印刻数据库

外观

Oracle CPU 资源优化 ​

CPU 资源基础概念 ​

CPU 资源在 Oracle 中的作用 ​

CPU 资源是 Oracle 数据库运行的核心资源之一，负责执行 SQL 语句、处理事务、管理内存和执行后台进程等关键任务。

CPU 资源相关指标 ​

  • CPU 使用率：系统和数据库进程的 CPU 使用百分比
  • 运行队列长度：等待 CPU 时间的进程数量
  • 上下文切换：进程或线程之间的切换频率
  • 平均负载：系统的繁忙程度指标
  • CPU 瓶颈：当 CPU 资源不足导致性能下降的情况

CPU 资源管理目标 ​

  • 最大化 CPU 资源利用率
  • 最小化 CPU 争用
  • 优化关键业务 SQL 的 CPU 使用
  • 确保系统稳定性和响应时间
  • 平衡系统各组件的资源使用

CPU 资源监控 ​

操作系统级监控 ​

Linux/Unix 监控工具 ​

bash
# 查看 CPU 使用率
top

# 查看详细 CPU 信息
mpstat

# 查看运行队列和负载
vmstat

# 查看进程 CPU 使用情况
ps aux --sort=-%cpu

# 查看 CPU 上下文切换
sar -w

Windows 监控工具 ​

  • 任务管理器：实时查看 CPU 使用情况
  • 性能监视器：详细的系统性能数据
  • 资源监视器：更详细的资源使用分析

数据库级监控 ​

Oracle 内置视图 ​

sql
-- 查看数据库实例的 CPU 使用情况
SELECT * FROM v$sysstat WHERE name LIKE '%CPU%';

-- 查看会话的 CPU 使用情况
SELECT sid, serial#, username, program, cpu_time 
FROM v$session 
ORDER BY cpu_time DESC;

-- 查看 SQL 语句的 CPU 使用情况
SELECT sql_id, sql_text, cpu_time, elapsed_time 
FROM v$sql 
ORDER BY cpu_time DESC;

-- 查看系统负载
SELECT * FROM v$osstat WHERE stat_name LIKE '%LOAD%';

Oracle Enterprise Manager ​

  • 性能仪表板：图形化展示 CPU 使用情况
  • SQL 监控：监控 SQL 语句的 CPU 消耗
  • 自动工作负载仓库 (AWR)：历史 CPU 性能数据
  • 自动数据库诊断监视器 (ADDM)：CPU 瓶颈分析

第三方监控工具 ​

  • SolarWinds Database Performance Monitor
  • AppDynamics Database Monitoring
  • New Relic Database Monitoring
  • Datadog Database Monitoring
  • Prometheus + Grafana

CPU 资源优化策略 ​

1. SQL 语句优化 ​

识别高 CPU 消耗的 SQL ​

sql
-- 查看高 CPU 消耗的 SQL
SELECT sql_id, plan_hash_value, cpu_time, elapsed_time, executions,
       cpu_time/executions avg_cpu_time,
       sql_text
FROM v$sql
WHERE cpu_time > 0
ORDER BY cpu_time DESC;

SQL 优化技巧 ​

  • 使用索引：避免全表扫描
  • 优化连接：选择合适的连接方式
  • 减少排序：避免不必要的排序操作
  • 使用绑定变量：减少硬解析
  • 避免复杂函数：减少计算开销
  • 优化执行计划：使用合适的访问路径

2. 并行处理优化 ​

并行度设置 ​

sql
-- 查看当前并行度设置
SELECT * FROM v$parameter WHERE name LIKE '%parallel%';

-- 设置并行度策略
ALTER SYSTEM SET parallel_degree_policy = 'AUTO' SCOPE=BOTH;

-- 设置最大并行服务器进程数
ALTER SYSTEM SET parallel_max_servers = 64 SCOPE=BOTH;

并行处理最佳实践 ​

  • 合适的并行度：根据 CPU 核心数设置
  • 避免过度并行：防止 CPU 资源争用
  • 并行度限制：对大型查询使用并行，小型查询使用串行
  • 监控并行执行：避免并行执行队列过长

