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;
BANNER
--------------------------------------------------------------------------------
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。