Oracle数据库体系框架及SQL语句性能探讨

理解ORACLE数据库体系框架
数据库软件就是处理数据文件的一批程序。关系数据库自上世纪70年代IBM圣约瑟研究实验室的高级研究员埃德加·考特(E F Codd)的《大型共享数据库数据的关系模型》一文发表世以来，就逐步成为了数据库的主流。1977年，ORACLE公司成立第一个以关系数据库为核心的软件公司，现在已经推出ORACLE 9i。下面的探讨主要以ORACLE8i版本为基础。
虽然大家在很多介绍ORACLE的书籍中都可以看到类似下面的图，但是我认为下面的这张图是对ORACLE的体系结构展现的最清晰和简明扼要的。也许你在看介绍ORACLE的书籍时对这些枯燥的理论介绍没有太多的关心，而直接进入你关心的、可操作的内容。现在就让我们一起对这个图进行简单的了解。
大家可以看到，如果从简单的角度来描述，可以说一个ORACLE实例(Instance)是由一定的内存与后台进程组成，而数据库(Database)指物理文件。下面就SGA、五个必须的ORACLE后台进程进行简单的介绍：SGA(System Global Area 也称 Shared Global Area) 主要由以下三部分组成：
共享池(Shared Pool) 主要用来存储最近执行过的SQL语句和最近使用过的数据字典的数据；它主要通过INIT.ORA文件中的shared_pool_size和shared_pool_reserved_size两个参数来设置。
数据高速缓存区(Data Buffer Cache) 主要用来存储最近使用过的数据，可能是要写到数据文件的，也可能是从数据文件读取的；它主要通过INIT.ORA文件中db_block_buffers参数来设置；Data Buffer的大小＝db_block_buffers* db_block_size;
重做日志缓存区(Redo Log Buffer) 主要存储服务进程和后台进程的变化信息；它主要通过INIT.ORA文件中的log_buffer参数来设置； Redo Log Buffer的大小＝log_buffer* db_block_size;
当然，SGA不仅仅只是上面的三部分，还包括如Java pool(用来存储java代码)、Large pool(供不是和SQL直接相关的进程使用，如：当数据备份或恢复操作时，RMAN backup 用作磁盘I/O缓存器；Parallel时用作消息缓存器；MTS回话内存)等部分，我们可以通过v$sysstat、v$rowcache、v$librarycache等系统视图来监控SGA。
五个必须的ORACLE后台进程SMON、PMON、DBWn、CKPT、LGWR。
系统监控进程(System Monitor SMON) 在数据库系统启动时执行恢复工作的强制性进程。
进程监控进程(Process Monitor PMON) 用于恢复失败的数据库用户的强制性进程，它先获取失败用户的标识，释放该用户占有的所有数据库资源。
数据库写入进程(Database Writer, DBWR) 它将修改后的数据块写回数据库文件。日志写入进程(Log Writer , LGWR) 一个专门用于将重做项写入重做日志的进程。
校验点进程(Checkpoint Process CKPT ) ORACLE把内存中脏数据块中的信息写回磁盘的判断进程。
　　
(注：本图引自ORACLE8i的OCP考试培训官方资料)
SQL性能调整
我们考虑一个基于ORACLE数据库的应用系统的性能时，优先要考虑什么呢?主机操作系统？磁盘的I/O还是内存的使用？不，都不是！是系统的业务规则。从这个意义上说，我们对各个行业的业务专家的渴求不仅基于市场方面的，更是基于技术方面的。如果我们能够优化客户的业务规则，我们的系统将在起点上超越竞争对手！
在无法改变客户的业务规则的情况下,我们考虑影响应用系统性能的先后顺序应该是：
首先，考虑SQL语句的性能；
其次，考虑内存的分配；
第三，CPU的使用分配和磁盘I/O瓶颈；
第四，考虑网络因素;
第五，考虑操作系统因素;
等等……
由此可以说，一个基于数据库的应用系统性能的好坏，首先是应用系统设计人员、应用系统开发人员的责任，而数据库管理员（DBA）是在其基础上进行的性能调整。80%的性能问题都是由不良的SQL语句引起的。设计和建立最佳的SQL对于系统的可扩展性和响应时间是基本工作。下面，我主要就SQL语句的性能进行一些粗浅的探讨，希望能起到抛砖引玉的效果。
SQL语句性能调整的目标是：
去掉不必要的大表全表扫描 不必要的大表全表扫描会造成不必要的输入输出，而且还会拖垮整个数据库；
检查优化索引的使用 这对于提高查询速度来说非常重要
检查子查询 考虑SQL子查询是否可以用简单连接的方式进行重新书写；
调整PCTFREE和PCTUSED等存储参数优化插入、更新或者删除等操作；
考虑数据库的优化器;
考虑数据表的全表扫描和在多个CPU的情况下考虑并行查询。
一、 索引(INDEX)使用的问题
1． 索引(INDEX)，用还是不用？这是个的问题。
是全表扫描还是索引范围扫描主要考虑SQL的查询速度问题。这里主要关心读取的记录的数目。根据DONALD K .BURLESON的说法,使用索引范围扫描的原则是：
对于数据有原始排序的表，读取少于表记录数40%的查询应该使用索引范围扫描。对读取多于表记录数40%的查询应全表扫描。
对于未排序的表，读取少于表记录数7%的查询应该使用索引范围扫描,反之，对读取多于表记录数7%的查询应全表扫描。
注：在不同的书中，对是否使用索引的读取记录的百分比值不太一致，基本上是一个经验值，但是读取记录的百分比越低，使用索引越有效。
2． 如果列上有建索引，什么SQL查询是有用索引(INDEX)的？什么SQL查询是没有用索引(INDEX)的？
存在下面情况的SQL，不会用到索引：
存在数据类型隐形转换的,如：
select * from staff_member where staff_id=’123’；
列上有数学运算的，如： select * from staff_member where salary*2使用不等于()运算的，如：

select * from staff_member where dept_no2001;
复制代码使用substr字符串函数的，如：
select * from staff_member where substr(last_name,1,4)=’FRED’;
‘%’通配符在第一个字符的，如:
select * from staff_member where first_name like ‘%DON’;
字符串连接(||)的，如：
select * from staff_member where first_name||’’=’DONALD’
3． 函数的索引
日期类型也是很容易用到的，而且在SQL语句中会使用to_char函数以查询具体的的范围日期。如：select * from staff_member where TO_CHAR(birth_day,’YYYY’)=’2003’; 我们可以建立基于函数的索引如：CREATE INDEX Ind_emp_birth ON staff_member (to_char((birth_day,’YYYY’));
二、 SQL语句排序优化
1． 排序发生的情况：
SQL中包含group by 子句；
SQL 中包含order by 子句；
SQL 中包含 distinct 子句；
SQL 中包含 minus 或 union操作；
创建索引时。
2． 排序在内存还是在磁盘中进行？
在内存执行的排序速度要比在磁盘执行的排序速度快14000倍。如果是专用连接，排序内存根据INIT.ORA的sort_area_size进行分配，如果是多线程服务连接，排序内存根据large_pool_size进行分配。
sort_area_size的增大可以减少磁盘排序，但是过大将使ORACLE性能降低，因为所用的连接回话都会分配到一个sort_area_size大小的内存，所以，为了提高有限的查询速度，可能会浪费大量的内存。增加sort_multiblock_read_count的值使每次读取更多的内容，减少运行次数，提高性能。