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标题: ORACLE数据库异步IO介绍 [打印本页]

作者: 郑全    时间: 2019-7-2 09:20
标题: ORACLE数据库异步IO介绍
本帖最后由 郑全 于 2019-7-2 09:22 编辑

异步IO概念  
    Linux 异步 I/O (AIO)是 Linux 内核中提供的一个增强的功能。它是Linux 2.6 版本内核的一个标准特性,当然我们在2.4 版本内核的补丁中也可以找到它。AIO 背后的基本思想是允许进程发起很多 I/O 操作,而不用阻塞或等待任何操作完成。稍后或在接收到 I/O 操作完成的通知时,进程就可以检索 I/O 操作的结果。  
    Linux IO模型(I/O models)分同步IO模型(synchronous models)和异步IO模型(asynchronous models)。 在同步IO中,线程启动一个IO操作然后就立即进入等待状态,直到IO操作完成后才醒来继续执行。而异步IO方式中,线程发送一个IO请求到内核,然后继续处理其他的事情,内核完成IO请求后,将会通知线程IO操作完成了  
    如果IO请求需要大量时间执行的话,异步文件IO方式可以显著提高效率,因为在线程等待的这段时间内,CPU将会调度其他线程进行执行,如果没有其他线程需要执行的话,这段时间将会浪费掉(可能会调度操作系统的零页线程)。如果IO请求操作很快,用异步IO方式反而还低效,还不如用同步IO方式。  
   其它关于异步IO与同步IO的细节,可以参考Boost application performance using asynchronous I/O这篇文章,网上很多"Linux异步IO"的文章其实是翻译自这篇文章。如果了解更多关于异步IO的细节,可以细读这篇文章。  
  
异步IO好处  
  

  异步I/O的优点:异步I/O是和同步I/O相比较来说的,如果是同步I/O,当一个I/O操作执行时,应用程序必须等待,直到此I/O执行完。相反,异步I/O操作在后台运行,I/O操作和应用程序可以同时运行,提高了系统性能;使用异步I/O会提高I/O流量,如果应用是对裸设备进行操作,这种优势更加明显, 因此像数据库,文件服务器等应用往往会利用异步I/O,使得多个I/O操作同时执行. 而且从官方文档来看,ORACLE也是推荐ORACLE数据库启用异步IO的这个功能的。  
With synchronous I/O, when an I/O request is submitted to the operating system, the writing process blocks until the write is confirmed as complete. It can then continue processing. With asynchronous I/O, processing continues while the I/O request is submitted and processed. Use asynchronous I/O when possible to avoid bottlenecks.  
Some platforms support asynchronous I/O by default, others need special configuration, and some only support asynchronous I/O for certain underlying file system types.  
Q: 2. What are the benefits of Asynchronous I/O?  
A: The implementation of Asynchronous I/O on Red Hat Advanced Server allows Oracle processes to issue multiple I/O requests to disk with a single system call, rather than a large number of single I/O requests. This improves performance in two ways:  
This involves making use of I/O capabilities such as:  



启用异步IO  
   ORACLE数据库是从ORACLE 9i Release 2开始支持异步IO特性的。之前的版本是不支持异步IO特征的。另外在ORACLE 9i R2和 ORACLE 10g R1中默认是禁用异步特性的,直到ORACLE 10g R2才默认启用异步IO特性。  
Q: 4. Can I use Asynchronous I/O with Oracle 8i or Oracle 9i release 1?  
A: No. Asynchronous I/O feature is only available with Oracle RDBMS 9i release 2 (Oracle9iR2).  

Q: 5. Is Asynchronous I/O active with Oracle RDBMS by default?  
A: No. By default, Oracle9iR2 and Oracle10gR1 are shipped with asynchronous I/O support disabled.In 10gR2 asyncIO is enabled by default.  
那么如何启用ORACLE数据库的异步IO特性呢? 我们可以按照下面步骤操作:  
  
1:首先要确认ORACLE数据库所在的系统平台(操作系统)是否支持异步IO  
   目前流行的Linux/Unix平台基本上都支持异步IO,但是一些老旧的版本就不一定了。可以搜索一下相关文档了解清楚。  
  
2: 检查是否安装libaio、libaio-devel相关包(似乎libaio-devel包不是必须的,测试环境没有libaio-devel似乎也OK,当然最好也一起安装)
[root@DB-Server ~]# rpm -qa | grep aio libaio-0.3.106-5libaio-0.3.106-5 [root@DB-Server Server]# rpm -ivh libaio-devel-0.3.106-5.i386.rpmwarning: libaio-devel-0.3.106-5.i386.rpm: Header V3 DSA signature: NOKEY, key ID 1e5e0159Preparing...                ########################################### [100%]   1:libaio-devel           ########################################### [100%][root@DB-Server Server]# rpm -ivh  libaio-devel-0.3.106-5.x86_64.rpmwarning: libaio-devel-0.3.106-5.x86_64.rpm: Header V3 DSA signature: NOKEY, key ID 1e5e0159Preparing...                ########################################### [100%]   1:libaio-devel           ########################################### [100%] [root@DB-Server Server]# rpm -qa | grep libaiolibaio-0.3.106-5libaio-devel-0.3.106-5libaio-devel-0.3.106-5libaio-0.3.106-5

