簡而言之，并行處理就是利用多個CPU和I/O資源來執(zhí)行單個數(shù)據(jù)庫操作。盡管現(xiàn)在每個主要的數(shù)據(jù)庫供應(yīng)商都聲稱可以提供并行處理能力，但每個供應(yīng)商所提供的體系結(jié)構(gòu)其實存在關(guān)鍵的差異。

本文討論 9i并行處理的體系結(jié)構(gòu)，并說明了在實際應(yīng)用中其相對于其它體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。需要著重指出的是，9i并行處理體系結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點在于它能在任何情況下完全利用底層硬件基礎(chǔ)架構(gòu)——每個處理器單元、每個內(nèi)存字節(jié)以及所有可用的I/O帶寬。本白皮書還講述 并行處理組件與其它關(guān)鍵業(yè)務(wù)組件(例如：Oracle Application Cluster)的無縫集成。

簡介

現(xiàn)在的數(shù)據(jù)庫，無論是用于數(shù)據(jù)倉庫、操作數(shù)據(jù)存儲(ODS)或 系統(tǒng)，都包含豐富的信息。然而，由于其中涉及海量數(shù)據(jù)，及時查找和展示信息是一個巨大的挑戰(zhàn)。并行處理技術(shù)能夠解決這一挑戰(zhàn)。使用并行處理技術(shù)，數(shù)分種內(nèi)(而非數(shù)小時或數(shù)天)就可以處理數(shù)TB級的數(shù)據(jù)。并行處理技術(shù)通過利用所有可用的硬件資源取得這樣的高性能：多個CPU、多個I/O通道、多個存儲陣列和磁盤驅(qū)動器，以及大量的內(nèi)存。數(shù)據(jù)庫軟件越能有效地利用所有這些資源，處理查詢和其它數(shù)據(jù)庫操作就越有效。

此外，現(xiàn)在的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的復(fù)雜性大大都增強了，不僅需要支持大量并發(fā)用戶，而且需要管理不同類型的用戶。因此，一個并行查詢體系結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)該確保底層硬件平臺的所有資源都得到充分利用，而且應(yīng)該更進一步，將這些資源適當(dāng)?shù)胤峙浣o多個并發(fā)請求。很顯然，支持CEO的戰(zhàn)略決策的請求比執(zhí)行批處理報表更加重要，并行查詢體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該能夠處理這些商務(wù)要求：不僅基于請求自身，而且應(yīng)該基于發(fā)出請求的人以及當(dāng)前可用的系統(tǒng)資源的數(shù)量來做出動態(tài)的分配。

Oracle9i 的并行處理體系結(jié)構(gòu)能夠全面滿足這些要求，Oracle9i的體系結(jié)構(gòu)不僅提供業(yè)界領(lǐng)先的高性能，而且是唯一可以自適應(yīng)和動態(tài)調(diào)整的。

Oracle9i 的并行處理體系結(jié)構(gòu)充分利用每種硬件投資――SMP、群集或MPP的優(yōu)勢——在任何時間保證最佳的吞吐量和連續(xù)的、優(yōu)化的系統(tǒng)使用量。

Oracle9i 數(shù)據(jù)庫根據(jù)可用資源、請求優(yōu)先級和實際系統(tǒng)負載控制來平衡所有并行操作。

并行化設(shè)計策略——靜態(tài)與動態(tài)

并行處理的思想就是將單個任務(wù)分解為多個更小的單元。不是通過一個進程完成所有工作，而是將任務(wù)并行化而使多個進程同時在更小的單元上運行。這可以極大地提高性能和最佳地利用系統(tǒng)。然而，并行處理的最關(guān)鍵部分是如何作出將單個任務(wù)分成更小的工作單元的正確決策。

典型地，有兩種方法用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的并行處理。主要區(qū)別在于是否需要進行物理數(shù)據(jù)布局，將靜態(tài)的數(shù)據(jù)分區(qū)作為并行處理的前提。

