基于Oracle数据库优化性能监控系统的设计与实现

第３３卷第２期　２０１２年３月　Ｖｏ１．３３　Ｎｏ．２　Ｍａｒ．２０１２　井冈山大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｊｉｎｇｇａｎｇｓｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　６８　文章编号：１６７４－８０８５（２０１２）０２—００６８—０４　基于Ｏｒａｃｌｅ数据库优化Ｉｌ，／士４－￣月ｌ匕ａ监控系统的设计与实现　蒋林华　（华侨大学工商管理学院，福建，泉卅Ｉ　３６２０２１）　摘要：在分析Ｏｒａｃｌｅ性能优化的基础上设计了一个数据库性能监控系统，并利用Ｊａｖａ　ＲＭＩ动态加载技术实现　远程实时监控系统的解决方案，同时通过远程客户实现监控指令发布和实时监控数据回报。　关键词：’Ｏｒａｃｌｅ；性能监控；Ｊ２ＥＥ；ＪＦｒｅｅＣｈａｒｔ　中图分类号：ＴＰ３９３　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：ＩＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—８０８５．２０１２．０２．０１７　ＤＥＳＩＧＮ　ＡＮＤ　ＲＥＡＬＩＺＡＴＩｏＮ　ｏＦ　ｏＲＡＣＬＥ　ＰＥＲＦｏＲＭＡＮＣＥ　ＭｏＮＩＴｏＲＩＮＧ　ＳＹＳＴＥＭ　ＪＩＡＮＧ　Ｌｉｎ－ｈｕａ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＢｕｓｉｎｅｓｓＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｏｒ，ＨｕａＱｉａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｕａｎｚｈｏｕ，Ｆｕｊｉａｎ　３６２０２１，ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｐｔｉ￣ｚｉｎｇ　ｏｆ　Ｏｒａｃｌｅ．Ｉｔ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｗｈｉｃｈ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ａ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｒｅｍｏｔｅ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｄｙｍｍｉｃ　ｃｏｄｅ　ｄｏｗｎｌｏａｄｉｎｇ　ｕｓｉｎｇ　Ｊａｖａ　ＲＭＩ，ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｒｅｍｏｔｅ　ｃｌｉｅｎｔ　ｃａｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ａｒｄ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　Ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｄａｔａ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｒａｃｌｅ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；Ｊ２ＥＥ；ＪＦｒｅｅＣｈａｒｔ　随着应用的不断深入和扩大，数据库中的数据　量迅速增长，数据操作也越来越复杂，Ｏｒａｃｌｅ数据　库的表对象、过程ＳＱＬ等往往不再按照开发人员设　服务进程是充当用户进程和ＳＧＡ之同的信息　传递角色，它将用户进程提出的ＳＱＬ命令与ＳＧＡ　区存放的信息进行交换。