基于ORACLE數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)化途徑研究

林曉燕

摘要：數(shù)據(jù)庫的性能對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的實用性有著直接的影響。但大多數(shù)據(jù)庫在經(jīng)過一段時間的使用之后都會有不同程度的問題產(chǎn)生，例如操作系統(tǒng)等。因此，對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)化途徑進(jìn)行研究和探討是極有必要的。筆者首先簡要闡述了ORACLE數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，包括相關(guān)理論的概述，評估標(biāo)準(zhǔn)以及優(yōu)化的主要內(nèi)容等，并提出一般情況下的數(shù)據(jù)庫優(yōu)化技術(shù)，例如索引、查詢方式的優(yōu)化，以及并行優(yōu)化等。最終對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行檢驗，并詳細(xì)分析了實例中涉及的設(shè)計和優(yōu)化內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：ORACLE數(shù)據(jù)庫；應(yīng)用系統(tǒng)；優(yōu)化途徑；技術(shù)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）20-0003-02

數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)是信息技術(shù)發(fā)展和革新速度較快的內(nèi)容之一，在大數(shù)據(jù)被充分應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的新時代，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)逐漸上升到應(yīng)用體系的基礎(chǔ)和關(guān)鍵部分。自上世紀(jì)中期開始至今，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)逐步成為我國現(xiàn)代化計算機產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)工程，對其的運用領(lǐng)域也在不斷擴大，但與其他發(fā)達(dá)國家相比，仍然存在技術(shù)和性能上的差距。因此，數(shù)據(jù)集是否能高校運轉(zhuǎn)、其技術(shù)是否能得到更新是當(dāng)前我國數(shù)據(jù)庫建設(shè)的重要任務(wù)。

1 ORACLE數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)

1.1 優(yōu)化概述

針對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)化是一個動態(tài)的持續(xù)過程，通過對程序的優(yōu)化、參數(shù)的改變等方式來達(dá)到優(yōu)化的目的。其中，對數(shù)據(jù)庫性能的調(diào)整包括硬件組成、操作程序，以及對所有訪問的程序和應(yīng)用進(jìn)行理解和優(yōu)化。本質(zhì)上說，系統(tǒng)的優(yōu)化即是指有目標(biāo)的對組成進(jìn)行協(xié)調(diào)，以實現(xiàn)性能的優(yōu)化，從而使得數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的反應(yīng)速度得到提升。對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的基本原則是盡量通過最少的空間來獲取更多的數(shù)據(jù)。簡單來說，對數(shù)據(jù)的優(yōu)化和調(diào)整是一個不斷往復(fù)的過程，若要實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化，就需對其進(jìn)行合理的調(diào)整，確認(rèn)優(yōu)化結(jié)束，再檢驗調(diào)整的成果，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行再次優(yōu)化，指導(dǎo)達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。數(shù)據(jù)庫的整個周期大致可劃為三個過程，即制定、開發(fā)和完成。其中，在所涉及環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化的效率最高，其耗費的資源也最少。

1.2 數(shù)據(jù)庫評估指標(biāo)

數(shù)據(jù)庫的評估指標(biāo)主要包括五個內(nèi)容。

第一，應(yīng)用系統(tǒng)吞吐量，也叫系統(tǒng)處理量。是指在規(guī)定的時間內(nèi)數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的SQL語言的數(shù)量，一般以每秒鐘的完成量來表示。吞吐量的提升有兩個方法，一是通過降低服務(wù)時間，另一個是通過降低數(shù)據(jù)庫的反應(yīng)時間來實現(xiàn)吞吐量的提高。

第二，數(shù)據(jù)反應(yīng)時間。即是使用者的響應(yīng)時間，指使用者從上傳SQL語言到取得結(jié)果的第一部分所花費的時間，通常以秒或毫秒為單位。反應(yīng)時間可劃分為CPU時間和使用者等待時間，即提高響應(yīng)時間的方式有提升吞吐量和降低使用者同時訪問的發(fā)生率。

第三，命中率。Oracle用戶需要的信息一般都是經(jīng)過緩存來進(jìn)行存入和獲取，因此命中率是用來表示使用者對系統(tǒng)給予的數(shù)據(jù)是否感到滿意。

第四，存儲情況。評定內(nèi)存的合理使用與否，主要有兩個方面，一是將重點放在處理能夠帶來最大利益的挑戰(zhàn)，二是盡量減少或清除瓶頸。

第五，磁盤I/O。數(shù)據(jù)庫中的每一個指令都有可能產(chǎn)生I/O，通過對I/O發(fā)生機率的降低，來縮短用戶的響應(yīng)時間。

1.3 優(yōu)化的主要內(nèi)容

具體的優(yōu)化主要包括六個內(nèi)容。

1）設(shè)計的優(yōu)化。若要使Oracle數(shù)據(jù)庫的性能達(dá)到最優(yōu)，就需對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化。如果方案設(shè)計出現(xiàn)偏差，在之后的開發(fā)或使用過程中即使再進(jìn)行優(yōu)化效率都不高，因此要提升數(shù)據(jù)庫的性能，需從設(shè)計方案的優(yōu)化開始。

