IO問題往往是導致數(shù)據(jù)庫性能問題的重要原因。

數(shù)據(jù)庫的作用就是實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的管理和查詢。任何一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，必然存在對數(shù)據(jù)的大量讀或者寫或者兩中操作都大量存在。

希望幫助大家在理解Oracle的讀寫操作機制的基礎(chǔ)上，靈活解決遇到的各種常見的IO問題。

—   Oracle中IO的產(chǎn)生   —

由于內(nèi)存的讀寫效率比磁盤的讀寫效率高萬倍，因此，為了降低IO wait，oracle會將數(shù)據(jù)cache在內(nèi)存（Buffer Cache）中，對數(shù)據(jù)的讀寫盡量在內(nèi)存中完成（直接路徑讀寫）。

當Buffer Cache中的數(shù)據(jù)緩存塊被修改過了，它就被標記為“臟”數(shù)據(jù)。根據(jù)LRU（Least Recently Used）算法，如果一個數(shù)據(jù)塊*近很少被使用，它就稱為“冷”數(shù)據(jù)塊。

進程DBWn（系統(tǒng)中可以存在多個DBW進程，n為序號）負責將“冷”的“臟”數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)文件中去（錯誤，是根據(jù)檢查點隊列）。

DBWn進程會在以下兩種情況下將“臟”數(shù)據(jù)寫入磁盤中去：

1.當服務(wù)進程掃描一定數(shù)量（閥值）的Buffer Cache后還沒有找到干凈、可重用的緩存塊后，它會通知DBWn進程將“臟”數(shù)據(jù)寫入文件中去，以釋放出空閑緩存；
2.當發(fā)生檢查點（Checkpoint）時。直接路徑讀，是直接把數(shù)據(jù)讀出來，并不想共享數(shù)據(jù)（對于批量數(shù)據(jù)讀寫）。

—   IO系統(tǒng)的設(shè)計和配置   —

要控制好數(shù)據(jù)庫的整體IO性能，在規(guī)劃數(shù)據(jù)庫架構(gòu)時就需要做好IO系統(tǒng)的設(shè)計和配置。例如，將對IO要求不同的文件放置在不同的存儲設(shè)備上；規(guī)劃數(shù)據(jù)文件的分布、均衡IO負擔等。

IO性能是直接和操作系統(tǒng)的硬件性能相關(guān)的。如果能利用操作系統(tǒng)的一些高級IO特性，或者采用更高速的磁盤設(shè)備，能大大提高IO性能。

我們知道，內(nèi)存的讀寫效率比磁盤高近萬倍，因此Oracle在內(nèi)存中開辟了一片區(qū)域，稱為Buffer Cache，使數(shù)據(jù)的讀寫盡量在Buffer Cache中完成。

同樣，在文件系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)為了提高讀寫效率，也會為文件系統(tǒng)開辟一塊Buffer Cache用于讀寫數(shù)據(jù)的緩存。這樣，Oracle的數(shù)據(jù)會被緩存2次。

—   負載均衡及條帶化   —

當多個進程同時訪問一個磁盤時，會出現(xiàn)磁盤沖突。大多數(shù)磁盤系統(tǒng)都對訪問次數(shù)（每秒的IO操作）和數(shù)據(jù)傳輸率（每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量）有限制。

當達到這些限制時，后面要訪問磁盤的進程就需要等待，這時就是所謂的磁盤沖突。

避免磁盤沖突是優(yōu)化IO性能的一個目標，這就需要將一個熱點磁盤上的IO訪問負載分擔到其他可用磁盤上，也就是IO負載均衡。在一些成熟的磁盤負載均衡技術(shù)出現(xiàn)之前，DBA需要了解/預測各系統(tǒng)的IO負載量，通過手工配置每個數(shù)據(jù)到不同存放位置以分擔IO負載來達到負載均衡的目的。

條帶化技術(shù)就是將數(shù)據(jù)分成很多小部分并把他們分別存儲到不同磁盤上的不同文件中去。這就能使多個進程同時訪問數(shù)據(jù)的多個不同部分而不會造成磁盤沖突。很多操作系統(tǒng)、磁盤設(shè)備供應商、各種第三方軟件都能做到條帶化。通過條帶化，DBA可以很輕松的做到IO負載均衡而無需去手工配置。

—   RAID   —

RAID的全稱是獨立磁盤冗余陣列（Redundant Array of Independent Disks）。它通過將多個相對比較便宜的磁盤組合起來，并相互連接，同時都連到一個或多個計算機上，以組成一個磁盤組，使其性能和容量達到或超過一個價格更昂貴的大型磁盤。RAID分為6級。

