OracleFreelist和HWM原理及性能优化

答案：近期来，FreeList的重要作用逐渐为Oracle DBA所认识，网上也出现一些相关的讨论。本文以FreeList为线索对Oracle的存储管理的原理进行较深入的探讨，涉及Oracle段区块管理的原理，FreeList算法等。而与FreeList密切相关的一个重用特性HWM，与sql性能密切相关，本文也作了原理分析介绍。在原理探讨的基础上，介绍了常用的存储参数分析方法，并对所涉及的存储优化、HWM的优化和Freelist竞争优化作了说明。

　　缩略语:

　　ASSM:auto segement space management

　　HWM:high water mark

　　DBA:data block address

　　OLTP:online transaction process

　　OPS:oracle parallel server

　　1.简介

　　Oracle的空间管理和存储参数管理是Oracle管理及优化的重要部分。FreeList作为Oracle底层存储参数中的核心参数，其行为方式对Oracle的存储管理及性能优化有重大影响，而现有的Oracle文档对此方面的内容比较缺乏。虽然Oracle 9i已出现了ASSM，但是作为深入调优对FreeList认识仍是必要的。

　　近期来，FreeList的重要作用逐渐为Oracle DBA所认识，网上也出现一些相关的讨论。本文以FreeList为线索对Oracle的存储管理的原理进行较深入的探讨，涉及Oracle段区块管理的原理，FreeList算法等。而与FreeList密切相关的一个重用特性HWM，与sql性能密切相关，本文也作了原理分析介绍。在原理探讨的基础上，介绍了常用的存储参数分析方法，并对所涉及的存储优化、HWM的优化和Freelist竞争优化作了说明。

　　这些原理分析和性能优化都建立在探讨的基础上，限于篇幅和本人经验可能存在局限、偏差或谬误。

　　为了准确文中部分结构和字段的说明直接用英文描述。限于篇幅本文不对同样很重要的block结构作更深入的讨论，对OPS性能有重要影响的free list group本文也未提及，因此本文在单一free list group下讨论。对于block的深入讨论、free list group的介绍与优化以及PCTUSED和PCTFREE等重要参数的优化请参见参考文献和资料。

　　2.原理探讨

　　FreeList作为一个Oracle存储管理的核心参数。其行为方式由Oralce内部控制，我们一般不需要掌握和控制。但是我们可能会遇到这些问题，当插入一条记录，会插入到那个块中?是使用新块，还是插入有数据的老块?段是什么时候扩展的，如何扩展的?表中只有一条记录，但是作一次select时代价却是上千个块，为什么?如果我们从原理上清楚了Oracle的存储管理方式，对相关这些问题的解决及性能优化就清晰自然了。

　　2.1 Oracle的逻辑储存结构

　　Oralce的逻辑存储结构按表空间，段，区，块进行管理。块是Oracle用来管理存储空间的最基本单元，Oracle数据库在进行输入输出操作时，都是以块为单位进行逻辑读写操作的。区由一系列连续的块组成，Oralce在进行空间分配、回收和管理时是以区为基本单位的。段由多个区组成，这些区可以是连续的也可以是不连续的，一般情况下一个对象拥有一个段。表空间中容纳段和区。

　　在生成段的时候，会同时分配初始区(initial extents)， 初始区的第一个块就格式化为segment header，并被用来记录free list描述信息、extents信息，HWM信息等。

　　2.2 free list概念

　　free list是一种单向链表用于定位可以接收数据的块，在字典管理方式的表空间中，Oracle使用free list来管理未分配的存储块。Oracle记录了有空闲空间的块用于insert或Update。空闲空间来源于两种方式:1.段中所有超过HWM的块，这些块已经分配给段了，但是还未被使用。2.段中所有在HWM下的且链入了free list的块，可以被重用。free list具有下列属性

　　l flag指示free list 被使用(1)或未使用(0)

　　l free list 链的首块的地址DBA(data block address)

　　l free list 链的尾块的地址DBA

　　free list 的信息通常保留在segment header中,这里给出segment header block dump片段加以说明:

　　

　　

　　

　　

　　

　　


　　
nfl = 3, nfb = 1 typ = 1 nxf = 0

　　SEG LST:: 易做图: UNUSED lhd: 0x00000000 ltl: 0x00000000

　　SEG LST:: 易做图: USED lhd: 0x03c00233 ltl: 0x03c00233

　　SEG LST:: 易做图: USED lhd: 0x03c00234 ltl: 0x03c00234

　　SEG LST:: 易做图: UNUSED lhd: 0x00000000 ltl: 0x00000000

　　Segment Header:

　　==> nfl: number of free lists/block

　　==> nfb: number of free list blocks + segment header

　　==> typ: block type

　　==> nxf: number of transaction free lists

　　Segment List:

　　==> 易做图: flag USED or UNUSED the free list

　　==> lhd: head of free list

　　==> ltl: tail of free list


　　


　　

　　在每一个块中都有一个标记易做图用来表明块是否链入了 free list链中。如果这个标志置上，该块中后向指针指向free list链中下一个块的DBA。如果当前块是链的最末尾的块，该后向指针值为0。这里给出位于free list上的block dump的片段

　　

　　

　　

　　

　　

　　


　　
Block header dump: 0x03c00235

　　Object id on Block? Y

　　seg/obj: 0xe2d8 csc: 0x00.6264c61 itc: 1 易做图: O typ: 1 - DATA

　　fsl: 1 fnx: 0x3c00234 ver: 0x01

　　==> Seg/obj Object ID in dictionary

　　==> csc SCN of last block cleanout

　　==> itc Number of ITL slots

　　==> 易做图 O = On freelist , - = Not on freelist

　　==> typ 1 = DATA 2 = INDEX

　　==> fsl ITL TX freelist slot

　　==> fnx DBA of NEXT block on freelist


　　


　　

　　举例来说如果有五个块在free list中，分别为A,B,C,D,E

　　就会形成segment header->A->B->C->D->E--|

　　同时segment header->E

　　2.3 free list类别

　　在段中存在3类free list, 即Master Freelists (MFL), Process Freelists (PrFL), 和 Transaction Freelists.

　　2.3.1 Master Free List(公用空闲空间池):

　　每一个段中有一个Master free list，在段创建的时候自动生成。对于每一个段来说都有这样一个空闲空间池,对每个进程都是公用的，空闲空间就是位于master free list 的块上。由于Master free list是公用的，因此当多个进程同时插入行到同一个段上,master free list竞争使用程度就会增加。

　　2.3.2 Process Free Lists

　　为了减少Master Free list的竞争问题, 引入了另一种free list叫做Process free lists, 根据sql命令 CREATE/ALTER 中的参数FREELISTS 创建. 这样多个free list 就可以分摊空闲空间的管理，以提高OLTP应用作高度并发插入和更新事务时空间分配管理的性能。通过指定CREATE TABLE / CLUSTER or INDEX的子句STORAGE的参数FREELISTS 来创建，例如: CREATE TABLE 易做图 ( . . . .) . . . STORAGE ( ... FREELISTS 10 ...)。缺省的FREELISTS为1，此时不会创建Process free lists。当FREELISTS>=2时，创建Process free lists。

　　进程在使用process free list是根据进程的Oracle PID (Process ID)来选择的，公式如下:

　　

　　

　　

　　

　　

　　


　　


　　select list entry = (PID % NFL) + 1


　　


　　

　　NFL : FREELISTS定义的Process free list个数

　　2.3.3 Transaction Free Lists

　　当Oracle需要时动态创建。一个Transaction Free List 是一种专门

上一个：你的INTERNAL帐号密码忘记了怎么办
下一个：在Oracle里设置访问多个SQLServer