数据处理大致可以分成两大类:联机事务处理OLTP(on-line transaction processing)、联机分析处理OLAP(On-Line Analytical Processing)。OLTP是传统的关系型数据库的主要应用,主要是基本的、日常的事务处理,例如银行交易。OLAP是数据仓库系统的主要应用,支持复杂的分析操作,侧重决策支持,并且提供直观易懂的查询结果。
OLTP 系统强调数据库内存效率,强调内存各种指标的命令率,强调绑定变量,强调并发操作;
OLAP 系统则强调数据分析,强调SQL执行市场,强调磁盘I/O,强调分区等。
OLTP与OLAP之间的比较:
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什么是OLTP
OLTP,也叫联机事务处理(Online Transaction Processing),表示事务性非常高的系统,一般都是高可用的在线系统,以小的事务以及小的查询为主,评估其系统的时候,一般看其每秒执行的Transaction以及Execute SQL的数量。在这样的系统中,单个数据库每秒处理的Transaction往往超过几百个,或者是几千个,Select 语句的执行量每秒几千甚至几万个。典型的OLTP系统有电子商务系统、银行、证券等,如美国eBay的业务数据库,就是很典型的OLTP数据库。
OLTP系统最容易出现瓶颈的地方就是CPU与磁盘子系统。
(1)CPU出现瓶颈常表现在逻辑读总量与计算性函数或者是过程上,逻辑读总量等于单个语句的逻辑读乘以执行次数,如果单个语句执行速度虽然很快,但是执行次数非常多,那么,也可能会导致很大的逻辑读总量。设计的方法与优化的方法就是减少单个语句的逻辑读,或者是减少它们的执行次数。另外,一些计算型的函数,如自定义函数、decode等的频繁使用,也会消耗大量的CPU时间,造成系统的负载升高,正确的设计方法或者是优化方法,需要尽量避免计算过程,如保存计算结果到统计表就是一个好的方法。
(2)磁盘子系统在OLTP环境中,它的承载能力一般取决于它的IOPS处理能力. 因为在OLTP环境中,磁盘物理读一般都是db file sequential read,也就是单块读,但是这个读的次数非常频繁。如果频繁到磁盘子系统都不能承载其IOPS的时候,就会出现大的性能问题。
OLTP比较常用的设计与优化方式为Cache技术与B-tree索引技术,Cache决定了很多语句不需要从磁盘子系统获得数据,所以,Web cache与Oracle data buffer对OLTP系统是很重要的。另外,在索引使用方面,语句越简单越好,这样执行计划也稳定,而且一定要使用绑定变量,减少语句解析,尽量减少表关联,尽量减少分布式事务,基本不使用分区技术、MV技术、并行技术及位图索引。因为并发量很高,批量更新时要分批快速提交,以避免阻塞的发生。
OLTP 系统是一个数据块变化非常频繁,SQL 语句提交非常频繁的系统。 对于数据块来说,应尽可能让数据块保存在内存当中,对于SQL来说,尽可能使用变量绑定技术来达到SQL 重用,减少物理I/O 和重复的SQL 解析,从而极大的改善数据库的性能。
这里影响性能除了绑定变量,还有可能是热快(hot block)。 当一个块被多个用户同时读取时,Oracle 为了维护数据的一致性,需要使用Latch来串行化用户的操作。当一个用户获得了latch后,其他用户就只能等待,获取这个数据块的用户越多,等待就越明显。 这就是热快的问题。 这种热快可能是数据块,也可能是回滚端块。 对于数据块来讲,通常是数据库的数据分布不均匀导致,如果是索引的数据块,可以考虑创建反向所以来达到重新分布数据的目的,对于回滚段数据块,可以适当多增加几个回滚段来避免这种争用。
什么是OLAP
OLAP,也叫联机分析处理(Online Analytical Processing)系统,有的时候也叫DSS决策支持系统,就是我们说的数据仓库。在这样的系统中,语句的执行量不是考核标准,因为一条语句的执行时间可能会非常长,读取的数据也非常多。所以,在这样的系统中,考核的标准往往是磁盘子系统的吞吐量(带宽),如能达到多少MB/s的流量。
磁盘子系统的吞吐量则往往取决于磁盘的个数,这个时候,Cache基本是没有效果的,数据库的读写类型基本上是db file scattered read与direct path read/write。应尽量采用个数比较多的磁盘以及比较大的带宽,如4Gb的光纤接口。
在OLAP系统中,常使用分区技术、并行技术。
分区技术在OLAP系统中的重要性主要体现在数据库管理上,比如数据库加载,可以通过分区交换的方式实现,备份可以通过备份分区表空间实现,删除数据可以通过分区进行删除,至于分区在性能上的影响,它可以使得一些大表的扫描变得很快(只扫描单个分区)。另外,如果分区结合并行的话,也可以使得整个表的扫描会变得很快。总之,分区主要的功能是管理上的方便性,它并不能绝对保证查询性能的提高,有时候分区会带来性能上的提高,有时候会降低。
