Oracle在Solaris的VXFS上的异步I/O问题

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一、 VXFS文件系统的简介

VXFS文件系统是Veritas公司推出的一种高性能，高可用性的文件系统，一般用于数据中心。它是一种基于扩展的文件系统，能够让应用程序读取和写入大的连续块，适用于OLTP系统和DSS系统。

Oracle数据库在Solaris操作系统上的vxfs文件系统上是可以实现异步I/O的，那Oracle数据库在vxfs文件系统中究竟该不该使用异步I/O？如何去判断是否Oracle数据库是真正实现了异步I/O？下面就这几个问题来具体的看看Oracle数据库在vxfs文件系统上的异步I/O。

二、 VXFS文件系统上如何启用异步I/O

首先我们必须要知道Solaris操作系统上那些磁盘上的文件系统是vxfs格式的，如何来查看一下哪些磁盘是属于vxfs格式的呢，可以使用如下的命令来查看：

Df -F vxfs

/opt/oracle/db02 (/dev/vx/dsk/ipasdg/db02_vol):55665072 blocks 869766 files

/opt/oracle/db03 (/dev/vx/dsk/ipasdg/db03_vol):41688928 blocks 651380 files

/opt/oracle/db04 (/dev/vx/dsk/ipasdg/db04_vol):41688928 blocks 651380 files

/opt/oracle/arch (/dev/vx/dsk/ipasdg/arch_vol):164632064 blocks 2572348 files

/backup (/dev/vx/dsk/ipasdg/backup_vol):314529872 blocks 4914519 files

如果想在vxfs上面使用异步I/O，首先必须要安装一个叫做Quick I/O的模块，并且要启用Quick I/O，这个模块是需要单独向Veritas公司购买license的。默认的时候vxfs文件系统mount的时候是启用了Quick I/O的，如果在mount的时候指定了-o noqio的选项，那么Quick IO是被禁用的。

如果想查看在一个文件系统上是否采用了Quick IO，常用的fsadmin，fstype这些命令都无法看出来，/etc/mnttab、/etc/vfstab这些文件也没有记录相关的信息。这里介绍一种方法可以查看文件是否是Quick I/O的文件：

ls -al 列出所有文件，包括Quick I/O文件和它的链接。

$ ls -al d* .d*

-rw-r--r-- 1 <oracle> dba 104890368 Oct 2 13:42 .dbfile

lrwxrwxrwx 1 <oracle> dba 17 Oct 2 13:42 dbfile -> \ .dbfile::cdev:vxfs:

ls -lL 显示是否Quick I/O被成功安装和启用。

$ ls -lL dbfile

crw-r--r-- 1 <oracle> dba 45, 1 Oct 2 13:42 dbfile

第一个字符c，表明这是一个裸字符设备文件，如果没有这个字符则表明Quick I/O没有正确安装或者是没有一个合法的license key。

确认文件系统启用了Quick I/O后，然后就可以给Oracle配置异步I/O了，在Oracle的初始化参数中配置DISK_ASYNCH_IO = TRUE，然后重启数据库让其生效。

因为启用了Quick I/O后，在OS级别上是消除了缓冲的，所以数据库的buffer cache在启用了Quick I/O后是应该需要增加的。

三、 如何检测在VXFS文件系统上是否支持异步I/O

对于Solaris操作系统可以使用下面的一段代码来检测系统是否支持异步I/O：

原代码如下：

* Quick kaio test. Read 1k bytes from a file using async I/O.

* To compile:

* cc -o aio aio.c -laio

* To run:

* aio file_name

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/fcntl.h>

#include <sys/aio.h>

#define BSIZE 1024

main(int argc, char *argv[])

{

aio_result_t res;

char buf[BSIZE];

int fd;

if ((fd=open(argv[1], O_RDONLY)) == -1) {

perror("open");

exit(-1);

}

aioread(fd, buf, BSIZE, 0L, SEEK_SET, &res);

aiowait(0);

if (res.aio_return == BSIZE) {

printf("aio succeeded\n");

close(fd);

exit(0);

}

perror("aio");