  
3:检查系统是否支持异步I/O
根据文档[Note 370579.1] ,可以通过查看slabinfo统计信息查看操作系统中AIO是否运行,slab是Linux的内存分配器,AIO相关的内存结构已经分配,kiocb值的第二列和第三列非0即是已使用
[root@DB-Server ~]# cat /proc/slabinfo | grep kio kioctx                62    110    384   10    1 : tunables   54   27    8 : slabdata     11     11      0kiocb                  0      0    256   15    1 : tunables  120   60    8 : slabdata      0      0      0kiocb值的第二列和第三列非0表示系统已经启用异步IO。如上所示,表示异步I/O没有在使用。
The kioctx and kiocb are Async I/O data structures that are defined in aio.h. If it shows a non zero value that means async io is enabled. source code loaded /usr/src/linux-<version>/include/linux/aio.h
  
4:修改、优化系统内核参数
Linux从2.6 kernel开始,已经取消了对IO size的限制,Oracle建议将aio-max-nr的值设置为1048576或更高。
[root@DB-Server ~]# cat /proc/sys/fs/aio-max-nr
65536
命令echo 1048576 > /proc/sys/fs/aio-max-nr修改参数,只对当前环境有效,如果系统重启过后,则会使用默认值,所以最好修改参数文件/etc/sysctl.conf。编辑/etc/sysctl.conf 添加或修改参数fs.aio-max-nr = 1048576,保存后。运行sysctl -p使之生效。

[root@DB-Serveruat ~]# cat /proc/sys/fs/aio-max-nr
1048576
注意aio-max-size参数从RHEL4开始已经不存在了,详情见文档Kernel Parameter "aio-max-size" does not exist in RHEL4 / EL4 / RHEL5 /EL5 (文档 ID 549075.1)
  
5:检查ORACLE软件是否支持开启AIO。
如下所示有输出值,表示ORACLE软件支持开启AIO,其实从ORACLE 9i R2开始,ORACLE就已经支持开启异步IO(AIO)了。不过10GR1以前版本需要手动开启AIO,相对而言要麻烦一些。
[oracle@DB-Server ~]$ /usr/bin/ldd $ORACLE_HOME/bin/oracle | grep libaio        libaio.so.1 => /usr/lib64/libaio.so.1 (0x00007f5a247f4000)[oracle@DB-Server ~]$  /usr/bin/nm $ORACLE_HOME/bin/oracle | grep io_getevent                  w io_getevents@@LIBAIO_0.4

  
6:数据库级别启用异步I/O
将参数disk_asynch_io设置为true,其实ORACLE 10g R2中参数disk_asynch_io默认是为true的。

SQL> alter system set filesystemio_options = setall scope=spfile;  
System altered.


SQL> alter system set disk_asynch_io = true scope=spfile;  
System altered.


关于参数filesystemio_options有四个值: asynch、directio, setall,none. 一般建议设置为setall比较合适。
You can use the FILESYSTEMIO_OPTIONS initialization parameter to enable or disable asynchronous I/O or direct I/O on file system files. This parameter is platform-specific and has a default value that is best for a particular platform. It can be dynamically changed to update the default setting.
FILESYTEMIO_OPTIONS can be set to one of the following values:
  
   · ASYNCH: enable asynchronous I/O on file system files, which has no timing requirement for transmission.
            在文件系统文件上启用异步I/O,在数据传送上没有计时要求。
· DIRECTIO: enable direct I/O on file system files, which bypasses the buffer cache.
            在文件系统文件上启用直接I/O,绕过buffer cache。
· SETALL: enable both asynchronous and direct I/O on file system files.
            在文件系统文件上启用异步和直接I/O。
· NONE: disable both asynchronous and direct I/O on file system files.
           在文件系统文件上禁用异步和直接I/O。
  
设置完成后重启数据库,验证异步IO特性是否启用。如下所示, kiocb的第二、三列都不为0,表示ORACLE的异步IO特性已经启用。
[oracle@DB-Server ~]$ cat /proc/slabinfo | grep kio kioctx                60     80    384   10    1 : tunables   54   27    8 : slabdata      8      8      0kiocb                  6     30    256   15    1 : tunables  120   60    8 : slabdata      2      2      0[oracle@DB-Server ~]$  

参考资料:
http://www.ibm.com/developerworks/linux/library/l-async/index.html
https://support.oracle.com/epmos/faces/DocumentDisplay?_afrLoop=73665184034240&parent=DOCUMENT&sourceId=223117.1&id=432854.1&_afrWindowMode=0&_adf.ctrl-state=11m9r3dm4l_242
https://support.oracle.com/epmos/faces/DocumentDisplay?_afrLoop=73689176803264&parent=DOCUMENT&sourceId=471846.1&id=225751.1&_afrWindowMode=0&_adf.ctrl-state=11m9r3dm4l_291







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