面试宝典:介绍下Oracle数据库动态性能视图 V$TOPLEVELCALL

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好的，我们来对 Oracle 19C 数据库中的 V$TOPLEVELCALL 动态性能视图进行详尽、深入的解析。这是一个用于高级性能诊断、特别是理解 SQL 执行调用层次结构的关键视图。

1. 作用与概述

V$TOPLEVELCALL 视图用于跟踪和统计由最外层（顶级）用户调用所引发的数据库内部调用（递归SQL执行）的性能数据。

核心概念 - “顶级调用”（Top-Level Call）：指直接由客户端应用程序发起的 SQL 语句或 PL/SQL 调用。例如，一个 Java 应用程序执行的 SELECT * FROM employees。
核心概念 - “递归调用”（Recursive Call）：指为了完成“顶级调用”而由数据库内部自动执行的 SQL 语句。例如，执行上述 SELECT 时，如果数据缓冲区没有所需数据，Oracle 需要执行递归调用（递归SQL）从磁盘读取数据块到内存。此外，数据字典查询、空间分配（ALTER TABLE 分配区间）、PL/SQL 中的 SQL、触发器中的 SQL 等都可能是递归调用。
视图目的：此视图将递归调用的资源消耗（CPU、等待时间、物理读等）归属到其根源的顶级调用上。它回答了“这个复杂的用户操作（顶级调用），到底在数据库内部引发了哪些工作（递归调用），各自消耗了多少资源？”的问题。

2. 使用场景

此视图主要用于高级性能诊断和深度资源消耗分析：

诊断由递归SQL引起的性能问题：
- 当一个用户操作（如一个简单的 INSERT）执行得很慢，但 V$SQL 显示该语句本身消耗资源很少时，问题很可能出在递归SQL上。通过此视图可以定位到是哪个顶级调用导致了大量的递归执行，并量化其影响。
分析DDL操作的真实开销：
- CREATE INDEX, ALTER TABLE MOVE 等 DDL 命令会在内部执行大量递归SQL（查询数据字典、分配和初始化空间、构建索引结构等）。此视图可以揭示这些操作内部各个阶段（如空间管理调用）的详细开销。
理解PL/SQL执行的细节：
- 执行一个存储过程（顶级调用）会触发过程内部多条SQL语句的执行（递归调用）。此视图可以帮助分析过程的总开销在内部SQL上的分布。
全局资源审计：
- 更准确地评估一个应用程序操作（顶级调用）的总成本，包括其所有“隐藏”的递归成本。

3. 字段含义详解

V$TOPLEVELCALL 视图的字段围绕顶级调用ID和聚合的递归调用统计信息。

字段名称	数据类型	含义说明
TOP_LEVEL_CALL_ID	NUMBER	顶级调用的唯一标识符。这是整个调用树的根ID。在 `V$SQL` 和 `V$SESSION` 等视图中，SQL 的 `TOP_LEVEL_CALL_ID` 字段指向此ID。
TOP_LEVEL_CALL_NAME	VARCHAR2(64)	顶级调用的名称或类型。常见值： • `PL/SQL EXECUTE` • `SELECT` • `INSERT` • `UPDATE` • `DELETE` • `CREATE INDEX` (及其他DDL) • `UNKNOWN`
CALL_TYPE	VARCHAR2(10)	调用类型的简写。通常是 `RECURSIVE`，因为此视图主要统计递归调用。
CALL_CLASS	VARCHAR2(18)	调用的类别，提供了更细粒度的分类。例如： • `RECURSIVE SPACE MGMT` (空间管理递归SQL) • `RECURSIVE SQL` (一般的递归SQL) • `PL/SQL`
CPU_TIME	NUMBER	归属于此顶级调用的所有递归调用所消耗的总CPU时间（单位：微秒）。
ELAPSED_TIME	NUMBER	归属于此顶级调用的所有递归调用所消耗的总时间（包括等待时间，单位：微秒）。
BUFFER_GETS	NUMBER	归属于此顶级调用的所有递归调用所执行的总逻辑读次数。
DISK_READS	NUMBER	归属于此顶级调用的所有递归调用所执行的总物理读次数。
DIRECT_WRITES	NUMBER	归属于此顶级调用的所有递归调用所执行的总直接路径写次数（例如，直接路径加载，LOB操作）。
ROWS_PROCESSED	NUMBER	归属于此顶级调用的所有递归调用所处理的总行数。
COUNT	NUMBER	归属于此顶级调用的递归调用发生的总次数。
CON_ID	NUMBER	所属容器的ID。在多租户环境中，标识该统计信息属于哪个PDB或CDB$ROOT。

4. 相关视图与基表

相关动态性能视图：
- V$SQL：这是最重要的关联视图。V$SQL 中的 TOP_LEVEL_CALL_ID 字段指向 V$TOPLEVELCALL.TOP_LEVEL_CALL_ID，从而可以将一条递归SQL语句与其根源的顶级调用关联起来。V$SQL 中的 CALL_CLASS 字段也与本视图的 CALL_CLASS 对应。
- V$SESSION：当前会话正在执行的操作也有 TOP_LEVEL_CALL_ID，可用于实时诊断。
- V$ACTIVE_SESSION_HISTORY (ASH) / DBA_HIST_ACTIVE_SESS_HISTORY： ASH数据中也包含 TOP_LEVEL_CALL_ID，允许对历史活动进行基于调用层次的分析。
- V$SQLSTATS：提供SQL的聚合统计，也包含 TOP_LEVEL_CALL_ID。
基表（Underlying Base Table）：
- **X $K G L TOP * * ：这是 ‘ V$ TOPLEVELCALL` 所依赖的底层内存结构（基表）。它存储了顶级调用相关的统计信息。与其他X$表一样，它是内部的、未公开的，严禁直接查询。
- **X $K G L C A LL TREE * * ：另一个相关的 X$ 表，可能用于维护调用树结构。
- 视图定义查询：
```
SELECT view_definition FROM v$fixed_view_definition WHERE view_name = 'GV$TOPLEVELCALL';
```