用户进程和服务进程是　计时的思路运行，数据库性能成为制约整个应用系　统性能的瓶颈…。所以，ＤＢＡ的一个重要工作就是　定期监控，　分析评价Ｏｒａｃｌｅ数据库的性能是否依　然满足客户的应用需求。因此，设计开发一个简单　高效的数据库性能监控管理工具来辅助ＤＢＡ对　Ｏｒａｃｌｅ数据库进行性能分析和优化成为数据库应用　不断扩展的需要。　Ｏｒａｃｌｅ数据库性能优化的一个重要方面，尤其是当　用户的数量不断增大时，Ｏｒａｃｌｅ数据库性能恶化用　户响应时间比较长，需要用户长时间的等待，建立　与数据库的重复性临时连接的ｗｅｂ应用系统会导　致性能下降。　１．２　Ｏｒａｃｌｅ的内存结构　Ｏｒａｃｌｅ的内存结构包括ＳＧＡ和ＰＧＡ（ＰＧＡ是　不共享的，即其包含的信息是不一样的）。ＳＧＡ是　ｌ　Ｏｒａｃｌｅ的结构和性能　由Ｏｒａｃｌｅ的体系结构来看，主要包括用户进程　和服务进程、Ｏｒａｃｌｅ的内存结构和Ｏｒａｃｌｅ数据库三　个部分。　Ｏｒａｃｌｅ　Ｉｎｓｔａｎｃｅ的基本组成部分，包含一个Ｏｒａｃｌｅ　实例的数据和控制信息的共享内存结构，主要是用　于存储数据库信息的内存区，该信息为数据库进程　所共享。它是在Ｏｒａｃｌｅ服务器所驻留的计算机的实　际内存中得以分配，如果实际内存不够再往虚拟内　存中写。　１．１用户进程和服务进程　收稿日期：２０１２—０１—１３；修改日期：２０１２—０２—２１　作者简介：蒋林华（１９７９一），男，湖南永州人，实验师，主要从事计算机应用技术研究（Ｅ—ｍａｉｌ：ｙａｌｉｎ＠ｈｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ）．　井冈山大学学报（自然科学版）　６９　ＳＧＡ在实例启动时被自动分配，当实例关闭　时被收回。数据库的所有数据操作都通过ＳＧＡ来　进行。ＳＧＡ中的数据库高速缓冲、重演日志缓冲、　共享池、以及大缓冲池和Ｊａｖａ池等组件的大小对数　据库性能有比较大的影响，它们直接影响磁盘Ｉ／Ｏ　不管库缓存中出现了哪种类型的等待事件，想　要确定哪些会话在等待以及在等待的是什么资源，　可以通过ｖ￥ＳＥＳＳＩＯＮ　ＷＡＩＴ视图查询进行诊断。　也可以使用ＤＢＡ　ＷＡＩＴＥＲＳ视图并执行以下查询　ＳＥＬＥＣＴ　ｗａｉｔｉｎｇｓｅｓｓｉｏｎ，ｈｏｌｄｉｎｇｓｅｓｓｉｏｎ　ＦＲＯＭ　ｄｂ　＿的频率，从而影响Ｏｒａｃｌｅ数据库的效率。　１．３　Ｏｒａｃｌｅ数据库　ａ　ｗａｉｔｅｒｓ。如果等待事件持续的时间过长，那么库　缓存内部很可能发生了错误或故障。唯一的补救办　Ｏｒａｃｌｅ数据库是由数据文件、控制文件组成和　日志文件组成。它们的逻辑结构和物理结构影响磁　盘Ｉ／Ｏ速度和效率，磁盘Ｉ／Ｏ速度对整个系统性能　有重要影响。影响磁盘／／Ｏ性能的主要有磁盘竞争、　Ｉ／０次数过多和数据块空间的分配管理。　总之，对Ｏｒａｃｌｅ数据库的优化调整首先从整体　环境考虑，包括数据缓冲区调整、ＳＱＬ语句的重载　率调整、磁盘、网络等。其中对控制ＳＧＡ配置的初　始化参数以及数据库的全局参数的值要特别注意。　２　Ｏｒａｃｌｅ主要监控对象及其实现　要优化Ｏｒａｃｌｅ数据库性能，ＤＢＡ监控对象主　要是对Ｏｒａｃｌｅ性能有比较大影响的部分，如：ＳＱＬ　语句的重载率、内存分配、磁盘Ｉ／Ｏ、Ｏｒａｃｌｅ等待、　用户锁信息、回滚段等方面。以下重点介绍各种监　控对象的具体实现【２０］。　２．１监控ＳＱＬ语句的重载率　ＳＱＬ的重载率，就是相同的语句，由于无法使　用共享池里已经保存的执行计划而不得不重新将　代码载入后执行分析，建立查询树后再进行执行的　一个过程。每当有应用程序要执行ＳＱＬ或ＰＬ／ＳＱＬ　语句时，这些代码必须先暂存在Ｏｒａｃｌｅ的库缓存　中。