27、RMAN故障排除与调优指南

RMAN故障排除与调优指南

1. RMAN缓冲区概述

RMAN在备份和恢复操作中都会使用缓冲区。备份作业启动时，数据块从磁盘读取到输入缓冲区，然后写入目标位置（磁盘或磁带驱动器）。恢复备份时，内容先读入输入缓冲区，再复制到输出缓冲区，最后写入所需位置。

要检测缓冲区的分配位置和大小，可以查询视图 V$SESSTAT 和 V$STATNAME 。以下示例展示了全量数据库备份时缓冲区使用的PGA内存：

SQL>  SELECT s.sid, n.name , s.value/1024/1024 session_pga_mb
  2   FROM   v$statname n, v$sesstat s
  3   WHERE  s.sid = (SELECT sess.SID
  4                   FROM   V$PROCESS p, V$SESSION sess
  5                   WHERE  p.ADDR = sess.PADDR
  6                   AND    CLIENT_INFO LIKE '%rman%')
  7   AND    n.name = 'session pga memory'
  8*  AND    s.statistic# = n.statistic#

输出结果如下：
| SID | NAME | SESSION_PGA_MB |
| ---- | ---- | ---- |
| 39 | session pga memory | 23.0314026 |

这里，SID 39对应的通道用于执行备份，可见内存分配在PGA中。此外， V$SGASTAT 视图可用于查看为缓冲区分配的PGA内存，也能查看为大池或共享池分配的内存量。

2. 输入和输出缓冲区的数量与大小

缓冲区的大小和数量取决于备份类型（备份集或镜像副本），以及备份的文件数量。对于备份集类型的备份，输入缓冲区的分配取决于多路复用，即一个RMAN通道同时能读取的文件数量。多路复用级别由参数 MAXOPENFILES （默认值为8）和 FILESPERSET （默认值为64）配置，其计算公式为：

Multiplexing = Min (MAXOPENFILES, FILESPERSET)

当使用多节备份时，RMAN不使用多路复用。

以下表格展示了磁盘设备类型和备份集类型下，多路复用级别与输入磁盘缓冲区大小的关系：
| 多路复用级别 | 输入磁盘缓冲区大小 |
| ---- | ---- |
| >= 4 | 1个缓冲区大小 = 1 MB，每个通道总缓冲区大小 = 16 MB |
| > 4 但 < 8 | 1个缓冲区大小 = 512 KB，每个通道总缓冲区大小 = 16 MB |
| > 8 | 每个通道总缓冲区大小 = 512 KB，包含4个缓冲区（每个128 KB） |

例如，若配置一个备份通道， MAXOPENFILES = 4 且 FILESPERSET = 4 ，多路复用级别为4，每个文件将分配4个1 MB大小的缓冲区，通道总缓冲区大小为16 MB。

如果使用ASM作为存储类型，输入缓冲区的数量将基于磁盘组的分配单元（AU）大小和其中的物理磁盘数量。例如，一个包含4个磁盘的磁盘组 DATA ，输入缓冲区数量为4。

输出缓冲区的数量和大小会根据不同因素而变化：
- 基于磁盘的备份 ：输出缓冲区数量为4，大小为1 MB，每个通道总缓冲区大小为4 MB。
- 磁带备份 ：输出缓冲区数量为4，大小为256 KB。若使用单个通道通过磁带驱动器进行备份，输出缓冲区总大小为4 * 256 KB * 1 = 1024 KB。
- 恢复操作 ：无论是从备份集还是镜像副本恢复，输出缓冲区大小设置为1 MB，数量设置为4。

3. 同步和异步I/O模式

I/O是备份或恢复作业中最重要的组成部分，同步和异步I/O模式对性能有很大影响。

• 同步I/O ：进程请求操作系统执行I/O操作时，必须等待操作系统的确认才能进行其他工作。例如， DBWR 进程完成检查点时将脏缓冲区写入磁盘，若没有操作系统的响应，它将处于空闲状态，导致操作变慢，因此同步I/O模式通常被认为较慢。
• 异步I/O ：发出I/O请求的服务器进程无需等待确认，可继续执行其他任务。当确认信息到达时，进程接收信息，从而使进程几乎一直处于工作状态。如今，大多数操作系统原生支持异步I/O。在Linux系统中，可参考MOS文档370579.1和237299.1确认异步I/O是否配置并正常工作。对于原始卷，异步I/O默认启用。若将快速恢复区（FRA）配置在ASM磁盘组上，由于ASM基于SAME原则，它会自动使用异步I/O。从数据库角度看，Oracle数据库将 DISK_AYNCH_IO （磁盘）和 TAPE_ASYNCH_IO （磁带驱动器）参数默认设置为 TRUE 。若异步I/O默认正常工作，无需更改这些参数。