}

然后使用root用户编译：

# cc -o aio aio.c -laio

这样就可以用来检测系统是否支持异步I/O了。

对于vxfs上的裸设备，不需要启用quick I/O就是可以直接支持异步I/O的：

# truss -t kaio,lwp_create ./aio /dev/rdsk/c0t0d0s1

kaio(5, 0xFFBEF640, 0x00000000, 0xFF21FB68, 0x00000000, 0xFFBEF648, 0x00000000) = 0

lwp_create(0xFFBEF640, 0, 0xFF21FF5C) = 2

lwp_create() (returning as new lwp ...) = 0

kaio(AIOREAD, 3, 0xFFBEF9C0, 1024, 0, 0xFFBEFDC0) = 0

kaio(AIOWAIT, 0x00000000) = 4290706880

aio succeeded

从上面的测试中可以看出，'aio succeeded'表明裸设备上的异步I/O操作是成功了的，并且异步I/O的读写是通过AIOREAD和AIOWRITE来实现的。

四、 如何查看VXFS文件系统上异步I/O的性能

如何去查看采用了异步I/O的vxfs文件系统的性能呢，我们可以用sar命令来简单的进行观察，主要查看%usr、%sys、%wio、%idle这几列的值。我们一般都可以明显的看到CPU消耗在等待I/O上的时间比不采用异步I/O之前有明显的减少。

先来看没有使用异步I/O情况：

%usr %sys %wio %idle

20:05:13 2 23 1 74

20:05:23 2 24 1 73

20:05:33 2 24 1 73

Response time = 4 min 22 secs .

Oracle stats .

Statistic Total per Second per Trans --------------------------------- ---------------- ------------ ------------

CPU used by this session 25,188 99.6 25.2

CPU used when call started 25,188 99.6 25.2

使用了异步I/O情况：

%usr %sys %wio %idle

19:53:37 17 9 0 74

19:53:42 16 8 2 74

19:53:47 16 7 2 75

19:53:57 17 7 0 75

Response time = 37 secs .

Oracle stats . Statistic Total per Second per Trans --------------------------------- ---------------- ------------ ------------

CPU used by this session 2,119 96.3 2.1

CPU used when call started 2,119 96.3 2.1

从上面的比较数据我们不难看出，使用了异步I/O后的响应时间大大的缩短，从原来的四分多钟减少到37秒，cpu的使用率也大大的降低，Oracle通过调用Solaris上的异步I/O库AIOREAD和AIOWRITE来实现异步I/O读写。但是，如果在没有启用Quick I/O的vxfs文件系统上设置了Oracle的异步I/O，Oracle的性能不会提高而且会变得极其低下，造成CPU的时间绝大多数消耗在I/O等待上的情况。当然，如果系统本来就不是很繁忙，I/O不是很多，CPU又足够的多，也可能体现不出来这种问题。这个问题是Oracle上的一个bug，。因此，如果没有使用Quick I/O的话，在vxfs文件系统上还是不建议使用异步I/O的。

大致做了一个测试如下：

没有启用Quick I/O的vsfs的文件系统下，设置了数据库的初始化参数DISK_ASYNCH_IO = TRUE，然后让数据库正常的写入数据，在os上跟踪Oracle后台的dbwr进程，查看其trace，就可以发现如果没有启用Quick I/O，实际上数据库设置了异步I/O，还是没法在os级别上实现异步I/O的。

ps -ef |grep ora_

oracle 16813 1 0 Nov 03 ? 0:02 ora_pmon_ORCL

oracle 16819 1 0 Nov 03 ? 0:53 ora_ckpt_ORCL

oracle 16831 1 0 Nov 03 ? 0:00 ora_d000_ORCL

oracle 16823 1 0 Nov 03 ? 2:31 ora_smon_ORCL

oracle 16815 1 0 Nov 03 ? 52:41 ora_dbw0_ORCL

oracle 16825 1 0 Nov 03 ? 0:01 ora_reco_ORCL

oracle 16827 1 0 Nov 03 ? 0:02 ora_cjq0_ORCL

oracle 16829 1 0 Nov 03 ? 0:00 ora_s000_ORCL

oracle 16817 1 0 Nov 03 ? 96:24 ora_lgwr_ORCL

oracle 16835 1 0 Nov 03 ? 4:11 ora_arc1_ORCL

oracle 16833 1 0 Nov 03 ? 4:14 ora_arc0_ORCL

truss -fl -p 16815

16815/1: lwp_cond_signal(0xFFFFFFFF7CB8FF70) = 0

16815/26: lwp_cond_wait(0xFFFFFFFF7CB8FF70, 0xFFFFFFFF7CB8FF80, 0x00000000) = 0

16815/1: kaio(AIOWAIT,0xFFFFFFFF7CB7DF70) Err#22 EINVAL

16815/26: pread64(408, "1B02\0\0\080\0 2\0\0D09D".., 8192, 102400) = 8192

16815/1: kaio(AIOWAIT,0xFFFFFFFF7CB7DF70) Err#22 EINVAL = 0

16815/26: kaio(AIONOTIFY, 27977120) = 0

16815/1 : kaio(AIOREAD, 408, 0x01B98DE0, 2048, 110592, 0x01A8486C) Err#48 ENOTSUP

