淺談Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)性能優(yōu)化與安全性

孟德浦

摘 要：Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)是美國(guó)Oracle公司研制的一款關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品，它可以運(yùn)行在多種大、中、小型機(jī)、PC Server及微機(jī)上，支持Linux、AIX、Solaris和HP Unix等多種操作系統(tǒng)。Oracle為用戶提供了一系列具有高可用性的系統(tǒng)解決方案，但隨著業(yè)務(wù)增加、用戶增多和數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)，系統(tǒng)整體性能會(huì)下降；另一方面數(shù)據(jù)庫(kù)外部環(huán)境愈加復(fù)雜，數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行故障等因素也對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性帶來(lái)挑戰(zhàn)。本文就如何對(duì)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)性能進(jìn)行優(yōu)化和數(shù)據(jù)庫(kù)安全性方面做出研究。

關(guān)鍵詞：Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)；性能優(yōu)化；安全；備份

隨著oracle數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的深入，數(shù)據(jù)信息的不斷增加，數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性受到多方面的威脅，包括對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)信息的偷取、篡改、破壞和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)本身存在的一些Bug、黑客的故意攻擊、病毒和木馬的入侵等，可能會(huì)造成無(wú)法預(yù)料的損失時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，造成大量數(shù)據(jù)的信息丟失，影響數(shù)據(jù)庫(kù)業(yè)務(wù)運(yùn)行，數(shù)據(jù)庫(kù)的安全問(wèn)題已經(jīng)顯得越來(lái)越重要。

1 影響Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)性能的因素

隨著當(dāng)今業(yè)務(wù)復(fù)雜程序的不斷加大，對(duì)信息系統(tǒng)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)的可靠性、業(yè)務(wù)的連續(xù)性及用戶體驗(yàn)均提出了更高的要求。然而，信息系統(tǒng)用戶量、數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)、硬件老化、資源分配不足、設(shè)計(jì)缺陷和開(kāi)發(fā)漏洞等因素，嚴(yán)重制約著信息系統(tǒng)高性能運(yùn)行，威脅系統(tǒng)的穩(wěn)定性，影響用戶體驗(yàn)。從Oracle系統(tǒng)性能優(yōu)化的角度來(lái)看，影響系統(tǒng)性能的可控因素主要包括以下幾點(diǎn)：

1.1 數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)性能

主機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能的影響主要分為CPU數(shù)量和內(nèi)存大小。

CPU數(shù)量決定了整個(gè)系統(tǒng)的并發(fā)處理能力，當(dāng)CPU數(shù)量相對(duì)較少時(shí)，主機(jī)整體處理數(shù)據(jù)的能力不足，最終導(dǎo)致事務(wù)響應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)。當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)，會(huì)出現(xiàn)換頁(yè)現(xiàn)象，換頁(yè)是數(shù)據(jù)在內(nèi)存和磁盤之間交互，大量的換頁(yè)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理時(shí)間變長(zhǎng)，CPU負(fù)載增加。

1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)核心參數(shù)設(shè)置

數(shù)據(jù)庫(kù)的核心參數(shù)設(shè)置直接決定了整體系統(tǒng)性能，比如SGA設(shè)置過(guò)大會(huì)導(dǎo)致操作系統(tǒng)層面剩余內(nèi)存不足，造成換頁(yè)，影響系統(tǒng)性能；SGA設(shè)置過(guò)小會(huì)使系統(tǒng)整體的I/O增加，導(dǎo)致事務(wù)響應(yīng)變慢。此外還包括進(jìn)程數(shù)、并發(fā)、優(yōu)化器模式設(shè)置等。

1.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸

網(wǎng)絡(luò)傳輸分為公共網(wǎng)絡(luò)和私有網(wǎng)絡(luò)?？蛻舳伺c數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)交互需要通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行，公網(wǎng)的傳輸性能嚴(yán)重影響著最終用戶體驗(yàn)。RAC數(shù)據(jù)庫(kù)中私有網(wǎng)絡(luò)承載著節(jié)點(diǎn)間的網(wǎng)絡(luò)心跳和實(shí)例間的數(shù)據(jù)塊傳輸，私有網(wǎng)絡(luò)性能直接決定著RAC集群性能，私有網(wǎng)絡(luò)帶寬不足會(huì)嚴(yán)重影響集群節(jié)點(diǎn)見(jiàn)的數(shù)據(jù)傳輸，嚴(yán)重的性能問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)驅(qū)逐甚至宕機(jī)。

1.4 應(yīng)用程序

應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)整體性能的影響主要表現(xiàn)在SQL語(yǔ)句，存儲(chǔ)過(guò)程等的執(zhí)行效率方面。比如設(shè)計(jì)缺陷和開(kāi)發(fā)漏洞會(huì)導(dǎo)致索引失效最終查詢路徑使用全表掃描方式，使用了低效的表連接方式等等導(dǎo)致SQL響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，影響著系統(tǒng)整體的響應(yīng)時(shí)間。