不同操作系统的异步I/O配置方法不同，Linux系统可参考特定MOS文档，其他操作系统需参考其具体文档。

若操作系统不支持异步I/O，在磁盘备份时可使用 DBWR_IO_SLAVES 参数模拟类似I/O行为。该参数可为 DBWR 进程分配多个I/O从属进程，虽不如分配多个 DBWR 进程快，但能在一定程度上提高性能，这些I/O从属进程的内存从SGA分配。若操作系统支持异步I/O，建议分配多个 DBWR 进程。

对于磁带驱动器，磁带管理软件和硬件性能共同影响性能。由于磁带的I/O模式始终是同步的，若要模拟异步I/O行为，可将 BACKUP_TAPE_IO_SLAVES 参数设置为 TRUE ，此时每个磁带驱动器会使用一个I/O从属进程进行读写操作；若设置为 FALSE （默认值），则使用默认的同步I/O模式。

4. 大池内存设置

使用同步I/O时，内存分配在SGA的共享池或大池中。建议通过设置 LARGE_POOL_SIZE 参数为大池分配内存缓冲区，而非使用共享池，原因如下：
- 共享池以5千位块分配内存，若找不到可用的5千位块空闲内存，会抛出 ORA - 4031 错误，而大池不会出现此问题。
- 共享池的最近最少使用（LRU）算法比大池更激进地刷新内存，且共享池是许多其他数据结构的存储库，不应被RMAN内存缓冲区的额外内存填满。

大池的合适值可通过以下公式计算：

LARGE_POOL_SIZE = 分配的通道数 * (16 MB + (4 * 磁带缓冲区大小))

若使用磁带驱动器，磁带缓冲区大小设置为256 KB。例如，对于4个磁带驱动器，通道数为4，每个通道输出缓冲区值为1 MB，大池总大小应为4 * (16 + 4) = 80 MB。若修改磁带缓冲区大小，需重新计算大池值。对于磁盘缓冲区，公式中使用磁带缓冲区的值，假设为4个磁盘，大池值应为64 MB。若大池未设置到所需限制，仍会报告 ORA - 4031 错误。

建议配置自动内存管理（AMM），让数据库根据工作负载为共享池和大池设置最佳大小。若使用Oracle Database 10g，也可使用自动共享内存管理（ASMM）。

需要注意的是，仅设置大池参数可能不会使其被使用，大池仅在以下条件满足时才会被使用：
- DBWR_IO_SLAVES 设置为非零值。
- BACKUP_TAPE_IO_SLAVES 设置为 TRUE 。
- DISK_ASYNCH_IO 设置为 FALSE 。

若不满足这些条件，即使配置了大池，仍会使用共享池，若共享池没有足够的空闲内存，操作将收到 ORA - 4031 错误。

5. 使用字典视图监控RMAN I/O性能

为监控RMAN备份和恢复作业的性能，检查内存缓冲区的大小和数量，Oracle根据I/O模式使用不同视图：
- 异步I/O ：使用 V$BACKUP_ASYNC_IO 视图。
- 同步I/O ：使用 V$BACKUP_SYNC_IO 视图。

这两个视图可帮助识别I/O相关的瓶颈，包含以下几类行：
- 每个数据文件的读写行。
- 每个备份片的读写行。
- 一个汇总的数据文件行，用于总体性能统计。

以下是 V$BACKUP_ASYNC_IO 视图的示例输出：

SQL>  SELECT type, status, filename, buffer_size, buffer_count
 2    FROM   v$backup_async_io  WHERE type <> 'AGGREGATE'  
 3    AND    status = 'IN PROGRESS';

输出结果如下：
| TYPE | STATUS | FILENAME | BUFFER_SIZE | BUFFER_COUNT |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| INPUT | IN PROGRESS | +DATA/orcl/datafile/system.256.737196671 | 1048576 | 4 |
| OUTPUT | IN PROGRESS | +DATA/orcl/backupset/2013_06_12/nnndf0_tag20130612t153821_0.273.8179701 | 1048576 | 4 |

从输出可以看出，系统表空间备份时，输入和输出都分配了4个1 MB大小的缓冲区。

虽然这两个视图包含多个列，但确定I/O性能时，部分列更有用，完整列列表可参考Oracle文档（http://www.oracle.com/pls/db121/homepage）。

6. 具体视图分析

• V$BACKUP_ASYNC_IO（异步I/O） ：使用异步I/O时，I/O相关作业的输出记录在 V$BACKUP_ASYNC_IO 视图中。该视图在备份或恢复作业进行时收集信息。测量I/O性能时，应关注以下5列：
• IO_COUNT ：文件执行的I/O总数。
• LONG_WAITS ：备份或恢复作业请求操作系统等待I/O完成的总次数。
• SHORT_WAITS ：备份或恢复作业以非阻塞模式轮询I/O完成的操作系统调用总次数。
• SHORT_WAIT_TIME_TOTAL ：非阻塞轮询I/O完成所花费的总时间（以百分之一秒为单位）。
• LONG_WAIT_TIME_TOTAL ：阻塞等待I/O完成所花费的总时间（以百分之一秒为单位）。