并行技术除了与分区技术结合外,在Oracle 10g中,与RAC结合实现多节点的同时扫描,效果也非常不错,可把一个任务,如select的全表扫描,平均地分派到多个RAC的节点上去。
在OLAP系统中,不需要使用绑定(BIND)变量,因为整个系统的执行量很小,分析时间对于执行时间来说,可以忽略,而且可避免出现错误的执行计划。但是OLAP中可以大量使用位图索引,物化视图,对于大的事务,尽量寻求速度上的优化,没有必要像OLTP要求快速提交,甚至要刻意减慢执行的速度。
绑定变量真正的用途是在OLTP系统中,这个系统通常有这样的特点,用户并发数很大,用户的请求十分密集,并且这些请求的SQL 大多数是可以重复使用的。
对于OLAP系统来说,绝大多数时候数据库上运行着的是报表作业,执行基本上是聚合类的SQL 操作,比如group by,这时候,把优化器模式设置为all_rows是恰当的。 而对于一些分页操作比较多的网站类数据库,设置为first_rows会更好一些。 但有时候对于OLAP 系统,我们又有分页的情况下,我们可以考虑在每条SQL 中用hint。 如:
Select /*+first_rows(10) / a. from table a;
分开设计与优化
在设计上要特别注意,如在高可用的OLTP环境中,不要盲目地把OLAP的技术拿过来用。
如分区技术,假设不是大范围地使用分区关键字,而采用其它的字段作为where条件,那么,如果是本地索引,将不得不扫描多个索引,而性能变得更为低下。如果是全局索引,又失去分区的意义。
并行技术也是如此,一般在完成大型任务时才使用,如在实际生活中,翻译一本书,可以先安排多个人,每个人翻译不同的章节,这样可以提高翻译速度。如果只是翻译一页书,也去分配不同的人翻译不同的行,再组合起来,就没必要了,因为在分配工作的时间里,一个人或许早就翻译完了。
位图索引也是一样,如果用在OLTP环境中,很容易造成阻塞与死锁。但是,在OLAP环境中,可能会因为其特有的特性,提高OLAP的查询速度。MV也是基本一样,包括触发器等,在DML频繁的OLTP系统上,很容易成为瓶颈,甚至是Library Cache等待,而在OLAP环境上,则可能会因为使用恰当而提高查询速度。
对于OLAP系统,在内存上可优化的余地很小,增加CPU 处理速度和磁盘I/O 速度是最直接的提高数据库性能的方法,当然这也意味着系统成本的增加。
比如我们要对几亿条或者几十亿条数据进行聚合处理,这种海量的数据,全部放在内存中操作是很难的,同时也没有必要,因为这些数据快很少重用,缓存起来也没有实际意义,而且还会造成物理I/O相当大。 所以这种系统的瓶颈往往是磁盘I/O上面的。
对于OLAP系统,SQL 的优化非常重要,因为它的数据量很大,做全表扫描和索引对性能上来说差异是非常大的。
群:63306533
在Oracle数据库系统中,很多人没有弄清楚自己的业务类型到底是什么,就在开始盲目的寻求优化方法,而往往是把OLAP的方法使用在OLTP上,或者是OLTP的方法使用在OLAP上。这样的使用,有的时候,对性能没有任何的提高,甚至是大大的影响了性能,得到适得其反的效果。所以,在优化系统之前,弄清楚自己的业务类型。
1、什么是OLTP
OLTP,也叫联机事务处理(Online Transaction Processing),表示事务性非常高的系统,一般都是高可用的在线系统,以小的事务以及小的查询为主,评估其系统的时候,一般看其每秒执行的transaction以及execute sql的数量。在这样的系统中,每秒处理的transaction往往超过几百个,或者是几千个,select 语句的执行量每秒几千甚至几万个。典型的OLTP系统如电子商务系统,银行,证卷等等,如美国ebay的业务数据库,就是很典型的OLTP数据库。
OLTP系统最容易出现的瓶颈就是CPU与磁盘子系统。cpu则取决于逻辑读以及内部调用,如函数等等。一个执行频繁的SQL语句,如果每个语句可以减少很少的逻辑读,也相当于优化了一些逻辑读很差的大型语句。很多人不感觉不到这里的作用,觉得一个语句几十个逻辑读,执行时间基本为0,就不需要优化了,其实,只要他的执行次数非常频繁,而且有优化的余地,就一定要优化,如减少一定的逻辑读或者降低执行次数,都是优化方法。
另外,一些计算性的函数,如sum,count,decode被非常频繁的使用,也是非常消耗cpu的,我遇到一个系统,因为一个sql语句,大量的使用了sum与decode进行行列转换,结果这一个语句就耗费了整个机器一半以上的CPU。