当应用程序运行代码时，Ｏｒａｃｌｅ会先搜索库缓　存看该代码是否已经存在于内存中。如果代码已经　写入内存中，Ｏｒａｃｌｅ就可以重新使用该已存代码ｆ也　称为软解析１。如果内存里找不到该代码，Ｏｒａｃｌｅ必　须将代码载入到内存中（也称为硬解析或库缓存不　命中）。库缓存偶尔会给用户带来的麻烦通常源于各　种锁以及随之而来的由锁机制引发的以下等待事　件：（１）库缓存加载锁：当有其他用户端对同一对　象使用了库缓存加载锁时，　新来的客户端必须等　待先前的用户将锁释放出来；（２）库缓存锁：比如　两个用户端想要同时编译某段相同的代码时；（３）　库缓存ｐｉｎ：这时意味着其他会话以不兼容模式锁　定了该子堆。　法就是杀死持有该锁的所有进程。　２．２调整内存分配　内存资源的监控主要是Ｏｒａｃｌｅ为一个实例分配　的一组共享内存缓冲区，它包含该实例的数据和控　制信息的监控。内存结构（ＳＧＡ）由三部分构成：　共享池、缓冲区高速缓存、重做日志缓冲区。　２．２．１　共享池　共享池由库高速缓存区和数据字典缓冲区构　成，包含用来处理的ＳＱＬ语句信息和数据字典存储　区，共享ＳＱＬ区包含执行特定的ＳＱＬ语句所用的　信息。库高速缓存区是ＳＧＡ中的一块区域，Ｏｒａｃｌｅ　对最近执行的ＳＱＬ语句执行计划和解析树进行缓　存。对缓存的语句核查每一条进入的ＳＱＬ语句，无　论什么时候只要可能，重新使用执行计划。库高速　缓存区的命中率表明了ＳＱＬ语句使用的频繁程度，　其相关性能参数可由Ｖ￥ＬＩＢＲＡＲＹＣＡＣＨＥ视图查　询。　２．２．２缓冲区高速缓存　用户进程所存取的所有数据都是经过缓冲区　高速缓存来存取，所以该命中率对Ｏｒａｃｌｅ性能至关　重要。存放数据库中数据库块的ｃｏｐｙ。它由一组缓　冲块组成，这些缓冲块为所有与该实例相连的用户　进程共享。缓冲块的数目由初始化参数　ＤＢ　Ｂｌｏｃｋ　ｂｕｆｆｅｒｓ确定，缓冲块的大小由初始化参　数ＤＢ　ＢＬＯＣＫ　ＳＩＺＥ确定。大的数据块可提高查询　速度。　Ｏｒａｃｌｅ用ＬＲＵ（Ｌｅａｓｔ　ｒｅｃｅｎｔｌｙ　ｕｓｅｄ）机制维护　数据库缓冲区，使得最近使用的块存放在数据库缓　冲区。重新获取数据的时候，可以直接从缓冲区中　来获得，而不必进行　，从而提高性能。ＬＲＵ命　中率反映是否存在ＬＲＵ　ｌａｔｃｈ争用。ＬＲＵ命中率要　求大于９９％，如果该值过低，应考虑增加　ＤＢＢＬＯＣＫＬＲＵＬＡＴＣＨＥＳ。　———２．２．３重做日志缓冲区　重做日志缓冲区用于在内存中存储未被刷新　写入联机重做日志文件信息。它是循环使用的缓冲　７０　井冈山大学学报（自然科学版）　区，当重做日志缓冲区填满时，将其内容写入联机　重做日志文件。可通过计算重做缓冲区分配尝试统　计信息的比率来衡量重做日志缓冲区的性能。　用户服务进程尝试把新的联机日志写入日志　缓冲区时，如此时无可用缓冲区，就会试图覆盖日　志缓冲区的现有条目。但当ＬＧＷＲ进程还没有将　当前的条目写入到联机日志文件，用户服务进程就　必须等待，然后重新尝试。ｒｅｄｏ　ｂｕｆｆｅｒ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｒｅｔｒｉｅｓ就是统计这种情况发生的次数，而ｒｅｄｏ　ｅｎｔｒｉｅｓ反映ＤＭＬ、ＤＤＬ语句的重做信息的总数［４Ｊ。　日志缓冲区的大小由初始化参数ＬＯＧ　ＢＵＦＦＥＲ确　定，大的日志缓冲区可减少日志文件Ｉ／Ｏ的次数。　２．３磁盘Ｉ／０　磁盘Ｉ／Ｏ速度对数据库系统读取性能有比较大　的影响，其中主要有磁盘竞争、Ｉ／０读取次数过多　和数据块空间的分配管理。数据文件、事务日志文　件分别存放在不同的磁盘上，这样事务处理执行的　磁盘访问不妨碍对相应的事物日志登记的磁盘访　问；一个应用的表数据和索引分散存放不同表空间　上，并且尽量把不同类型的表空间存放在不同磁盘　上，这样就消除了表数据和索引数据的磁盘竞争。　