查询视图时，将 LONG_WAITS 列除以 IO_COUNT ，可找出读取缓慢并导致瓶颈的文件。此外， LONG_WAIT 和 SHORT_WAIT 列应报告零等待时间。

• V$BACKUP_SYNC_IO（同步I/O） ：使用同步I/O时，使用 V$BACKUP_SYNC_IO 视图。由于同步I/O是单向的，较容易推断瓶颈。在视图中，关注 DISCRETE_BYTES_PER_SECOND 列，并将其值与设备供应商提供的值进行比较。若该列的输出值小于设备提及的值，可能需要进一步深入分析。

若底层设备是磁带驱动器，无论使用异步还是同步I/O，都应关注 EFFECTIVE_BYTES_PER_SECOND 列，并将其与磁带性能进行比较。该值应与磁带性能匹配或非常接近，否则可能存在额外等待，导致性能下降。

7. 查找备份和恢复瓶颈

备份或恢复作业涉及从源读取和向目标写入数据，可使用 BACKUP 命令的 VALIDATE 选项找出瓶颈所在（读取阶段还是写入阶段）。 BACKUP VALIDATE 命令仅读取源数据文件，不实际在目标设备上创建备份，因此可通过该选项测量仅读取阶段的性能，而不涉及写入阶段的开销。

• 读取缓慢 ：若使用 VALIDATE 选项的命令执行时间与实际备份时间相同，可推测读取操作缓慢，因为 BACKUP VALIDATE 的时间应约为实际备份时间的一半。可进一步关注等待比率（ LONG_WAITS / IO_COUNT ）较长的大文件，可能是磁盘速度慢或文件存储在磁盘内侧，导致访问速度变慢。若使用ASM，检查是否有磁盘性能不佳导致瓶颈，必要时可对ASM磁盘组进行重新平衡。
• 写入缓慢 ：若 BACKUP 命令执行时间明显长于 BACKUP VALIDATE ，说明在将数据复制到缓冲区和/或写入磁盘时存在等待或瓶颈。此时，根据备份目标（磁盘或磁带）采取不同的故障排除措施：
• 磁盘 ：尝试使用高级压缩设置代替基本压缩，以获得更高的压缩比，减少备份数据量。若配置了加密，可尝试使用如AES128等算法。
• 磁带驱动器 ：参考后续章节的相关内容。

若确认介质工作正常，可能需要调整内存缓冲区的配置，这可能涉及使用一些未公开的参数显式更改缓冲区的大小和数量，此操作建议在Oracle支持的参与下进行。

8. 调优SBT（磁带）性能

磁带驱动器涉及多个因素，且可能不是主机数据库的直接组件，DBA可调整的空间有限。但从数据库方面或使用Oracle Secure Backup（OSB）时，有以下几点建议：
- 配置并行性时，将磁带（SBT）通道数量设置为配置中的磁带驱动器数量。
- RMAN会自动过滤数据文件中的未使用块，不将其包含在备份中。若使用OSB备份磁带驱动器，未提交事务的撤销数据也不会包含在备份中。
- 使用OSB可利用Linux直接I/O，通过直接内存访问（DMA）显著降低CPU消耗。

OSB是一个可单独下载和安装的工具，可从http://www.oracle.com/goto/osb 下载，本文不详细介绍OSB。

若不使用OSB作为介质管理软件，可从以下配置方面提高磁带驱动器性能：
- 网络吞吐量 ：表示底层网络可传输的数据量，当磁带驱动器远程连接到其他主机时，该因素可能对性能影响最大。
- 原生传输速率 ：不涉及压缩时写入磁带的速度，聚合总传输速率的上限应与所有磁带驱动器的整体性能匹配。
- 磁带压缩 ：由介质管理软件提供的压缩功能。若能获得良好的压缩比，备份速率也会较好。若磁带压缩性能可接受，不建议同时使用RMAN的二进制压缩。
- 磁带流式传输 ：当磁盘、网络和CPU的数据传输速率与磁带的原生传输速率匹配或更高时，会发生磁带流式传输。若不满足条件且磁带缓冲区中无数据可写入介质，磁带会前进，需要倒回到写入停止的位置。为控制此行为，确保流式传输不中断或使用不同速度的磁带驱动器。
- 物理磁带块大小 ：由介质管理软件设置，该值越大，备份速度越好。可使用 CONFIGURE 或 ALLOCATE 命令的 BLKSIZE 选项更改块大小。

