数据读取
首先数据块读入到Buffer Cache中,并将其放在LRU(Last Recently Used)链表的MRU(Most Recently Used)端,当需要再次访问该块时可以直接从buffer cache中读取,
如果有新的数据需要被读入Buffer Cache中,而Buffer Cache又没有足够的空闲空间,Oracle就根据LRU算法将LRU链表中LRU端的数据置换出去。当这些数据被再次访问到时,需要重新从磁盘读入。
当发生全表扫描(FullTable Scan)时,用户进程读取表的数据块,并将他们放在LRU链表的LRU端(和上面不同,不是放在MRU端)。这样做的目的是为了使全表扫描的数据尽快被移出。因为全表扫描一般发生的频率较低,并且全表扫描的数据块大部分在以后都不会被经常使用到。
而如果你希望全表扫描的数据能被cache住,使之在扫描时放在MRU端,可以通过在创建或修改表(或簇)时,指定CACHE参数。
逻辑读是指从buffercache中读取数据块。可以分为即时读(Current Read)和一致性读(Consistent Read)。注意:逻辑IO只有逻辑读,没有逻辑写。
· 即时读
即时读即读取数据块当前的最新数据。任何时候在Buffer Cache中都只有一份当前数据块。即时读通常发生在对数据进行修改、删除操作时。这时,进程会给数据加上行级锁,并且标识数据为“脏”数据。
· 一致性读
Oracle是一个多用户系统。当一个会话开始读取数据还未结束读取之前,可能会有其他会话修改它将要读取的数据。如果会话读取到修改后的数据,就会造成数据的不一致。一致性读就是为了保证数据的一致性。在Buffer Cache中的数据块上都会有最后一次修改数据块时的SCN。如果一个事务需要修改数据块中数据,会先在回滚段中保存一份修改前数据和SCN的数据块,然后再更新Buffer Cache中的数据块的数据及其SCN,并标识其为“脏”数据。当其他进程读取数据块时,会先比较数据块上的SCN和自己的SCN。如果数据块上的SCN小于等于进程本身的SCN,则直接读取数据块上的数据;如果数据块上的SCN大于进程本身的SCN,则会从回滚段中找出修改前的数据块读取数据。通常,普通查询都是一致性读。
查找数据
在一个查询操作中,大量的读操作都产生于数据的查找过程中。减少查找过程是我们优化IO性能问题的重要目标。
下面介绍几种主要的数据查找方式。
· Full Table Scan
当查询条件无法命中任何索引、或者扫描索引的代价大于全表扫描代价的某一比例时(由参数optimizer_index_cost_adj设定),Oracle会采用全表扫描的方式查找数据。当发生全表扫描时,Oracle会自下向上一次读取一定数量(由参数db_file_multiblock_read_count设定)的数据块,一直读取到高水位标志(HWM,High Water Mark)下。Full Table Scan会引起db file scattered read事件。
· INDEX UNIQUE SCAN
全表扫描查找数据的效率是非常低的。而索引能大幅提高查找效率。普通索引的数据结构是B-Tree,树的叶子节点中包含数据的ROWID,指向数据记录,同时还有指针指向前一个/后一个叶子节点。索引扫描每次读取一个数据块,索引扫描是“连续的”(Sequential)。当索引为UNIQUE索引时,每个叶子节点只会指向一条数据。如果Oracle能预知扫描结果只有0或1条记录时,会采用INDEX UNIQUE SCAN。当对Unique Index中的所有字段进行完全匹配时,会发生INDEX UNIQUE SCAN。
INDEX UNIQUE SCAN的查找过程如下:
1. 从数的根节点数据块开始查找;
2. 查找根节点块中所有key值中大于或等于要查找的值的最小key值;
3. 如果key值大于查找值,则继续查找这个key值之前一个key值所指向的子节点数据块;
4. 如果key值等于查找值,则继续查找这个key值所指向的子节点数据块;
5. 如果没有key值大于或等于查找值,则继续查找最大key值所指向的子节点数据块;
6. 如果继续查找的节点数据块是数一个分支节点,则重复2~4步;
7. 如果查找的节点是叶子节点数据块,则在数据块中查找等于查找值的key值;
8. 如果找到相等的key值,则返回数据和ROWID;
9. 如果没找到相等的key值,则说明没有符合条件的数据,返回NULL。
· INDEX RANGE SCAN
如果通过索引查找数据时,Oracle认为会返回数据可能会大于1,会进行INDEX RANGE SCAN,例如Unique Index中字段不完全匹配查找时、非Unique Index查找时。
INDEX RANGE SCAN分为闭包(有前后查找边界)和非闭包(只有一边或者没有边界)。返回数据会依据索引增序排序,多个相同值则会按照ROWID的增序排序。以下的查找条件都是闭包的:
WHERE column = 'Value'
WHERE column like 'value%'
WHERE column between 'value1' and 'value2'
WHERE column in ('value1', 'value2')
以下查找条件非闭包:
WHERE column < 'value1'
WHERE column > 'value2'
闭包条件下的INDEX RANGE SCAN的查找过程如下:
1. 从数的根节点数据块开始查找;
2. 查找根节点块中所有key值中大于或等于要查找的起始值的最小key值;
3. 如果key值大于起始值,则继续查找这个key值之前一个key值所指向的子节点数据块;
4. 如果key值等于起始值,则继续查找这个key值所指向的子节点数据块;
5. 如果没有key值大于或等于起始值,则继续查找最大key值所指向的子节点数据块;
6. 如果继续查找的节点数据块是数一个分支节点,则重复2~4步;
7. 如果查找的节点是叶子节点数据块,则在数据块中大于或等于要查找的起始值的最小key值;
8. 如果Key值小于或等于结束值,则:如果所有Key字段都符合WHERE字句中的查找条件,则返回数据和ROWID;否则继续查找当前叶子节点所指向的右边的叶子节点。
INDEX UNIQUE SCAN和INDEX RANGE SCAN都会引起db file sequential read事件。
· TABLE ACCESS BY INDEXROWID
当发生索引扫描时,如果需要返回的字段都在索引上,则直接返回索引上的数据,而如果还需要返回非索引上的字段的值,Oracle则需要根据从索引上查找的ROWID到对应的数据块上取回数据,这时就是TABLE ACCESS BY INDEX ROWID。
· INDEX FAST FULL SCAN& INDEX FULL SCAN
索引快速全扫描和全表扫描类似,一次读取db_file_multiblock_read_count个数据块来描所有索引的叶子节点。INDEX FAST FULLSCAN和其他索引扫描不同,它不会从树的根节点开始读取,而是直接扫描所有叶子节点;也不会一次读取一个数据块,而是一次读取db_file_multiblock_read_count个数据块。INDEX FAST FULLSCAN会引起db filescattered read事件。
在某些情况下,如db_file_multiblock_read_count值过小、强制使用索引扫描时,会发生INDEX FULL SCAN。INDEX FULL SCAN和INDEX FAST FULL SCAN不同,它是一种索引扫描,按照B-Tree的查找法从树的根节点开始扫描,遍历整棵树,并且一次读取一个数据块。它会引起db file sequential read事件。