3. 资源管理 ​

资源管理器配置 ​

sql
-- 创建资源计划
BEGIN
  DBMS_RESOURCE_MANAGER.CREATE_PLAN(
    plan => 'PRODUCTION_PLAN',
    comment => '生产环境资源计划');
END;
/

-- 创建资源消费者组
BEGIN
  DBMS_RESOURCE_MANAGER.CREATE_CONSUMER_GROUP(
    consumer_group => 'OLTP_GROUP',
    comment => 'OLTP 应用用户');
END;
/

-- 分配 CPU 资源
BEGIN
  DBMS_RESOURCE_MANAGER.CREATE_PLAN_DIRECTIVE(
    plan => 'PRODUCTION_PLAN',
    group_or_subplan => 'OLTP_GROUP',
    comment => 'OLTP 组 CPU 分配',
    cpu_p1 => 70,
    cpu_p2 => 0);
END;
/

资源管理最佳实践 ​

  • 优先级设置：为关键业务设置更高优先级
  • 资源限制：限制非关键任务的资源使用
  • 公平分配：确保所有任务都能获得必要的资源
  • 动态调整：根据系统负载动态调整资源分配

4. 实例和参数优化 ​

实例配置 ​

  • 合适的实例数量：根据服务器资源设置
  • 实例负载均衡：均匀分布工作负载
  • 连接池：减少连接开销

关键参数调整 ​

sql
-- 设置会话游标缓存大小
ALTER SYSTEM SET session_cached_cursors = 500 SCOPE=BOTH;

-- 设置共享池大小
ALTER SYSTEM SET shared_pool_size = 1G SCOPE=BOTH;

-- 设置 PGA 大小
ALTER SYSTEM SET pga_aggregate_target = 2G SCOPE=BOTH;

-- 设置游标共享模式
ALTER SYSTEM SET cursor_sharing = 'SIMILAR' SCOPE=BOTH;

5. 系统级优化 ​

操作系统优化 ​

  • CPU 亲和性：将 Oracle 进程绑定到特定 CPU
  • 调度策略：调整进程调度策略
  • 内存管理：确保足够的内存，减少交换
  • I/O 优化：减少 I/O 等待，提高 CPU 利用率

服务器硬件优化 ​

  • CPU 升级：增加 CPU 核心数或更换更高效的 CPU
  • 内存增加：减少磁盘 I/O，提高 CPU 效率
  • 存储优化：使用 SSD 减少 I/O 等待
  • 网络优化：提高网络带宽，减少网络等待

常见 CPU 问题诊断和解决 ​

1. CPU 使用率持续过高 ​

诊断步骤 ​

  • 识别消耗 CPU 的进程和会话
  • 分析高 CPU 消耗的 SQL 语句
  • 检查系统负载和运行队列
  • 查看是否存在并行执行争用

解决方法 ​

  • 优化高 CPU 消耗的 SQL 语句
  • 调整并行度设置
  • 使用资源管理器限制资源使用
  • 考虑系统硬件升级

2. CPU 使用率波动较大 ​

诊断步骤 ​

  • 监控 CPU 使用模式
  • 识别导致 CPU 峰值的任务
  • 检查是否存在定期执行的作业
  • 分析 SQL 执行计划变化

解决方法 ​

  • 调度任务避开高峰期
  • 优化定期执行的作业
  • 使用资源管理器平滑负载
  • 确保 SQL 执行计划稳定

3. 单个 CPU 核心使用率过高 ​

诊断步骤 ​

  • 检查进程的 CPU 亲和性
  • 识别绑定到特定 CPU 的进程
  • 查看是否存在单线程瓶颈
  • 分析是否存在锁争用

解决方法 ​

  • 调整进程的 CPU 亲和性
  • 优化单线程操作
  • 解决锁争用问题
  • 考虑并行处理优化

最佳实践 ​

1. 预防性优化 ​

  • 定期性能审查：每月或每季度进行性能审查
  • 基准测试：建立性能基线，以便比较
  • 监控预警：设置 CPU 使用率预警阈值
  • 容量规划：根据业务增长预测资源需求