通過物理數(shù)據(jù)分區(qū)的靜態(tài)并行——不共享

在純不共享數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)中必須將數(shù)據(jù)庫文件在多計算機系統(tǒng)的節(jié)點上進行分區(qū)才能進行并行處理。每個節(jié)點擁有一個數(shù)據(jù)子集，擁有節(jié)點使用單一進程或線程，以獨占方式執(zhí)行對此數(shù)據(jù)子集的所有訪問。數(shù)據(jù)訪問不能在分區(qū)內(nèi)并行。(有時，也用術(shù)語“虛擬處理器”來代替節(jié)點。“虛擬處理器”是在SMP計算機上模擬不共享節(jié)點的一種機制。為了簡單，在討論不共享體系結(jié)構(gòu)時，我們將統(tǒng)一使用“節(jié)點”作為術(shù)語)。換句話說，純不共享系統(tǒng)使用分區(qū)或受限訪問方法在多個處理節(jié)點間劃分工作。節(jié)點對數(shù)據(jù)所有權(quán)的改變相對少見——為了適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的改變而進行的數(shù)據(jù)庫重組、添加或刪除節(jié)點以及節(jié)點故障是所有權(quán)更改的典型原因。這種數(shù)據(jù)所有權(quán)的改變對純不共享系統(tǒng)而言總是意味著要進行人工管理。

從概念上看，可以認為純不共享系統(tǒng)與分布式數(shù)據(jù)庫非常相似。為了在某個節(jié)點上執(zhí)行要求的讀/寫操作，該節(jié)點上的事務(wù)必須將消息發(fā)送給擁有需要被訪問的數(shù)據(jù)的其它節(jié)點，并協(xié)調(diào)在其它節(jié)點上完成的工作。將消息傳遞給其它節(jié)點，在它們擁有的數(shù)據(jù)集上請求執(zhí)行特定操作(功能)稱為功能傳送。另一方面，如果從遠程節(jié)點請求簡單數(shù)據(jù)，則必須訪問完整的數(shù)據(jù)集并將它從擁有節(jié)點返回至請求節(jié)點(數(shù)據(jù)傳送)。

在不共享體系結(jié)構(gòu)下的并行處理像分布式數(shù)據(jù)庫一樣運作。每個節(jié)點以獨占方式擁有其數(shù)據(jù)分區(qū)。沒有其它任何節(jié)點可以訪問此數(shù)據(jù)，而使節(jié)點成為單一的訪問點和故障點。

此方法具有一些基本缺點，無法解決今天高端環(huán)境對可伸縮性和高可用性要求：

首先，不共享方法在用于共享一切的SMP硬件時并不是最佳的。為了獲得并行處理的益處而要求對數(shù)據(jù)進行物理分區(qū)，在共享一切的SMP系統(tǒng)中很明顯是一種人工的、過時的要求。因為在SMP系統(tǒng)中每個處理器都可以對所有數(shù)據(jù)進行直接的、等同的訪問。

其次，在不共享方法中使用嚴格的基于分區(qū)的并行處理策略，通常會導(dǎo)致不正常的資源利用。例如以下兩種情況：在沒有必要訪問表的所有分區(qū)時;或當(dāng)單一節(jié)點所擁有的更大的未分區(qū)表是操作的一部分時。在這些情況下，限制分區(qū)內(nèi)并行處理的緊密所有權(quán)模式，無法利用所有可用的處理能力，因而不能提供最佳的處理能力使用方案。

第三，由于具有對節(jié)點對應(yīng)物理數(shù)據(jù)分區(qū)的關(guān)系，不共享系統(tǒng)在適應(yīng)變化的業(yè)務(wù)需求方面一點都不靈活。當(dāng)業(yè)務(wù)增長時，無法方便地以增量方式擴充系統(tǒng)來適應(yīng)增長的業(yè)務(wù)需求?？梢陨壦鞋F(xiàn)有的節(jié)點，保持它們對稱并避免數(shù)據(jù)重新分區(qū)。在大多數(shù)情形下，升級所有節(jié)點費用太高;必須添加新節(jié)點并重組(進行物理重新分區(qū))現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫。一個不需要進行任何重組的方案總是比必須重組的方案要更好，即使可以利用到最復(fù)雜的重組工具。

最后，由于使用嚴格的受限制的訪問模式，不共享系統(tǒng)無法完全利用群集系統(tǒng)為保證系統(tǒng)高可靠性所提供的潛在的容錯能力。

毫無疑問，基于使用靜態(tài)數(shù)據(jù)分布的不共享體系結(jié)構(gòu)，大量的并行處理可以在實驗室條件下并行化和擴展。然而，在每個現(xiàn)實環(huán)境中，必須正確地解決上面談到的問題才能滿足今天高端關(guān)鍵任務(wù)要求。

執(zhí)行時的動態(tài)并行——共享一切

使用Oracle 的動態(tài)并行處理框架，可以共享所有數(shù)據(jù)。并行化和將工作分成更小的單元的決策，并不受限于數(shù)據(jù)庫設(shè)置(創(chuàng)建)時所做的任何預(yù)先確定的靜態(tài)數(shù)據(jù)分布。

