Oracle并行操作之并行查询实例解析

oracle数据库的并行操作特性，其本质上就是强行榨取除数据库服务器空闲资源（主要是cpu资源），对一些高负荷大数据量数据进行分治处理。并行操作是一种非确定性的优化策略，在选择的时候需要小心对待。目前，使用并行操作特性的主要有下面几个方面：

parallel query：并行查询，使用多个操作系统级别的server process来同时完成一个sql查询；
parallel dml：并行dml操作。类似于parallel query。当要对大数据量表进行dml操作，如insert、update和delete的时候，可以考虑使用；
parallel ddl：并行ddl操作。如进行大容量数据表构建、索引rebuild等操作；
parallel recovery，并行恢复。当数据库实例崩溃重新启动，或者进行存储介质恢复的时候，可以启动并行恢复技术。从而达到减少恢复时间的目的；
procedural parallel，过程代码并行化。对我们编写的代码片段、存储过程或者函数，可以实现执行的并行化，从而加快执行效率；
 
1、并行查询parallel query
 
oracle数据库的并行查询是比较基础的技术，也是olap和oracle data warehouse经常使用的一种并行技术。同本系列前面一直强调的要素相同，在确定使用并行技术之前，要确定软硬件的一些先决条件：
 
任务task必要条件。备选进行并行操作的任务task必须是一个大任务作业，比如，长时间的查询。任务时间通常可以以分钟、小时进行计数。只有这样的任务和需要，才值得让我们冒险使用并行操作方案；
资源闲置条件。只有在数据库服务器资源存在闲置的时候，才可以考虑进行并行处理。如果经常性的繁忙，贸然使用并行只能加剧资源的争用。

并行操作最大的风险在于并行争用引起的效率不升反降。所以，要在确定两个前提之后，再进行并行规划处理。

2、环境准备

首先，准备实验环境。由于笔者使用的一般家用pc虚拟机，所以并行度和存储量不能反映真实条件需求，见谅。

sql> select * from v$version where rownum<2;
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--------------------------------------------------------------------------------
oracle database 11g enterprise edition release 11.2.0.1.0 - production
sql> select count(*) from t;
 count(*)
----------
1160704

 
选择11gr2服务器环境，数据表t总数据量超过一百万。
 
首先，我们观察一下不使用并行的执行情况。
 

//提取出使用游标信息；
sql> select sql_text, sql_id, version_count from v$sqlarea where sql_text like 'select count(*) from t%';
sql_text            sql_id    version_count
------------------------------ ------------- -------------
select count(*) from t     2jkn7rpsbj64t       2
sql> select * from table(dbms_xplan.display_cursor('2jkn7rpsbj64t',format => 'advanced', cursor_child_no => 0));
plan_table_output
--------------------------------------------------------------------------------
sql_id 2jkn7rpsbj64t, child number 0
-------------------------------------
select count(*) from t
plan hash value: 2966233522
-------------------------------------------------------------------
| id | operation     | name | rows | cost (%cpu)| time   |
-------------------------------------------------------------------
|  0 | select statement  |   |    | 4464 (100)|     |
|  1 | sort aggregate  |   |   1 |      |     |
|  2 |  table access full| t  | 1160k| 4464  (1)| 00:00:54 |
------------------------------------------------------------------- 

该执行计划中没有使用并行特性，进行全表扫描。执行时间为54s。
 
3、并行查询计划
 
首先，我们设置相应的并行度。设置并行度有两种方式，一种是使用hint加在特定的sql语句上。另一种是对大对象设置并行度属性。
 
前者的优点是带有一定的强制性和针对性。就是指定特定的sql语句进行并行处理。这样的优点是易于控制并行度，缺点是带有很强的强制力，当数据量偏小的时候，使用并行优势不大。而且如果是显示指定并行度，又会带来移植伸缩性差的缺点。
 
后者通过对象的属性指定并行度。就将并行作为一种执行手段，提供给优化器进行选择。这样，cbo会根据系统中资源的情况和数据的实际，进行执行计划生成。计划中可能是并行，也可能不是并行。这样的优点是将并行与否交予优化器cbo去判断，缺点是并行的滥用风险。
 
此处，笔者设置自动确定并行度的方式。
 

sql> alter table t parallel;
table altered
sql> select count(*) from t;
 count(*)
----------
1160704

当启动查询时，oracle中的并行伺候进程池会根据系统中的负荷和实际因素，确定分配出的并行进程数量。此时，我们可以通过视图v$px_process来查看进程池中的连接信息。 

sql> select * from v$px_process;
server_name status      pid spid       sid  serial#
----------- --------- ---------- ------------------------ ---------- ----------
p000    available     25 5776                
p001    available     26 5778 

