Oracle 11g中的IO Calibrate（IO校准）

Oracle 11g中的IO Calibrate（IO校准）.sql

Oracle数据库发展到今天，“IO为王”已经是一种发展方向趋势。ExtraData一体机的重要特色之一就是最大程度的发挥IO能力、提高IO吞吐量。
相比CPU和内存，IO存储有其特殊性。我们讨论IO，通常成为I/O栈（I/O Stack）。I/O栈设计的对象是一系列关键组件层，包括HBA、Storage Switches、Storage Array和Physical Disks。这些对象共同合力，才能形成系统整体的IO能力。
四层关键组件，共同形成“木桶效应”。只要有一个层面存在不足，必然成为IO中的短板。I/O难调，也就是在这个方面。但是对于Oracle而言，我们需要关注的是IO整体性能，也就是整体的效果。
Oracle 11g有两个对于性能方面的测试工具，一个就是RAT（Real Application Test），另一个就是IO校准（Calibrate IO）。RAT是一种负载重演组件，当进行系统软硬件升级的时候，我们一个很关注的问题是：此次变化能否提升系统性能、能提升多少，会不会有新的瓶颈。这个在过去是不能实现的，只能够在升级之后通过实践去发现。但是RAT可以捕获实际系统负载情况，将其在新环境下进行重演，并且进行度量比较。IO调教的作用也是IO负载模拟，从而判断出实际真实的系统IO情况。

本篇我们就介绍IO校准特性。

1、发现IO校准
　　首先聊聊为什么要进行校准。IO是一个多组件共同影响的统一体，多个组件之间大部分情况下是不能够完全如同理想情况下工作的。所以需要进行硬件标准指标和实际情况之间进行校准，来获取准确的IO数据。
获取精确IO有什么用途呢？根源还是Oracle自动化和智能化的需要。进入11g之后，Oracle向智能化的步子是在加快的过程。Oracle从CBO开始，进行自动化并行决策的Auto DOP就需要IO校准的信息。

2、配置IO校准

　　我们进行配置过程，首先选择Oracle 11gR2进行测试。

SQL> select * from v$version;

BANNER
--------------------------------------------------------------------------------
Oracle Database 11g Enterprise Edition Release 11.2.0.4.0 - 64bit Production
PL/SQL Release 11.2.0.4.0 - Production
CORE 11.2.0.4.0 Production
TNS for Linux: Version 11.2.0.4.0 - Production
NLSRTL Version 11.2.0.4.0 - Production

--11g中有一个视图v$io_calibration_status，记录了系统进行校准过程信息。和统计量不同，Oracle是不会自动进行IO校准的，而需要DBA手工完成。
SQL> select * from v$io_calibration_status;

STATUS CALIBRATION_TIME
-------------------------- -----------------------------
NOT AVAILABLE

--注意：进行校准过程，一般需要配置异步IO功能。

SQL> show parameter disk_asy

NAME TYPE VALUE
------------------------------------ ---------------------- ------------------------------
disk_asynch_io boolean TRUE

SQL> col name for a80
SQL> select name,asynch_io from v$datafile f,v$iostat_file i
2 where f.file#=i.file_no
3 and (filetype_name='Data File' or filetype_name='Temp File');

NAME ASYNCH_IO
-------------------------------------------------------------------------------- ------------------
/u01/app/oracle/oradata/felix/system01.dbf ASYNC_OFF
/u01/app/oracle/oradata/felix/system01.dbf ASYNC_OFF
/u01/app/oracle/oradata/felix/sysaux01.dbf ASYNC_OFF
/u01/app/oracle/oradata/felix/undotbs01.dbf ASYNC_OFF
/u01/app/oracle/oradata/felix/users01.dbf ASYNC_OFF
/u01/app/oracle/oradata/felix/example01.dbf ASYNC_OFF

--IO校准并不是单独的列出功能，而是融入到Oracle的Resource Manager功能包里面。调用IO校准的功能包DBMS_RESOURCE_MANAGER.CALIBRATE_IO，其中两个输入参数，一个是磁盘的个数，另一个是允许的最大IO延迟。这两个参数可以通过咨询运维团队和厂商实现。

--调用过程如下：
set serveroutput on;
DECLARE
lat INTEGER;
iops INTEGER;
mbps INTEGER;
BEGIN
--DBMS_RESOURCE_MANAGER.CALIBRATE_IO(<NUM_DISKS>, <MAX_LATENCY>,iops, mbps, lat);
DBMS_RESOURCE_MANAGER.CALIBRATE_IO (2, 10, iops, mbps, lat);
DBMS_OUTPUT.PUT_LINE ('max_iops = ' || iops);
DBMS_OUTPUT.PUT_LINE ('latency = ' || lat);
dbms_output.put_line('max_mbps = ' || mbps);
end;
/

SQL> set serveroutput on;
SQL> DECLARE
2 lat INTEGER;
3 iops INTEGER;
4 mbps INTEGER;
5 BEGIN
6 --DBMS_RESOURCE_MANAGER.CALIBRATE_IO(<NUM_DISKS>, <MAX_LATENCY>,iops, mbps, lat);
7 DBMS_RESOURCE_MANAGER.CALIBRATE_IO (2, 10, iops, mbps, lat);
8 DBMS_OUTPUT.PUT_LINE ('max_iops = ' || iops);
9 DBMS_OUTPUT.PUT_LINE ('latency = ' || lat);
10 dbms_output.put_line('max_mbps = ' || mbps);
11 end;
12 /
max_iops = 3052
latency = 0
max_mbps = 179

PL/SQL procedure successfully completed.

SQL>

这个执行过程执行超过800s，时间不算短。最后计算出测算出的最大iops、延迟和最大mbps（每秒MB）。

　　在执行过程中，我们查看视图v$io_calibration_status。

SQL> select * from v$io_calibration_status;

STATUS CALIBRATION_TIME
-------------------------- ------------------------------
IN PROGRESS

SQL>

此时的状态，从Not Available变为Ready。在校准过程中，Oracle会形成对存储的大量IO读写操作。我们借助Linux下的sar命令，监控全部过程。

[root@felix ~]# sar -b 5 100 -o /tmp/res2
Linux 2.6.39-200.24.1.el6uek.x86_64 (felix) 09/08/2015 _x86_64_ (1 CPU)

04:52:40 PM tps rtps wtps bread/s bwrtn/s
04:52:45 PM 11.45 1.20 10.24 73.90 128.51
04:52:50 PM 7.43 0.00 7.43 0.00 106.02
04:52:55 PM 6.04 0.00 6.04 0.00 83.70
04:53:00 PM 7.82 1.20 6.61 9.62 96.19
04:53:05 PM 6.64 0.00 6.64 0.00 99.80
04:53:10 PM 5.00 0.00 5.00 0.00 73.60
04:53:15 PM 6.64 0.00 6.64 0.00 96.58
04:53:20 PM 12.50 0.81 11.69 6.45 129.03
04:53:25 PM 236.35 226.71 9.64 1982.33 112.45
04:53:30 PM 8.45 0.40 8.05 3.22 103.02
04:53:35 PM 5.23 0.00 5.23 0.00 77.26
04:53:40 PM 6.63 0.00 6.63 0.00 99.60
04:53:45 PM 44.91 38.32 6.59 427.94 95.81
04:53:50 PM 8.25 3.22 5.03 25.75 74.04
04:53:55 PM 16.50 6.04 10.46 602.01 131.99
04:54:00 PM 7.41 0.80 6.61 6.41 96.19
04:54:05 PM 94.13 86.64 7.49 1457.49 87.45
04:54:10 PM 7.83 0.00 7.83 0.00 112.45
04:54:15 PM 6.61 0.00 6.61 0.00 96.19
04:54:20 PM 135.57 107.32 28.25 1404.88 286.18
04:54:25 PM 7.68 0.00 7.68 0.00 106.67
04:54:30 PM 48.80 40.00 8.80 320.00 115.20
04:54:35 PM 6.21 0.00 6.21 0.00 92.99
04:54:40 PM 6.64 0.00 6.64 0.00 99.80
04:54:45 PM 26.96 16.50 10.46 730.78 144.87
04:54:50 PM 47.39 41.37 6.02 330.92 89.96
04:54:55 PM 55.71 40.88 14.83 1490.98 163.53
04:55:00 PM 7.63 0.00 7.63 0.00 106.02
04:55:05 PM 12.42 0.00 12.42 0.00 141.08
04:55:10 PM 8.65 2.01 6.64 251.11 99.80
04:55:15 PM 9.22 2.40 6.81 365.53 102.61
04:55:20 PM 303.04 294.74 8.30 4093.93 87.45
04:55:25 PM 13.80 0.00 13.80 0.00 208.00
04:55:30 PM 21.02 5.71 15.31 45.71 169.80
04:55:35 PM 6.22 0.00 6.22 0.00 83.53
04:55:40 PM 21.08 0.00 21.08 0.00 221.69
04:55:45 PM 6.63 0.00 6.63 0.00 99.60

