Oracle 资源管理器（Resource Manager）与I/O校准（I/O Calibrate）

我将为您深入解析Oracle数据库两大关键的内部分配与优化机制：资源管理器（Resource Manager） 和 I/O校准（I/O Calibrate）。它们分别从“软件”和“硬件”两个维度，确保数据库工作负载能够高效、稳定地运行。

---

第一部分：资源管理器 (Resource Manager) - 官方的交通管制系统

一、官方定义与核心作用

• 官方定义：Oracle资源管理器（DBRM）允许您在数据库实例内部管理和管理系统资源（主要是CPU和并行度）的分配。它提供了一种将资源分配给不同会话组的方法，从而在资源争用时确保优先级更高的任务获得所需资源。
• 核心作用：
  1. 资源分配：将CPU时间按比例分配给不同类型的用户或应用程序。
  2. 限制并发度：控制特定组可以使用的最大并行服务器进程数量。
  3. 执行时间控制：估算查询运行时间，并主动终止或切换低优先级的长时运行查询。
  4. 会话池管理：限制特定用户组可以同时处于活动状态的会话数。
  5. 自动化维护任务管理：在Oracle 12c及更高版本中，可以限制自动化后台任务（如统计信息收集）的资源使用，避免其对核心业务造成影响。

通俗比喻：
将数据库实例比作一个城市的道路系统。

• 没有资源管理器：所有车辆（会话/请求）无序地挤在路上，一旦发生拥堵（资源争用），救护车（关键业务）也可能被堵死。
• 启用资源管理器：它就像一个智能交通管制系统，设立了公交专用道（高优先级资源组）、限制了货车的上路时间和数量（限制并发度），并确保在任何情况下，应急车辆都有绝对优先通行权。

二、深入底层原理与管理机制

1. 核心架构：三级资源分配模型

资源管理器通过三个核心概念进行工作：

• 资源使用者组 (Resource Consumer Group)：这是资源分配的受体。它将具有相似资源需求的会话分类。例如：OLAP_GROUP（报表用户）、OLTP_GROUP（交易用户）、BATCH_GROUP（批处理作业）、ADMIN_GROUP（管理员）。
• 资源计划 (Resource Plan)：这是资源分配的蓝图。它定义了资源如何在各个使用者组之间进行分配。一个计划包含多个指令（Directives）。
• 资源计划指令 (Resource Plan Directive)：这是连接计划和组的桥梁，并指定了具体的分配规则。例如：“在DAYTIME计划中，将60%的CPU分配给OLTP_GROUP，将30%的CPU分配给OLAP_GROUP，并限制BATCH_GROUP最多只能使用5个并行进程”。

2. 底层工作机制：

• 调度器 (Scheduler)：资源管理器不是持续运行的，而是由内核每秒唤醒多次（例如10次）。在每次唤醒时，它都会检查所有活动会话。
• CPU分配算法：它采用基于优先级的轮询调度。例如，如果一个计划指令规定GROUP_A和GROUP_B的CPU比例是3:1，那么调度器会在一个时间片内，优先从GROUP_A中选取3个会话执行，然后从GROUP_B中选取1个会话执行，如此循环。
• 强制执行：当一个组使用的资源超过其分配额度时，该组中的会话会被临时切换出运行队列（SWITCHED OUT），直到下一个调度周期到来。这确保了没有任何一个组可以独占资源。

3. 管理机制：

• 创建与激活：
  1. 使用DBMS_RESOURCE_MANAGER包创建组、计划、指令。
  2. 通过ALTER SYSTEM SET RESOURCE_MANAGER_PLAN = 'DAYTIME';激活计划。
• 会话分配：可以手动将会话切换到指定组，或通过映射规则（Mapping Rules） 根据会话属性（如用户名、服务名、模块名）自动分配。