2. 主动监控 ​

  • 实时监控：使用自动化工具实时监控 CPU 使用情况
  • 趋势分析：分析 CPU 使用趋势，预测未来需求
  • 异常检测：及时发现 CPU 使用异常
  • 根因分析：对 CPU 问题进行深入分析

3. 优化策略 ​

  • 分层优化：从 SQL 优化开始，逐步向上优化
  • 平衡资源：确保 CPU、内存、I/O 资源平衡使用
  • 持续改进：不断优化和调整
  • 文档记录：记录优化过程和结果

4. 紧急响应 ​

  • 快速诊断：建立快速诊断 CPU 问题的流程
  • 应急措施：准备应对 CPU 突发的应急措施
  • 回滚计划：为优化措施准备回滚计划
  • 沟通机制：建立与业务部门的沟通机制

常见问题（FAQ） ​

Q1: 如何快速识别导致 CPU 使用率高的 SQL 语句？ ​

A1: 可以使用以下方法快速识别高 CPU 消耗的 SQL 语句：

  • 使用 v$sql 视图按 cpu_time 排序
  • 使用 Oracle Enterprise Manager 的 SQL 监控功能
  • 分析 AWR 报告中的 Top SQL 部分
  • 使用 SQL Trace 和 tkprof 分析 SQL 执行

Q2: 并行度设置多少合适？ ​

A2: 并行度的设置应考虑以下因素：

  • CPU 核心数量：一般不超过 CPU 核心数的一半
  • 系统负载：高负载时应减少并行度
  • 查询复杂度：复杂查询可以使用更高的并行度
  • 内存大小：并行处理需要更多内存
  • 推荐公式：并行度 = CPU 核心数 / 2（作为起点）

Q3: 如何使用资源管理器限制特定用户的 CPU 使用？ ​

A3: 使用 Oracle 资源管理器限制 CPU 使用的步骤：

  1. 创建资源消费者组
  2. 将用户分配到消费者组
  3. 创建资源计划并设置 CPU 分配
  4. 启用资源计划

Q4: SQL 语句优化和硬件升级哪个更重要？ ​

A4: SQL 语句优化通常比硬件升级更重要：

  • SQL 优化成本低，效果显著
  • 硬件升级成本高，且可能无法解决根本问题
  • 优化的 SQL 在任何硬件上都能高效运行
  • 硬件升级应作为最后手段，或在 SQL 优化后进行

Q5: 如何处理 CPU 使用率突增的情况？ ​

A5: 处理 CPU 使用率突增的步骤：

  1. 立即识别消耗 CPU 的进程和会话
  2. 分析导致 CPU 突增的原因
  3. 采取紧急措施（如终止非关键会话）
  4. 实施临时解决方案
  5. 分析根本原因并制定长期解决方案

Q6: 资源管理器会影响系统性能吗？ ​

A6: 资源管理器本身会有轻微的性能开销，但通常可以忽略不计：

  • 资源管理器的主要作用是优化资源分配
  • 正确配置的资源管理器可以提高整体系统性能
  • 资源管理器可以防止单个用户或应用消耗过多资源
  • 对于高负载系统，资源管理器的好处远大于开销

Q7: 如何预测未来的 CPU 资源需求？ ​

A7: 预测未来 CPU 资源需求的方法：

  • 分析历史 CPU 使用趋势
  • 考虑业务增长和应用变化
  • 进行负载测试模拟未来需求
  • 使用容量规划工具
  • 预留 20-30% 的资源余量

Q8: 虚拟化环境中的 CPU 优化有什么特殊考虑？ ​

A8: 虚拟化环境中的 CPU 优化考虑：

  • CPU 亲和性：合理设置虚拟机的 CPU 亲和性
  • 过度承诺：避免 CPU 过度承诺
  • 资源限制：为虚拟机设置合理的 CPU 限制
  • 监控：同时监控物理主机和虚拟机的 CPU 使用
  • 调度：了解虚拟化平台的 CPU 调度机制