1.5 存儲(chǔ)性能

存儲(chǔ)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)的根基，直接決定了物理讀寫的速度。存儲(chǔ)的性能取決于帶寬，分為磁盤帶寬（度量標(biāo)準(zhǔn)為IOPS和等待事件）和通道帶寬（度量標(biāo)準(zhǔn)為MBPS）。生產(chǎn)中通過(guò)條帶化來(lái)提升存儲(chǔ)性能，用鏡像來(lái)保障安全冗余。但是不合理的設(shè)置，例如RAID和ASM的二次條帶化將大大降低存儲(chǔ)性能，增加應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間。

2 Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的系能評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1 系統(tǒng)的吞吐量

Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的吞吐量是指單位時(shí)間內(nèi)處理事務(wù)的數(shù)目，單位是tps即每秒處理的事務(wù)量。提高系統(tǒng)吞吐量有兩種方法：一是減少服務(wù)時(shí)間，提高服務(wù)效率，在同樣的資源條件下能做更多的事務(wù)處理；二是減少總體的響應(yīng)時(shí)間，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，讓事務(wù)處理過(guò)程可以更快的完成。

2.2 用戶響應(yīng)時(shí)間

響應(yīng)時(shí)間，顧名思義就是指在用戶請(qǐng)求一項(xiàng)事務(wù)時(shí)，從用戶提交到數(shù)據(jù)庫(kù)返回結(jié)果所用的時(shí)間。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例效率

數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例效率包括多項(xiàng)指標(biāo)，這些指標(biāo)都是越接近100%數(shù)據(jù)庫(kù)性能越好。Buffer Nowait會(huì)話申請(qǐng)一個(gè)buffer（兼容模式）不等待的次數(shù)比例。buffer hit：高速緩存命中率，反應(yīng)物理讀和邏輯讀中間的比例。Library Hit：庫(kù)字典緩存命中率，申請(qǐng)一個(gè)library cache object例如一個(gè)SQL游標(biāo)時(shí)，其已經(jīng)在library cache中的比例。Soft Parse： 軟解析比例。Execute to Parse反映了 執(zhí)行解析比。Non-Parse CPU非解析CPU比例，若大多數(shù)CPU都用在解析上了，則可能好鋼沒(méi)用在刃上了。

2.4 內(nèi)存使用情況

內(nèi)存是否合理使用，一般考慮的主要調(diào)整目標(biāo)有兩點(diǎn)：一是盡可能充分利用內(nèi)存來(lái)降低物理讀寫，從而提升性能，比如設(shè)置合理的buffer cache來(lái)降低物理讀。二是在系統(tǒng)最繁忙的時(shí)間段，要保證系統(tǒng)擁有足夠的內(nèi)存，如果分配過(guò)大的SGA和PGA導(dǎo)致系統(tǒng)繁忙時(shí)間段內(nèi)存耗盡出現(xiàn)大量的換頁(yè)，將會(huì)極大地降低系統(tǒng)性能。

2.5 I/O響應(yīng)時(shí)間

Oracle對(duì)I/O類型等待事件的響應(yīng)時(shí)間做了嚴(yán)格的規(guī)定，控制文件并行寫、直接路徑寫、臨時(shí)文件直接路徑寫和日志文件并行寫響應(yīng)時(shí)間需要控制在15毫秒內(nèi)；控制文件順序讀、數(shù)據(jù)文件并行讀、數(shù)據(jù)文件離散讀、數(shù)據(jù)文件順序讀、直接路徑讀和臨時(shí)文件直接路徑讀的響應(yīng)時(shí)間需要控制在20毫秒內(nèi)。

3 Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)性能優(yōu)化

3.1 內(nèi)存參數(shù)調(diào)整與優(yōu)化

Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例的內(nèi)存主要由SGA和PGA構(gòu)成，其中SGA主要包括數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、共享池和日志緩沖區(qū)；PGA主要包括哈希區(qū)、排序區(qū)等。它們的分配是否合理決定了數(shù)據(jù)處理各個(gè)階段的性能。

3.1.1 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)調(diào)整與優(yōu)化

數(shù)據(jù)庫(kù)緩存命中率是一個(gè)過(guò)時(shí)的參數(shù)，對(duì)于buffer hit% 看它的命中率有多高沒(méi)有意義，主要是關(guān)注未命中的次數(shù)有多少。不合理的db_cache_size或者是SGA自動(dòng)管理ASMM /Memory 自動(dòng)管理AMM下都可能因?yàn)閐b_cache_size過(guò)小引起大量的db file sequential /scattered read等待事件。 此外與 buffer Hit%相關(guān)的指標(biāo)值得關(guān)注的還有 table scans（long tables） 大表掃描這個(gè)統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目、此外相關(guān)的欄目還有Buffer Pool Statistics 、Buffer Pool Advisory等。可以根據(jù)Buffer Pool Advisory和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的整體內(nèi)存情況來(lái)設(shè)置合理的db_cache_size，并使用內(nèi)存的手工管理來(lái)保證db_cache_size不會(huì)改變。

