Руководство администратора баз данных Inrformix. - Виктор Кустов

2.2.1.5 Экономия памяти и других ресурсов

Рациональное использование ресурсов операционной системы достигается за счет того, что потоки разделяют ресурсы (память, коммуникационные порты, файлы) виртуального процессора, на котором они выполняются. Виртуальный процессор сам координирует доступ потоков к своим ресурсам. Процессы же, в отличие от потоков, имеют индивидуальные наборы ресурсов, и, если ресурс требуется нескольким процессам, то доступ к нему регулируется операционной системой.

Переключение виртуального процессора с одного потока на другой, в целом, происходит быстрее, чем переключение операционной системы с одного процесса на другой. Операционная система должна прервать один процесс, выполняемый центральным процессором, сохранить его текущее состояние (контекст) и запустить другой процесс, предварительно поместив в ядро его контекст, что требует физической перезаписи фрагментов памяти. Поскольку потоки разделяют виртуальную память и дескрипторы файлов, то переключение виртуального процессора с потока на поток может сводиться к перезаписи небольшого управляющего блока потока, что соответствует выполнению примерно 20 машинных команд. При этом виртуальный процессор как процесс операционной системы продолжает выполняться без прерывания.

2.2.2 Организация разделяемой памяти

Разделяемая память - это механизм операционной системы, на котором основано разделение данных между виртуальными процессорами и потоками сервера. Разделение данных позволяет:

Снизить общее потребление памяти, поскольку участвующим в разделении процессам, т. е. виртуальным процессорам, нет нужды поддерживать свои копии информации, находящейся в разделяемой памяти.Сократить число обменов с дисками, потому что буферы ввода-вывода сбрасываются на диск не для каждого процесса в отдельности, а образуют один общий для всего сервера баз данных пул. Виртуальный процессор зачастую избегает выполнения или обращения за результатами операций ввода с диска, поскольку нужная таблица уже прочитана другим процессором.Организовать быстрое взаимодействие между процессами. Через разделяемую память, в частности, обмениваются данными потоки, участвующие в параллельной обработке сложного запроса. Разделяемая память используется также для организации взаимодействия между локальным клиентом и сервером.

Управление разделяемой памятью реализовано таким образом, что ее фрагментация минимизируется, поэтому производительность сервера при ее использовании не деградирует с течением времени. Изначально выделенные сегменты разделяемой памяти наращиваются по мере надобности автоматически или вручную. При освобождении памяти, занятой сервером, она возвращается операционной системе.

В разделяемой памяти находится информация обо всех выполняемых потоках, поэтому потоки относительно быстро переключаются между виртуальными процессорами. В частности, в разделяемой памяти выделяется область стеков потоков. Стек хранит данные для функций, выполняемых потоком, и другую информацию о состоянии пользовательского сеанса. Размер стека для каждого сеанса устанавливается при помощи переменной окружения.

Важный оптимизирующий механизм сервера - кэши хранимых процедур и словарей данных. Словари данных (system catalog), доступные только на чтение, а также хранимые процедуры, разделяются между всеми пользователями сервера, что позволяет оптимизировать совокупное использование памяти. При загрузке в разделяемую память словарь данных записывается в структуры, обеспечивающие быстрый доступ к информации, а хранимые процедуры преобразуются в выполняемый формат. Все это может существенно ускорить выполнение приложений, обращающихся ко многим таблицам с большим числом столбцов и/или ко многим хранимым процедурам.

2.2.3 Организация операций обмена с дисками

Операции ввода-вывода, как правило, образуют наиболее медленную компоненту обработки баз данных. Поэтому от их реализации существенно зависит общая продуктивность сервера. Для оптимизации ввода-вывода и повышения надежности в сервере INFORMIX-OnLine DS применяются следующие механизмы:

собственное управление дисковой памятью;асинхронный ввод-вывод;опережающее чтение.