注意，并行伺候进程是一种特殊的server process，本质上是一种可共享的slave进程。专用连接模式下，一般的server process与client process是“同生共死”的关系，终身服务于一个client process。而伺候slave进程是通过进程池进行管理的，一旦启动初始化，就会在一定时间内驻留在系统中，等待下次并行处理到来。
 
此时，我们检查v$process视图，也可以找到对应的信息。

sql> select * from v$process;
pid spid     pname username      serial# program    
-------- ---------- ------------------------ ----- --------------- ---------- -------------------------------
25 5776      p000 oracle         13 oracle@oracle11g (p000)   
26 5778      p001 oracle          6 oracle@oracle11g (p001)   
（篇幅由于原因，予以省略……）
32 rows selected

对应的os中，也存在相应的真实进程伺候。
 

[oracle@oracle11g ~]$ ps -ef | grep oracle
（篇幅由于原因，予以省略……）
oracle  5700   1 0 17:29 ?    00:00:02 oraclewilson (local=no)
oracle  5723   1 0 17:33 ?    00:00:00 ora_smco_wilson
oracle  5764   1 2 17:40 ?    00:00:05 oraclewilson (local=no)
oracle  5774   1 0 17:42 ?    00:00:00 oraclewilson (local=no)
oracle  5776   1 0 17:43 ?    00:00:00 ora_p000_wilson
oracle  5778   1 0 17:43 ?    00:00:00 ora_p001_wilson
oracle  5820   1 1 17:44 ?    00:00:00 ora_w000_wilson

由于此时查询已经结束，对应的并行会话信息，已经消失不可见。
 

sql> select * from v$px_session;
saddr      sid  serial#   qcsid qcserial# 
-------- ---------- ---------- ---------- ----------

但是，如果任务的时间长，是可以捕获到对应信息的。
 
从上面的情况看，我们执行一个并行操作时，oracle会从伺候进程池中获取到对应的并行进程，来进行操作。当操作完成后，伺候进程还会等待一定时间，之后回收。
 
并行操作进程的资源消耗，通过v$px_sysstat视图查看。
 

sql> col statistic for a30;
sql> select * from v$px_process_sysstat;
statistic              value
------------------------------ ----------
servers in use             0
servers available            0
servers started             2
servers shutdown            2
servers highwater            2
servers cleaned up           0
server sessions             6
memory chunks allocated         4
memory chunks freed           0
memory chunks current          4
memory chunks hwm            4
buffers allocated           30
buffers freed             30
buffers current             0
buffers hwm               8
15 rows selected

 
下面，我们检查一下执行计划信息。
 

sql> set pagesize 10000;
sql> select * from table(dbms_xplan.display_cursor('2jkn7rpsbj64t',format => 'advanced',cursor_child
_no => 1));
plan_table_output
----------------------------------------------------------------------------------------------------
sql_id 2jkn7rpsbj64t, child number 1
-------------------------------------
select count(*) from t
plan hash value: 3126468333
----------------------------------------------------------------------------------------------------
| id | operation       | name   | rows | cost (%cpu)| time   |  tq |in-out| pq distrib
----------------------------------------------------------------------------------------------------
|  0 | select statement    |     |    | 2478 (100)|     |    |   |      
|  1 | sort aggregate    |     |   1 |      |     |    |   |      
|  2 |  px coordinator    |     |    |      |     |    |   |      
|  3 |  px send qc (random) | :tq10000 |   1 |      |     | q1,00 | p->s | qc (rand) 
|  4 |   sort aggregate   |     |   1 |      |     | q1,00 | pcwp |      
|  5 |   px block iterator |     | 1160k| 2478  (1)| 00:00:30 | q1,00 | pcwc |      
|* 6 |    table access full| t    | 1160k| 2478  (1)| 00:00:30 | q1,00 | pcwp |      
----------------------------------------------------------------------------------------------------
predicate information (identified by operation id):
---------------------------------------------------
6 - access(:z>=:z and :z<=:z)

从执行计划的条件（6 - access(:z>=:z and :z<=:z)）中，我们可以看到任务分配，之后分别进行全表扫描。最后排序计算count，合并结果的过程。
 
4、结论
 
oracle parallel query是经常使用到的一种并行操作技术。相对于ddl、dml等类型操作，并行查询更可以作为系统功能的一个步骤来进行。
 
进行并行查询最大的风险就是并行滥用和失控的出现。这也是oracle一直致力解决的问题。在oracle11gr2中，引入了parallel statement queuing（psq）技术特性。通常，只要并行伺候池允许，oracle会引入尽可能多的并行进程进行操作。psq技术的出现，就是从资源角度加入了并行控制。
 
当系统繁忙的时候，psq会将一些要进行的并行操作进入等待状态，防止并行环境的恶化。当环境好转之后，等待队列中的并行语句就进入执行状态。这个特性就可以有效的防止并行滥用的出现。