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計的確認(rèn)。在確認(rèn)系統(tǒng)之前，應(yīng)充分考慮到其所需的結(jié)構(gòu)，不同的模式適應(yīng)不同的應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)，最優(yōu)搭配才能使數(shù)據(jù)庫的性能最優(yōu)。

3）程序的調(diào)整。數(shù)據(jù)表明，接近三分之二的系統(tǒng)優(yōu)化取決于對應(yīng)用程序的調(diào)整，其對數(shù)據(jù)庫的影響最終反映在SQL語言上面，因此通過提高SQL語句即能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)化。

4）存儲功能的調(diào)整。SGA是Oracle實例的組成部分之一，其的使用對系統(tǒng)的性能影響較大。因此對SGA的大小進(jìn)行優(yōu)化即可幫助系統(tǒng)性能的優(yōu)化。

5）磁盤I/O的優(yōu)化。該操作屬于消耗最大的操作指令之一，對其優(yōu)化的程度十分重要。

6）操作系統(tǒng)的優(yōu)化。操作系統(tǒng)是否優(yōu)化能夠直接影響數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能，主要從Oracle的規(guī)劃、服務(wù)器等方面進(jìn)行調(diào)整。

2 ORACLE數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)化途徑

2.1 索引優(yōu)化

索引的優(yōu)化主要包括哈希索引、位圖索引、分區(qū)索引、以函數(shù)為基礎(chǔ)的索引四個內(nèi)容。HASH結(jié)構(gòu)主要用來存儲碼值，當(dāng)HASH函數(shù)被應(yīng)用于碼值時，HASH函數(shù)以近似于隨機的方式進(jìn)行分布。哈希索引的訪問速度較快，但要使用該索引就必須先建立一個群集，通過指令來告訴群集，如何進(jìn)行存儲和整合。位圖索引在進(jìn)行數(shù)據(jù)載入時，一般來說要比B*樹的效率更高一些。位圖索引的加入主要是為了適應(yīng)特殊的查詢情況，一般適用于DDS-Decision Support System和數(shù)據(jù)庫，其在普通的行為中并不常用。分區(qū)索引即是指將索引劃分成許多部分，主要分為本地索引和全局索引，每個索引類型中又根據(jù)有無前綴分成兩種子類型。通過分區(qū)索引之后，可將不同的片段進(jìn)行單獨訪問或存儲，這是索引沒有的功能。以函數(shù)為基礎(chǔ)的索引使得使用者能對正在進(jìn)行運算的數(shù)據(jù)進(jìn)行索引。也就是說，以函數(shù)為基礎(chǔ)的索引能夠允許多種方式和語句的搜索和查詢。

2.2 查詢優(yōu)化

查詢優(yōu)化主要通過對SQL的轉(zhuǎn)換來進(jìn)行。當(dāng)SQL語句表達(dá)查詢時，其方式較多。Oracle數(shù)據(jù)庫能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的SQL轉(zhuǎn)換，其目的是將既定的SQL轉(zhuǎn)換為含義相近且性能更優(yōu)的數(shù)據(jù)。Oracle能夠進(jìn)行多種SQL轉(zhuǎn)換，并可大致將其分為兩種類型，一類是試探查詢轉(zhuǎn)換，一類是以成本為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)換。前者按其復(fù)雜程度又可分為簡單合并和復(fù)雜合并兩種類型。以開銷為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)換主要包括實體化視圖轉(zhuǎn)換、OR擴展、星型轉(zhuǎn)換、外連接試圖的關(guān)鍵詞下推、連接排序等內(nèi)容。其中OR擴展技術(shù)能夠?qū)в蠴R的查詢指令置換成沒有OR的查詢指令，而星型置換主要用于數(shù)據(jù)庫的模型建設(shè)，可用來存儲數(shù)據(jù)。查詢優(yōu)化是數(shù)據(jù)能否獲得最優(yōu)性能的重要因素，ORACLE的查詢優(yōu)化功能較多，不僅僅可用于各數(shù)據(jù)倉庫用戶的訪問，還能在用戶查詢時自動進(jìn)行調(diào)整。

2.3 并行查詢優(yōu)化

并行處理技術(shù)能夠?qū)B級的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，因此其在數(shù)據(jù)庫技術(shù)中占有重要地位?？梢哉f，如果沒有此技術(shù)，大數(shù)據(jù)群集將不復(fù)存在。所謂并行處理就是指通過多個中央處理器和I/O對單一數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。并行的類型主要有并行查詢、并行DML，以及并行DDL三種操作類型。并行處理的原理是將一個數(shù)據(jù)劃分為多個部分，對此技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，重點是怎樣做出將其劃分為更小的部分的正確決定。若使用Oracle的非靜態(tài)處理體系，能夠使得資源共享，此時并行處理和劃分決策并不互相沖突，也不受制于任何的非動態(tài)數(shù)據(jù)分布。Oracle數(shù)據(jù)庫能夠?qū)ζ渲械娜魏蝺?nèi)容進(jìn)行操作，并以共享所有內(nèi)容的措施建立處理體系。因此，不論是將數(shù)據(jù)存儲到獨立的區(qū)域，還是設(shè)定新的索引指令，其都能快速高效地完成并行。