--以上各列的含义为：
tps: 每秒向磁盘设备请求数据的次数，包括读、写请求，为rtps与wtps的和。出于效率考虑，每一次IO下发后并不是立即处理请求，而是将请求合并(merge)，这里tps指请求合并后的请求计数。
rtps: 每秒向磁盘设备的读请求次数
wtps: 每秒向磁盘设备的写请求次数
bread: 每秒从磁盘读的bytes数量
bwrtn: 每秒向磁盘写的bytes数量

注意TPS的变化过程。启动校准之后，Oracle生成大量的IO操作，来判断存储的极限。这个过程也就是让我们了解当前IO架构的上限。

结束IO校准之后，我们可以查看到IO调教过程信息。

SQL> select * from v$io_calibration_status;

STATUS CALIBRATION_TIME
-------------------------- ---------------------------------------------------------------------------
READY 08-SEP-15 04.51.27.952 PM

SQL>

3、校准使用
我们进行IO校准，可以为Oracle很多功能提供决策依据。如果没有进行过IO校准，Auto DOP就不能正常工作。

---IO校准之前

SQL> SELECT /*+ PARALLEL */ENAME FROM EMP;

14 rows selected.

Execution Plan
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 2873591275

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Id | Operation | Name | Rows | Bytes | Cost (%CPU)| Time | TQ |IN-OUT| PQ Distrib |
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| 0 | SELECT STATEMENT | | 14 | 84 | 2 (0)| 00:00:01 | | | |
| 1 | PX COORDINATOR | | | | | | | | |
| 2 | PX SEND QC (RANDOM)| :TQ10000 | 14 | 84 | 2 (0)| 00:00:01 | Q1,00 | P->S | QC (RAND) |
| 3 | PX BLOCK ITERATOR | | 14 | 84 | 2 (0)| 00:00:01 | Q1,00 | PCWC | |
| 4 | TABLE ACCESS FULL| EMP | 14 | 84 | 2 (0)| 00:00:01 | Q1,00 | PCWP | |
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Note
-----
- automatic DOP: skipped because of IO calibrate statistics are missing

Statistics
----------------------------------------------------------
34 recursive calls
0 db block gets
57 consistent gets
0 physical reads
0 redo size
715 bytes sent via SQL*Net to client
523 bytes received via SQL*Net from client
2 SQL*Net roundtrips to/from client
6 sorts (memory)
0 sorts (disk)
14 rows processed

---IO校准之后

SQL> explain plan for select /*+parallel*/ * from scott.emp;

Explained.

SQL> select * from table(dbms_xplan.display);

PLAN_TABLE_OUTPUT
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Plan hash value: 2873591275

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Id | Operation | Name | Rows | Bytes | Cost (%CPU)| Time | TQ |IN-OUT| PQ Distrib |
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| 0 | SELECT STATEMENT | | 14 | 532 | 2 (0)| 00:00:01 | | | |
| 1 | PX COORDINATOR | | | | | | | | |
| 2 | PX SEND QC (RANDOM)| :TQ10000 | 14 | 532 | 2 (0)| 00:00:01 | Q1,00 | P->S | QC (RAND) |
| 3 | PX BLOCK ITERATOR | | 14 | 532 | 2 (0)| 00:00:01 | Q1,00 | PCWC | |
| 4 | TABLE ACCESS FULL| EMP | 14 | 532 | 2 (0)| 00:00:01 | Q1,00 | PCWP | |
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

PLAN_TABLE_OUTPUT
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Note
-----
- automatic DOP: Computed Degree of Parallelism is 2

15 rows selected.

SQL>

收集IO Calibrate统计量之后，就可以看到并行度效果。

4、结论
Oracle自动化、智能化过程中，是需要提供很多辅助信息的。Calibrate IO是一个重要方面。Oracle不进行自动的Calibrate IO统计量的原因大体有三个：

首先是Oracle并不知道实际磁盘的标准指标。
第二是Oracle校准过程生成很大的IO，如果不慎会引起很大产品问题。
第三是Disk IO性能不会经常性发生变化。

这个执行过程执行超过800s，时间不算短。最后计算出测算出的最大iops、延迟和最大mbps（每秒MB）。

Oracle 11g中的IO Calibrate（IO校准）

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