2.2.3.1 Управление дисковой памятью

INFORMIX-OnLine DS поддерживает как собственный механизм управления дисковой памятью, так и управление средствами файловой системы ОС UNIX. Преимущества собственного механизма управления дисковой памятью:

Снятие ограничений операционной системы на число одновременно читаемых таблиц.Оптимизация размещения таблиц - для таблиц выделяются большие области последовательных физических блоков, в результате ускоряется доступ к ним.Снижение накладных расходов при чтении - данные с дисков считываются непосредственно в разделяемую память, минуя буферы ОС.Повышение надежности. При использовании файловой системы INFORMIX-OnLine DS не может гарантировать, что в случае сбоя данные журнала транзакций не пропадут из-за того, что они остались в буферах ОС и не успели записаться на диск. Поэтому процедура быстрого восстановления, вызываемая при перезапуске системы, не обеспечит в этом случае целостности данных.

Файловую систему используют в ситуациях, когда нет возможности выделить под базы данных специальные разделы на дисках, или если перечисленные соображения не критичны.

2.2.3.2 Асинхронный ввод-вывод

Для ускорения операций ввода-вывода сервер использует собственный пакет асинхронного ввода-вывода (AIO) или пакет асинхронного ввода-вывода ядра ОС (KAIO), если он доступен. Пользовательские запросы на ввод-вывод обрабатываются асинхронно, поэтому виртуальным процессорам CPU не приходится ждать завершения операции обмена, чтобы продолжить обработку.

2.2.3.3 Опережающее чтение

Сервер OnLine DS может быть сконфигурирован таким образом, чтобы при чтении последовательной таблицы или индексного файла обеспечивалось опережающее чтение нескольких страниц в то время, пока обрабатываются уже прочитанные в разделяемую память данные. Таким образом, сокращается время ожидания обмена с диском, и пользователь быстрее получает результаты запроса.

2.2.4 Поддержка фрагментации таблиц и индексов

INFORMIX-OnLine DS поддерживает горизонтальную локальную фрагментацию таблиц. Это такой способ хранения таблицы, когда совокупность ее строк разбивается на несколько групп согласно некоторому правилу, и эти группы хранятся на разных дисковых разделах. Фрагментация таблиц способствует достижению следующих целей:

Сокращается время обработки одного запроса. Встроенный в INFORMIX-OnLine DS механизм PDQ при обработке запросов использует информацию о фрагментации таблиц и создает для сканирования таблицы несколько параллельных потоков. Если стратегия фрагментации выбрана удачно, то ускорение при выборке из таблицы практически линейно зависит от числа фрагментов (рис. 3).Снижается уровень конкуренции при одновременном обращении нескольких запросов к одной таблице. INFORMIX-OnLine DS анализирует правило фрагментации таблицы и во многих случаях способен определить, что данный запрос относится только к одному ее фрагменту. Если фрагменты хранятся на разных дисковых устройствах, то разным запросам будут соответствовать обращения к разным дискам.Повышается готовность (доступность) приложений. Даже если некоторые фрагменты таблицы недоступны из-за того, что соответствующие диски вышли из строя, запросы к ней, тем не менее, во многих случаях могут выполняться.Улучшаются характеристики административных операций, таких как архивирование-восстановление, загрузка-выгрузка данных, поскольку они применимы к отдельным фрагментам таблиц. Если таблица разбита на малые фрагменты, то ее восстановление при выходе из строя одного фрагмента выполняется значительно оперативнее, чем полное восстановление нефрагментированной таблицы. Полные операции архивирования, восстановления, загрузки, выгрузки данных также ускоряются, поскольку операции ввода-вывода для фрагментов таблицы выполняются параллельно.

Различаются два типа правил фрагментации таблиц:

Равномерное распределение (round robin) - это встроенный в INFORMIX-OnLine DS механизм фрагментации, который обеспечивает примерно равное число записей в каждом фрагменте.Распределение по выражению (by expression) - для каждого фрагмента задается некоторое выражение, зависящее от значений полей записи; истинность выражения определяет, попадет ли запись в данный фрагмент.

Правило разбиения таблицы задается в SQL-инструкциях CREATE TABLE (создать таблицу), ALTER TABLE (изменить таблицу).

Пример: