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11G Adaptive Cursor Sharing(ACS)的研究 (转)

原创 Linux操作系统 作者:g644516804 时间:2012-02-29 11:31:17 0 删除 编辑

在网络上看到这篇文章,写的不错。特转载在自己的blog里,需要时查看。文章中红色字体部分,写的不错。对于带绑定变量的sql语句的执行计划,用set autotrace on 显示的不对。使用 select * from table(dbms_xplan.display_cursor); 进行执行计划的查看

这个语句是我们在ACS测试过程总经常使用的sql

select child_number, executions, buffer_gets, is_bind_sensitive, is_bind_aware,IS_SHAREABLE S,plan_hash_value from v$sql where sql_id = 'gsmm31bu4zyca';


Adaptive Cursor Sharing(ACS)是又一个大胆而吸引人的11G新特性。
说它大胆是因为它试图解决一个CBO最令人头疼的问题:数据倾斜(data skew)和绑定变量窥视导致SQL PLAN太差。说它吸引人是因为想知道Oracle采用何种神秘的算法让Oracle变得更加智能。

<一> 我们先用一个简单的例子来走近ACS。
(注意:以下实验的SQL PLAN的获取不能信任set autotrace,他不会显示各个child cursor的实际执行计划,我们可以通过SELECT * FROM table (DBMS_XPLAN.DISPLAY_CURSOR(:sqlid, NULL, 'TYPICAL LAST'))来得到真实的PLAN。)
新建一个两个字段的表,其中id这列十分倾斜,并在id这列上创建index,并使用SKEWONLY选项分析表,使其生成histogram。
为了不让其他因素干扰我的实验并且让读者能够重现,我设置如下参数:
optimizer_mode=CHOOSE(使用CBO)
optimizer_features_enable=11.2.0.1(使用最新的优化参数)
optimizer_capture_sql_plan_baselines=false(关闭SPM)
cursor_sharing=EXACT(使用真正的绑定变量)
_optim_peek_user_binds=true(一定要开启绑定变量窥视)
_optimizer_adaptive_cursor_sharing=TRUE(以下三个参数默认开启ACS)
_optimizer_extended_cursor_sharing=UDO
_optimizer_extended_cursor_sharing_rel=SIMPLE
SQL> desc testbyhao
Name Type
----- --------
ID NUMBER
NAME VARCHAR2(128)

SQL> select id,count(*) from testbyhao
group by id;

ID COUNT(*)
---------- ----------
1 104096
2 498
SQL> create index testidx on testbyhao(id);

Index created.

SQL> exec dbms_stats.gather_table_stats(user,'TESTBYHAO',
method_opt=>'for all columns size skewonly');

PL/SQL procedure successfully completed.
SQL> select COLUMN_NAME,HISTOGRAM from user_tab_columns
where TABLE_NAME='TESTBYHAO';

COLUMN_NAM HISTOGRAM
---------- ------------------------------
ID FREQUENCY
NAME HEIGHT BALANCED

先生成一个最简单的执行计划index range scan。
对于id=2来说,是相当合适的。
SQL> var v number;
SQL> exec :v :=2;
SQL> select /*comments*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

Plan hash value: 254123311
-----------------------------------------------------------------------------------------
| Id | Operation | Name | Rows | Bytes | Cost (%CPU)| Time |
-----------------------------------------------------------------------------------------
| 0 | SELECT STATEMENT | | | | 3 (100)| |
| 1 | TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| TESTBYHAO | 387 | 8127 | 3 (0)| 00:00:01 |
|* 2 | INDEX RANGE SCAN | TESTIDX | 387 | | 1 (0)| 00:00:01 |
-----------------------------------------------------------------------------------------

Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------

2 - access("ID"=:V)
从v$SQL中,可以看到这个cursor的数据,其中IS_BIND_SENSITIVE=Y,表明使用绑定变量窥视来生成这次执行计划,这次执行计划是取决于这个绑定变量的,如果Oracle发现有其他的绑定变量出现,是可能生成其他的执行计划的。
IS_BIND_AWARE=N,表明Oracle还没有使用extended cursor sharing。
IS_SHAREABLE=Y,表明这个cursor可以被再次使用,即能够共享;反之,设为N代表着这个cursor已经过时了,不会被再用了,这个cursor将会等待被age out出shared pool。

SQL> select CHILD_NUMBER,PLAN_HASH_VALUE,EXECUTIONS,
BUFFER_GETS/EXECUTIONS BG_PER_EX,
IS_BIND_SENSITIVE BS,IS_BIND_AWARE BA,IS_SHAREABLE S
from v$sql where hash_value=1659091011;

CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 254123311 1 221 Y N Y

更换绑定变量,使用id=1执行同样的SQL.

SQL> exec :v := 1;
SQL> select /*comments*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

结果,使用绑定变量id=1的SQL使用了同样的index range scan的cursor。这其实不是我们希望的,因为id=1时明显走全表扫描cost更低。

v$SQL没怎么变,只是同样的cursor执行次数为2了。
CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 254123311 2 7321.5 Y N Y

再次执行同样的id=1的SQL。

SQL> exec :v := 1;
SQL> select /*comments*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

Plan hash value: 325910803
-------------------------------------------------------------------------------
| Id | Operation | Name | Rows | Bytes | Cost (%CPU)| Time |
-------------------------------------------------------------------------------
| 0 | SELECT STATEMENT | | | | 109 (100)| |
|* 1 | TABLE ACCESS FULL| TESTBYHAO | 104K| 2136K| 109 (4)| 00:00:02 |
-------------------------------------------------------------------------------

Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------

1 - filter("ID"=:V)

终于,我们期望的事情发生了,新的全表扫描的执行计划产生了!(对应于CHILD_NUMBER=1,PLAN_HASH_VALUE=325910803)

v$SQL里,新的cursor的IS_BIND_AWARE=Y。
CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 254123311 2 7321.5 Y N Y
1 325910803 1 7296 Y Y Y

再次执行id=1的SQL

SQL> exec :v := 1;
SQL> select /*comments*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

CHILD 1执行次数增加为2

CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 254123311 2 7321.5 Y N Y
1 325910803 2 7296 Y Y Y

再次执行id=2的SQL

SQL> exec :v := 2;
SQL> select /*comments*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

奇怪的事情发生了,又新生成了一个index range scan的cursor(CHILD 2),并且CHILD 0的IS_SHAREABLE=N了,表明这个cursor不再被使用了。

我想这是因为Oracle会监控每个cursor的平均selectivity,当新进来的绑定变量的cursor跟现有的cursor都差得比较远时,就会新生成一个cursor,即使他们的执行计划是有可能一样的。
CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 254123311 2 7321.5 Y N N
1 325910803 2 7296 Y Y Y
2 254123311 1 73 Y Y Y

再次执行id=2的SQL

SQL> exec :v := 2;
SQL> select /*comments*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

CHILD 2 执行次数增加为2

CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 254123311 2 7321.5 Y N N
1 325910803 2 7296 Y Y Y
2 254123311 2 73 Y Y Y

更换绑定变量id=999,再次执行。
SQL> exec :v := 999;
SQL> select /*comments*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

果然,新的cursor CHILD 3出生了,虽然他依然使用的是index range scan,但它的selectivity是0。
这时,CHILD 2又“死”了。(IS_SHAREABLE=N)
CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 254123311 2 7321.5 Y N N
1 325910803 2 7296 Y Y Y
2 254123311 2 73 Y Y N
3 254123311 1 2 Y Y Y

使用id=2再来试试。

SQL> exec :v := 2;
SQL> select /*comments*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

使用了新的CHILD 3的cursor。

SQL> /
CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 254123311 2 7321.5 Y N N
1 325910803 2 7296 Y Y Y
2 254123311 2 73 Y Y N
3 254123311 2 37.5 Y Y Y

再换个绑定变量id=111试试。

SQL> exec :v := 111;
SQL> select /*comments*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

依然使用了CHILD 3,看来现在执行计划基本处于一种稳定的状态了。
SQL> /
CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 254123311 2 7321.5 Y N N
1 325910803 2 7296 Y Y Y
2 254123311 2 73 Y Y N
3 254123311 3 25.6666667 Y Y Y

再使用id=1来试试

SQL> exec :v := 1;
SQL> select /*comments*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

果然,CHILD 1被使用。
CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 254123311 2 7321.5 Y N N
1 325910803 3 7296 Y Y Y
2 254123311 2 73 Y Y N
3 254123311 3 25.6666667 Y Y Y

<二> 接着,我们来关注一下三个ACS的视图。
1.v$sql_cs_histogram
SQL> SELECT CHILD_NUMBER,BUCKET_ID,COUNT FROM v$sql_cs_histogram
2 WHERE HASH_VALUE = '1659091011' order by 1,2,3;

CHILD_NUMBER BUCKET_ID COUNT
------------ ---------- ----------
0 0 1
0 1 1
0 2 0
1 0 0
1 1 3
1 2 0
2 0 2
2 1 0
2 2 0
3 0 3
3 1 0
3 2 0

这个视图对于每个Child Cursor有三个buckets,用来计算每个cursor被执行的次数。
2.v$sql_cs_selectivity
SQL> l
1 SELECT CHILD_NUMBER,PREDICATE,RANGE_ID,LOW,HIGH FROM
2* v$sql_cs_selectivity WHERE HASH_VALUE = '1659091011'
SQL> /

CHILD_NUMBER PREDICATE RANGE_ID LOW HIGH
------------ ---------- ---------- ------------------------------ ------------------------------
3 =V 0 0.001705 0.004070
2 =V 0 0.003330 0.004070
1 =V 0 0.896589 1.095831

这个视图显示对于每种Child Cursor,它最高和最低的selectivity是多少。
这是因为Oracle不会也不可能对每个绑定变量都产生一个Child Cursor,那么不同绑定变量就得根据自身的selectivity来在已有的Child Cursor中寻找,是否有比较接近的选择率,如果有,那么就重用这个cursor;否则,就如前面我的实验一样,新的Child Cursor就会孕育而生。
3.v$sql_cs_statistics
SQL> SELECT CHILD_NUMBER,BIND_SET_HASH_VALUE,PEEKED,EXECUTIONS,
2 ROWS_PROCESSED,BUFFER_GETS,CPU_TIME
3 FROM v$sql_cs_statistics WHERE HASH_VALUE = '1659091011';

CHILD_NUMBER BIND_SET_HASH_VALUE PEE EXECUTIONS ROWS_PROCESSED BUFFER_GETS CPU_TIME
------------ ------------------- --- ---------- -------------- ----------- ----------
3 3028748107 Y 1 0 2 0
2 2064090006 Y 1 996 73 0
1 2342552567 Y 1 104096 7296 0
0 2064090006 Y 1 996 221 0

这个视图故名思意,显示的是各个Child Cursor的统计信息,例如是不是使用了绑定变量窥视,返回行数有多少,逻辑IO有多少等等。
如果需要查看到底是什么绑定变量产生的这些cursor,可以使用如下SQL查询v$sql_bind_capture:
SQL> SELECT CHILD_NUMBER,VALUE_STRING,LAST_CAPTURED
2 FROM v$sql_bind_capture WHERE HASH_VALUE = '1659091011' order by 1;

CHILD_NUMBER VALUE_STRI LAST_CAPTURED
------------ ---------- -----------------
0 2 20091203 05:37:11
1 1 20091203 05:39:23
2 2 20091203 05:42:18
3 999 20091203 05:43:15

<三> 如何关闭ACS?
alter system set "_optimizer_extended_cursor_sharing_rel"=none;
alter system set "_optimizer_extended_cursor_sharing"=none;
alter system set "_optimizer_adaptive_cursor_sharing"=false;

证明:
SQL> alter session set "_optimizer_extended_cursor_sharing_rel"=none;
SQL> alter session set "_optimizer_extended_cursor_sharing"=none;
SQL> alter session set "_optimizer_adaptive_cursor_sharing"=false;
SQL> alter system flush shared_pool;
SQL> var v number;
SQL> exec :v :=2;
SQL> select /*comments*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 254123311 1 286 N N Y

SQL> exec :v := 1;
SQL> select /*comments*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 254123311 2 7354 N N Y

SQL> exec :v := 1;
SQL> select /*comments*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;


CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 254123311 3 9710 N N Y

可见,当我在session级别关闭这三个隐藏参数后,IS_BIND_SENSITIVE始终为N,更换绑定变量后也不会产生新的cursor。
所以,当我们再做11GR2升级时,可以先考虑关闭这三个参数谋求SQL PLAN的稳定的同时,使用其他11G的new feature。
毕竟对于高并发的OLTP数据库,稳定重于一切。
<四>使用hint强制BIND_AWARE
在我研究11G所有新hint时,发现了这个hint:BIND_AWARE。
于是,就有了研究ACS的冲动,才有了这篇文章。
这个hint故名思意,会强制SQL产生BIND_AWARE的cursor。
更加强悍的是,即使你如上面第三点所示关闭了这三个ACS的参数,但hint依旧生效!
我先如上在session级别关闭这三个ACS的参数,然后进行了如下实验。
SQL> exec :v := 1;
SQL> select /*comments*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

我们先发现,IS_BIND_AWARE=N。
CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 325910803 1 7515 N N Y

接着加上BIND_AWARE这个hint:
SQL> select /*+BIND_AWARE*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

可以看见区别了吧,IS_BIND_SENSITIVE=Y,IS_BIND_AWARE=Y。

CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 325910803 1 7296 Y Y Y

接下来更换绑定变量再run几次,结果就是我们所熟悉的了。
再重申下,这是在我关闭session级别的ACS参数后进行的测试。
可见,BIND_AWARE这个hint很强悍。
CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 325910803 2 7296 Y Y Y
1 254123311 2 73 Y Y N
2 254123311 1 2 Y Y Y

于是,我想到了这样的假设的情况,当我们升级到11GR2后,由于对ACS不了解,不敢用,于是再系统级别关闭了ACS的三个参数。但是突然某一天,我发现了一个由于data skew并且采用绑定变量的SQL PLAN不好调整时,我可以让开发人员对这个特定的SQL加上这个hint,让其突破关闭ACS的限制,使用ACS。于是,这似乎可以成为新的SQL tunning的好方法。
<五>万能的outline强于一切
本来写完前四点就想结束了,但突然想到我们现有的系统上使用了无数的outline来固定SQL PLAN。那么如果升级到11GR2后,在ACS的强大统治力下,outline会不会失效呢?
带着这个疑问,我做了如下的实验,结论是:outline强于一切!甚至可以突破BIND_AWARE这个强有力的hint的限制!
实验一:不使用BIND_AWARE这个hint
SQL> select /*comment*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

先如愿产生一个ACS会生效的cursor:CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 325910803 1 7519 Y N Y

使用outline固定这个SQL。
alter session set current_schema=HAOZHU_USER;
create outline ol_4107335673 for category temp_plan on
select /*comment*/ * from TESTBYHAO
where id = :v ;

alter session set current_schema=HAOZHU_USER;
create outline ol_temp4107335673 for category temp_plan on
select /*+full(TESTBYHAO)*/ /*comment*/ * from TESTBYHAO
where id = :v;

再exchange这两个outline。
接着换id=2再次执行同样的SQL:
SQL> exec :v:=2
SQL> select /*comment*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v ;

结果v$SQL里产生了一个新的cursor(新的HASH_VALUE),并不是先前的cursor了,也不是先前的Child Cursor。
再多次执行上面的id=2的同样的SQL后,我们可以看到:
SQL> /
CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 325910803 4 461.75 N N Y

可见,使用outline后,即使你开启了ACS,ACS也不生效!
实验二:使用BIND_AWARE hint
接着有人会问,你第四点提到的BIND_AWARE这个hint这么强大,能够突破关闭ACS的限制,那么能否突破outline的限制呢?
带着这个疑问,我做了如下实验:
先使用BIND_AWARE hint,走index range scan:
SQL> select /*+BIND_AWARE*/ /*comment*/ * from TESTBYHAO
2 where id = :v;

CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 254123311 1 73 Y Y Y

如上,可见三个“Y”看着十分地舒服。
我接着创建outline固定使用全表扫描而不走index。
alter session set current_schema=HAOZHU_USER;
create outline ol_new for category temp_plan on
select /*+BIND_AWARE*/ /*comment*/ * from TESTBYHAO
where id = :v;

alter session set current_schema=HAOZHU_USER;
create outline ol_tempnew for category temp_plan on
select /*+FULL(TESTBYHAO)*/ /*+BIND_AWARE*/ /*comment*/ * from TESTBYHAO
where id = :v;

exchange这两个outline。
然后再run一模一样的这个SQL:
SQL> /
498 rows selected.
Note
-----
- outline "OL_NEW" used for this statement

接着看v$SQL里:
CHILD_NUMBER PLAN_HASH_VALUE EXECUTIONS BG_PER_EX BS BA S
------------ --------------- ---------- ---------- --- --- ---
0 325910803 1 584 N N Y

果然,新的执行计划出现了,代替了原来的那个执行计划。
执行次数还是1,意味者前面的cursor被flush出去了,这是一个崭新的cursor。
IS_BIND_AWARE=N,IS_BIND_SENSITIVE=N意味着这个SQL不受ACS控制了!

结语:本来对于ACS这个有趣的特性还有无数的实验要做。比如我心里还有十万个为什么:SQL profile受不受ACS控制?那三个ACS的隐藏参数每个的具体作用是什么?ACS的选择率是如何计算出来的?为何有大于1的选择率。。。

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