем каждый показан как непрерывный набор блоков базы данных. Сегмент T1 состоит из двух экстентов (по одному экстенту в каждом файле). Сегменты T2 и I1 состоят из одного экстента. Если для табличного пространства понадобится больше места, можно либо увеличить размер файлов данных, уже выделенных ему, либо добавить третий файл данных.

Табличные пространства в Oracle — это логические структуры хранения данных. Разработчики создают сегменты в табличных пространствах. Они никогда не переходят на уровень файлов — нельзя указать, что экстенты должны выделяться из определенного файла. Объекты создаются в табличных пространствах, а об остальном заботится сервер Oracle. Если в дальнейшем администратор базы данных решит перенести файлы данных на другой диск для более равномерного распределения операций ввода-вывода по дискам, никаких проблем для приложения это не создаст. На работе приложения это никак не отразится.

Итак, иерархия объектов, обеспечивающих хранение данных в Oracle, выглядит так.

  1. База данных, состоящая из одного или нескольких табличных пространств.
  2. Табличное пространство, состоящее из одного или нескольких файлов данных. Табличное пространство содержит сегменты.
  3. Сегмент (TABLE, INDEX и т.д.), состоящий из одного и более экстентов. Сегмент привязан к табличному пространству, но его данные могут находиться в разных файлах данных, образующих это табличное пространство.
  4. Экстент — набор расположенных рядом на диске блоков. Экстент целиком находится в одном табличном пространстве и, более того, в одном файле данных этого табличного пространства.
  5. Блок — наименьшая единица управления пространством в базе данных. Блок — наименьшая единица ввода-вывода, используемая сервером.

Прежде чем завершить описание файлов данных, давайте разберемся, как происходит управление экстентами в табличном пространстве. До версии 8.1.5 в Oracle был только один метод управления выделением экстентов в табличном пространстве. Этот метод называется управление табличным пространством по словарю. Т.е. место в табличном пространстве отслеживается в таблицах словаря данных (аналогично тому, как отслеживаются движения средств на банковских счетах с помощью пары таблиц DEBIT и CREDIT). В качестве дебета можно рассматривать выделенные объектам экстенты, в качестве кредита — свободные для использования экстенты. Когда для объекта необходим очередной экстент, он запрашивается у системы. При получении такого запроса сервер Oracle обращается к соответствующим таблицам словаря данных, выполняет ряд запросов, находит (или не находит) свободное место нужного размера, а затем изменяет строку в одной таблице (или удаляет ее) и вставляет строку в другую. При этом сервер Oracle управляет пространством примерно так же, как работают обычные приложения: он изменяет данные в таблицах.

Соответствующие SQL-операторы для получения дополнительного пространства, выполняемые в фоновом режиме от имени пользователя, называют рекурсивными. Выполненный пользователем SQL-оператор INSERT вызывает выполнение других рекурсивных SQL-операторов для получения пространства на диске. При частом выполнении рекурсивные SQL-операторы создают весьма существенную дополнительную нагрузку на систему. Подобные изменения словаря данных должны выполняться последовательно, делать их одновременно нельзя. По возможности их следует избегать.

В прежних версиях Oracle этот метод управления пространством (и связанные с ним дополнительные расходы ресурсов на выполнение рекурсивных SQL-операторов) приводил к проблемам при работе с временными табличными пространствами (до появления "настоящих" временных табличных пространств). Речь идет о табличных пространствах, в которых необходимо часто выделять место (при этом надо удалить строку из одной таблицы словаря данных и вставить в другую) и освобождать его (помещая только что перенесенные строки туда, где они ранее были). Эти операции выполняются последовательно, что существенно снижает возможности одновременной работы и увеличивает время ожидания. В версии 7.3 СУБД Oracle для решения этой проблемы добавили временные пространства. Во временном табличном пространстве пользователь не мог создавать постоянные объекты. Это было единственным новшеством: управление пространством все равно выполнялось с помощью таблиц словаря данных. Однако после выделения экстента во временном табличном пространстве система его уже не освобождала. При следующем запросе экстента из временного табличного пространства сервер Oracle искал уже выделенный экстент в соответствующей структуре данных в памяти и, найдя, использовал повторно. В противном случае экстент выделялся как обычно. При этом после запуска и работы СУБД в течение некоторого времени соответствующий временный сегмент выглядел как заполненный, но фактически был просто "выделен". Свободными экстентами в нем управляли по-другому. При запросе сеансом временного пространства сервер Oracle искал его в структурах данных в памяти, а не выполнял дорогостоящие рекурсивные SQL-операторы.

В версиях Oracle, начиная с 8.1.5, был сделан следующий шаг по сокращению расхода ресурсов на управление пространством. Кроме табличных пространств, управляемых по словарю данных, появились локально управляемые табличные пространства. Для всех табличных пространств стало можно делать то, что в Oracle 7.3 делалось для временных, т.е. не использовать словарь данных для управления свободным местом в табличном пространстве. В локально управляемом табличном пространстве для отслеживания экстентов используется битовая карта, хранящаяся в каждом файле данных. Теперь для получения экстента достаточно установить значение 1 для соответствующего бита в битовой карте. Для освобождения экстента — сбросить бит обратно в 0. По сравнению с обращениями к словарю данных, это выполняется молниеносно. Больше не требуется ждать завершения длительно выполняемой операции, на уровне базы данных последовательно выделяющей место во всех табличных пространствах. Очередность на уровне табличного пространства остается только для очень быстро выполняемой операции. Локально управляемые табличные пространства имеют и другие положительные качества, например устанавливают одинаковый размер всех экстентов, но это имеет значение только для администраторов баз данных.

Временные файлы

Временные файлы в Oracle — это специальный тип файлов данных. Сервер Oracle использует временные файлы для хранения промежуточных результатов сортировки большого объема данных или результирующих множеств, если для них не хватает оперативной памяти. Постоянные объекты данных, такие как таблицы или индексы, во временных файлах никогда не хранятся, в отличие от содержимого временных таблиц и построенных по ним индексов. Так что создать таблицы приложения во временном файле данных нельзя, а вот хранить в нем данные можно, если использовать временную таблицу.

Сервер Oracle обрабатывает временные файлы специальным образом. Обычно все изменения объектов записываются в журналы повторного выполнения. Эти журналы транзакций в дальнейшем можно использовать для повторного выполнения транзакций. Это делается, например, при восстановлении после сбоя. Временные файлы в этом процессе не участвуют. Для них не генерируются данные повторного выполнения, хотя и генерируются данные отмены (UNDO) при работе с глобальными временными таблицами, чтобы можно было откатить изменения, сделанные в ходе сеанса. Создавать резервные копии временных файлов данных нет необходимости, а если кто-то это делает, то напрасно теряет время, поскольку данные во временном файле восстановить все равно нельзя.

Рекомендуется конфигурировать базу данных так, чтобы временные табличные пространства управлялись локально. Убедитесь, что ваш администратор базы данных использует команду CREATE TEMPORARY TABLESPACE. Никому не нужно еще одно обычное табличное пространство, используемое под временные данные, поскольку не удастся получить преимущества временных файлов данных. Убедитесь также, что в качестве временного используется локально управляемое табличное пространство с экстентами одинакового размера, соответствующего значению параметра инициализации sort_area_size. Создаются такие временные табличные пространства примерно так:

tkyte@TKYTE816> create temporary tablespace temp
  2  tempfile 'c:\oracle\oradata\tkyte816\temp.dbf'
  3  size 5m
  4  extent management local
  5  uniform size 64k;

Tablespace created.

Поскольку мы опять вторгаемся в сферу деятельности администратора базы данных, переходим к следующей теме.

Управляющие файлы

Управляющий файл — это сравнительно небольшой файл (в редких случаях он может увеличиваться до 64 Мбайт), содержащий информацию обо всех файлах, необходимых серверу Oracle. Из файла параметров инициализации (init.ora) экземпляр может узнать, где находятся управляющие файлы, а в управляющем файле описано местонахождение файлов данных и файлов журнала повторного выполнения. В управляющих файлах хранится и другие необходимые серверу Oracle сведения, в частности время обработки контрольной точки, имя базы данных (которое должно совпадать со значением параметра инициализации db_name), дата и время создания базы данных, хронология архивирования журналов повторного выполнения (именно она приводит к увеличению размера управляющего файла в некоторых случаях) и т.д.

Управляющие файлы надо мультиплексировать либо аппаратно (располагать на RAID-массиве), либо с помощью средств сервера Oracle, когда RAID-массив или зеркалирование использовать нельзя. Необходимо поддерживать несколько копий этих файлов, желательно на разных дисках, чтобы предотвратить потерю управляющих файлов в случае сбоя диска. Потеря управляющих файлов — не фатальное событие, она только существенно усложнит восстановление.

С управляющими файлами разработчику скорее всего сталкиваться никогда не придется. Для администратора базы данных это — важная часть базы данных, но для разработчика эти файлы не особенно нужны.

Файлы журнала повторного выполнения

Файлы журнала повторного выполнения принципиально важны для базы данных Oracle. Это журналы транзакций базы данных. Они используются только для восстановления при сбое экземпляра или носителя или при поддержке резервной базы данных на случай сбоев. Если на сервере, где работает СУБД, отключится питание и вследствие этого произойдет сбой экземпляра, для восстановления системы в состояние, непосредственно предшествующее отключению питания, сервер Oracle при повторном запуске будет использовать оперативные журналы повторного выполнения. Если диск, содержащий файлы данных, полностью выйдет из строя, для восстановления резервной копии этого диска на соответствующий момент времени сервер Oracle, помимо оперативных журналов повторного выполнения, будет использовать также архивные. Кроме того, при случайном удалении таблицы или какой-то принципиально важной информации, если эта операция зафиксирована, с помощью оперативных и архивных журналов повторного выполнения можно восстановить данные из резервной копии на момент времени, непосредственно предшествующий удалению.

Практически каждое действие, выполняемое в СУБД Oracle, генерирует определенные данные повторного выполнения, которые надо записать в оперативные файлы журнала повторного выполнения. При вставке строки в таблицу конечный результат этой операции записывается в журналы повторного выполнения. При удалении строки записывается факт удаления. При удалении таблицы в журнал повторного выполнения записываются последствия этого удаления. Данные из удаленной таблицы не записываются, но рекурсивные SQL-операторы, выполняемые сервером Oracle при удалении таблицы, генерируют определенные данные повторного выполнения. Например, при этом сервер Oracle удалит строку из таблицы SYS.OBJ$, и это удаление будет отражено в журнале.

Некоторые операции могут выполняться в режиме с минимальной генерацией данных повторного выполнения. Например, можно создать индекс с атрибутом NOLOGGING. Это означает, что первоначальное создание этого индекса не будет записываться в журнал, но любые инициированные при этом рекурсивные SQL-операторы, выполняемые сервером Oracle, — будут. Например, вставка в таблицу SYS.OBJ$ строки, соответствующей индексу, в журнал записываться не будет. Однако последующие изменения индекса при выполнении SQL-операторов INSERT, UPDATE и DELETE, будут записываться в журнал.

Есть два типа файлов журнала повторного выполнения: оперативные и архивные. В главе 5 мы еще раз затронем тему журналов повторного выполнения и сегментов отката, чтобы понять, как они влияют на разработку приложений. Пока же мы опишем, что собой представляют журналы повторного выполнения и их назначение.

Оперативный журнал повторного выполнения

В каждой базе данных Oracle есть как минимум два оперативных файла журнала повторного выполнения. Эти оперативные файлы журнала повторного выполнения имеют фиксированный размер и используются циклически. Сервер Oracle выполняет запись в файл журнала 1, а когда доходит до конца этого файла, — переключается на файл журнала 2 и переписывает его содержимое от начала до конца. Когда заполнен файл журнала 2, сервер переключается снова на файл журнала 1 (если имеется всего два файла журнала повторного выполнения; если их три, сервер, разумеется, переключится на третий файл).

Переход с одного файла журнала на другой называется переключением журнала. Важно отметить, что переключение журнала может вызвать временное "зависание" плохо настроенной базы данных. Поскольку журналы повторного выполнения используются для восстановления транзакций в случае сбоя, перед повторным использованием файла журнала необходимо убедиться, что его содержимое не понадобится в случае сбоя. Если сервер Oracle "не уверен", что содержимое файла журнала не понадобится, он приостанавливает на время изменения в базе данных и убеждается, что данные, "защищаемые" этой информацией повторного выполнения, записаны на диск. После этого обработка возобновляется, и файл журнала переписывается. Мы затронули ключевое понятие баз данных — обработку контрольной точки. Чтобы понять, как используются оперативные журналы повторного выполнения, надо разобраться с обработкой контрольной точки, использованием буферного кеша базы данных и рассмотреть функции процесса записи блоков базы данных (Database Block Writer - DBWn). Буферный кеш и процесс DBWn подробно рассматриваются ниже, но мы все равно забегаем вперед, так что имеет смысл поговорить о них.

В буферном кеше базы данных временно хранятся блоки базы данных. Это структура в области SGA разделяемой памяти экземпляра Oracle. При чтении блоки запоминаются в этом кеше (предполагается, что в дальнейшем их не придется читать с диска). Буферный кеш — первое и основное средство настройки производительности сервера. Он существует исключительно для ускорения очень медленного процесса ввода-вывода. При изменении блока путем обновления одной из его строк изменения выполняются в памяти, в блоках буферного кеша. Информация, достаточная для повторного выполнения этого изменения, записывается в буфер журнала повторного выполнения — еще одну структуру данных в области SGA. При фиксации изменений с помощью оператора COMMIT сервер Oracle не записывает на диск все измененные блоки в области SGA. Он только записывает в оперативные журналы повторного выполнения содержимое буфера журнала повторного выполнения. Пока измененный блок находится в кеше, а не на диске, содержимое соответствующего оперативного журнала может быть использовано в случае сбоя экземпляра. Если сразу после фиксации изменения отключится питание, содержимое буферного кеша пропадет.