3.1.2 共享池調(diào)整與優(yōu)化

共享池主要由庫(kù)緩沖、數(shù)據(jù)字典緩存組成。合理設(shè)置共享池大小，使共享池中保存較多的SQL語(yǔ)句以及相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)象和用戶信息，可以提高SQL程序的解析效率。此外可以使用綁定變量來(lái)提高軟解析比例，通過(guò)設(shè)置session_cached_cursors參數(shù)來(lái)提高執(zhí)行解析比。這些方法都有助于降低共享池的爭(zhēng)用。

3.1.3日志緩沖區(qū)調(diào)整與優(yōu)化

日志緩沖區(qū)用于存放數(shù)據(jù)的修改信息。日志首先寫入日志緩沖區(qū)，在一定條件下由LGWR進(jìn)程將日志緩沖區(qū)的信息寫入日志文件。如果日志緩沖區(qū)已滿，但還沒(méi)有寫入日志文件，則日志寫入失敗。過(guò)多的日志寫入失敗，說(shuō)明日志緩沖區(qū)偏小，影響數(shù)據(jù)庫(kù)性能，應(yīng)該調(diào)整LOG BUFFER 的大小。

3.1.4 PGA區(qū)域調(diào)整與優(yōu)化

PGA區(qū)性能主要由哈希區(qū)和排序區(qū)決定。在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中，哈希和排序操作一般情況下在PGA中進(jìn)行，如果PGA內(nèi)存不足，會(huì)使用臨時(shí)段進(jìn)行排序，由于使用臨時(shí)段是對(duì)磁盤的操作，會(huì)降低執(zhí)行效率，因?yàn)榻ㄗh盡量在PGA中進(jìn)行哈希和排序操作。

3.2 磁盤I/O性能調(diào)整優(yōu)化

數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在物理磁盤上的。影響磁盤I/O性能的主要原因有磁盤規(guī)劃不合理、I/O操作過(guò)量、熱點(diǎn)塊競(jìng)爭(zhēng)和數(shù)據(jù)庫(kù)碎片整理。磁盤規(guī)劃方面盡可能使用轉(zhuǎn)速較快的SAS盤或者FC盤，尤其是數(shù)據(jù)庫(kù)的redo和undo?？梢允褂昧畠r(jià)磁盤冗余陣列實(shí)現(xiàn)條帶化，使所有數(shù)據(jù)文件可以訪問(wèn)所有可用帶寬。避免ASM和RAID之間的二次條帶化等。

優(yōu)化I/O操作的方法包括：將頻繁掃描的小表固定在buffer cache的保留池中，使熱點(diǎn)對(duì)象造成的I/O最小化；利用索引、分區(qū)表來(lái)降低查詢中數(shù)據(jù)塊的讀取量。

3.3 SQL語(yǔ)句優(yōu)化

SQL語(yǔ)句消耗資源主要分為I/O和CPU，優(yōu)化SQL的實(shí)質(zhì)就是在結(jié)果正確的前提下，將IO和CPU消耗降到最低，主要通過(guò)調(diào)整執(zhí)行計(jì)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)。

執(zhí)行計(jì)劃三要素分為訪問(wèn)路徑、關(guān)聯(lián)方式和關(guān)聯(lián)順序。訪問(wèn)路徑包括：全表掃描、索引掃描、先走索引再回表；關(guān)聯(lián)方式分為循環(huán)嵌套連接、哈希連接和排序合并連接；關(guān)聯(lián)順序分為驅(qū)動(dòng)表和從動(dòng)表。

從訪問(wèn)路徑來(lái)看，最終目的是訪問(wèn)最少的數(shù)據(jù)塊來(lái)得到最終想要的結(jié)果。最優(yōu)路徑一般是通過(guò)索引找到目標(biāo)數(shù)據(jù)塊，因此，避免全表掃描是這個(gè)部分中的重要環(huán)節(jié)；此外還存在例如集群因子高導(dǎo)致回表耗費(fèi)暴增的情形，需要建立聯(lián)合索引來(lái)解決等等。

從表的關(guān)聯(lián)方式和關(guān)聯(lián)順序來(lái)看：對(duì)于循環(huán)嵌套連接，要保證小結(jié)果集驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)表的選擇列上最好有索引，在從動(dòng)表的關(guān)聯(lián)列上要有索引；對(duì)于哈希連接，要保證小結(jié)果集驅(qū)動(dòng)，兩表的限制條件要有索引，確保PGA中完成哈希運(yùn)算；對(duì)于排序合并連接，兩表的限制條件要有索引，連接條件索引消除排序，避免多余列致排序尺寸過(guò)大，保證PGA的尺寸。