RMAN故障排除与调优指南

9. 总结与操作指南

为了更清晰地梳理RMAN的调优与故障排除要点，下面以流程图和操作步骤的形式进行总结。

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px

    A([开始]):::startend --> B{I/O模式}:::decision
    B -->|异步| C(使用V$BACKUP_ASYNC_IO视图监控):::process
    B -->|同步| D(使用V$BACKUP_SYNC_IO视图监控):::process
    C --> E{查找瓶颈}:::decision
    D --> E
    E -->|读取慢| F(检查大文件等待比率):::process
    E -->|写入慢| G{备份目标}:::decision
    F --> H{使用ASM?}:::decision
    H -->|是| I(检查磁盘性能并考虑重新平衡):::process
    H -->|否| J(检查磁盘速度和文件位置):::process
    G -->|磁盘| K(尝试高级压缩和合适加密算法):::process
    G -->|磁带| L(参考磁带性能调优):::process
    I --> M(调整内存缓冲区配置):::process
    J --> M
    K --> M
    L --> M
    M --> N([结束]):::startend

以下是具体的操作步骤：
1. 确定I/O模式 ：
- 若使用异步I/O，通过 V$BACKUP_ASYNC_IO 视图监控RMAN I/O性能。
- 若使用同步I/O，通过 V$BACKUP_SYNC_IO 视图监控RMAN I/O性能。
2. 查找瓶颈 ：
- 使用 BACKUP VALIDATE 命令区分是读取阶段还是写入阶段出现瓶颈。
- 若读取缓慢，进一步关注等待比率（ LONG_WAITS / IO_COUNT ）较长的大文件。
- 若使用ASM，检查是否有磁盘性能不佳导致瓶颈，可进行重新平衡操作。
3. 针对不同备份目标处理写入瓶颈 ：
- 磁盘 ：尝试使用高级压缩设置代替基本压缩，若配置了加密，尝试使用如AES128等算法。
- 磁带驱动器 ：参考磁带性能调优的相关内容。
4. 调整内存缓冲区配置 ：
- 若确认介质工作正常，可在Oracle支持的参与下，使用一些未公开的参数显式更改缓冲区的大小和数量。

9.1 磁带性能调优操作步骤

若要对磁带性能进行调优，可按照以下步骤进行：
1. 配置并行性 ：将磁带（SBT）通道数量设置为配置中的磁带驱动器数量。
2. 利用RMAN特性 ：RMAN会自动过滤数据文件中的未使用块，不将其包含在备份中。若使用OSB备份磁带驱动器，未提交事务的撤销数据也不会包含在备份中。
3. 使用OSB ：若使用OSB，可利用Linux直接I/O，通过直接内存访问（DMA）显著降低CPU消耗。可从http://www.oracle.com/goto/osb 下载OSB。
4. 非OSB情况下的配置调整 ：
- 网络吞吐量 ：确保底层网络可传输的数据量满足需求，尤其是磁带驱动器远程连接到其他主机时。
- 原生传输速率 ：保证聚合总传输速率的上限与所有磁带驱动器的整体性能匹配。
- 磁带压缩 ：使用介质管理软件提供的压缩功能，若能获得良好的压缩比，可不使用RMAN的二进制压缩。
- 磁带流式传输 ：确保磁盘、网络和CPU的数据传输速率与磁带的原生传输速率匹配或更高，避免磁带前进后需要倒回。
- 物理磁带块大小 ：使用 CONFIGURE 或 ALLOCATE 命令的 BLKSIZE 选项更改块大小，以提高备份速度。

9.2 大池内存设置操作步骤

设置大池内存时，可按以下步骤进行：
1. 计算大池合适值 ：使用公式 LARGE_POOL_SIZE = 分配的通道数 * (16 MB + (4 * 磁带缓冲区大小)) 计算大池的合适值。若使用磁带驱动器，磁带缓冲区大小设置为256 KB。
2. 配置内存管理 ：
- 建议配置自动内存管理（AMM），让数据库根据工作负载为共享池和大池设置最佳大小。
- 若使用Oracle Database 10g，也可使用自动共享内存管理（ASMM）。
3. 确保大池被使用 ：确保满足以下条件，大池才会被使用：
- DBWR_IO_SLAVES 设置为非零值。
- BACKUP_TAPE_IO_SLAVES 设置为 TRUE 。
- DISK_ASYNCH_IO 设置为 FALSE 。

10. 总结

RMAN的备份和恢复作业性能受到多个因素的影响，包括I/O模式、内存缓冲区的配置、磁带设备的性能等。通过合理配置参数、监控性能指标以及采取相应的调优措施，可以有效提高RMAN作业的性能，减少备份和恢复时间，确保数据库的安全性和可用性。在实际操作中，应根据具体的环境和需求，灵活运用上述方法进行故障排除和性能调优。同时，对于一些复杂的操作，如调整内存缓冲区配置，建议在Oracle支持的参与下进行，以避免出现不必要的问题。