Если это произойдет, единственная запись о выполненном изменении останется в файле журнала повторного выполнения. После перезапуска экземпляра сервер Oracle будет по сути повторно выполнять транзакцию, изменяя блок точно так же, как мы это делали ранее, и фиксируя это изменение автоматически. Итак, если измененный блок находится в кеше и не записан на диск, мы не можем повторно записывать соответствующий файл журнала повторного выполнения.

Тут и вступает в игру процесс DBWn. Это фоновый процесс сервера Oracle, отвечающий за освобождение буферного кеша при заполнении и обработку контрольных точек. Обработка контрольной точки состоит в сбросе грязных (измененных) блоков из буферного кеша на диск. Сервер Oracle делает это автоматически, в фоновом режиме. Обработка контрольной точки может быть вызвана многими событиями, но чаще всего — переключением журнала повторного выполнения. При заполнении файла журнала 1, перед переходом на файл журнала 2, сервер Oracle инициирует обработку контрольной точки. В этот момент процесс DBWn начинает сбрасывать на диск все грязные блоки, защищенные файлом журнала 1. Пока процесс DBWn не сбросит все блоки, защищаемые этим файлом, сервер Oracle не сможет его повторно использовать. Если попытаться использовать его прежде, чем процесс DBWn завершит обработку контрольной точки, в журнал сообщений (alert log) будет выдано следующее сообщение:

...
Thread 1 cannot allocate new log, sequence 66
Checkpoint not complete
  Current log# 2 seq# 65 mem# 0: C:\ORACLE\ORADATA\TKYTE816\REDO02.LOG
...

Журнал сообщений — это файл на сервере, содержащий информационные сообщения сервера, например, о запуске и останове, а также уведомления об исключительных ситуациях, вроде незавершенной обработки контрольной точки. Итак, в момент выдачи этого сообщения обработка изменений была приостановлена до завершения процессом DBWn обработки контрольной точки. Для ускорения обработки сервер Oracle отдал все вычислительные мощности процессу DBWn.

При соответствующей настройке сервера это сообщение в журнале появляться не должно. Если оно все же есть, значит, имеют место искусственные, ненужные ожидания, которых можно избежать. Цель (в большей степени администратора базы данных, чем разработчика) — иметь достаточно оперативных файлов журнала повторного выполнения. Это предотвратит попытки сервера использовать файл журнала, прежде чем будет закончена обработка контрольной точки. Если это сообщение выдается часто, значит, администратор базы данных не выделил для приложения достаточного количества оперативных журналов повторного выполнения или процесс DBWn не настроен как следует. Разные приложения генерируют различные объемы информации повторного выполнения. Системы класса DSS (системы поддержки принятия решений, выполняющие только запросы), естественно, будут генерировать намного меньше информации повторного выполнения, чем системы OLTP (системы оперативной обработки транзакций). Система, манипулирующая изображениями в больших двоичных объектах базы данных, может генерировать во много раз больше информации повторного выполнения, чем простая система ввода заказов. В системе ввода заказов со 100 пользователями генерируется в десять раз меньше информации повторного выполнения, чем в системе с 1000 пользователей. "Правильного" размера для журналов повторного выполнения нет, — он просто должен быть достаточным.

При определении размера и количества оперативных журналов повторного выполнения необходимо учитывать много факторов. Они, в общем, выходят за рамки книги, но я перечислю хотя бы отдельные, чтобы вы поняли, о чем речь.

  • Резервная база данных. Когда заполненные журналы повторного выполнения посылаются на другую машину и там применяются к копии текущей базы данных, необходимо много небольших файлов журнала. Это поможет уменьшить рассинхронизацию резервной базы данных с основной.
  • Множество пользователей, изменяющих одни и те же блоки. Здесь могут понадобиться большие файлы журнала повторного выполнения. Поскольку все изменяют одни и те же блоки, желательно, чтобы до того как блоки будут сброшены на диск, было выполнено как можно больше изменений. Каждое переключение журнала инициирует обработку контрольной точки, так что желательно переключать журналы как можно реже. Это, однако, может замедлить восстановление.
  • Среднее время восстановления. Если необходимо обеспечить максимально быстрое восстановление, придется использовать файлы журнала меньшего размера, даже если одни и те же блоки изменяются множеством пользователей. Один или два небольших файла журнала повторного выполнения будут обработаны при восстановлении намного быстрее, чем один гигантский. Система в целом будет работать медленнее, чем могла бы (из-за слишком частой обработки контрольных точек), но восстановление будет выполняться быстрее. Для сокращения времени восстановления можно изменять и другие параметры базы данных, а не только уменьшать размер файлов журнала повторного выполнения.

Архивный журнал повторного выполнения

База данных Oracle может работать в двух режимах — NOARCHIVELOG и ARCHIVELOG. Я считаю, что система, используемая в производственных условиях, обязательно должна работать в режиме ARCHIVELOG. Если база данных не работает в режиме ARCHIVELOG, данные рано или поздно будут потеряны. Работать в режиме NOARCHIVELOG можно только в среде разработки или тестирования.

Эти режимы отличаются тем, что происходит с файлом журнала повторного выполнения до того как сервер Oracle его перепишет. Сохранять ли копию информации повторного выполнения или разрешить серверу Oracle переписать ее, потеряв при этом навсегда — очень важный вопрос. Если не сохранить этот файл, мы не сможем восстановить данные с резервной копии до текущего момента. Предположим, резервное копирование выполняется раз в неделю, по субботам. В пятницу вечером, после того как за неделю было сгенерировано несколько сотен журналов повторного выполнения, происходит сбой диска. Если база данных не работала в режиме ARCHIVELOG, остается только два варианта дальнейших действий.

  • Удалить табличное пространство/пространства, связанные со сбойным диском. Любое табличное пространство, имеющее файлы данных на этом диске, должно быть удалено, включая его содержимое. Если затронуто табличное пространство SYSTEM (словарь данных Oracle), этого сделать нельзя.
  • Восстановить данные за субботу и потерять все изменения за неделю.

Оба варианта непривлекательны, поскольку приводят к потере данных. Работая же в режиме ARCHIVELOG, достаточно найти другой диск и восстановить на него соответствующие файлы с субботней резервной копии. Затем применить к ним архивные журналы повторного выполнения и, наконец, — оперативные журналы повторного выполнения (то есть повторить все накопленные за неделю транзакции в режиме быстрого наката). При этом ничего не теряется. Данные восстанавливаются на момент сбоя.

Часто приходится слышать, что в производственных системах режим ARCHIVELOG не нужен. Это глубочайшее заблуждение. Если не хотите в один момент потерять данные, сервер должен работать в режиме ARCHIVELOG. "Мы используем дисковый массив RAID-5 и абсолютно защищены" — вот типичное оправдание. Я сталкивался с ситуациями, когда по вине изготовителя все пять дисков массива одновременно останавливались. Я видел поврежденные аппаратным контроллером файлы данных, которые в поврежденном виде надежно защищались дисковым массивом. Если имеется резервная копия данных на момент, предшествующий сбою оборудования, и архивы не повреждены, — восстановление возможно. Поэтому нет разумных оснований для того, чтобы не использовать режим ARCHIVELOG в системе, где данные представляют хоть какую-нибудь ценность. Производительность — не основание. При правильной настройке на архивирование расходуется незначительное количество ресурсов системы. Это, а также тот факт, что быстро работающая система, в которой данные теряются, — бесполезна, заставляет сделать вывод, что, даже если бы архивирование журналов замедляло работу системы в два раза, оно в любом случае должно выполняться.

Не поддавайтесь ни на какие уговоры и не отказывайтесь от режима ARCHIVELOG. Вы потратили много времени на разработку приложения, поэтому надо, чтобы пользователи ему доверяли. О доверии можно забыть, если их данные будут потеряны.

Итак, мы рассмотрели основные типы файлов, используемых сервером Oracle: от небольших файлов параметров инициализации (без которых не удастся даже запустить экземпляр) до принципиально важных файлов журнала повторного выполнения и файлов данных. Обсудили структуры хранения данных в Oracle: от табличных пространств, сегментов и экстентов до блоков базы данных — наименьшей единицы хранения. Была описана обработка контрольной точки в базе данных и даже (несколько преждевременно) затронута работа физических процессов или потоков, составляющих экземпляр Oracle. В последующих разделах этой главы мы более детально рассмотрим эти процессы и структуры памяти.

Структуры памяти

Теперь пришло время рассмотреть основные структуры памяти сервера Oracle. Их три.

  • SGA, System Global Area — глобальная область системы. Это большой совместно используемый сегмент памяти, к которому обращаются все процессы Oracle.
  • PGA, Process Global Area — глобальная область процесса. Это приватная область памяти процесса или потока, недоступная другим процессам/потокам.
  • UGA, User Global Area — глобальная область пользователя. Это область памяти, связанная с сеансом. Глобальная область памяти может находиться в SGA либо в PGA. Если сервер работает в режиме MTS, она располагается в области SGA, если в режиме выделенного сервера, — в области PGA.

Рассмотрим кратко области PGA и UGA, затем перейдем к действительно большой структуре — области SGA.

Области PGA и UGA

Как уже было сказано, PGA — это область памяти процесса. Эта область памяти используется одним процессом или одним потоком. Она недоступна ни одному из остальных процессов/потоков в системе. Область PGA обычно выделяется с помощью библиотечного вызова malloc() языка C и со временем может расти (или уменьшаться). Область PGA никогда не входит в состав области SGA — она всегда локально выделяется процессом или потоком.

Область памяти UGA хранит состояние сеанса, поэтому всегда должна быть ему доступна. Местонахождение области UGA зависит исключительно от конфигурации сервера Oracle. Если сконфигурирован режим MTS, область UGA должна находиться в структуре памяти, доступной всем процессам, следовательно, в SGA. В этом случае сеанс сможет использовать любой разделяемый сервер, так как каждый из них сможет прочитать и записать данные сеанса. При подключении к выделенному серверу это требование общего доступа к информации о состоянии сеанса снимается, и область UGA становится почти синонимом PGA, — именно там информация о состоянии сеанса и будет располагаться. Просматривая статистическую информацию о системе, можно обнаружить, что при работе в режиме выделенного сервера область UGA входит в PGA (размер области PGA будет больше или равен размеру используемой памяти UGA — размер UGA будет учитываться при определении размера области PGA).

Размер области PGA/UGA определяют параметры уровня сеанса в файле init.ora: SORT_AREA_SIZE и SORT_AREA_RETAINED_SIZE. Эти два параметра управляют объемом пространства, используемым сервером Oracle для сортировки данных перед сбросом на диск, и определяют объем сегмента памяти, который не будет освобожден по завершении сортировки. SORT_AREA_SIZE обычно выделяется в области PGA, а SORT_AREA_RETAINED_SIZE — в UGA. Управлять размером областей UGA/PGA можно с помощью запроса к специальному представлению V$ сервера Oracle. Эти представления называют также представлениями динамической производительности. Подробнее эти представления V$ рассматриваются в главе 10. С помощью представлений V$ можно определить текущее использование памяти под области PGA и UGA. Например, запущен небольшой тестовый пример, требующий сортировки большого объема данных. Просмотрев несколько первых строк данных, я решил не извлекать остальное результирующее множество. После этого можно сравнить использование памяти "до" и "после":

tkyte@TKYTE816> select a.name, b.value
  2  from v$statname a, v$mystat b
  3  where a.statistic# = b.statistic#
  4  and a.name like '%ga %'
  5  /

NAME                                VALUE
------------------------------ ----------
session uga memory                  67532
session uga memory max              71972
session pga memory                 144688
session pga memory max             144688

4 rows selected.

Итак, перед началом сортировки в области UGA было около 70 Кбайт данных, а в PGA — порядка 140 Кбайт. Первый вопрос: сколько памяти используется в области PGA помимо UGA? Вопрос нетривиальный и на него нельзя ответить, не зная, подключен ли сеанс к выделенному или к разделяемому серверу; но даже зная это нельзя ответить однозначно. В режиме выделенного сервера область UGA входит в состав PGA. В этом случае порядка 140 Кбайт выделено в области памяти процесса или потока. В режиме MTS область UGA выделяется из SGA, а область PGA относится к разделяемому серверу. Поэтому при работе в режиме MTS к моменту получения последней строки из представленного выше запроса разделяемый серверный процесс уже может использоваться другим сеансом. Соответственно, область PGA уже не принадлежит нам, так что мы используем всего 70 Кбайт памяти (если только не находимся в процессе выполнения запроса, когда областями PGA и UGA суммарно используется 210 Кбайт памяти).

Теперь разберемся, что происходит в областях PGA/UGA нашего сеанса:

tkyte@TKYTE816> show parameter sort_area

NAME                                 TYPE    VALUE
------------------------------------ ------- --------------------------
sort_area_retained_size              integer 65536
sort_area_size                       integer 65536

tkyte@TKYTE816> set pagesize 10
tkyte@TKYTE816> set pause on
tkyte@TKYTE816> select * from all_objects order by 1, 2, 3, 4;

...(Нажмите Control-C после первой страницы данных) ...

tkyte@TKYTE816> set pause off

tkyte@TKYTE816> select a.name, b.value
  2  from v$statname a, v$mystat b
  3  where a.statistic# = b.statistic#
  4  and a.name like '%ga %'
5  /

NAME                                VALUE
------------------------------ ----------
session uga memory                  67524
session uga memory max             174968
session pga memory                 291336
session pga memory max             291336

4 rows selected.

Как видите, памяти использовано больше, поскольку данные сортировались. Область UGA временно увеличилась примерно на размер SORT_AREA_RETAINED_SIZE, а область PGA — немного больше. Для выполнения запроса и сортировки сервер Oracle выделил дополнительные структуры, которые оставлены в памяти сеанса для других запросов. Давайте выполним ту же операцию, изменив значение SORT_AREA_SIZE:

tkyte@TKYTE816> alter session set sort_area_size=1000000;

Session altered.

tkyte@TKYTE816> select a.name, b.value
  2  from v$statname a, v$mystat b
  3  where a.statistic# = b.statistic#
  4  and a.name like '%ga %'
  5  /

NAME                                VALUE
------------------------------ ----------
session uga memory                  63288
session uga memory max             174968
session pga memory                 291336
session pga memory max             291336

4 rows selected.

tkyte@TKYTE816> show parameter sort_area

NAME                                 TYPE    VALUE
------------------------------------ ------- --------------------------
sort_area_retained_size              integer 65536
sort_area_size                       integer 1000000

tkyte@TKYTE816> select * from all_objects order by 1, 2, 3, 4;

...(Нажмите Control-C после первой страницы данных) ...

tkyte@TKYTE816> set pause off

tkyte@TKYTE816> select a.name, b.value
  2  from v$statname a, v$mystat b
  3  where a.statistic# = b.statistic#
  4  and a.name like '%ga %'
  5  /
NAME                                VALUE
------------------------------ ----------
session uga memory                  67528
session uga memory max             174968
session pga memory                1307580
session pga memory max            1307580

4 rows selected.

Как видите, в этот раз область PGA увеличилась существенно. Примерно на 1000000 байт, в соответствии с заданным значением SORT_AREA_SIZE. Интересно отметить, что в этот раз размер области UGA вообще не изменился. Для ее изменения надо задать другое значение SORT_AREA_RETAINED_SIZE, как показано ниже:

tkyte@TKYTE816> alter session set sort_area_retained_size=1000000;
Session altered.

tkyte@TKYTE816> select a.name, b.value
  2  from v$statname a, v$mystat b
  3  where a.statistic# = b.statistic#
  4  and a.name like '%ga %'
  5  /

NAME                                VALUE
------------------------------ ----------
session uga memory                  63288
session uga memory max             174968
session pga memory                1307580
session pga memory max            1307580

4 rows selected.

tkyte@TKYTE816> show parameter sort_area

NAME                                 TYPE    VALUE
------------------------------------ ------- --------------------------
sort_area_retained_size              integer 1000000
sort_area_size                       integer 1000000

tkyte@TKYTE816> select * from all_objects order by 1, 2, 3, 4;


...(Нажмите Control-C после первой страницы данных) ...

tkyte@TKYTE816> select a.name, b.value
  2  from v$statname a, v$mystat b
  3  where a.statistic# = b.statistic#
  4  and a.name like '%ga %'
  5  /

NAME                                VALUE
------------------------------ ----------
session uga memory                  66344
session uga memory max            1086120
session pga memory                1469192
session pga memory max            1469192

4 rows selected.

Теперь мы видим, что существенное увеличение размера области UGA связано с необходимостью дополнительно принять данные размером SORT_AREA_RETAINED_SIZE. В ходе обработки запроса 1 Мбайт сортируемых данных "кеширован в памяти". Остальные данные были на диске (где-то во временном сегменте). По завершении выполнения запроса это дисковое пространство возвращено для использования другими сеансами. Обратите внимание, что область PGA не уменьшилась до прежнего размера. Этого следовало ожидать, поскольку область PGA используется как "куча" и состоит из фрагментов, выделенных с помощью вызовов malloc(). Некоторые процессы в сервере Oracle явно освобождают память PGA, другие же оставляют выделенную память в куче (область для сортировки, например, остается в куче). Сжатие кучи при этом обычно ничего не дает (размер используемой процессами памяти только растет). Поскольку область UGA является своего рода "подкучей" (ее "родительской" кучей является область PGA либо SGA), она может сжиматься. При необходимости можно принудительно сжать область PGA:

tkyte@TKYTE816> exec dbms_session.free_unused_user_memory;

PL/SQL procedure successfully completed.

tkyte@TKYTE816> select a.name, b.value
  2  from v$statname a, v$mystat b
  3  where a.statistic# = b.statistic#
  4  and a.name like '%ga %'
  5  /

NAME                                VALUE
------------------------------ ----------
session uga memory                  73748
session uga memory max            1086120
session pga memory                 183360
session pga memory max            1469192

Учтите, однако, что в большинстве систем это действие — пустая трата времени. Можно уменьшить размер кучи PGA в рамках экземпляра Oracle, но память при этом операционной системе не возвращается. В зависимости от принятого в ОС метода управления памятью, суммарное количество используемой памяти даже увеличится. Все зависит от того, как на данной платформе реализованы функции malloc(), free(), realloc(), brk() и sbrk() (стандартные функции управления памятью в языке C).

Итак, мы рассмотрели две структуры памяти, области PGA и UGA. Теперь понятно, что область PGA принадлежит процессу. Она представляет собой набор переменных, необходимых выделенному или разделяемому серверному процессу Oracle для поддержки сеанса. Область PGA — это "куча" памяти, в которой могут выделяться другие структуры. Область UGA также является кучей, в которой определяются связанные с сеансом структуры. Область UGA выделяется из PGA при подключении к выделенному серверу Oracle и — из области SGA при подключении в режиме MTS. Это означает, что при работе в режиме MTS необходимо задать такой размер области SGA, чтобы в ней хватило места под области UGA для предполагаемого максимального количества одновременно подключенных к базе данных пользователей. Поэтому область SGA в экземпляре, работающем в режиме MTS, обычно намного больше, чем область SGA аналогично сконфигурированного экземпляра, работающего в режиме выделенного сервера.

Область SGA

Каждый экземпляр Oracle имеет одну большую область памяти, которая называется SGA, System Global Area — глобальная область системы. Это большая разделяемая структура, к которой обращаются все процессы Oracle. Ее размер варьируется от нескольких мегабайт в небольших тестовых системах до сотен мегабайт в системах среднего размера и множества гигабайт в больших системах.

В ОС UNIX область SGA — это физический объект, которую можно "увидеть" с помощью утилит командной строки. Физически область SGA реализована как сегмент разделяемой памяти — отдельный фрагмент памяти, к которому могут подключаться процессы. При отсутствии процессов Oracle вполне допустимо иметь в системе область SGA; память существует отдельно от них. Однако наличие области SGA при отсутствии процессов Oracle означает, что произошел тот или иной сбой экземпляра. Эта ситуация — нештатная, но она бывает. Вот как "выглядит" область SGA в ОС UNIX:

$ ipcs -mb
IPC status from <running system> as of Mon Feb 19 14:48:26 EST 2001
T         ID      KEY        MODE        OWNER    GROUP      SEGSZ
Shared Memory:
m        105   0xf223dfc8 --rw-r-----   ora816      dba  186802176

В ОС Windows увидеть область SGA, как в ОС UNIX, нельзя. Поскольку на этой платформе экземпляр Oracle работает как единый процесс с одним адресным пространством, область SGA выделяется как приватная память процесса ORACLE.EXE. С помощью диспетчера задач Windows (Task Manager) или другого средства контроля производительности можно узнать, сколько памяти выделено процессу ORACLE.EXE, но нельзя определить, какую часть по отношению к другим выделенным структурам памяти занимает область SGA.

В самой СУБД Oracle можно определить размер области SGA независимо от платформы. Есть еще одно "магическое" представление V$, именуемое V$SGASTAT. Вот как его можно использовать:

tkyte@TKYTE816> compute sum of bytes on pool
tkyte@TKYTE816> break on pool skip 1
tkyte@TKYTE816> select pool, name, bytes
  2  from v$sgastat
  3  order by pool, name;

POOL        NAME                                BYTES
----------- ------------------------------ ----------
java pool   free memory                      18366464
            memory in use                     2605056
***********                                ----------
sum                                          20971520

large pool  free memory                       6079520
            session heap                        64480
***********                                ----------
sum                                           6144000

shared pool Checkpoint queue                    73764
            KGFF heap                            5900
            KGK heap                            17556
            KQLS heap                          554560
            PL/SQL DIANA                       364292
            PL/SQL MPCODE                      138396
            PLS non-lib hp                       2096
            SYSTEM PARAMETERS                   61856
            State objects                      125464
            VIRTUAL CIRCUITS                    97752
            character set object                58936
            db_block_buffers                   408000

            db_block_hash_buckets              179128
            db_files                           370988
            dictionary cache                   319604
            distributed_transactions-          180152
            dlo fib struct                      40980
            enqueue_resources                   94176
            event statistics per sess          201600
            file # translation table            65572
            fixed allocation callback             320
            free memory                       9973964
            joxlod: in ehe                      52556
            joxlod: in phe                       4144
            joxs heap init                        356
            library cache                     1403012
            message pool freequeue             231152
            miscellaneous                      562744
            processes                           40000
            sessions                           127920
            sql area                          2115092
            table columns                       19812
            transaction_branches               368000
            transactions                        58872
            trigger defini                       2792
            trigger inform                        520
***********                                ----------
sum                                          18322028

            db_block_buffers                 24576000
            fixed_sga                           70924
            log_buffer                          66560
***********                                ----------
sum                                          24713484

43 rows selected.

Область SGA разбита на несколько пулов.

  • Java-пул. Java-пул представляет собой фиксированный пул памяти, выделенный виртуальной машине JVM, которая работает в составе сервера.
  • Большой пул. Большой пул (large pool) используется сервером в режиме MTS для размещения памяти сеанса, средствами распараллеливания Parallel Execution для буферов сообщений и при резервном копировании с помощью RMAN для буферов дискового ввода-вывода.
  • Разделяемый пул. Разделяемый пул (shared pool) содержит разделяемые курсоры, хранимые процедуры, объекты состояния, кеш словаря данных и десятки других компонентов данных.
  • "Неопределенный" ("Null") пул. Этот пул не имеет имени. Это память, выделенная под буферы блоков (кеш блоков базы данных, буферный кеш), буфер журнала повторного выполнения и "фиксированную область SGA".

Поэтому графически область SGA можно представить следующим образом:

+----------------------------------------------------------------------+
| SGA                                                                  |
| +-----------------+ +----------+ +---------------+ +---------------+ |
| |                 | | Java-пул | | Фиксированная | | Буфер журнала | |
| | Разделяемый пул | |          | | область SGA   | | повторного    | |
| |                 | +----------+ +---------------+ | выполнения    | |
| +-----------------+                                +---------------+ |
| +-----------------------------------------+ +----------------------+ |
| |           Буферный кеш                  | |     Большой пул      | |
| +-----------------------------------------+ +----------------------+ |
+----------------------------------------------------------------------+

На общий размер SGA наиболее существенно влияют следующие параметры init.ora.

  • JAVA_POOL_SIZE. Управляет размером Java-пула.
  • SHARED_POOL_SIZE. Управляет (до некоторой степени) размером разделяемого пула.
  • LARGE_POOL_SIZE. Управляет размером большого пула.
  • DB_BLOCK_BUFFERS. Управляет размером буферного кеша.
  • LOG_BUFFER. Управляет (отчасти) размером буфера журнала повторного выполнения.

За исключением параметров SHARED_POOL_SIZE и LOG_BUFFER, имеется однозначное соответствие между значением параметров в файле init.ora и объемом памяти, выделяемой соответствующей структуре в области SGA. Например, если умножить DB_BLOCK_BUFFERS на размер буфера, получится значение, совпадающее с размером в строке DB_BLOCK_BUFFERS для пула NULL в представлении V$SGASTAT (добавляется определенный объем памяти на поддержку защелок). Суммарное количество байтов, вычисленное из строк представления V$SGASTAT для большого пула, совпадет со значением параметра инициализации LARGE_POOL_SIZE.

Фиксированная область SGA

Фиксированная область SGA — это часть области SGA, размер которой зависит от платформы и версии. Она "компилируется" в двоичный модуль сервера Oracle при установке (отсюда и название — "фиксированная"). Фиксированная область SGA содержит переменные, которые указывают на другие части SGA, а также переменные, содержащие значения различных параметров. Размером фиксированной области SGA (как правило, очень небольшой) управлять нельзя. Можно рассматривать эту область как "загрузочную" часть SGA, используемую сервером Oracle для поиска других компонентов SGA.

Буфер журнала повторного выполнения

Буфер журнала повторного выполнения используется для временного кеширования данных оперативного журнала повторного выполнения перед записью на диск. Поскольку перенос данных из памяти в память намного быстрее, чем из памяти — на диск, использование буфера журнала повторного выполнения позволяет существенно ускорить работу сервера. Данные не задерживаются в буфере журнала повторного выполнения надолго. Содержимое этого буфера сбрасывается на диск:

  • раз в три секунды;
  • при фиксации транзакции;
  • при заполнении буфера на треть или когда в нем оказывается 1 Мбайт данных журнала повторного выполнения.

Поэтому создание буфера журнала повторного выполнения размером в десятки Мбайт — напрасное расходование памяти. Чтобы использовать буфер журнала повторного выполнения размером 6 Мбайт, например, надо выполнять продолжительные транзакции, генерирующие по 2 Мбайта информации повторного выполнения не более чем за три секунды. Если кто-либо в системе зафиксирует транзакцию в течение этих трех секунд, в буфере не будет использовано и 2 Мбайт, — содержимое буфера будет регулярно сбрасываться на диск. Лишь очень немногие приложения выиграют от использования буфера журнала повторного выполнения размером в несколько мегабайт.

Стандартный размер буфера журнала повторного выполнения, задаваемый параметром LOG_BUFFER в файле init.ora, определяется как максимальное из значений 512 и (128 * количество_процессоров) Кбайт. Минимальный размер этой области равен максимальному размеру блока базы данных для соответствующей платформы, умноженному на четыре. Если необходимо узнать это значение, установите LOG_BUFFER равным 1 байту и перезапустите сервер. Например, на моем сервере под Windows 2000 я получил следующий результат:

SVRMGR> show parameter log_buffer
NAME                                TYPE    VALUE
----------------------------------- ------- --------------------------
log_buffer                          integer 1

SVRMGR> select * from v$sgastat where name = 'log_buffer';
POOL        NAME                       BYTES
----------- -------------------------- ----------
            log_buffer                      66560

Теоретически минимальный размер буфера журнала повторного выполнения, независимо от установок в файле init.ora, в данном случае — 65 Кбайт. Фактически он немного больше:

tkyte@TKYTE816> select * from v$sga where name = 'Redo Buffers';

NAME                                VALUE
------------------------------ ----------
Redo Buffers                        77824

То есть размер буфера — 76 Кбайт. Дополнительное пространство выделено из соображений безопасности, как "резервные" страницы, защищающие страницы буфера журнала повторного выполнения.

Буферный кеш

До сих пор мы рассматривали небольшие компоненты области SGA. Теперь переходим к составляющей, которая достигает огромных размеров. В буферном кеше сервер Oracle хранит блоки базы данных перед их записью на диск, а также после считывания с диска. Это принципиально важный компонент SGA. Если сделать его слишком маленьким, запросы будут выполняться годами. Если же он будет чрезмерно большим, пострадают другие процессы (например, выделенному серверу не хватит пространства для создания области PGA, и он просто не запустится).

Блоки в буферном кеше контролируются двумя списками. Это список "грязных" блоков, которые должны быть записаны процессом записи блоков базы данных (это DBWn; его мы рассмотрим несколько позже). Есть еще список "чистых" блоков, организованный в Oracle 8.0 и предыдущих версиях в виде очереди (LRU — Least Recently Used). Блоки упорядочивались по времени последнего использования. Этот алгоритм был немного изменен в Oracle 8i и последующих версиях. Вместо физического упорядочения списка блоков, сервер Oracle с помощью счетчика, связанного с блоком, подсчитывает количество обращений ("touch count") при каждом обращении (hit) к этому блоку в буферном кеше. Это можно увидеть в одной из действительно "магических" таблиц X$. Эти таблицы не описаны в документации Oracle, но информация о них периодически просачивается.

Таблица X$BH содержит информацию о блоках в буферном кеше. В ней можно увидеть, как "счетчик обращений" увеличивается при каждом обращении к блоку. Сначала необходимо найти блок. Мы используем блок таблицы DUAL — специальной таблицы, состоящей из одной строки и одного столбца, которая есть во всех базах данных Oracle. Необходимо найти соответствующий номер файла и номер блока в файле:

tkyte@TKYTE816> select file_id, block_id
  2  from dba_extents
  3  where segment_name = 'DUAL' and owner = 'SYS';

   FILE_ID   BLOCK_ID
---------- ----------
         1        465

Теперь можно использовать эту информацию для получения "счетчика обращений" для этого блока:

sys@TKYTE816> select tch from x$bh where file# = 1 and dbablk = 465;

       TCH
----------
        10

sys@TKYTE816> select * from dual;

D
-
X

sys@TKYTE816> select tch from x$bh where file# = 1 and dbablk = 465;

       TCH
----------
        11

sys@TKYTE816> select * from dual;

D
-
X

sys@TKYTE816> select tch from x$bh where file# = 1 and dbablk = 465;

       TCH
----------
        12

При каждом обращении к блоку увеличивается значение счетчика. Использованный буфер больше не переносится в начало списка. Он остается на месте, а его "счетчик обращений" увеличивается. Блоки со временем перемещаются по списку естественным путем, поскольку измененные блоки переносятся в список "грязных" (для записи на диск процессом DBWn). Кроме того, если несмотря на повторное использование блоков буферный кеш заполнился, и блок с небольшим значением "счетчика обращений" удаляется из списка, он возвращается с новыми данными примерно в середину списка. Полный алгоритм управления списком довольно сложный и меняется с каждой новой версией Oracle. Подробности его работы несущественны для разработчиков, достаточно помнить, что интенсивно используемые блоки кешируются надолго, а редко используемые — долго в кеше не задерживаются.

Буферный кеш в версиях до Oracle 8.0 представлял собой один большой кеш. Все блоки кешировались одинаково, никаких средств деления пространства буферного кеша на части не существовало. В Oracle 8.0 добавлена возможность создания буферных пулов. С ее помощью можно зарезервировать в буферном кеше место для сегментов (как вы помните, сегменты соответствуют таблицам, индексам и т.д.). Появилась возможность выделить место (буферный пул) достаточного размера для размещения целиком в памяти, например, таблиц-"справочников". При чтении сервером Oracle блоков из этих таблиц они кешируются в этом специальном пуле. Они будут конфликтовать за место в пуле только с другими помещаемыми в него сегментами. Остальные сегменты в системе будут "сражаться" за место в стандартном буферном пуле. При этом повышается вероятность их кеширования: они не выбрасываются из кеша как устаревшие при считывании других, не связанных с ними блоков. Буферный пул, обеспечивающий подобное кеширование, называется пулом KEEP. Блоками в пуле KEEP сервер управляет так же, как в обычном буферном кеше. Если блок используется часто, он остается в кеше; если к блоку некоторое время не обращались и в буферном пуле не осталось места, этот блок выбрасывается из пула как устаревший.

Можно выделить еще один буферный пул. Он называется пулом RECYCLE. В нем блоки выбрасываются иначе, чем в пуле KEEP. Пул KEEP предназначен для продолжительного кеширования "горячих" блоков. Из пула RECYCLE блок выбрасывается сразу после использования. Это эффективно в случае "больших" таблиц, которые читаются случайным образом. (Понятие "большая таблица" очень относительно; нет эталона для определения того, что считать "большим".) Если в течение разумного времени вероятность повторного считывания блока мала, нет смысла долго держать такой блок в кеше. Поэтому в пуле RECYCLE блоки регулярно перечитываются.

...

Разделяемый пул

Разделяемый пул — один из наиболее важных фрагментов памяти в области SGA, особенно для обеспечения производительности и масштабируемости. Слишком маленький разделяемый пул может снизить производительность настолько, что система будет казаться зависшей. Слишком большой разделяемый пул может привести к такому же результату. Неправильное использование разделяемого пула грозит катастрофой.

Итак, что же такое разделяемый пул? В разделяемом пуле сервер Oracle кеширует различные "программные" данные. Здесь кешируются результаты разбора запроса. Перед повторным разбором запроса сервер Oracle просматривает разделяемый пул в поисках готового результата. Выполняемый сеансом PL/SQL-код тоже кешируется здесь, так что при следующем выполнении не придется снова читать его с диска. PL/SQL-код в разделяемом пуле не просто кешируется, — появляется возможность его совместного использования сеансами. Если 1000 сеансов выполняют тот же код, загружается и совместно используется всеми сеансами лишь одна копия этого кода. Сервер Oracle хранит в разделяемом пуле параметры системы. Здесь же хранится кеш словаря данных, содержащий информацию об объектах базы данных. Короче, в разделяемом пуле хранится все, кроме продуктов питания.

Разделяемый пул состоит из множества маленьких (около 4 Кбайт) фрагментов памяти. Память в разделяемом пуле управляется по принципу давности использования (LRU). В этом отношении она похожа на буферный кеш: если фрагмент не используется, он теряется. Стандартный пакет DBMS_SHARED_POOL позволяет изменить это и принудительно закрепить объекты в разделяемом пуле. Это позволяет загрузить часто используемые процедуры и пакеты при запуске сервера и сделать так, чтобы они не выбрасывались из пула как устаревшие. Обычно, если в течение определенного периода времени фрагмент памяти в разделяемом пуле не использовался, он выбрасывается как устаревший. Даже PL/SQL-код, который может иметь весьма большой размер, управляется механизмом постраничного устаревания, так что при выполнении кода очень большого пакета необходимый код загружается в разделяемый пул небольшими фрагментами. Если в течение продолжительного времени он не используется, то в случае переполнения выбрасывается из разделяемого пула, а пространство выделяется для других объектов.

Самый простой способ поломать механизм разделяемого пула Oracle — не использовать связываемые переменные. Как было показано в главе 1, отказавшись от использования связываемых переменных, можно "поставить на колени" любую систему, поскольку:

  • система будет тратить много процессорного времени на разбор запросов;
  • система будет тратить очень много ресурсов на управление объектами в разделяемом пуле, т.к. не предусмотрено повторное использование планов выполнения запросов.

Если каждый переданный серверу Oracle запрос специфичен, с жестко заданными константами, это вступает в противоречие с назначением разделяемого пула. Разделяемый пул создавался для того, чтобы хранящиеся в нем планы выполнения запросов использовались многократно. Если каждый запрос — абсолютно новый и никогда ранее не встречался, в результате кеширования только расходуются дополнительные ресурсы. Разделяемый пул начинает снижать производительность. Обычно эту проблему пытаются решить, увеличивая разделяемый пул, но в результате становится еще хуже. Разделяемый пул снова неизбежно заполняется, и его поддержка требует больших ресурсов, чем поддержка маленького разделяемого пула, поскольку при управлении большим заполненным пулом приходится выполнять больше действий, чем при управлении маленьким заполненным пулом.

Единственным решением этой проблемы является применение разделяемых операторов SQL, которые используются повторно. В главе 10 мы опишем параметр инициализации CURSOR_SHARING, который можно использовать для частичного решения подобных проблем, но наиболее эффективное решение — применять повторно используемые SQL-операторы. Даже самые большие из крупных систем требуют от 10000 до 20000 уникальных SQL-операторов. В большинстве систем используется лишь несколько сотен уникальных запросов.

Следующий практический пример показывает, насколько все осложняется при неправильном использовании разделяемого пула. Меня пригласили поработать над системой, стандартной процедурой обслуживания которой была остановка экземпляра каждую ночь для очистки области SGA и последующий перезапуск. Это приходилось делать, поскольку в течение дня в системе возникали проблемы, связанные с избыточной загрузкой процессора, и, если сервер работал больше одного дня, производительность начинала падать. Единственная причина этого была в том, что за период с 9 утра до 5 вечера они полностью заполняли разделяемый пул размером 1 Гбайт в области SGA общим размером 1,1 Гбайт. Да, именно так: 0,1 Гбайта было выделено под буферный кеш и другие компоненты, а 1 Гбайт — для кеширования запросов, которые никогда не выполнялись повторно. Систему приходилось перезапускать, потому что свободная память в разделяемом пуле исчерпывалась в течение одного дня. На поиск и удаление устаревших структур (особенно из такого большого разделяемого пула) расходовалось столько ресурсов, что производительность резко падала (хотя она и до этого была далека от оптимальной, ведь приходилось управлять разделяемым пулом в 1 Гбайт). Кроме того, пользователи этой системы постоянно требовали добавления новых процессоров, поскольку полный разбор SQL-операторов требовал больших вычислительных ресурсов. Когда, после внесения исправлений, в приложении стали использоваться связываемые переменные, удалось не только снизить требования к ресурсам машины (у них и так вычислительные мощности намного превышали необходимые), но и появилась возможность пересмотреть распределение памяти. Вместо разделяемого пула размером в 1 Гбайт оказалось достаточно выделить 100 Мбайт, причем за много недель непрерывной работы он не заполнился.

И последнее, что хотелось бы сказать о разделяемом пуле и параметре инициализации SHARED_POOL_SIZE. Нет никакой связи между результатами выполнения запроса:

sys@TKYTE816> select sum(bytes) from v$sgastat where pool = 'shared pool';

SUM(BYTES)
----------
  18322028

1 row selected.

и значением параметра инициализации SHARED_POOL_SIZE:

sys@TKYTE816> show parameter shared_pool_size

NAME                                TYPE    VALUE
----------------------------------- ------- --------------------------
shared_pool_size                    string  15360000

кроме того, что значение SUM(BYTES) FROM V$SGASTAT всегда больше, чем значение параметра SHARED_POOL_SIZE. В разделяемом пуле хранится много других структур, не охватываемых соответствующим параметром инициализации. Значение SHARED_POOL_SIZE обычно является основным, но не единственным фактором, определяющим размер разделяемого пула SUM(BYTES). Например, параметр инициализации CONTROL_FILES задает управляющие файлы, а для каждого управляющего файла в разделе "прочее" разделяемого пула требуется 264 байта. Жаль, что показатель 'shared pool' в представлении V$SGASTAT и параметр инициализации SHARED_POOL_SIZE получили похожие названия, поскольку параметр инициализации влияет на размер разделяемого пула, но не задает его полностью.

Большой пул

Большой пул назван так не потому, что это "большая" структура (хотя его размер вполне может быть большим), а потому, что используется для выделения больших фрагментов памяти — больших, чем те, для управления которыми создавался разделяемый пул. До его появления в Oracle 8.0, выделение памяти выполнялось в рамках разделяемого пула. Это было неэффективно при использовании средств, выделяющих "большие" объемы памяти, например, при работе в режиме MTS. Проблема осложнялась еще и тем, что при обработке, требующей больших объемов памяти, эта память используется не так, как предполагает управление памятью в разделяемом пуле. Память в разделяемом пуле управляется на основе давности использования, что отлично подходит для кеширования и повторного использования данных. При выделении же больших объемов памяти фрагмент выделяется, используется и после этого он не нужен, т.е. нет смысла его кешировать.

Серверу Oracle требовался аналог буферных пулов RECYCLE и KEEP в буферном кеше. Именно в таком качестве сейчас и выступают большой пул и разделяемый пул. Большой пул — это область памяти, управляемая по принципу пула RECYCLE, а разделяемый пул скорее похож на буферный пул KEEP: если фрагмент в нем используется часто, он кешируется надолго.

Память в большом пуле организована по принципу "кучи" и управляется с помощью алгоритмов, аналогичных используемым функциями malloc() и free() в языке C. После освобождения фрагмента памяти он может использоваться другими процессами. В разделяемом пуле отсутствует понятие освобождения фрагмента памяти. Память выделяется, используется, а затем перестает использоваться. Через некоторое время, если эту память необходимо использовать повторно, сервер Oracle позволит изменить содержимое устаревшего фрагмента. Проблема при использовании только разделяемого пула состоит в том, что все потребности в памяти нельзя подогнать под одну мерку.

Большой пул, в частности, используется:

  • сервером в режиме MTS для размещения области UGA в SGA;
  • при распараллеливании выполнения операторов — для буферов сообщений, которыми обмениваются процессы для координации работы серверов;
  • в ходе резервного копирования для буферизации дискового ввода-вывода утилиты RMAN.

Как видите, ни одну из описанных выше областей памяти нельзя помещать в буферный пул с вытеснением небольших фрагментов памяти на основе давности использования. Область UGA, например, не будет использоваться повторно по завершении сеанса, поэтому ее немедленно надо возвращать в пул. Кроме того, область UGA обычно — достаточно большая. Как было показано на примере, где изменялось значение параметра SORT_AREA_RETAINED_SIZE, область UGA может быть очень большой, и, конечно, больше, чем фрагмент в 4 Кбайта. При помещении области UGA в разделяемый пул она фрагментируется на части одинакового размера и, что хуже всего, выделение больших областей памяти, никогда не используемых повторно, приведет к выбрасыванию из пула фрагментов, которые могли бы повторно использоваться. В дальнейшем на перестройку этих фрагментов памяти расходуются ресурсы сервера.

То же самое справедливо и для буферов сообщений. После того как сообщение доставлено, в них уже нет необходимости. С буферами, создаваемыми в процессе резервного копирования, все еще сложнее: они большие и сразу после использования сервером Oracle должны "исчезать".

Использовать большой пул при работе в режиме MTS не обязательно, но желательно. Если сервер работает в режиме MTS в отсутствие большого пула, вся память выделяется из разделяемого пула, как это и было в версиях Oracle вплоть до 7.3. Из-за этого производительность со временем будет падать, поэтому такой конфигурации надо избегать. Большой пул стандартного размера будет создаваться при установке одного из следующих параметров инициализации: DBWn_IO_SLAVES или PARALLEL_AUTOMATIC_TUNING. Рекомендуется задавать размер большого пула явно. Однако стандартное значение не может использоваться во всех без исключения случаях.

Java-пул

Java-пул - это самый новый пул памяти в Oracle 8i. Он был добавлен в версии 8.1.5 для поддержки работы Java-машины в базе данных. Если поместить хранимую процедуру на языке Java или компонент EJB (Enterprise JavaBean) в базу данных, сервер Oracle будет использовать этот фрагмент памяти при обработке соответствующего кода. Одним из недостатков первоначальной реализации Java-пула в Oracle 8.1.5 было то, что он не отображался командой SHOW SGA и не был представлен строками в представлении V$SGASTAT. В то время это особенно сбивало с толку, поскольку параметр инициализации JAVA_POOL_SIZE, определяющий размер этой структуры, имел стандартное значение 20 Мбайт. Это заставляло людей гадать, почему область SGA занимает оперативной памяти на 20 Мбайт больше, чем следует.

Начиная с версии 8.1.6, однако, Java-пул виден в представлении V$SGASTAT, а также в результатах выполнения команды SHOW SGA. Параметр инициализации JAVA_POOL_SIZE используется для определения фиксированного объема памяти, отводящегося для Java-кода и данных сеансов. В Oracle 8.1.5 этот параметр мог иметь значения от 1 Мбайта до 1 Гбайт. В Oracle 8.1.6 и последующих версиях диапазон допустимых значений уже 32 Кбайта-1 Гбайт. Это противоречит документации, где по-прежнему указан устаревший минимум — 1 Мбайт.

Java-пул используется по-разному, в зависимости от режима работы сервера Oracle. В режиме выделенного сервера Java-пул включает разделяемую часть каждого Java-класса, использованного хоть в одном сеансе. Эти части только читаются (векторы выполнения, методы и т.д.) и имеют для типичных классов размер от 4 до 8 Кбайт.

Таким образом, в режиме выделенного сервера (который, как правило, и используется, если в приложениях применяются хранимые процедуры на языке Java) объем общей памяти для Java-пула имеет весьма невелик; его можно определить исходя из количества используемых Java-классов. Учтите, что информация о состоянии сеансов при работе в режиме разделяемого сервера в области SGA не сохраняется, поскольку эти данные находятся в области UGA, а она, если вы помните, в режиме разделяемого сервера является частью области PGA.

При работе в режиме MTS Java-пул включает:

  • разделяемую часть каждого Java-класса и
  • часть области UGA для каждого сеанса, используемую для хранения информации о состоянии сеансов.

Оставшаяся часть области UGA выделяется как обычно — из разделяемого пула или из большого пула, если он выделен.

Поскольку общий размер Java-пула фиксирован, разработчикам приложений необходимо оценить общий объем памяти для приложения и умножить на предполагаемое количество одновременно поддерживаемых сеансов. Полученное значение будет определять общий размер Java-пула. Каждая Java-часть области UGA будет увеличиваться и уменьшаться при необходимости, но помните, что размер пула должен быть таким, чтобы части всех областей UGA могли поместиться в нем одновременно.

В режиме MTS, который обычно используется для приложений, использующих архитектуру CORBA или компоненты EJB (об этом говорилось в главе 1), может потребоваться очень большой Java-пул., Его размер будет зависеть не от количества используемых классов, а от количества одновременно работающих пользователей. Как и большой пул, размеры которого становятся очень большими в режиме MTS, Java-пул тоже может разрастаться до огромных размеров.

Итак, в этом разделе была рассмотрена структура памяти сервера Oracle. Мы начали с уровня процессов и сеансов, поговорили об областях PGA (Process Global Area — глобальная область процесса) и UGA (User Global Area — глобальная область пользователя) и разобрались в их взаимосвязи. Было показано, как режим, в котором пользователь подключается к серверу Oracle, определяет организацию памяти. Подключение к выделенному серверу предполагает использование памяти серверным процессом в большем объеме, чем подключение в режиме MTS, но работа в режиме MTS требует создания намного большей области SGA. Затем мы описали компоненты самой области SGA, выделив в ней шесть основных структур. Были описаны различия между разделяемым и большим пулом, и показано, почему большой пул необходим для "сохранения" разделяемого пула. Мы описали Java-пул и его использование в различных условиях. Был рассмотрен буферный кеш и способ деления его на меньшие, более специализированные пулы.

Теперь можно переходить к физическим процессам экземпляра Oracle.

Процессы

Осталось рассмотреть последний элемент "головоломки". Мы изучили организацию базы данных и набор образующих ее физических файлов. Разбираясь с использованием памяти сервером Oracle, рассмотрели половину экземпляра. Оставшийся компонент архитектуры — набор процессов, образующий вторую половину экземпляра. Некоторые из этих процессов, например процесс записи блоков в базу данных (DBWn) и процесс записи журнала (LGWR), уже упоминались. Здесь мы более детально рассмотрим функцию каждого процесса: что и почему они делают. В этом разделе "процесс" будет использоваться как синоним "потока" в операционных системах, где сервер Oracle реализован с помощью потоков. Так, например, если описывается процесс DBWn, в среде Windows ему соответствует поток DBWn.

В экземпляре Oracle есть три класса процессов.

  • Серверные процессы. Они выполняют запросы клиентов. Мы уже затрагивали тему выделенных и разделяемых серверов. И те, и другие относятся к серверным процессам.
  • Фоновые процессы. Это процессы, которые начинают выполняться при запуске экземпляра и решают различные задачи поддержки базы данных, такие как запись блоков на диск, поддержка оперативного журнала повторного выполнения, удаление прекративших работу процессов и т.д.
  • Подчиненные процессы. Они подобны фоновым процессам, но выполняют, кроме того, действия от имени фонового или серверного процесса.

Мы рассмотрим все эти процессы и постараемся выяснить, какую роль они играют в экземпляре.

Серверные процессы

Мы уже бегло рассматривали эти процессы ранее при обсуждении выделенных и разделяемых серверов. Здесь мы еще раз опишем два вида серверных процессов и более детально рассмотрим их архитектуру.

Выделенные и разделяемые серверы решают одну и ту же задачу: обрабатывают передаваемые им SQL-операторы. При получении запроса SELECT * FROM EMP именно выделенный/разделяемый сервер Oracle будет разбирать его и помещать в разделяемый пул (или находить соответствующий запрос в разделяемом пуле). Именно этот процесс создает план выполнения запроса. Этот процесс реализует план запроса, находя необходимые данные в буферном кеше или считывая данные в буферный кеш с диска. Такие серверные процессы можно назвать "рабочими лошадками" СУБД. Часто именно они потребляют основную часть процессорного времени в системе, поскольку выполняют сортировку, суммирование, соединения — в общем, почти все.

В режиме выделенного сервера имеется однозначное соответствие между клиентскими сеансами и серверными процессами (или потоками). Если имеется 100 сеансов на UNIX-машине, будет 100 процессов, работающих от их имени. Графически это можно представить так8:

...

С клиентским приложением скомпонованы библиотеки Oracle. Они обеспечивают функциональный интерфейс (Application Program Interface — API) для взаимодействия с базой данных. Функции API "знают", как передавать запрос к базе данных и обрабатывать возвращаемый курсор. Они обеспечивают преобразование запросов пользователя в передаваемые по сети пакеты, обрабатываемые выделенным сервером. Эти функции обеспечивает компонент Net8 — сетевое программное обеспечение/протокол, используемое Oracle для клиент-серверной обработки (даже в n-звенной архитектуре есть место для клиент-серверного взаимодействия). Сервер Oracle использует такую архитектуру, даже если протокол Net8 не нужен. То есть, когда клиент и сервер работают на одной и той же машине, используется эта двухпроцессная (известная также как двухзадачная — two-task) архитектура. Эта архитектура обеспечивает два преимущества.

  • Удаленное выполнение. Клиентское приложение, естественно, может работать не на той машине, где работает СУБД.
  • Изолирование адресных пространств. Серверный процесс имеет доступ для чтения и записи к области SGA. Ошибочный указатель в клиентском процессе может повредить структуры данных в области SGA, если клиентский и серверный процессы физически взаимосвязаны.

Ранее в этой главе мы рассматривали "порождение", или создание, этих серверных процессов процессом прослушивания Oracle Net8 Listener. Не будем снова возвращаться к этому процессу, но коротко рассмотрим, что происходит, если процесс прослушивания не задействован. Механизм во многом аналогичен, но вместо создания выделенного сервера процессом прослушивания с помощью вызовов fork()/exec() в ОС UNIX или вызова IPC (Inter Process Communication), как это происходит в Windows, процесс создается непосредственно клиентским процессом. Это можно четко увидеть в ОС UNIX:

ops$tkyte@ORA8I.WORLD> select a.spid dedicated_server,
  2             b.process clientpid
  3    from v$process a, v$session b
  4   where a.addr = b.paddr
  5     and b.audsid = userenv('sessionid')
  6  /

DEDICATED CLIENTPID
--------- ---------
7055      7054

ops$tkyte@ORA8I.WORLD> !/bin/ps -lp 7055
 F S   UID  PID PPID C PRI NI     ADDR    SZ    WCHAN TTY   TIME CMD
 8 S 30174 7055 7054 0  41 20 61ac4230 36815 639b1998 ?     0:00 oracle

ops$tkyte@ORA8I.WORLD> !/bin/ps -lp 7054
 F S   UID  PID PPID C PRI NI     ADDR    SZ    WCHAN TTY   TIME CMD
 8 S 12997 7054 6783 0  51 20 63eece30  1087 63eecea0 pts/7 0:00 sqlplus

Я использовал запрос для определения идентификатора процесса (PID) моего выделенного сервера (столбец SPID в представлении V$PROCESS — это идентификатор процесса операционной системы, использовавшегося для выполнения запроса). Кроме того, в столбце PROCESS представления V$SESSION находится идентификатор клиентского процесса, подключившегося к базе данных. С помощью команды ps можно явно показать, что PPID (Parent Process ID — идентификатор родительского процесса) моего выделенного сервера соответствует процессу SQL*Plus. В данном случае именно утилита SQL*Plus создала выделенный сервер с помощью системных вызовов fork() и exec().

Теперь давайте более детально рассмотрим другой тип серверных процессов — разделяемый серверный процесс. Для подключения к серверному процессу этого типа обязательно используется протокол Net8, даже если клиент и сервер работают на одной машине, — нельзя использовать режим MTS без процесса прослушивания Net8. Как уже описывалось ранее в этом разделе, клиентское приложение подключается к процессу прослушивания Net8 и перенаправляется на процесс-диспетчер. Диспетчер играет роль канала передачи информации между клиентским приложением и разделяемым серверным процессом. Ниже представлена схема подключения к базе данных через разделяемый сервер9:

...

Как видите, клиентские приложения со скомпонованными в них библиотеками Oracle физически подключаются к диспетчеру MTS. Диспетчеров MTS для любого экземпляра можно сгенерировать несколько, но часто для сотен и даже тысяч пользователей используется один диспетчер. Диспетчер отвечает за получение входящих запросов от клиентских приложений и их размещение в очереди запросов в области SGA. Первый свободный разделяемый серверный процесс, по сути, ничем не отличающийся от выделенного серверного процесса, выберет запрос из очереди и подключится к области UGA соответствующего сеанса. Разделяемый сервер обработает запрос и поместит полученный при его выполнении результат в очередь ответов. Диспетчер постоянно следит за появлением результатов в очереди и передает их клиентскому приложению. С точки зрения клиента нет никакой разницы между подключением к выделенному серверу и подключением в режиме MTS, — они работают одинаково. Различие возникает только на уровне экземпляра.

