ORACLE数据库异步IO介绍

ORACLE数据库异步IO介绍

异步IO概念

Linux 异步 I/O (AIO)是 Linux 内核中提供的一个增强的功能。它是Linux 2.6 版本内核的一个标准特性，当然我们在2.4 版本内核的补丁中也可以找到它。AIO 背后的基本思想是允许进程发起很多 I/O 操作，而不用阻塞或等待任何操作完成。稍后或在接收到 I/O 操作完成的通知时，进程就可以检索 I/O 操作的结果。

Linux IO模型(I/O models)分同步IO模型(synchronous models)和异步IO模型(asynchronous models)。 在同步IO中，线程启动一个IO操作然后就立即进入等待状态，直到IO操作完成后才醒来继续执行。而异步IO方式中，线程发送一个IO请求到内核，然后继续处理其他的事情，内核完成IO请求后，将会通知线程IO操作完成了

如果IO请求需要大量时间执行的话，异步文件IO方式可以显著提高效率，因为在线程等待的这段时间内，CPU将会调度其他线程进行执行，如果没有其他线程需要执行的话，这段时间将会浪费掉(可能会调度操作系统的零页线程)。如果IO请求操作很快，用异步IO方式反而还低效，还不如用同步IO方式。

其它关于异步IO与同步IO的细节，可以参考Boost application performance using asynchronous I/O这篇文章，网上很多"Linux异步IO"的文章其实是翻译自这篇文章。如果了解更多关于异步IO的细节，可以细读这篇文章。

异步IO好处

异步I/O的优点：异步I/O是和同步I/O相比较来说的，如果是同步I/O，当一个I/O操作执行时，应用程序必须等待，直到此I/O执行完。相反，异步I/O操作在后台运行，I/O操作和应用程序可以同时运行，提高了系统性能;使用异步I/O会提高I/O流量，如果应用是对裸设备进行操作，这种优势更加明显， 因此像数据库，文件服务器等应用往往会利用异步I/O，使得多个I/O操作同时执行. 而且从官方文档来看，ORACLE也是推荐ORACLE数据库启用异步IO的这个功能的。

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 *** 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:

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

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.

启用异步IO

ORACLE数据库是从ORACLE 9i Release 2开始支持异步IO特性的。之前的版本是不支持异步IO特征的。另外在ORACLE 9i R2和 ORACLE 10g R1中默认是禁用异步特性的，直到ORACLE 10g R2才默认启用异步IO特性。

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

A: No. Asynchronous I/O feature is only available with *** RDBMS 9i release 2 (***9iR2).

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

A: No. By default, ***9iR2 and ***10gR1 are shipped with asynchronous I/O support disabled.In 10gR2 asyncIO is enabled by default.

那么如何启用ORACLE数据库的异步IO特性呢? 我们可以按照下面步骤操作：

1：首先要确认ORACLE数据库所在的系统平台(操作系统)是否支持异步IO

目前流行的Linux/Unix平台基本上都支持异步IO，但是一些老旧的版本就不一定了。可以搜索一下相关文档了解清楚。

2: 检查是否安装libaio、libaio-devel相关包(似乎libaio-devel包不是必须的，测试环境没有libaio-devel似乎也OK，当然最好也一起安装)

[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：检查系统是否支持异步I/O

根据文档[Note 370579.1] ，可以通过查看slabinfo统计信息查看操作系统中AIO是否运行，slab是Linux的内存分配器，AIO相关的内存结构已经分配，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表示系统已经启用异步IO。如上所示，表示异步I/O没有在使用。

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-/include/linux/aio.h

4：修改、优化系统内核参数

Linux从2.6 kernel开始，已经取消了对IO size的限制,***建议将aio-max-nr的值设置为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修改参数，只对当前环境有效，如果系统重启过后，则会使用默认值，所以最好修改参数文件/etc/sysctl.conf。编辑/etc/sysctl.conf 添加或修改参数fs.aio-max-nr = 1048576，保存后。运行sysctl -p使之生效。

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

1048576

注意aio-max-size参数从RHEL4开始已经不存在了，详情见文档Kernel Parameter "aio-max-size" does not exist in RHEL4 / EL4 / RHEL5 /EL5 (文档 ID 549075.1)。

5：检查ORACLE软件是否支持开启AIO。

如下所示有输出值，表示ORACLE软件支持开启AIO，其实从ORACLE 9i R2开始，ORACLE就已经支持开启异步IO(AIO)了。不过10GR1以前版本需要手动开启AIO，相对而言要麻烦一些。

[***@DB-Server ~]$ /usr/bin/ldd $ORACLE_HOME/bin/*** | grep libaio         libaio.so.1 => /usr/lib64/libaio.so.1 (0x00007f5a247f4000) [***@DB-Server ~]$  /usr/bin/nm $ORACLE_HOME/bin/*** | grep io_getevent                   w io_getevents@@LIBAIO_0.4

6：数据库级别启用异步I/O

将参数disk_asynch_io设置为true，其实ORACLE 10g R2中参数disk_asynch_io默认是为true的。

SQL> alter system set filesystemio_options = setall scope=spfile;    System altered.   SQL> alter system set disk_asynch_io = true scope=spfile;    System altered.

关于参数filesystemio_options有四个值： asynch、directio, setall,none. 一般建议设置为setall比较合适。

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.

在文件系统文件上启用异步I/O，在数据传送上没有计时要求。

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

在文件系统文件上启用直接I/O，绕过buffer cache。

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

在文件系统文件上启用异步和直接I/O。

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

在文件系统文件上禁用异步和直接I/O。

设置完成后重启数据库，验证异步IO特性是否启用。如下所示， kiocb的第二、三列都不为0，表示ORACLE的异步IO特性已经启用。

[***@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

[***@DB-Server ~]$

参考资料：

作者：潇湘隐者

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