—   SAN   —

SAN（Storage Area Network，存儲區(qū)域網(wǎng)）是一個高速的子網(wǎng)，這個子網(wǎng)中的設(shè)備可以從你的主網(wǎng)卸載流量。通常SAN由RAID陣列連接光纖通道（Fibre Channel）組成，SAN和服務(wù)器和客戶機的數(shù)據(jù)通信通過SCSI命令而非TCP/IP，數(shù)據(jù)處理是“塊級”（block level）。

SAN通過特定的互連方式連接的若干臺存儲服務(wù)器組成一個單獨的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，提供企業(yè)級的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。 SAN是一種特殊的高速網(wǎng)絡(luò)，連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和諸如大磁盤陣列或備份磁帶庫的存儲設(shè)備，SAN置于LAN之下，而不涉及LAN。

利用SAN，不僅可以提供大容量的存儲數(shù)據(jù)，而且地域上可以分散，并緩解了大量數(shù)據(jù)傳輸對于局域網(wǎng)的影響。SAN的結(jié)構(gòu)允許任何服務(wù)器連接到任何存儲陣列，不管數(shù)據(jù)置放在哪里，服務(wù)器都可直接存取所需的數(shù)據(jù)。

—   NAS   —

NAS是Network Attached Storage（網(wǎng)絡(luò)附加存儲）的簡稱。在NAS存儲結(jié)構(gòu)中，存儲系統(tǒng)不再通過I/O總線附屬于某個服務(wù)器或客戶機，而直接通過網(wǎng)絡(luò)接口與網(wǎng)絡(luò)直接相連，由用戶通過網(wǎng)絡(luò)訪問。

它是連接到一個計算機網(wǎng)絡(luò)的文件層的數(shù)據(jù)存儲，它可以為不同網(wǎng)絡(luò)客戶端提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。NAS的硬件與傳統(tǒng)的專用文件服務(wù)器相似。它們的不同點在于軟件端。

NAS中的操作系統(tǒng)和其他軟件只提供數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)訪問功能，以及對這些功能的管理。與傳統(tǒng)以服務(wù)器為中心的存儲系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)不再通過服務(wù)器內(nèi)存轉(zhuǎn)發(fā)，直接在客戶機和存儲設(shè)備間傳送，服務(wù)器僅起控制管理的作用。

—   IO配置   —

在借助各種成熟的存儲技術(shù)的基礎(chǔ)上，合理配置系統(tǒng)的IO分布及系統(tǒng)IO配置能大量減少系統(tǒng)在生產(chǎn)運行中出現(xiàn)IO性能及相關(guān)問題的幾率。

當然，這些配置是我們在布置數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時初始建議，對于復雜的系統(tǒng)來說，很多配置（如一些存儲相關(guān)的參數(shù)）是需要根據(jù)系統(tǒng)的運行狀況進行調(diào)優(yōu)的。

在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，如果某個文件或者某塊磁盤上存在遠遠高于其他文件或磁盤的大量IO訪問，我們就稱這個文件或磁盤為熱點文件/磁盤。

我們在做IO規(guī)劃時的一個重要目標就是要消除系統(tǒng)中熱點文件/磁盤的存在，使整個系統(tǒng)的IO負載相對平衡。

—   條帶化的設(shè)置   —

由于現(xiàn)在的存儲技術(shù)成熟、成本降低，大多數(shù)系統(tǒng)都用條帶化來實現(xiàn)系統(tǒng)的IO負載分擔。

如果操作系統(tǒng)有LVM（Logical Volume Manager邏輯卷管理器）軟件或者硬件條帶設(shè)備，我們就可以利用這些工具來分布IO負載。

當使用LVM或者硬件條帶時，決定因素是條帶深度（stripe depth）和條帶寬度（stripe width）：

條帶深度指的是條帶的大小，也叫條帶單元；條帶寬度指的是條帶深度的產(chǎn)量或者一個條帶集中的驅(qū)動數(shù)。

需要根據(jù)系統(tǒng)的IO要求來合理的選擇這些數(shù)據(jù)。對于Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來數(shù)，比較合理的條帶深度是從256K到1M。下面分析影響條帶深度和條帶寬度的影響因素。

為了提高IO效率，我們要盡量使一次邏輯IO請求由一塊磁盤的一次物理IO請求。因而影響條帶的一個重要因素就是一次邏輯IO請求的大小。

此外，系統(tǒng)中IO的并發(fā)度不同我們對條帶的配置要求也不同。

例如，在高并發(fā)度且IO請求的大小都比較小的情況下，我們希望一塊磁盤能同時響應多個IO操作；

而在那些存在大IO請求的低并發(fā)度系統(tǒng)中，我們可能就需要多塊磁盤同時響應一個IO請求。無論是一個磁盤還是多個磁盤響應IO請求，我們的一個原則是讓一次邏輯IO能被一次處理完成。