5. 底层详细原理

调用树（Call Tree）的构建：
- 当一个顶级调用（如 SELECT ...）进入数据库时，Oracle 会为其分配一个唯一的 TOP_LEVEL_CALL_ID。
- 在执行过程中，如果该调用需要触发递归SQL（例如，由于硬解析需要查询数据字典 SYS.TAB$），数据库内核会记录下这些递归SQL，并将它们的执行归属到同一个 TOP_LEVEL_CALL_ID 下。
- 这样就形成了一棵以用户SQL为根、以各种递归SQL为枝叶的调用树。
统计信息的聚合：
- 递归SQL在执行时，其资源消耗（CPU、I/O、逻辑读等）不仅会被记录到该递归SQL本身的游标中（在 V$SQL 中），还会被聚合到其所属的 TOP_LEVEL_CALL_ID 对应的统计记录中。
- V$TOPLEVELCALL 视图本质上就是这些聚合后的统计信息的展示。它按 TOP_LEVEL_CALL_ID 和 CALL_CLASS 分组，累加所有归属过来的递归调用的资源使用情况。
数据生命周期与开销：
- 这些统计信息存储在SGA中，实例重启后会被重置。
- 维护调用树和聚合统计信息会带来轻微的性能开销。因此，在某些极端性能敏感的场景下，Oracle可能不会对非常短暂或简单的调用进行深度跟踪。

6. 相关知识点介绍

递归SQL的常见来源：
- 数据字典操作：硬解析时查询表、列、权限等信息。
- 空间管理：执行DML时分配新区间（ALTER TABLE ... ALLOCATE EXTENT）、管理位图段。
- 触发器：触发器内部定义的SQL代码。
- PL/SQL：存储过程、函数、包中执行的SQL。
- 索引维护： CREATE INDEX 时排序和构建结构。
- 审计：如果启用了审计，写审计记录。
- 高级功能：如递归WITH查询（CTE）、某些分区操作等。
CALL_CLASS 的含义：
- RECURSIVE SPACE MGMT：与段空间管理相关的递归调用，是性能问题的常见来源，特别是当表有很多扩展或使用ASSM管理时。
- RECURSIVE SQL：一般的递归SQL。
- PL/SQL：与PL/SQL引擎执行相关的调用。
与等待事件的关系：递归调用产生的等待事件（如 db file sequential read）也会被归属到顶级调用。在ASH报告中，可以按 TOP_LEVEL_CALL_ID 进行筛选，查看该调用树内发生的所有等待事件。

7. 常用查询 SQL

1. 查找消耗最多递归资源（如物理读）的顶级调用
这是最核心的查询，用于发现“隐藏”的性能消耗源。

SELECT top_level_call_id,
       top_level_call_name,
       call_class,
       disk_reads,
       round(cpu_time / 1000000, 2) as cpu_secs, -- 将微秒转换为秒
       round(elapsed_time / 1000000, 2) as elapsed_secs,
       buffer_gets,
       count
FROM v$toplevelcall
WHERE disk_reads > 0 OR cpu_time > 0 -- 筛选有活动的调用
ORDER BY disk_reads DESC; -- 按物理读排序，也可以按cpu_time或buffer_gets排序

2. 关联 V$SQL，查找导致大量递归调用的具体SQL文本
此查询将顶级调用ID与SQL文本关联起来。

SELECT t.top_level_call_id,
       t.top_level_call_name,
       t.call_class,
       s.sql_text,
       t.disk_reads,
       t.buffer_gets
FROM v$toplevelcall t
JOIN v$sql s ON t.top_level_call_id = s.top_level_call_id
WHERE s.top_level_call_id IS NOT NULL
AND t.disk_reads > 1000 -- 示例阈值
ORDER BY t.disk_reads DESC;

3. 分析特定SQL语句的递归调用明细
如果已知一个SQL的 SQL_ID，想查看它引发的递归调用详情。

SELECT s.sql_id,
       s.sql_text as recursive_sql_text,
       s.executions as recursive_execs,
       t.top_level_call_id,
       t.disk_reads,
       t.buffer_gets
FROM v$sql s
JOIN v$toplevelcall t ON s.top_level_call_id = t.top_level_call_id
WHERE s.sql_id = '&your_sql_id'; -- 替换为你要分析的SQL_ID

4. 按调用类型（CALL_CLASS）分组，查看系统总体递归开销

SELECT call_class,
       SUM(disk_reads) AS total_disk_reads,
       SUM(buffer_gets) AS total_buffer_gets,
       ROUND(SUM(cpu_time) / 1000000, 2) AS total_cpu_secs,
       SUM(count) AS total_recursive_calls
FROM v$toplevelcall
GROUP BY call_class
ORDER BY total_disk_reads DESC;

5. 在ASH数据中分析历史顶级调用（需要Diagnostic Pack）

SELECT h.top_level_call_id,
       t.top_level_call_name,
       t.call_class,
       COUNT(*) AS ash_sample_count,
       ROUND(COUNT(*) * 10 / 60, 2) AS approx_mins -- 假设ASH每10秒采样一次
FROM dba_hist_active_sess_history h
JOIN v$toplevelcall t ON h.top_level_call_id = t.top_level_call_id
WHERE h.sample_time > SYSDATE - 1/24 -- 查询最近1小时
AND h.top_level_call_id IS NOT NULL
GROUP BY h.top_level_call_id, t.top_level_call_name, t.call_class
ORDER BY ash_sample_count DESC;