监控数据文件的磁盘Ｉ／Ｏ情况可以通过查询　ｖ￥ｆｉｌｅｓｔａｔ，ｖ￥ｄａｔａｆｉｌｅ，ｖ￥ｔｅｍｐｆｉｌｅ等数据视图获得，　主要包括磁盘物理读写次数，执行Ｉ／Ｏ所花费的最　长、最短时间，执行读写Ｉ／Ｏ所花费的最长、最短　时间。根据监控数据，可以发现最有可能引起磁盘　Ｉ／Ｏ瓶颈的文件，并进行性能调整。　３系统功能模块　通过对Ｏｒａｃｌｅ性能元数据的抽取，实现对监控　对象性能的实时跟踪和分析，将采集到的性能信息　以简洁、直观的图形化方式呈现给ＤＢＡ，从而帮助　ＤＢＡ更好、更快地定位和解决系统性能的瓶颈。监　控系统主要由以下几个功能模块组成：　３．１数据库概览　’　后台数据库性能指标的概览，主要是一些直观　反映数据库状况的概要信息，包括ＣＰＵ和内存使　用、ＳＧＡ、进程、磁盘存储等。　３．２例程监控模块　提供对数据库配置信息、例程信息及内存分配　信息的查询，如数据库启动的初始化参数、数据打　开模式及是否归档等；并对内存分配的共享池、缓　冲区及ＰＧＡ进行建议，以曲线形式直观地显示各　内存分配的指标变化趋势，方便ＤＢＡ对Ｏｒａｃｌｅ数　据库进行适当调整。　３＿３性能监控模块　主要对ＣＰＵ使用状况进行监控，具体包括：　对ＳＧＡ中的共享池、缓存区高速缓存、重做日志　缓冲区中统计信息监控，并统计各性能比率及相关　命中率；监控回滚段信息和Ｉ／Ｏ统计信息，了解各　数据文件在系统ＦＯ的读写状况；对锁信息进行监　控，并对各Ｌａｔｃｈ的使用信息及其相关的比率进行　监控等。　３．４安全管理模块　对用户的账户信息进行监控，如查看用户的账　户状态、所使用的默认表空间、临时表空间及概要　文件，并可查询用户拥有的角色信息及已授予的系　统权限及对象权限等。　３．５存储管理模块　直观显示数据库控制文件、表空间、数据文件　信息及重做日志文件，方便ＤＢＡ实时了解数据库　文件存储状态变化。　３．６数据库活动情况　监控当前数据库的活动ｓｅｓｓｉｏｎ，通过动态性能　视图查找活动ｓｅｓｓｉｏｎ的执行语句，Ｖ￥ｏｐｅｎ　ｃｕｒｓｏｒ　视图列出ｓｅｓｓｉｏｎ打开的所有ｃｕｒｓｏｒ，从等待、阻塞　锁、事务等子部分详细反应数据库的活动情况。　３．７　ＳＱＬ活动情况　根据实时显示的ＳＱＬ语句，发现数据库的ＳＱＬ　语句中重载率比较高的部分，并将较高重载率的　ＳＱＬ语句进行终止。　４详细设计与实现　设计采用ＭＶＣ（模型／视图／控制器）模式【５　】，　以保证系统的易用性和可扩展性，采用ＪＳＰ．Ｓｅｒｖｌｅｔ．　ＪａｖａＢｅａｎ技术实现如图１所示的Ｂ／Ｓ三层架构。前　端是ＩＥ客户端，中间是基于Ｊ２ＥＥ实现的应用服务　层，后台是存放历史性能数据的ＭｙＳＱＬ数据库和　被监控的Ｏｒａｃｌｅ数据库。　ＭＶＣ的模型部分代表系统的状态，是系统业　务逻辑核心，本系统主要对应实时监控模块。实时　监控部分采用ＲＭＩ（Ｒｅｍｏｔｅ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｉｎｖｏｃａｔｉｏｎ）技　术实现。它通过定时轮询或客户请求机制从后台数　据库获取性能参数，以异步方式发送到客户端，并　井冈山大学学报（自然科学版）　７１　将相应的性能参数记录到历史性能数据库。这样的　处理方式使得客户端程序不需要实现底层ＪＤＢＣ访　问机制，而是直接调用ＲＭＩ应用服务器提供的高层　ＡＰＩ；同时，应用服务器则可通过对客户端请求施　加一定约束来保证系统的安全性。ＲＭＩ应用程序实　现主要包括以下几个步骤：定义和注册ＲＭＩ服务器　＿÷定义和实现ＲＭＩ远程调用接口＿÷定义和实现　ＲＭＩ远程客户端＿÷产生ｓｔｕｂ／ｓｋｅｌｅｔｏｎ－－，运行服务端　和客户端程序。　