4. 举例说明：
假设一个电商数据库，需要在白天保证交易流畅，夜间运行批量报表。

1. 创建组：OLTP_GROUP, REPORT_GROUP。
2. 创建日间计划DAY_PLAN：
   • 指令1：OLTP_GROUP -> CPU占比 80%
   • 指令2：REPORT_GROUP -> CPU占比 20%，并行度限制为4
3. 创建夜间计划NIGHT_PLAN：
   • 指令1：OLTP_GROUP -> CPU占比 20%
   • 指令2：REPORT_GROUP -> CPU占比 80%，并行度限制为16
4. 设置映射规则：将服务名SALES_APP的会话自动分配给OLTP_GROUP；将用户ETL_USER自动分配给REPORT_GROUP。
5. 激活计划：通过Oracle Scheduler或手动命令，在早上7点激活DAY_PLAN，晚上10点激活NIGHT_PLAN。

效果：白天大量用户购物时，报表查询最多只能占用20%的CPU，且不会用大量并行进程冲击系统。夜间，批量报表任务可以全力运行，快速完成。

---

第二部分：I/O校准 (I/O Calibrate) - 官方的存储性能探测仪

一、官方定义与核心作用

• 官方定义：I/O校准是通过运行一个受控的I/O密集型工作负载来评估存储子系统性能（吞吐量和I/O延迟）的过程。它通过DBMS_RESOURCE_MANAGER.CALIBRATE_IO过程实现。
• 核心作用：
  1. 量化性能：提供存储系统的两个关键性能指标：最大IOPS（每秒随机读取I/O操作数）和最大MBPS（每秒连续读取的数据量，MB）。
  2. 提供决策依据：为数据库智能基础设施（如智能扫描、In-Memory特性）和DBA的容量规划提供准确的性能数据。优化器（CBO）在评估全表扫描成本时，也会参考这些数据。
  3. 发现瓶颈：帮助识别存储配置是否存在问题（例如，磁盘数量不足、HBA卡或交换机带宽瓶颈）。

通俗比喻：
I/O校准就像给数据库存储做一次专业的“体能测试”。

• 没有校准：你只知道你的存储是“快”还是“慢”，这是一种模糊的感觉。你不知道是“百米速度快”（高IOPS）还是“马拉松耐力好”（高MBPS），也不知道极限在哪里。
• 进行校准：你让存储以最大强度分别进行“冲刺跑”（随机读，测IOPS）和“长跑”（顺序读，测MBPS），并用仪器记录下精确的成绩。以后训练（优化和规划）就有了科学依据。

二、深入底层原理与管理机制

1. 校准过程详解：

DBMS_RESOURCE_MANAGER.CALIBRATE_IO(<num_physical_disks>, <max_latency>, iops, mbps, lat);

• 工作负载：该过程会向数据库数据文件发起两种类型的I/O请求：
  1. 随机读（Random I/O）：主要是1MB大小的随机读取，用于测试IOPS。这代表了OLTP类型负载的性能。
  2. 顺序读（Sequential I/O）：主要是1MB大小的顺序读取，用于测试MBPS。这代表了数据仓库全表扫描类型负载的性能。
• 逐步加压：校准过程会逐渐增加并发I/O请求的数量（Outstanding I/O），直到存储系统的延迟（Latency）超过用户指定的阈值（max_latency，默认20毫秒）或无法再提升吞吐量。
• 测量峰值：整个过程会持续几分钟，最终报告在可接受延迟下的最大IOPS和MBPS。

2. 重要前提与依赖：

• 必须使用异步I/O：校准依赖FILESYSTEMIO_OPTIONS设置为SETALL或ASYNCH。如果使用同步I/O，结果将不准确。
• 代表性数据文件：校准产生的I/O会均匀分布在所有数据库数据文件上。因此，数据文件必须分布在所有待测试的存储设备上，才能反映整体性能。
• 独占访问：校准应在系统空闲时段进行，因为它会消耗大量I/O资源，可能影响生产业务。同时，其他活跃的I/O也会使校准结果失真。

3. 举例说明：
DBA执行以下命令：

DECLARE
   v_iops NUMBER;
   v_mbps NUMBER;
   v_lat NUMBER;
BEGIN
   DBMS_RESOURCE_MANAGER.CALIBRATE_IO( /*num_physical_disks*/ 8,
                                      /*max_latency*/ 10,
                                      v_iops, v_mbps, v_lat);
   DBMS_OUTPUT.PUT_LINE('Max IOPS = ' || v_iops);
   DBMS_OUTPUT.PUT_LINE('Max MBPS = ' || v_mbps);
   DBMS_OUTPUT.PUT_LINE('Latency = ' || v_lat);
END;
/