3.4 Oracle表空間規(guī)劃

表空間是Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯劃分中最大的概念，如果能合理規(guī)劃表空間，提高表空間的使用率，會(huì)對(duì)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)性能的提升有很大的幫助。合理表空間的分布除了要求分離數(shù)據(jù)和索引，歸檔日志和重做日志也要分離。

優(yōu)化表空間結(jié)構(gòu)，首先要做好系統(tǒng)表空間的分離，除了數(shù)據(jù)字典，盡量不要存儲(chǔ)非系統(tǒng)用戶的信息；其次，由于索引段和數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)管理以及查詢會(huì)存在沖突，因此要把兩者分開(kāi)來(lái)放；最后，做好臨時(shí)表的分離，由數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的臨時(shí)段是動(dòng)態(tài)的，一般是存放在臨時(shí)表空間中。

4 保證Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)較高安全性的方法

4.1 用戶管理

數(shù)據(jù)庫(kù)用戶是連接數(shù)據(jù)庫(kù)、存取數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的通道。通過(guò)建立不同的用戶組和用戶口令驗(yàn)證，可以有效地防止非法Oracle用戶進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)。另外應(yīng)該注重?cái)?shù)據(jù)庫(kù)用戶口令的復(fù)雜程度和使用期限，特別注重對(duì)SYS和SYSTEM兩個(gè)特殊賬戶的保密管理。對(duì)于遠(yuǎn)程用戶，應(yīng)使用加密方式來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)上的DBA權(quán)限控制，如拒絕遠(yuǎn)程的DBA訪問(wèn)。

4.2 數(shù)據(jù)備份

Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的備份是數(shù)據(jù)庫(kù)管理員日常工作中的重中之重。Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)主要由以下幾種備份方式：

4.2.1 邏輯備份

邏輯備份的核心是復(fù)制數(shù)據(jù)。這種復(fù)制方式不管數(shù)據(jù)庫(kù)中具體是哪些文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而是按照oracle提供的命令，通過(guò)邏輯的方式直接將數(shù)據(jù)保存在其他位置。例如導(dǎo)出文件，數(shù)據(jù)泵導(dǎo)出文件等。

4.2.2 物理備份

物理備份的核心是復(fù)制文件。對(duì)于oracle數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)講，就是將數(shù)據(jù)文件、控制文件、歸檔文件等oracle數(shù)據(jù)庫(kù)啟動(dòng)時(shí)所必須的相關(guān)物理文件，復(fù)制到其他路徑或者存儲(chǔ)設(shè)備中。最主要的方式是RMAN。

4.2.3 Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的備份策略

Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)備份在生產(chǎn)中一般使用RMAN備份，數(shù)據(jù)庫(kù)備份分為普通備份和增量備份。選擇備份策略一般考慮如下幾點(diǎn)：

希望最早恢復(fù)到的時(shí)間點(diǎn)；系統(tǒng)何時(shí)負(fù)載最小，備份是密集I/O操作，應(yīng)選擇系統(tǒng)最空閑的時(shí)間段進(jìn)行備份；數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)模，在一定程度上決定了是否使用增量備份；數(shù)據(jù)塊是否被頻繁修改，決定了是否應(yīng)該使用增量備份；最后還應(yīng)該考慮能夠給予的恢復(fù)時(shí)間。

4.3 數(shù)據(jù)災(zāi)難備份

一般情況數(shù)據(jù)備份都在同一機(jī)房，在遭遇機(jī)房滲水、火災(zāi)甚至地震海嘯時(shí)，數(shù)據(jù)備份也無(wú)能為力，這時(shí)數(shù)據(jù)災(zāi)難備份就會(huì)派上用場(chǎng)。數(shù)據(jù)災(zāi)難備份一般可以使用Oracle Golden Gate或者Data Guard在異地建立災(zāi)難備份中心，當(dāng)主庫(kù)在出現(xiàn)災(zāi)難時(shí)及時(shí)啟用備份數(shù)據(jù)庫(kù)支撐前端業(yè)務(wù)運(yùn)行。

5 小結(jié)

Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化是一個(gè)需要宏觀把控，多方考慮的任務(wù)，需要對(duì)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行深入分析，多角度了解服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)性能的影響，進(jìn)而才能分析與解決問(wèn)題。數(shù)據(jù)庫(kù)的安全需要冗余，而冗余又制約著數(shù)據(jù)庫(kù)效率，所以在實(shí)際工作中，要根據(jù)具體需求來(lái)權(quán)衡數(shù)據(jù)庫(kù)安全和性能問(wèn)題。

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