ＩＥＣＩ　‘　Ｊ２ＥＥ＾ｐｐ　ｓ‘　妄　Ｉ＝＝｝Ｉ厂］　ａ　ＲＭ　０　ｌＩ　臣Ｓ…ｋ￣ｌｅｍｔｍ　　一　鬻　Ｉ．．．．．＿＿Ｊ　√　端　ｌ＝＝｛　Ｌ１ｌ｛ｌ：　　］ＴＭＬ．ＸＭＩ．，　ｌ　，ＩＴＭＬ　Ｉ　图１系统框架　Ｆｉｇ．１　Ｓｙｓｔｅｍ仔ａｍｅ、ｖｏｒｋ　主页面的Ａｐｐｌｅｔ通过ＲＭＩ远程调用获取监控　数据，ＲＭＩ服务器将查询结果封装在视图类　ＶｉｅｗＢｅａｎ中返回给Ａｐｐｌｅｔ。Ａｐｐｌｅｔ先将数据缓存，　然后调用主页绘图类绘制结果数据，以Ａｐｐｌｅｔ插件　和ＨＴＭＬ方式在ＩＥ客户端显示。实时监控的性能　数据和历史性能数据大都以折线、饼图、柱状图以　及表格等形式呈现给用户。客户端图形对象的绘制　调用ＪｆｅｅＣｈａ￣类库中的相关方法实现，它们的绘　制过程被封装到一个类中，提供公共接口供不同的　显示程序调用。　系统前端页面与后台ＲＭＩ服务器之间的通信　使用Ｓｅｒｖｌｅｔ技术实现，它位于Ｊ２ＥＥ应用服务器上。　因为Ａｐｐｌｅｔ受浏览器安全模式限制，不能读取客户　端文件系统和运行客户端程序，因此只能建立　Ａｐｐｌｅｔ和Ｓｅｒｖｌｅｔ之间的网络连接作为唯一的通信路　径。我们采用ＨＴＴＰ对象流并结合对象序列化技术　从Ｓｅｒｖｌｅｔ向Ａｐｐｌｅｔ传输完整的ＪＡＶＡ对象。　ＩＥ客服端主要包括两部分：实时监控的　ＡＰＰＬＥＴ和数据采集客户页面。其中在实时监控部　分显示线程通过消息定购或远程调用不断获取数　据库系统信息数据，并把相关信息传递给一些已经　设计好的ＩＪＩ组件进行显示。　５数据采集及显示　在图１中，我们选择使用ＲＭＩ远程调用来实　现实时监控的数据采集，远程对象服务器通过设　置ｉａｖａ．ｒｍｉ．ｓｅｒｖｅｒ．ｃｏｄｅｂａｓｅ的属性来指定远程对象　的ｃｏｄｅｂａｓｅ。服务器用ＲＭＩ　ｒｅｇｉｓｔｒｙ注册工具通过　绑定一个名字来注册这个远程对象，以使客户程　序能够通过引用这个名字来调用远程服务对象。　ＲＭＩ客户请求一个引用来定位到一个命名的远程　对象上，这个引用就是远程对象的Ｓｔｕｂ类的实例，　它用来创建客户与远程对象之间的联系。Ｓｔｕｂ类　担当了一个位于远程服务器上的远程对象的代　理，客户用ｃｏｄｅｂａｓｅ指定远程对象所在机器上的　Ｊａｖａ虚拟机上执行代码，然后再将结果（包括错误　信息）返回给客户端。　另外，ＭａｉｎＡｐｐｌｅｔ程序对监控数据进行采集　并通过ＲＭＩ远程存入缓冲区，然后调用主页绘画　类ＤｒａｗＭａｉｎＰａｇｅ作图显示。在监控系统中实时监　控和历史监控数据分析部分的结果大都是以折线　图、柱状图、表格等形式反馈给ＤＢＡ的。　６结束语　Ｏｒａｃｌｅ数据库性能监控系统通过对Ｏｒａｃｌｅ性能　元数据的抽取，实现对监控对象的实时跟踪和分　析，将采集到的运行数据以直观图形方式呈现给　ＤＢＡ，从而帮助ＤＢＡ更好定位和解决系统性能瓶　颈。本系统功能后续工作主要包括提供数据报表、　自动故障诊断和性能优化建议、自动联动告警等。　参考文献：　［１】　王娜，宿红毅，白琳，等．数据库性能监控分析系统的设　计与实现［Ｊ］．计算机工程，２００５，３１（２４）：１０５．１０７．　［２】　盖国强．循序渐进Ｏｒａｃｌｅ［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，　２００７．　【３］　Ｉｎｇｒａｍ　Ｇ　Ｏｒａｃｌｅ性能优化【Ｍ］．张建明，英宇译．北京：　清华大学出版社，２００３．　［４】陈云芳．精通Ｓｔｒｕｔｓ　２：基于ＭＶＣ的ＪａｖａＷｅｂ应用开发　实战［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００８．　［５】　刘晓华．精通Ｊａｖａ核心技术【Ｍ】．北京：电子工业出版　社，２００３．　［６　６］朱福喜，唐晓军．Ｊａｖａ程序设计技巧与开发实例【Ｍ］．　北京：人民邮电出版社。２００４．