注意到调用kaio(AIOREAD,...)的时候返回了一个OS的错误，errno = 48# ENOTUP, 表明没有启用quick I/O的vxfs文件系统是不支持异步I/O的。这个并不是一个应用级别的错误，而是solaris异步I/O库调用的，产生这个错误表明文件系统并不支持核心的异步I/O，并且使用了一个同步进程调用pread取代了，而只是在应用级别上模拟异步I/O而已。

五、 如何转换VXFS文件系统上数据文件为支持异步I/O的数据文件

正常来说对于要Oracle数据库使用具有quick I/O的数据文件，应该先预先分配具有quick I/O特性的数据文件，然后将数据文件加入到相应的Oracle数据库表空间中去，可以使用qiomkfile命令预先分配具有quick I/O特性的数据文件：

/usr/sbin/qiomkfile -s 500M /oradata/test.dbf

Qiomkfile这个命令在Veritas的quick I/O包中提供，上述命令将会在vxfs的文件系统的/oradata目录下建立两个文件，一个是.test.dbf，一个是链接文件test.dbf指向.test.dbf，Oracle数据库中就可以使用这个链接文件test.dbf做为表空间的数据文件。

那如何将已有的vxfs文件系统上的Oracle数据库转换成启用了Quick I/O上的Oracle数据库呢？Veritas Database Edition for Oracle提供了两个脚本文件用来转换，一个是getdbfiles.sh，一个是mkqio.sh，两个脚本都存放在/opt/VRTSordba/bin目录下。前提是在转换之前数据库的数据文件必须是分布在vxfs的文件系统上的。

Getdbfiles.sh这个脚本是用来从Oracle数据库的系统表中得到所有的数据文件的名字和位置等相关信息，必须要用oracle用户来运行的，得到的信息存储在一个叫mkqio.dat文件中。

Mkqio.sh这个脚本是用来处理mkqio.dat文件中包含的所有数据文件，并将它们转换成Quick I/O上的数据文件，这个脚本也最好用oracle用户来执行，避免一些权限的问题出现，在运行完getdbfiles.sh脚本后，必须要先完全关闭数据库后才能执行mkqio.sh脚本。如果转换的时候出现什么问题，可以使用mkqio.sh -u将Quick I/O上的文件转换回普通vxfs上的文件，需要注意的是这个脚本只能用于转换vxfs上的数据库文件，如果数据文件本身并不是建立在vxfs文件系统上，那么运行了getdbfiles.sh后，必须手工编辑mkqio.dat文件去掉那些不是在vxfs文件系统上的数据文件。

还有一种简单的方法也同样可以实现vxfs上的数据文件转换为quick I/O的数据文件，通过前面我们知道建立具有quick I/O的数据文件的时候会生成一个实际的文件和一个链接文件，于是就可以通过一下步骤来实现非quick I/O的数据文件转换为quick I/O的数据文件。首先正常的关闭Oracle数据库，然后对那些非quick I/O的数据文件分别执行以下两个命令：

mv < datafile> .< datafile>

ln -s .< datafile>::cdev:vxfs: < datafile>

这样就将那些非quick I/O的数据文件转换为了具有quick I/O的数据文件。

以上是对Solaris上的vxfs文件系统上的Oracle数据库使用异步I/O的初探，当然我们还可以通过操作系统上的对I/O分析的一些其他方法进行更加详细深入的研究，因为不在此篇文章论述范围之内，这里就不详细阐述分析了，如果有兴趣的朋友可以去深入研究一下，对操作系统上异步I/O的库文件定义入手，深入的发掘出操作系统Solaris上异步I/O的内部机制。

本文作者：叶梁（Coolyl）

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By eygle on 2011-11-25 22:21 | Comments (0) | FAQ | 2908 |