Выделенный и разделяемый сервер

Прежде чем перейти к остальным процессам, давайте обсудим, почему поддерживается два режима подключения и когда лучше использовать каждый из них. Режим выделенного сервера — наиболее широко используемый способ подключения к СУБД Oracle для всех приложений, использующих SQL-запросы. Режим выделенного сервера проще настроить и он обеспечивает самый простой способ подключения. При этом требуется минимальное конфигурирование. Настройка и конфигурирование режима MTS, хотя и несложный, но дополнительный шаг. Основное различие между этими режимами, однако, не в настройке. Оно связано с особенностями работы. При использовании выделенного сервера имеется соответствие один к одному между клиентским сеансом и серверным процессом. В режиме MTS соответствие — многие к одному (много клиентов и один разделяемый сервер). Как следует из названия, разделяемый сервер — общий ресурс, а выделенный — нет. При использовании общего ресурса необходимо стараться не монополизировать его надолго. Как было показано в главе 1, в примере с компонентами EJB, запускавшими продолжительную хранимую процедуру, монополизация этого ресурса может приводить как бы к зависанию системы. На представленной выше схеме имеется два разделяемых сервера. При наличии трех клиентов, более-менее одновременно пытающихся запустить 45-секундный процесс, два из них получат результат через 45 секунд, а третий — через 90 секунд. Правило номер один для режима MTS: убедитесь, что транзакции выполняются быстро. Они могут выполняться часто, но должны быть короткими (что обычно и бывает в системах OLTP). В противном случае будут наблюдаться все признаки замедления работы системы из-за монополизации общих ресурсов несколькими процессами. В экстремальных случаях, если все разделяемые серверы заняты, система "зависает".

Поэтому режим MTS очень хорошо подходит для систем класса OLTP, характеризующихся короткими, но частыми транзакциями. В системе класса OLTP транзакции выполняются за миллисекунды, — ни одно действие не требует для выполнения более чем доли секунды. Режим MTS не подходит, однако, для хранилища данных. В такой системе выполняются запросы продолжительностью одна, две, пять и более минут. Для режима MTS это "смертельно". В системе, где 90 процентов задач относятся к классу OLTP, а 10 процентов — "не совсем OLTP", можно поддерживать одновременно выделенные и разделяемые серверы в одном экземпляре. В этом случае существенно сокращается количество процессов для пользователей OLTP, а "не совсем OLTP"-задачи не монополизируют надолго разделяемые серверы.

Итак, какие же преимущества дает режим MTS, если учитывать, для какого типа транзакций он предназначен? Режим MTS позволяет добиться следующего.

Сократить количество процессов/потоков операционной системы

В системе с тысячами пользователей ОС может быстро оказаться перегруженной при попытке управлять тысячами процессов. В обычной системе одновременно активна лишь небольшая часть этих тысяч пользователей. Например, я недавно работал над системой с 5000 одновременно работающих пользователей. В каждый момент времени в среднем активны были не более 50. Эта система могла бы работать с 50 разделяемыми серверными процессами, на два порядка (в 100 раз) сокращая количество процессов в операционной системе. При этом существенно сокращается количество переключений контекстов на уровне операционной системы.

Искусственно ограничить степень параллелизма

Как человеку, участвовавшему во многих тестированиях производительности, преимущества ограничения степени параллелизма мне очевидны. При тестировании клиенты просят запустить как можно больше пользователей, пока система не перестанет работать. Одним из результатов такого рода тестирования является диаграмма, показывающая зависимость количества транзакций от количества одновременно работающих пользователей:

Транзакции в секунду

^
|  Максимальный параллелизм
|               |
|              __ 
|            -    -
|          /        \
|       /            \
|     /               \
|   /                  |
|  /                    \
| /                      \
|/
+--------------------------------->
Одновременно работающие пользователи

Сначала при добавлении одновременно работающих пользователей количество транзакций растет. С какого-то момента, однако, добавление новых пользователей не увеличивает количества выполняемых в секунду транзакций: оно стабилизируется. Пропускная способность достигла максимума, и время ожидания ответа начинает расти (каждую секунду выполняется то же количество транзакций, но пользователи получают результаты со все возрастающей задержкой. При дальнейшем добавлении пользователей пропускная способность начинает падать. Количество одновременно работающих пользователей перед началом этого падения и является максимально допустимой степенью параллелизма в системе. Дальше система переполняется запросами, и образуются очереди. С этого момента система не справляется с нагрузкой. Не только существенно увеличивается время ответа, но и начинает падать пропускная способность системы. Если ограничить количество одновременно работающих пользователей до числа, непосредственно предшествующего падению, можно обеспечить максимальную пропускную способность и приемлемое время ответа для большинства пользователей. Режим MTS позволяет ограничить максимальную степень параллелизма в системе до этого количества одновременно работающих пользователей.

Сократить объем памяти, необходимый системе

Это одна из наиболее часто упоминаемых причин использования режима MTS: сокращается объем памяти, необходимой для поддержки определенного количества пользователей. Да, сокращается, но не настолько, как можно было бы ожидать. Помните, что при использовании режима MTS область UGA помещается в SGA. Это означает, что при переходе на режим MTS необходимо точно оценить суммарный объем областей UGA и выделить место в области SGA с помощью параметра инициализации LARGE_POOL. Поэтому размер области SGA при использовании режима MTS обычно очень большой. Эта память выделяется заранее и поэтому может использоваться только СУБД. Сравните это с режимом разделяемого сервера, когда процессы могут использовать любую область памяти, не выделенную под SGA. Итак, если область SGA становится намного больше вследствие размещения в ней областей UGA, каким же образом экономится память? Экономия связана с уменьшением количества выделяемых областей PGA. Каждый выделенный/разделяемый сервер имеет область PGA. В ней хранится информация процесса. В ней располагаются области сортировки, области хешей и другие структуры процесса. Именно этой памяти для системы надо меньше, если используется режим MTS. При переходе с 5000 выделенных серверов на 100 разделяемых освобождается 4900 областей PGA — именно такой объем памяти и экономится в режиме MTS.

Конечно, используют в этих целях режим MTS только при отсутствии выбора. Если необходимо взаимодействовать с компонентами EJB в базе данных, придется использовать режим MTS. Есть и другие расширенные возможности подключения, требующие использования режима MTS. Если необходимо централизовать связи нескольких баз данных, например, также придется использовать режим MTS.

Рекомендация

Если система не перегружена и нет необходимости использовать режим MTS для обеспечения необходимой функциональности, лучше использовать выделенный сервер. Выделенный сервер проще устанавливать, и упрощается настройка производительности. Есть ряд операций, которые можно выполнять только при подключении в режиме выделенного сервера, так что в любом экземпляре надо поддерживать либо оба режима, либо только режим выделенного сервера.

С другой стороны, если необходимо поддерживать большое количество пользователей и известно, что эксплуатировать систему придется в режиме MTS, я рекомендую разрабатывать и тестировать ее тоже в режиме MTS. Если система разрабатывалась в режиме разделяемого сервера и никогда не тестировалась в режиме MTS, вероятность неудачи повышается. Испытывайте систему в рабочих условиях; тестируйте ее производительность; проверьте, хорошо ли она работает в режиме MTS. То есть, проверьте, не монополизирует ли она надолго разделяемые серверы. Обнаруженные на стадии разработки недостатки устранить гораздо проще, чем при внедрении. Для сокращения времени работы процесса можно использовать средства расширенной обработки очередей (Advanced Queues — AQ), но это надо учесть в проекте приложения. Такие вещи лучше делать на этапе разработки.

Если в приложении уже используется пул подключений (например, пул подключений компонентов J2EE) и размер этого пула определен верно, использование режима MTS только снизит производительность. Размер пула подключений уже рассчитан с учетом максимального количества одновременных подключений, поэтому необходимо, чтобы каждое из этих подключений выполнялось непосредственно к выделенному серверу. Иначе один пул подключений будет просто подключаться к другому пулу подключений.

Фоновые процессы

Экземпляр Oracle состоит из двух частей: области SGA и набора фоновых процессов. Фоновые процессы выполняют рутинные задачи сопровождения, обеспечивающие работу СУБД. Есть, например, процесс, автоматически поддерживающий буферный кеш и при необходимости записывающий блоки данных на диск. Есть процесс, копирующий заполненный файл оперативного журнала повторного выполнения в архив. Еще один процесс отвечает за очистку всех структур, которые использовались завершившимися процессами, и т.д. Каждый из этих процессов решает конкретную задачу, но работает в координации с остальными. Например, когда процесс, записывающий файлы журнала, заполняет один журнал и переходит на следующий, он уведомляет процесс, отвечающий за архивирование заполненного журнала, что для него есть работа.

Есть два класса фоновых процессов: предназначенные исключительно для решения конкретных задач (как только что описанные) и решающие множество различных задач. Например, есть фоновый процесс, обеспечивающий работу внутренних очередей заданий в Oracle. Этот процесс контролирует очередь заданий и выполняет находящиеся в ней задания. Во многом он похож на выделенный сервер, но без подключения к клиенту. Сейчас мы рассмотрим все эти фоновые процессы, начиная с тех, которые выполняют конкретную задачу, а затем перейдем к процессам "общего назначения".

Фоновые процессы, предназначенные для решения конкретных задач

На следующей схеме представлены фоновые процессы экземпляра Oracle, имеющие конкретное назначение:

                                                   +------------+
                 [LMD0]--------------------------->| кластерные |+
                   ^     [LCKn]------------------->| экземпляры ||
                   |      ^       [BSP]----------->+------------+|
                   |      |         ^     [LMON]--> +------------+
                   |      |         |        ^
                   |      |         |        |
                   v      |         |        v
                 +--------------------------------------------+
PMON<----------->|  SGA                                       |
                 |  +--------------+  +---------------+       |
SMON<----------->|  | буферный кеш |  | буфер журнала |       |
                 |  +--------------+  +---------------+       |
[RECO]<--------->|       |                     |              |
  |              +-------+---------------------+--------------+
  |                 ^    |                     |           ^
  |                 |    |                     |           |
  |                 v    v                     v           v
  |               CKPT  DBWn                 LGWR        [ARCn]----+
  |                 |    |                     |           ^       |
  v                 v    v                     v           |       v
+-------------+ +-------------------+   +-------------+  |   +----------+
| удаленная   | | файлы базы данных |+  | оперативный |  |   | архивные |
| база данных | |                   ||+ |  журнал     |  |   | журналы  |
+-------------+ +-------------------+|| +-------------+ -+-+ +----------+
                  +------------------+|      |0101010101010|
                    +-----------------+      |1010101010101|
                                             +-------------+

Вы не обязательно увидите все эти процессы сразу после запуска своего экземпляра, но большинство из них работает в каждом экземпляре. Процесс ARCn (архиватор) запускается только при работе в режиме архивирования журналов (Archive Log Mode) при включенном автоматическом архивировании. Процессы LMD0, LCKn, LMON и BSP (подробнее о них — ниже) запускаются только при работе с Oracle Parallel Server (конфигурация сервера Oracle, поддерживающая несколько экземпляров на различных машинах в кластерной среде), если открывается одна и та же база данных. Для простоты на схеме не показаны процессы диспетчеров MTS (Dnnn) и разделяемых серверов (Snnn). Поскольку мы только что детально их рассмотрели, они не показаны, чтобы упростить схему. Предыдущая схема показывает, что можно "увидеть" при запуске экземпляра Oracle, если база данных смонтирована и открыта. Например, в моей UNIX-системе сразу после запуска экземпляра имеются следующие процессы:

$ /bin/ps -aef | grep 'ora_.*_ora8i$'
  ora816 20642     1  0   Jan 17 ?        5:02 ora_arc0_ora8i
  ora816 20636     1  0   Jan 17 ?      265:44 ora_snp0_ora8i
  ora816 20628     1  0   Jan 17 ?       92:17 ora_lgwr_ora8i
  ora816 20626     1  0   Jan 17 ?        9:23 ora_dbw0_ora8i
  ora816 20638     1  0   Jan 17 ?        0:00 ora_s000_ora8i
  ora816 20634     1  0   Jan 17 ?        0:04 ora_reco_ora8i
  ora816 20630     1  0   Jan 17 ?        6:56 ora_ckpt_ora8i
  ora816 20632     1  0   Jan 17 ?      186:44 ora_smon_ora8i
  ora816 20640     1  0   Jan 17 ?        0:00 ora_d000_ora8i
  ora816 20624     1  0   Jan 17 ?        0:05 ora_pmon_ora8i

Они соответствуют процессам, представленным на схеме, за исключением процесса SNPn (о нем будет рассказано позже, т.к. он не является фоновым процессом, выполняющим "конкретной" задачу). Обратите внимание на соглашение по именованию этих процессов. Имя процесса начинается с префикса ora_. Затем следуют четыре символа, представляющие фактическое имя процесса, а затем суффикс — _ora8i. Дело в том, что у меня параметр инициализации ORACLE_SID (идентификатор сайта) имеет значение ora8i. В ОС UNIX это существенно упрощает идентификацию фоновых процессов Oracle и их привязку к определенному экземпляру (в Windows простого способа для этого нет, поскольку фоновые процессы реализованы как потоки одного большого процесса). Но что самое интересное, хотя это и не очевидно по представленным результатам, — все эти процессы реализуются одним и тем же двоичным файлом. Вы не найдете на диске двоичный выполняемый файл arc0, точно так же, как не найдете файлов LGWR и DBW0. Все эти процессы реализуются файлом oracle (именно этот выполняемый двоичный файл запускается). Просто при запуске процессы получают такие псевдонимы, чтобы проще было идентифицировать их назначение. Это позволяет совместно использовать большую часть объектного кода на платформе UNIX. В среде Windows это вообще не имеет значения, поскольку процессы Oracle — всего лишь потоки в одном физическом процессе, поэтому все они — один большой двоичный файл.