输出：Max IOPS = 1500, Max MBPS = 500
解读：该存储系统在平均延迟10ms的情况下，每秒最多可完成1500次随机读操作，或提供500MB/s的顺序读带宽。如果业务需求的IOPS是2000，那么当前存储配置就是瓶颈。

---

第四部分：争用、排查与常用SQL

资源管理器相关

• 争用场景：当资源计划指令设置过于严格，高优先级组资源过剩而低优先级组资源严重不足时，低优先级组的会话可能会经历更长的等待。
• 等待事件：resmgr:cpu quantum。这个等待事件表示会话正在等待资源管理器分配给它CPU时间片。看到这个事件是正常的，这正是资源管理器在工作的证明。但如果该等待在低优先级组中占比过高，说明资源分配可能需要调整。
• 监控SQL：

  -- 查看当前活动的资源计划
  SELECT NAME, IS_TOP_PLAN FROM V$RSRC_PLAN;
  
  -- 查看各消费者组的资源使用统计和等待情况
  SELECT CONSUMER_GROUP_NAME, CPU_WAIT_TIME, CPU_WAITS, CONSUMED_CPU_TIME, REQUESTS
  FROM V$RSRC_CONSUMER_GROUP_STAT;
  
  -- 查看会话属于哪个消费者组
  SELECT SID, SERIAL#, USERNAME, RESOURCE_CONSUMER_GROUP
  FROM V$SESSION;
  

I/O校准相关

• 争用场景：在校准期间，由于会产生巨大的I/O压力，会与生产业务争用I/O资源，导致业务会话出现I/O相关的等待事件，如db file sequential read, db file scattered read。
• 排查与解决：
  • 务必在维护窗口执行校准。
  • 校准前检查异步I/O是否启用：

    SHOW PARAMETER FILESYSTEMIO_OPTIONS;
    -- 如果输出是 'none'，需要设置为 'setall' 并重启实例（可能需OS支持）
    

  • 查看校准历史和状态：

    SELECT * FROM V$IO_CALIBRATION_STATUS;
    -- STATUS 应为 'READY' 或 'IN PROGRESS'
    
    SELECT * FROM DBA_RSRC_IO_CALIBRATE;
    -- 查看历史的校准结果
    

• 如果校准失败，通常原因有：未使用异步I/O、数据文件存放在不同性能的存储上、或系统I/O负载过重。

总结

官方总结：

• 资源管理器是Oracle实例内部的精细化资源调度系统，通过消费者组、计划和指令三级结构，以基于优先级的轮询调度算法，实现对CPU和并行度等资源的分配与限制，确保关键业务的服务质量（QoS）。
• I/O校准是一个通过生成可控的、渐进的I/O负载来量化存储子系统最大IOPS和MBPS性能的诊断工具。其结果为数据库优化器和容量规划提供关键的硬件性能数据输入。

通俗总结：

• 资源管理器是数据库世界的**“交通警察”**。它不关心路（硬件）有多宽，只负责制定规则，确保在车多的时候，救护车、公交车和小轿车能有序通行，防止某些车辆霸占道路。
• I/O校准是数据库世界的**“道路检测车”。它专门负责测量这条路（存储）的最高车速（IOPS）** 和最大货运输送能力（MBPS），并给出精确的报告。

DBA的职责就是：

1. 先用 “道路检测车”（I/O校准） 测出存储的性能极限。
2. 然后根据业务需求，让 “交通警察”（资源管理器） 依据这份报告来制定最合理的交通规则（资源计划）。
3. 最终，让整个数据库系统既能在硬件极限内安全运行，又能确保最重要的业务永远一路畅通。

两者相辅相成，共同构成了Oracle数据库资源管理与性能优化的坚实基石。

欢迎关注我的公众号《IT小Chen》