那么,在一般的OLTP系统中,如果不考虑我上面说的函数问题,那么,逻辑读乘以执行次数,决定了cpu的消耗程度,如一个语句,每秒执行次数为500次,每个逻辑读为15,但是,通过优化,能让每个语句的逻辑读从15降到10,那么,每秒的逻辑读就可以减少500*5=2500个,其实就是相当于优化了一个执行频率为每秒1次,每次逻辑读为2500个的语句(注意,2500个逻辑读,在oltp系统是非常差的语句)。再如,假定一个1GHZ的cpu每秒能正常处理的逻辑读是100,000个,如果是10个逻辑读一个的语句,每秒可以处理10,000个,而1000个逻辑读一个的语句,每秒则只能处理100个。
同以上道理,物理读乘以执行次数,则决定了存储子系统的处理能力,在一个OLTP环境中,物理读一般都是db file sequential read决定的,也就是单块读,一个典型的OLTP系统,db file sequential read应当基本等于磁盘子系统的读的IOPS。而磁盘子系统的IOPS处理能力,与cache命中率以及磁盘个数有很大的关系。我的一些文章中,也分析到了这些问题,如一个15K转速的磁盘,每秒最多能处理的iops达到150个,基本就是极限了,如果cache不命中,那么100个磁盘,最多能处理的IOPS仅仅是15000个(但是,实际上,还基本达不到这个值)。
OLTP最常用的技术就是cache技术与btree索引,cache决定了很多语句不需要从磁盘子系统获得数据,所以,web cache与oracle data buffer对OLTP系统是很重要的。另外,在索引使用方面,语句是越简单越好,这样执行计划也稳定,而且一定要使用绑定变量,减少语句解析,尽量减少关联。其它方面,基本不使用分区技术,MV技术,并行技术以及位图索引,因为并发量很高,批量更新可能要尽量快速提交避免阻塞的发生。
在ebay的数据库设计中,有一个很重要的点就是,数据库只负责存放数据,业务逻辑尽量在业务层实现,因为数据库扩展是困难的,而应用服务器扩展是简单的。其实,也就是说,在高可用的OLTP环境中,数据库使用越简单的功能越好。
2、什么是OLAP
OLAP,也叫联机分析(Online Analytical Processing),有的时候也叫DSS决策支持系统,就是我们说的数据仓库。在这样的系统中,语句的执行量不是考核标准,因为一个语句的执行时间可能会非常长,读取的数据也非常多。所以,这样的系统中,考核的标准往往决定于磁盘子系统的吞吐量。
磁盘子系统的吞吐量则直接取决于磁盘的个数,这个时候,cache基本是没有效果的,这个时候数据库的读写基本上是db file scattered read与direct path read/write。在我前面的一些文章中描述过,如果一个15K的磁盘的IO量每秒13M,那么,100个磁盘,最多能提供的吞吐量则是1300M/s(实际上,也基本达不到这个值)。如果磁盘个数足够的话,还需要考虑采用比较大的带宽,如4GB的光纤接口。
在OLAP系统中,常使用的技术有分区技术,并行技术。如分区技术可以使得一些大表的扫描变得很快(只扫描单个分区),而且方便管理。另外,如果分区结合并行的话,也可以使得整个表的扫描也会变得很快。并行技术除了与分区技术结合外,在oracle 10g中,与rac结合实现多节点的同时扫描,效果也非常不错,把一个任务,如select的全表扫描,平均的分派到多个rac的节点上去。
在OLAP系统中,不需要使用绑定变量,因为整个系统的执行量很少,分析时间对于执行时间来说,可以忽略,而且避免出现错误的执行计划。但是OLAP中可以大量使用位图索引,物化视图,对于大的事务,尽量的寻求速度上的优化,没有必要象OLTP需要快速提交,甚至要刻意减慢执行的速度。
3、总结
特别是在高可用的OLTP环境中,不要盲目的把OLAP的技术拿过来用,如分区技术,如果不是大范围的使用了分区关键字作为where条件,而采用其它的字段作为where条件,那么,如果是本地索引,你将不得不扫描多个索引,而性能变的更为低下。如果是全局索引,那分区的意义又何在,只是多出一份分区技术的license而已。
并行技术也是如此,一般是在大型任务的时候才使用,好比说,实际生活中,一个比较大型的工作,如翻译一本书,你可以先安排多个人,每个人翻译不同的章节,这样是可以提高翻译速度,但是,你现在只是翻译一页,你也去分配不同的人翻译不同的行,再组合起来,这个时间,你一个人或者早就翻译完了。
位图索引在我前几篇文章中有交代,如果用在oltp环境中,可能因为阻塞范围太大,很容易阻塞与死锁,但是,在olap环境中,可能会因为其特有的特性,提高olap的查询速度。mv也是基本一样,包括触发器等等,在dml频繁的oltp系统上,很容易成为瓶颈,而在olap环境上,则可能会因为使用恰当而提高查询速度。
更多的差别与技术,细说下来太多了,有些东西,是要靠大家慢慢去体会的,我这里也就不多说了,大家可以平常在自己的业务中多多体会。
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