3 ORACLE數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)化實例

3.1管理系統(tǒng)的綜合設(shè)計

以聯(lián)通應(yīng)用系統(tǒng)的綜合設(shè)計為例。該系統(tǒng)在聯(lián)通的運營管理中處于極為關(guān)鍵的地位，其是以聯(lián)通管理為基礎(chǔ)形成的覆蓋了聯(lián)通大部分業(yè)務(wù)的管理系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，各類運行程序是互相影響和可連接的關(guān)系，各個拆分系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息的傳輸，以實現(xiàn)資源共享。系統(tǒng)的綜合結(jié)構(gòu)主要包括高速網(wǎng)絡(luò)、由UNIX主機組成的服務(wù)器、存儲空間等部分組成。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連接是通過廣域網(wǎng)接通到防火墻，再連接到局域網(wǎng)。服務(wù)器的主機分為數(shù)據(jù)庫和運用以及相關(guān)的備份服務(wù)器。其中數(shù)據(jù)庫主要用于信息的解決和計算；運用服務(wù)器主要用于對涉及的應(yīng)用程序進(jìn)行分配；而備用服務(wù)器則用于突發(fā)情況的應(yīng)對，以保證系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)效率。另外，對管理系統(tǒng)的綜合設(shè)計還包括應(yīng)用程序的邏輯結(jié)構(gòu)，整個結(jié)構(gòu)主要包括三個部分，即用于與客戶進(jìn)行交互的客戶層，接用戶的要求指令進(jìn)行處理并發(fā)展結(jié)構(gòu)的中間層，以及負(fù)責(zé)處理信息、接收來自中間層所傳輸?shù)闹噶钸M(jìn)行處理并將最終結(jié)果反饋的數(shù)據(jù)庫層。

3.2 SQL的優(yōu)化

ORACLE數(shù)據(jù)庫是目前行業(yè)內(nèi)應(yīng)用頻率最高的數(shù)據(jù)庫之一，其利用不同的SQL語句來對其中的內(nèi)容進(jìn)行處理或操作。SQL語句大致包含了系統(tǒng)控制語言、信息掌控語句、信息定義語句等內(nèi)容。其中數(shù)據(jù)操控語句主要負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢或掌控，包括信息的插入、更新以及刪除等操作。信息定義語言主要負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫服務(wù)主體的管理，即建立、修改或清除等。系統(tǒng)控制語言主要職責(zé)是負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫實例的屬性進(jìn)行修改和更新。前文有述，相同的SQL可以利用不同的方法來操作，例如索引、哈希連接等。因此對于SQL語言的執(zhí)行來說，其優(yōu)化器的優(yōu)化方式的選擇能夠直接影響最終的優(yōu)化效果，優(yōu)化器的模式不同，則其對SQL語句發(fā)生的執(zhí)行指令也可能不同。例如，若SQL語言中的任何一個表在整個庫中有信息存在，則可采用CBO，并將吞吐量最佳作為優(yōu)化器的優(yōu)化目的。另外，索引對SQL的優(yōu)化影響主要體現(xiàn)在對其訪問途徑的改變，選擇正確的索引方式是SQL語言能夠進(jìn)行優(yōu)化的核心所在。

3.3 優(yōu)化ORACLE存儲空間

在聯(lián)通應(yīng)用系統(tǒng)的綜合設(shè)計中，數(shù)據(jù)庫內(nèi)存空間為8G，其分配情況大致如下：將內(nèi)存的二分之一劃分給Oracle，操作系統(tǒng)的占用空間約為1G，剩下的部分全部用來做備用存儲。劃分給Oracle的存儲空間包括PGA以及SGA兩個部分。Oracle在進(jìn)行數(shù)據(jù)提取時，一般在存儲空間中查詢，若查詢失敗則讀取磁盤內(nèi)存，在其中查找需要的數(shù)據(jù)和信息。由于劃分給Oracle的存儲空間并不充足，因此可對其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整來增加其存儲空間的大小。例如將LOG_BUFFER的內(nèi)存從原來的500k增加到1M等，進(jìn)行優(yōu)化之后Oracle的存儲空間能夠占到總數(shù)的三分之二左右，以達(dá)到Oracle應(yīng)用系統(tǒng)的性能優(yōu)化目的。

4 結(jié)束語

嚴(yán)格來說，數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化除了對當(dāng)前的應(yīng)用程序和信息進(jìn)行優(yōu)化之外，還滲透于整個數(shù)據(jù)庫的所有階段，例如編碼、實驗等。在數(shù)據(jù)庫優(yōu)化的每個環(huán)節(jié)，都需要對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能優(yōu)化進(jìn)行細(xì)致的分析和規(guī)劃。應(yīng)用系統(tǒng)性能降低大多是源于過度的消耗，因此在對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行優(yōu)化時，對其設(shè)計方案和硬件設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化是幫助提高性能的關(guān)鍵所在，從而實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)化和性能提升。

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