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ORACLE數據庫異步IO介紹，oracle異步io

編輯：Oracle教程

ORACLE數據庫異步IO介紹，oracle異步io

異步IO概念

Linux 異步 I/O （AIO)是 Linux 內核中提供的一個增強的功能。它是Linux 2.6 版本內核的一個標准特性，當然我們在2.4 版本內核的補丁中也可以找到它。AIO 背後的基本思想是允許進程發起很多 I/O 操作，而不用阻塞或等待任何操作完成。稍後或在接收到 I/O 操作完成的通知時，進程就可以檢索 I/O 操作的結果。

Linux IO模型（I/O models）分同步IO模型（synchronous models）和異步IO模型（asynchronous models）。在同步IO中，線程啟動一個IO操作然後就立即進入等待狀態，直到IO操作完成後才醒來繼續執行。而異步IO方式中，線程發送一個IO請求到內核，然後繼續處理其他的事情，內核完成IO請求後，將會通知線程IO操作完成了

如果IO請求需要大量時間執行的話，異步文件IO方式可以顯著提高效率，因為在線程等待的這段時間內，CPU將會調度其他線程進行執行，如果沒有其他線程需要執行的話，這段時間將會浪費掉（可能會調度操作系統的零頁線程）。如果IO請求操作很快，用異步IO方式反而還低效，還不如用同步IO方式。

其它關於異步IO與同步IO的細節，可以參考Boost application performance using asynchronous I/O這篇文章，網上很多"Linux異步IO"的文章其實是翻譯自這篇文章。如果了解更多關於異步IO的細節，可以細讀這篇文章。

異步IO好處

異步I/O的優點：異步I/O是和同步I/O相比較來說的，如果是同步I/O，當一個I/O操作執行時，應用程序必須等待，直到此I/O執行完。相反，異步I/O操作在後台運行，I/O操作和應用程序可以同時運行，提高了系統性能；使用異步I/O會提高I/O流量，如果應用是對裸設備進行操作，這種優勢更加明顯，因此像數據庫，文件服務器等應用往往會利用異步I/O，使得多個I/O操作同時執行. 而且從官方文檔來看，ORACLE也是推薦ORACLE數據庫啟用異步IO的這個功能的。

With synchronous I/O, when an I/O request is submitted to the operating system, the writing process blocks until the write is confirmed as complete. It can then continue processing. With asynchronous I/O, processing continues while the I/O request is submitted and processed. Use asynchronous I/O when possible to avoid bottlenecks.

Some platforms support asynchronous I/O by default, others need special configuration, and some only support asynchronous I/O for certain underlying file system types.

Q: 2. What are the benefits of Asynchronous I/O?

A: The implementation of Asynchronous I/O on Red Hat Advanced Server allows Oracle processes to issue multiple I/O requests to disk with a single system call, rather than a large number of single I/O requests. This improves performance in two ways:

Secondary, because the system does not put the process in sleep state while the hardware processes the request. So, the process is able to perform other tasks until the I/O complete.

This involves making use of I/O capabilities such as:

Asynchronous I/O: Asynchronous I/O does not reduce traffic but allows processes to do other things while waiting for IO to complete.
Direct I/O (bypassing the Operating System's File Caches) : Direct IO does not reduce traffic but may use a shorter code path / fewer CPU cycles to perform the IO.

啟用異步IO

ORACLE數據庫是從ORACLE 9i Release 2開始支持異步IO特性的。之前的版本是不支持異步IO特征的。另外在ORACLE 9i R2和 ORACLE 10g R1中默認是禁用異步特性的，直到ORACLE 10g R2才默認啟用異步IO特性。

Q: 4. Can I use Asynchronous I/O with Oracle 8i or Oracle 9i release 1?

A: No. Asynchronous I/O feature is only available with Oracle RDBMS 9i release 2 (Oracle9iR2).

Q: 5. Is Asynchronous I/O active with Oracle RDBMS by default?

A: No. By default, Oracle9iR2 and Oracle10gR1 are shipped with asynchronous I/O support disabled.In 10gR2 asyncIO is enabled by default.

那麼如何啟用ORACLE數據庫的異步IO特性呢？我們可以按照下面步驟操作：

1：首先要確認ORACLE數據庫所在的系統平台（操作系統）是否支持異步IO

目前流行的Linux/Unix平台基本上都支持異步IO，但是一些老舊的版本就不一定了。可以搜索一下相關文檔了解清楚。

2: 檢查是否安裝libaio、libaio-devel相關包（似乎libaio-devel包不是必須的，測試環境沒有libaio-devel似乎也OK，當然最好也一起安裝）

[root@DB-Server ~]# rpm -qa | grep aio

libaio-0.3.106-5

libaio-0.3.106-5

[root@DB-Server Server]# rpm -ivh libaio-devel-0.3.106-5.i386.rpm

warning: libaio-devel-0.3.106-5.i386.rpm: Header V3 DSA signature: NOKEY, key ID 1e5e0159

Preparing...                ########################################### [100%]

   1:libaio-devel           ########################################### [100%]

[root@DB-Server Server]# rpm -ivh  libaio-devel-0.3.106-5.x86_64.rpm

warning: libaio-devel-0.3.106-5.x86_64.rpm: Header V3 DSA signature: NOKEY, key ID 1e5e0159