Давайте теперь рассмотрим функции каждого процесса.

PMON — монитор процессов

Этот процесс отвечает за очистку после нештатного прекращения подключений. Например, если выделенный сервер "падает" или, получив сигнал, прекращает работу, именно процесс PMON освобождает ресурсы. Процесс PMON откатит незафиксированные изменения, снимет блокировки и освободит ресурсы в области SGA, выделенные прекратившему работу процессу.

Помимо очистки после прерванных подключений, процесс PMON контролирует другие фоновые процессы сервера Oracle и перезапускает их при необходимости (если это возможно). Если разделяемый сервер или диспетчер сбоит (прекращает работу), процесс PMON запускает новый процесс (после очистки структур сбойного процесса). Процесс PMON следит за всеми процессами Oracle и либо перезапускает их, либо прекращает работу экземпляра, в зависимости от ситуации. Например, в случае сбоя процесса записи журнала повторного выполнения (LGWR) экземпляр надо перезапускать. Это серьезная ошибка и самое безопасное — немедленно прекратить работу экземпляра, предоставив исправление данных штатному процессу восстановления. Это происходит очень редко, и о случившемся надо немедленно сообщить службе поддержки Oracle.

Еще одна функция процесса PMON в экземпляре (версия Oracle 8i) — регистрировать экземпляр в процессе прослушивания протокола Net8. При запуске экземпляра процесс PMON опрашивает известный порт (если явно не указан другой), чтобы убедиться, запущен и работает ли процесс прослушивания. Известный/стандартный порт, используемый сервером Oracle, — порт 1521. А что произойдет, если процесс прослушивания запущен на другом порту? В этом случае используется тот же механизм, но адрес процесса прослушивания необходимо указать явно с помощью параметра инициализации LOCAL_LISTENER. Если процесс прослушивания запущен, процесс PMON связывается с ним и передает соответствующие параметры, например имя службы.

SMON — монитор системы

SMON — это процесс, занимающийся всем тем, от чего "отказываются" остальные процессы. Это своего рода "сборщик мусора" для базы данных. Вот некоторые из решаемых им задач.

  • Очистка временного пространства. С появлением по-настоящему временных табличных пространств эта задача упростилась, но она не снята с повестки дня полностью. Например, при построении индекса выделяемые ему в ходе создания экстенты помечаются как временные (TEMPORARY). Если выполнение оператора CREATE INDEX прекращено досрочно по какой-либо причине, процесс SMON должен эти экстенты освободить. Есть и другие операции, создающие временные экстенты, за очистку которых также отвечает процесс SMON.
  • Восстановление после сбоев. Процесс SMON после сбоя восстанавливает экземпляр при перезапуске.
  • Дефрагментация свободного пространства. При использовании табличных пространств, управляемых по словарю, процесс SMON заменяет расположенные подряд свободные экстенты одним "большим" свободным экстентом. Это происходит только в табличном пространстве, управляемом по словарю и имеющем стандартную конструкцию хранения с ненулевым значением параметра PCTINCREASE.
  • Восстановление транзакций, затрагивающих недоступные файлы. Эта задача аналогична той, которая возникает при запуске базы данных. Процесс SMON восстанавливает сбойные транзакции, пропущенные при восстановлении экземпляра после сбоя по причине недоступности файлов для восстановления. Например, файл мог быть на недоступном или на не смонтированном диске. Когда файл будет доступен, процесс SMON восстановит его.
  • Восстановление сбойного экземпляра в OPS. В конфигурации Oracle Parallel Server, если одна из машин кластера останавливается (на ней происходит сбой), другая машина в экземпляре откроет файлы журнала повторного выполнения этой сбойной машины и восстановит все данные этой машины.
  • Очистка таблицы OBJ$. OBJ$ — низкоуровневая таблица словаря данных, содержащая записи практически для каждого объекта (таблицы, индекса, триггера, представления и т.д.) базы данных. Часто там встречаются записи, представляющие удаленные или "отсутствующие" объекты, используемые механизмом поддержки зависимостей Oracle. Процесс SMON удаляет эти ненужные строки.
  • Сжатие сегментов отката. Процесс SMON автоматически сжимает сегмент отката до заданного размера.
  • "Отключение" сегментов отката. Администратор базы данных может "отключить" или сделать недоступным сегмент отката с активными транзакциями. Активные транзакции могут продолжать использование такого отключенного сегмента отката. В этом случае сегмент отката фактически не отключается: он помечается для "отложенного отключения". Процесс SMON периодически пытается "действительно" отключить его, пока это не получится.

Этот список дает представление о том, что делает процесс SMON. Как видно из представленной выше информации о процессах, полученной с помощью команды ps, процесс SMON может со временем потребовать существенных вычислительных ресурсов (команда ps выполнялась на машине, где экземпляр проработал около месяца). Процесс SMON периодически "пробуждается" (или его "будят" другие фоновые процессы) для выполнения задач сопровождения.

RECO — восстановление распределенной базы данных

Процесс RECO имеет очень конкретную задачу: он восстанавливает транзакции, оставшиеся в готовом состоянии из-за сбоя или потери связи в ходе двухэтапной фиксации (2PC). 2PC — это распределенный протокол, позволяющий неделимо фиксировать изменения в нескольких удаленных базах данных. Он пытается максимально снизить вероятность распределенного сбоя перед фиксацией. При использовании протокола 2PC между N базами данных одна из баз данных обычно (но не всегда) та, к которой первоначально подключился клиент, становится координатором. Соответствующий сервер опрашивает остальные N -1 серверов, готовы ли они фиксировать транзакцию. Фактически, этот сервер связывается с остальными N - 1 серверами и просит их подготовиться к фиксации. Каждый из N -1 серверов сообщает о своем состоянии готовности как да (YES) или нет (NO). Если любой из серверов вернул NO, вся транзакция откатывается. Если все серверы вернули YES, координатор рассылает всем N - 1 серверам сообщение о постоянной фиксации.

Если серверы ответили YES и подготовились к фиксации, но до получения директивы о фактической фиксации от координатора происходит сбой сети или возникает какая-то другая ошибка, транзакция становится сомнительной (in-doubt) распределенной транзакцией. Протокол 2PC старается сократить до минимума время, в течение которого это может произойти, но не может полностью предотвратить сомнительные транзакции. Если сбой произойдет в определенном месте и в определенное время, дальнейшую обработку сомнительной транзакции выполняет процесс RECO. Он пытается связаться с координатором транзакции, чтобы узнать ее исход. До этого транзакция остается незафиксированной. Связавшись с координатором транзакции, процесс RECO восстановит либо откатит ее.

Если связаться с координатором долго не удается и имеется ряд сомнительных транзакций, их можно зафиксировать или откатить вручную. Это приходится делать, поскольку сомнительная распределенная транзакция может вызвать блокирование читающих пишущими (единственный случай в СУБД Oracle). Ваш администратор базы данных должен связаться с администратором другой базы данных и попросить его определить состояние сомнительных транзакций. Затем администратор базы данных может зафиксировать или откатить их, предоставив все остальное процессу RECO.

CKPT — обработка контрольной точки

Процесс обработки контрольной точки вовсе не обрабатывает ее, как можно предположить по названию, — это делает процесс DBWn. Процесс CKPT просто содействует обработке контрольной точки, обновляя заголовки файлов данных. Раньше процесс CKPT был необязательным, но, начиная с версии 8.0, он запускается всегда, так что он представлен в результатах выполнения команды ps в ОС UNIX. Ранее заголовки файлов данных обновлялись в соответствии с информацией о контрольной точке процессом записи журнала LGWR (Log Writer). Однако с ростом размеров баз данных и увеличением количества файлов это стало невыполнимой задачей для процесса LGWR. Если процессу LGWR надо обновлять десятки, сотни, а то и тысячи файлов, увеличивается вероятность того, что ожидающие фиксации транзакций сеансы будут ждать слишком долго. Процесс CKPT снимает эту задачу с процесса LGWR.

DBWn — запись блоков базы данных

Процесс записи блоков базы данных (Database Block Writer — DBWn) — фоновый процесс, отвечающий за запись измененных блоков на диск. Процесс DBWn записывает измененные блоки из буферного кеша, чтобы освободить пространство в кеше (чтобы освободить буферы для чтения других данных) или в ходе обработки контрольной точки (чтобы перенести вперед позицию в оперативном файле журнала повторного выполнения, с которой сервер Oracle начнет чтение при восстановлении экземпляра после сбоя). Как было описано ранее, при переключении журнальных файлов сервером Oracle запрашивается обработка контрольной точки. Серверу Oracle нужно перенести отметку контрольной точки, чтобы не было необходимости в только что заполненном оперативном файле журнала повторного выполнения. Если ему не удастся это сделать до того, как возникнет необходимость в файле журнала повторного выполнения, выдается сообщение, что обработка контрольной точки не завершена (checkpoint not complete), и придется ждать завершения обработки.

Как видите, производительность процесса DBWn может иметь принципиальное значение. Если он недостаточно быстро записывает блоки для освобождения буферов, сеансам приходится ждать события FREE_BUFFER_WAITS, и показатель 'Write Complete Waits' начинает расти.

Можно сконфигурировать несколько (до десяти) процессов DBWn (DBW0 ... DBW9). В большинстве систем работает только один процесс записи блоков базы данных, но в больших, многопроцессорных системах имеет смысл использовать несколько. Если сконфигурировано более одного процесса DBWn, не забудьте также увеличить значение параметра инициализации DB_BLOCK_LRU_LATCHES. Он определяет количество защелок списков по давности использования, LRU lists (теперь, в версии 8i, их называют списками количества обращений — touch lists). Каждый процесс DBWn должен иметь собственный список. Если несколько процессов DBWn совместно используют один список блоков для записи на диск, они будут конфликтовать друг с другом при доступе к списку.

Обычно процесс DBWn использует асинхронный ввод-вывод для записи блоков на диск. При использовании асинхронного ввода-вывода процесс DBWn собирает пакет блоков для записи и передает его операционной системе. Процесс DBWn не ждет, пока ОС запишет блоки, — он собирает следующий пакет для записи. Завершив асинхронную запись, ОС уведомляет об этом процесс DBWn. Это позволяет процессу DBWn работать намного быстрее, чем при последовательном выполнении действий. В разделе "Подчиненные процессы" будет показано, как с помощью подчиненных процессов ввода-вывода можно эмулировать асинхронный ввод-вывод на платформах, где он не поддерживается.

И последнее замечание о процессе DBWn. Он, по определению, записывает блоки, разбросанные по всему диску, — процесс DBWn выполняет множество записей вразброс. В случае изменений будут изменяться разбросанные блоки индекса и блоки данных, достаточно случайно распределенные по диску. Процесс LGWR, напротив, выполняет в основном запись последовательных блоков в журнал повторного выполнения. Это — важное отличие и одна из причин, почему сервер Oracle имеет журнал повторного выполнения и отдельный процесс LGWR. Записи вразброс выполняются намного медленнее, чем последовательные записи. Имея грязные блоки в буферном кеше в SGA и процесс LGWR, записывающий большое количество последовательных блоков информации для восстановления измененных буферов, можно повысить производительность. Сочетание работы двух процессов — процесс DBWn медленно работает в фоновом режиме, тогда как процесс LGWR быстро выполняет работу для ожидающего пользователя — позволяет повысить общую производительность. Это верно даже несмотря на то, что сервер Oracle может выполнять больший объем ввода-вывода, чем надо (записывает в журнал и в файл данных), — записи в оперативный журнал повторного выполнения можно пропустить, если в ходе обработки контрольной точки сервер Oracle уже записал измененные блоки на диск.

LGWR — запись журнала

Процесс LGWR отвечает за сброс на диск содержимого буфера журнала повторного выполнения, находящегося в области SGA. Он делает это:

  • раз в три секунды;
  • при фиксации транзакции;
  • при заполнении буфера журнала повторного выполнения на треть или при записи в него 1 Мбайта данных.

Поэтому создание слишком большого буфера журнала повторного выполнения не имеет смысла: сервер Oracle никогда не сможет использовать его целиком. Все журналы записываются последовательно, а не вразброс, как вынужден выполнять ввод-вывод процесс DBWn. Запись большими пакетами, как в этом случае, намного эффективнее, чем запись множества отдельных блоков в разные части файла. Это одна из главных причин выделения процесса LGWR и журнала повторного выполнения. Эффективность последовательной записи измененных байтов перевешивает расход ресурсов на дополнительный ввод-вывод. Сервер Oracle мог бы записывать блоки данных непосредственно на диск при фиксации, но это потребовало бы записи множества разбросанных блоков, а это существенно медленнее, чем последовательная запись изменений процессом LGWR.

ARCn — архивирование

Задача процесса ARCn — копировать в другое место оперативный файл журнала повторного выполнения, когда он заполняется процессом LGWR. Эти архивные файлы журнала повторного выполнения затем можно использовать для восстановления носителя. Тогда как оперативный журнал повторного выполнения используется для "исправления" файлов данных в случае сбоя питания (когда прекращается работа экземпляра), архивные журналы повторного выполнения используются для восстановления файлов данных в случае сбоя диска. Если будет потерян диск, содержащий файл данных /d01/oradata/ora8i/system.dbf, можно взять резервные копии за прошлую неделю, восстановить из них старую копию файла и попросить сервер применить оперативный журнал повторного выполнения и все архивные журналы, сгенерированные с момента создания этой резервной копии. Это "подтянет" файл по времени к остальным файлам в базе данных, и можно будет продолжить работу без потери данных.