由于能夠為每個語句構(gòu)造不受限制的、優(yōu)化的數(shù)據(jù)子集，執(zhí)行時動態(tài)并行可以提供與不共享體系結(jié)構(gòu)等同的或甚至更好的可伸縮性。

每個查詢在訪問、連接和處理數(shù)據(jù)的不同部分時都有它自己的特征。因此，每個SQL語句在被解析時都要進行優(yōu)化和并行化處理。數(shù)據(jù)更改時，如果有更加優(yōu)化的并行執(zhí)行計劃可用，或者系統(tǒng)中新添加了一個節(jié)點，那么Oracle可以自動適應(yīng)新的情況。這樣可為并行化任何種類的操作提供最高程度的靈活性：

(1)在語句執(zhí)行前，對于每個查詢要求，會動態(tài)地優(yōu)化并行訪問的物理數(shù)據(jù)子集。

(2)對于每個查詢，都會優(yōu)化其并行度。與不共享環(huán)境不同，不存在必需的最小并行度來調(diào)用所有節(jié)點訪問所有數(shù)據(jù)，這是訪問所有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)要求。

(3)操作可以根據(jù)當(dāng)前工作負載、特征和查詢的重要性，使用一個、一些或全部 Application Cluster 節(jié)點并行運行。

只要語句得到優(yōu)化和并行化，就可以知道所有后續(xù)的并行子任務(wù)。原始進程變?yōu)椴樵儏f(xié)調(diào)器;并行處理服務(wù)器(PX 服務(wù)器)從一個或多個節(jié)點上的并行處理服務(wù)器的公用緩沖池得到分配，并開始并行執(zhí)行該操作。

與不共享體系結(jié)構(gòu)相似，共享一切體系結(jié)構(gòu)中的每個并行處理服務(wù)器在其個人數(shù)據(jù)子集上獨立工作。數(shù)據(jù)或功能在并行進程之間的傳送機制也與上述的不共享體系結(jié)構(gòu)相似或者相同。確定請求的并行計劃之后，每個并行處理服務(wù)器都知道其數(shù)據(jù)集和任務(wù)，而進程間通信就像在不共享環(huán)境中一樣很少。

然而，與不共享體系結(jié)構(gòu)不同，每個并行處理的SQL 語句不需要考慮任何物理數(shù)據(jù)庫布局限制就可以進行優(yōu)化。這使得每個并行處理可以構(gòu)造最佳的數(shù)據(jù)子集，從而提供與純不共享體系結(jié)構(gòu)相比同等的，甚至在大多數(shù)情形下更好的可伸縮性和性能。只要有益，并行操作的后續(xù)步驟就會由一個并行處理服務(wù)器進行組合和處理，從而減少數(shù)據(jù)傳送或功能傳送的需求。

為什么共享一切比不共享更好?

不共享體系結(jié)構(gòu)可以追溯到將海量并行處理(MPP)系統(tǒng)看作唯一能提供可伸縮的高端并行計算的硬件體系結(jié)構(gòu)。MPP系統(tǒng)中的每個節(jié)點都有它自己的系統(tǒng)組件(CPU、內(nèi)存和磁盤)，在不同的子任務(wù)上工作，并且不能共享其任何資源。

這一切都已過去?，F(xiàn)在，大多數(shù)成功的、廣泛使用的并行硬件系統(tǒng)都是對稱多處理器系統(tǒng)(SMP)， 要么是單機的，要么是作為松耦合的群集。SMP系統(tǒng)利用共享公用內(nèi)存和磁盤資源的多處理器，因而也被稱為“共享一切”系統(tǒng)。

純不共享體系結(jié)構(gòu)的支持者總是聲稱共享一切體系結(jié)構(gòu)(特別是群集環(huán)境)對于高端環(huán)境會缺乏可伸縮性并引起顯著的開銷，因而這種體系結(jié)構(gòu)不能用于具有高度并行和/或并發(fā)性的高端應(yīng)用。這種說法是錯誤的。今天的硬件和軟件技術(shù)已經(jīng)解決了過去所有的問題，如高速群集互連或Oracle Application Clusters 的高速緩存融合體系結(jié)構(gòu)。

Oracle 的動態(tài)并行處理框架建立在與不共享軟件相同的并行高級計算基礎(chǔ)設(shè)計之上，具有所有的優(yōu)點，還增強了其功能并克服了不共享方法在體系結(jié)構(gòu)上的缺點?；诓还蚕碓淼能浖梢钥醋魇堑谝淮?、但已經(jīng)過時的數(shù)據(jù)庫并行處理軟件。