Preparing...                ########################################### [100%]

   1:libaio-devel           ########################################### [100%]

[root@DB-Server Server]# rpm -qa | grep libaio

libaio-0.3.106-5

libaio-devel-0.3.106-5

libaio-devel-0.3.106-5

libaio-0.3.106-5

3：檢查系統是否支持異步I/O

根據文檔[Note 370579.1] ，可以通過查看slabinfo統計信息查看操作系統中AIO是否運行，slab是Linux的內存分配器，AIO相關的內存結構已經分配，kiocb值的第二列和第三列非0即是已使用

[root@DB-Server ~]# cat /proc/slabinfo | grep kio 
kioctx                62    110    384   10    1 : tunables   54   27    8 : slabdata     11     11      0
kiocb                  0      0    256   15    1 : tunables  120   60    8 : slabdata      0      0      0

kiocb值的第二列和第三列非0表示系統已經啟用異步IO。如上所示，表示異步I/O沒有在使用。

The kioctx and kiocb are Async I/O data structures that are defined in aio.h. If it shows a non zero value that means async io is enabled. source code loaded /usr/src/linux-<version>/include/linux/aio.h

4：修改、優化系統內核參數

Linux從2.6 kernel開始，已經取消了對IO size的限制,Oracle建議將aio-max-nr的值設置為1048576或更高。

[root@DB-Server ~]# cat /proc/sys/fs/aio-max-nr

65536

命令echo 1048576 > /proc/sys/fs/aio-max-nr修改參數，只對當前環境有效，如果系統重啟過後，則會使用默認值，所以最好修改參數文件/etc/sysctl.conf。編輯/etc/sysctl.conf 添加或修改參數fs.aio-max-nr = 1048576，保存後。運行sysctl -p使之生效。

clip_image001

[root@DB-Serveruat ~]# cat /proc/sys/fs/aio-max-nr

1048576

注意aio-max-size參數從RHEL4開始已經不存在了，詳情見文檔Kernel Parameter "aio-max-size" does not exist in RHEL4 / EL4 / RHEL5 /EL5 (文檔 ID 549075.1)。

5：檢查ORACLE軟件是否支持開啟AIO。

如下所示有輸出值，表示ORACLE軟件支持開啟AIO，其實從ORACLE 9i R2開始，ORACLE就已經支持開啟異步IO（AIO）了。不過10GR1以前版本需要手動開啟AIO，相對而言要麻煩一些。

[oracle@DB-Server ~]$ /usr/bin/ldd $ORACLE_HOME/bin/oracle | grep libaio

        libaio.so.1 => /usr/lib64/libaio.so.1 (0x00007f5a247f4000)

[oracle@DB-Server ~]$  /usr/bin/nm $ORACLE_HOME/bin/oracle | grep io_getevent

                 w io_getevents@@LIBAIO_0.4

6：數據庫級別啟用異步I/O

將參數disk_asynch_io設置為true，其實ORACLE 10g R2中參數disk_asynch_io默認是為true的。

clip_image002

SQL> alter system set filesystemio_options = setall scope=spfile;

System altered.

SQL> alter system set disk_asynch_io = true scope=spfile;

System altered.

關於參數filesystemio_options有四個值： asynch、directio, setall,none. 一般建議設置為setall比較合適。

You can use the FILESYSTEMIO_OPTIONS initialization parameter to enable or disable asynchronous I/O or direct I/O on file system files. This parameter is platform-specific and has a default value that is best for a particular platform. It can be dynamically changed to update the default setting.

FILESYTEMIO_OPTIONS can be set to one of the following values:

· ASYNCH: enable asynchronous I/O on file system files, which has no timing requirement for transmission.

在文件系統文件上啟用異步I/O，在數據傳送上沒有計時要求。

· DIRECTIO: enable direct I/O on file system files, which bypasses the buffer cache.

在文件系統文件上啟用直接I/O，繞過buffer cache。

· SETALL: enable both asynchronous and direct I/O on file system files.

在文件系統文件上啟用異步和直接I/O。

· NONE: disable both asynchronous and direct I/O on file system files.

在文件系統文件上禁用異步和直接I/O。

設置完成後重啟數據庫，驗證異步IO特性是否啟用。如下所示， kiocb的第二、三列都不為0，表示ORACLE的異步IO特性已經啟用。

[oracle@DB-Server ~]$ cat /proc/slabinfo | grep kio

kioctx                60     80    384   10    1 : tunables   54   27    8 : slabdata      8      8      0

kiocb                  6     30    256   15    1 : tunables  120   60    8 : slabdata      2      2      0

[oracle@DB-Server ~]$

參考資料：

http://www.ibm.com/developerworks/linux/library/l-async/index.html

https://support.oracle.com/epmos/faces/DocumentDisplay?_afrLoop=73665184034240&parent=DOCUMENT&sourceId=223117.1&id=432854.1&_afrWindowMode=0&_adf.ctrl-state=11m9r3dm4l_242

https://support.oracle.com/epmos/faces/DocumentDisplay?_afrLoop=73689176803264&parent=DOCUMENT&sourceId=471846.1&id=225751.1&_afrWindowMode=0&_adf.ctrl-state=11m9r3dm4l_291

http://blog.sina.com.cn/s/blog_465a4a1e0100oizv.html

http://semiter.blog.51cto.com/1234477/1243325