Процесс ARCn обычно копирует оперативный журнал повторного выполнения в несколько мест (избыточность — гарантия сохранности данных!). Это могут быть диски на локальной машине или, что лучше, на другой машине, на случай катастрофического сбоя. Во многих случаях архивные файлы журнала повторного выполнения копируются затем другим процессом на третье устройство хранения, например на ленту. Они также могут отправляться на другую машину для применения к резервной базе данных (это одно из средств защиты от сбоев, предлагаемое Oracle).

BSP — сервер блоков

Этот процесс используется исключительно в среде Oracle Parallel Server (OPS). OPS — конфигурация Oracle, при которой несколько экземпляров монтируют и открывают одну и ту же базу данных. Каждый экземпляр Oracle в этом случае работает на своей машине в кластере, и все они имеют доступ для чтения и записи к одному и тому же набору файлов базы данных.

При этом буферные кеши в SGA экземпляров должны поддерживаться в согласованном состоянии. Для этого и предназначен процесс BSP. В ранних версиях OPS согласование достигалось с помощью выгрузки блока из кеша ('ping'). Если машине в кластере требовалось согласованное по чтению представление блока данных, заблокированного в исключительном режиме другой машиной, выполнялся обмен данными с помощью сброса на диск. В результате получалась очень дорогостоящая операция чтения данных. Сейчас, при наличии процесса BSP, обмен происходит из кеша в кеш через высокоскоростное соединение машин в кластере.

LMON — контроль блокировок

Этот процесс используется исключительно в среде OPS. Процесс LMON контролирует все экземпляры кластера для выявления сбоя экземпляра. Затем он вместе с диспетчером распределенных блокировок (Distributed Lock Manager — DLM), используемым аппаратным обеспечением кластера, восстанавливает глобальные блокировки, которые удерживаются сбойным экземпляром.

LMD — демон диспетчера блокировок

Этот процесс используется исключительно в среде OPS. Процесс LMD управляет глобальными блокировками и глобальными ресурсами для буферного кеша в кластерной среде. Другие экземпляры посылают локальному процессу LMD запросы с требованием снять блокировку или определить, кто ее установил. Процесс LMD также выявляет и снимает глобальные взаимные блокировки.

LCKn — блокирование

Процесс LCKn используется исключительно в среде OPS. Он подобен по функциям описанному выше процессу LMD, но обрабатывает запросы ко всем остальным глобальным ресурсам, кроме буферного кеша.

Служебные фоновые процессы

Эти фоновые процессы необязательны — они запускаются в случае необходимости. Они реализуют средства, необязательные для штатного функционирования базы данных. Использование этих средств инициируется явно или косвенно, при использовании возможности, требующей их запуска.

Служебных фоновых процессов — два. Один из них запускает посланные на выполнение задания. В СУБД Oracle встроена очередь пакетных заданий, позволяющая выполнять по расписанию однократные или периодические задания. Другой процесс поддерживает и обрабатывает таблицы очереди, используемые средствами расширенной поддержки очередей (Advanced Queuing — AQ). Средства AQ обеспечивают встроенные возможности обмена сообщениями между сеансами базы данных.

Эти процессы можно увидеть в среде ОС UNIX, как и любой другой фоновый процесс, с помощью команды ps. В представленных ранее результатах выполнения команды ps можно видеть, что у меня в экземпляре работает один процесс очереди заданий (ora_snp0_ora8I) и ни одного процесса очереди.

SNPn — обработка снимков (очереди заданий)

Сейчас можно сказать, что имя для процесса SNPn выбрано неудачно. В версии 7.0 сервера Oracle впервые появилась поддержка репликации. Это делалось с помощью объекта базы данных, известного как моментальный снимок (snapshot). Внутренним механизмом для обновления или приведения к текущему состоянию моментальных снимков был SNPnпроцесс обработки снимков (snapshot process). Этот процесс контролировал таблицу заданий, по которой определял, когда необходимо обновлять моментальные снимки в системе. В Oracle 7.1 корпорация Oracle открыла это средство для общего доступа через пакет DBMS_JOB. То, что было связано с моментальными снимками в версии 7.0, стало "очередью заданий" в версии 7.1 и последующих. Со временем имена параметров для управления очередью (как часто ее надо проверять и сколько процессов может быть в очереди) изменились со SNAPSHOT_REFRESH_INTERVAL и SNAPSHOT_REFRESH_PROCESSES на JOB_QUEUE_INTERVAL и JOB_QUEUE_PROCESSES. А вот имя процесса операционной системы не изменилось.

Можно запускать до 36 процессов очереди заданий. Они именуются SNP0, SNP1, ..., SNP9, SNPA, ..., SNPZ. Эти процессы очередей заданий интенсивно используются при репликации в ходе обновления моментального снимка или материализованного представления. Разработчики также часто используют их для запуска отдельных (фоновых) или периодически выполняющихся заданий. Например, далее в книге будет показано, как использовать очереди заданий для существенного ускорения обработки: за счет дополнительной работы можно сделать намного приятнее среду для пользователя (аналогично тому, как сделано в самом сервере Oracle при использовании процессов LGWR и DBWn).

Процессы SNPn сочетают в себе особенности как разделяемого, так и выделенного сервера: обрабатывают несколько заданий, но памятью управляют как выделенный сервер (область UGA находится в области PGA процесса). Процесс очереди заданий выполняет в каждый момент времени только одно задание. Вот почему необходимо несколько процессов, если требуется выполнять несколько заданий одновременно. На уровне заданий не поддерживаются потоки или вытеснение. Запущенное задание выполняется, пока не будет выполнено (или не произойдет сбой). В приложении А мы более детально рассмотрим пакет DBMS_JOB и нетрадиционное использование очереди заданий.

QMNn — контроль очередей

Процесс QMNn по отношению к таблицам AQ выполняет ту же роль, что и процесс SNPn по отношению к таблице заданий. Этот процесс контролирует очереди и уведомляет ожидающие сообщений процессы о том, что доступно сообщение. Он также отвечает за распространение очередей — возможность переместить сообщение, поставленное в очередь в одной базе данных, в другую базу данных для извлечения из очереди.

Монитор очередей — это необязательный фоновый процесс. Параметр инициализации AQ_TM_PROCESS позволяет создать до десяти таких процессов с именами QMN0, ..., QMN9. По умолчанию процессы QMNn не запускаются.

EMNn — монитор событий

Процессы EMNn — часть подсистемы расширенной поддержки очередей. Они используются для уведомления подписчиков очереди о сообщениях, в которых они могут быть заинтересованы. Это уведомление выполняется асинхронно. Имеются функции Oracle Call Interface (OCI) для регистрации обратного вызова, уведомляющего о сообщении. Обратный вызов (callback) — это функция в программе OCI, которая вызывается автоматически при появлении в очереди определенного сообщения. Фоновый процесс EMNn используется для уведомления подписчика. Процесс EMNn запускается автоматически при выдаче первого уведомления в экземпляре. После этого приложение может явно вызвать message_receive(dequeue) для извлечения сообщения из очереди.

Подчиненные процессы

Теперь мы готовы рассмотреть последний класс процессов Oracle — подчиненные процессы. В сервере Oracle есть два типа подчиненных процессов — ввода-вывода (I/O slaves) и параллельных запросов (Parallel Query slaves).

Подчиненные процессы ввода-вывода

Подчиненные процессы ввода-вывода используются для эмуляции асинхронного ввода-вывода в системах или на устройствах, которые его не поддерживают. Например, ленточные устройства (чрезвычайно медленно работающие) не поддерживают асинхронный ввод-вывод. Используя подчиненные процессы ввода-вывода, можно сымитировать для ленточных устройств такой способ работы, который операционная система обычно обеспечивает для дисков. Как и в случае действительно асинхронного ввода-вывода, процесс, записывающий на устройство, накапливает большой объем данных в виде пакета и отправляет их на запись. Об их успешной записи процесс (на этот раз — подчиненный процесс ввода-вывода, а не ОС) сигнализирует исходному вызвавшему процессу, который удаляет этот пакет из списка данных, ожидающих записи. Таким образом, можно существенно повысить производительность, поскольку именно подчиненные процессы ввода-вывода ожидают завершения работы медленно работающего устройства, а вызвавший их процесс продолжает выполнять другие важные действия, собирая данные для следующей операции записи.

Подчиненные процессы ввода-вывода используются в нескольких компонентах Oracle 8i — процессы DBWn и LGWR используют их для имитации асинхронного ввода-вывода, а утилита RMAN (Recovery MANager — диспетчер восстановления) использует их при записи на ленту.

Использование подчиненных процессов ввода-вывода управляется двумя параметрами инициализации.

  • BACKUP_TAPE_IO_SLAVES. Этот параметр указывает, используются ли подчиненные процессы ввода-вывода утилитой RMAN для резервного копирования или восстановления данных с ленты. Поскольку этот параметр предназначен для ленточных устройств, а к ленточным устройствам в каждый момент времени может обращаться только один процесс, он — булева типа, а не задает количество используемых подчиненных процессов, как можно было ожидать. Утилита RMAN запускает необходимое количество подчиненных процессов, в соответствии с количеством используемых физических устройств. Если параметр BACKUP_TAPE_IO_SLAVES имеет значение TRUE, то для записи или чтения с ленточного устройства используется подчиненный процесс ввода-вывода. Если этот параметр имеет (стандартное) значение FALSE, подчиненные процессы ввода-вывода не используются при резервном копировании. К ленточному устройству тогда обращается фоновый процесс, выполняющий резервное копирование.
  • DBWn_IO_SLAVES. Задает количество подчиненных процессов ввода-вывода, используемых процессом DBWn. Процесс DBWn и его подчиненные процессы всегда записывают на диск измененные буфера буферного кеша. По умолчанию этот параметр имеет значение 0, и подчиненные процессы ввода-вывода не используются.

Подчиненные процессы параллельных запросов

В Oracle 7.1 появились средства распараллеливания запросов к базе данных. Речь идет о возможности создавать для SQL-операторов типа SELECT, CREATE TABLE, CREATE INDEX, UPDATE и т.д. план выполнения, состоящий из нескольких планов, которые можно выполнять одновременно. Результаты выполнения этих планов объединяются. Это позволяет выполнить операцию за меньшее время, чем при последовательном выполнении. Например, если имеется большая таблица, разбросанная по десяти различным файлам данных, 16-процессорный сервер, и необходимо выполнить к этой таблице запрос, имеет смысл разбить план выполнения этого запроса на 16 небольших частей и полностью использовать возможности сервера. Это принципиально отличается от использования одного процесса для последовательного чтения и обработки всех данных.

Резюме

Вот и все компоненты СУБД Oracle. Мы рассмотрели файлы, используемые в СУБД Oracle: небольшой, но важный файл параметров инициализации init.ora, файлы данных, файлы журнала повторного выполнения и т.д. Мы изучили структуры памяти, используемые экземпляром Oracle как в серверных процессах, так и в области SGA. Было показано, как различные конфигурации сервера, например подключение в режиме MTS и к выделенному серверу, принципиально влияют на использование памяти в системе. Наконец, мы рассмотрели процессы (или потоки — в зависимости от базовой ОС), обеспечивающие выполнение функций сервера Oracle. Теперь мы готовы к рассмотрению других возможностей сервера Oracle — управления блокированием и одновременным доступом, и поддержки транзакций.


Примечания переводчика

1. Здесь в книге идет простая схема, вид которой понятен из дальнейшего текста. Я не счел нужным включать ее при публикации в формате HTML.

2. Здесь в книге идет дополненная версия предыдущей схемы. На ней появился отдельный процесс — выделенный сервер, обслуживающий клиентское подключение и выполняющий доступ к памяти (SGA) и дисковый ввод-вывод в файлы базы данных.

3. Можете нарисовать эту схему самостоятельно, на основе предлагаемого в следующем абзаце главы описания. Схема состоит из следующих компонентов:

  • shared server - разделяемый сервер
  • request queue - очередь запросов
  • response queue - очередь ответов
  • dispatcher - диспетчер
  • client connection - клиентское подключение

4. Здесь в книге идет простая схема, иллюстрирующая предыдущий абзац.

5. Здесь в книге идет простая схема, иллюстрирующая предыдущий абзац. На ней — два процесса-диспетчера, работающие на портах 24536 и 12754.

6. Дополненная версия схемы СУБД Oracle, учитывающая два типа подключений: к выделенному и разделяемому серверному процессу.

7. Здесь в книге идет простая схема, подробно описанная в следующем абзаце.

8. Здесь в книге идет простая схема, иллюстрирующая взаимодействие каждого клиентского приложения с соответствующим выделенным сервером по протоколу Net8.

9. Здесь в книге идет простая схема, иллюстрирующая взаимодействие всех клиентских приложений с диспетчером MTS, который помещает их запросы в очередь запросов. Оттуда они выбираются разделяемыми серверами, которые помещают результаты в очередь ответов. Диспетчер MTS выбирает результат из очереди и отправляет соответствующему клиентскому приложению.

Новости мира IT:

Архив новостей

Последние комментарии:

Loading

IT-консалтинг Software Engineering Программирование СУБД Безопасность Internet Сети Операционные системы Hardware

Информация для рекламодателей PR-акции, размещение рекламы — adv@citforum.ru,
тел. +7 985 1945361
Пресс-релизы — pr@citforum.ru
Обратная связь
Информация для авторов
Rambler's Top100 TopList liveinternet.ru: показано число просмотров за 24 часа, посетителей за 24 часа и за сегодня This Web server launched on February 24, 1997
Copyright © 1997-2000 CIT, © 2001-2015 CIT Forum
Внимание! Любой из материалов, опубликованных на этом сервере, не может быть воспроизведен в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. Подробнее...