解放軍總醫(yī)院 計算機室，北京 100853

Oracle 11g數(shù)據(jù)庫的OLTP表壓縮評測

史洪飛，劉志敏

解放軍總醫(yī)院 計算機室，北京 100853

目的使用量化指標，對比壓縮表和非壓縮表的查詢及更新操作性能進行評測，為大型聯(lián)機事務(wù)處理的數(shù)據(jù)庫應用做技術(shù)準備。方法進行實驗設(shè)計，創(chuàng)建量化平臺，分別在壓縮與非壓縮的數(shù)據(jù)表上執(zhí)行特定的數(shù)據(jù)操縱語句及查詢語句，生成結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）數(shù)據(jù)庫執(zhí)行計劃，記錄運行時間及結(jié)果并進行對比。結(jié)果壓縮表的空間占用較未壓縮表降低1倍多，全表掃描操作的性能提升1倍，而壓縮表與未壓縮表的數(shù)據(jù)更新操作和查詢操作性能無明顯差異。結(jié)論聯(lián)機事務(wù)處理的大型應用，可以利用Oracle11g數(shù)據(jù)庫的新特性，采用OLTP表壓縮技術(shù)，既不影響操作響應時間還可以明顯降低磁盤占用空間，從而獲得改善數(shù)據(jù)庫性能的好處。

Oracle數(shù)據(jù)庫；SQL；表壓縮技術(shù)；HIS

1 OLTP表壓縮功能概述

通常在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，事務(wù)是工作的離散單位。聯(lián)機事務(wù)處理系統(tǒng)（OLTP）實時地采集處理與事務(wù)相連的數(shù)據(jù)以及共享數(shù)據(jù)庫和其他文件的位置變化信息。在聯(lián)機事務(wù)處理中，事務(wù)是被立即執(zhí)行的。這與批處理相反，一批事務(wù)被存儲一段時間，然后再被執(zhí)行，大多數(shù)批處理是在夜間進行的。聯(lián)機事務(wù)處理的結(jié)果可以在數(shù)據(jù)庫中立即獲得，并以實時的方式發(fā)生。醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）中的大量應用都是OLTP的典型應用，其重要特征就是并發(fā)的用戶多，要求響應速度快。隨著計算機與通信技術(shù)的快速發(fā)展，HIS的應用也越來越廣泛，用戶數(shù)劇增，數(shù)據(jù)量暴漲，隨之而來的性能問題愈發(fā)突出。

Oracle 11g數(shù)據(jù)庫[1-2]引入了一個新的特性——OLTP表壓縮，所謂OLTP表壓縮就是允許在任何類型的數(shù)據(jù)操作過程中對數(shù)據(jù)進行壓縮，例如通常的數(shù)據(jù)操縱語言（DML）的插入、更新、刪除等。除此之外，表壓縮減少了寫操作的相關(guān)壓縮開銷，使之適用于OLTP業(yè)務(wù)模型的應用環(huán)境。

1.1 OLTP表壓縮

Oracle數(shù)據(jù)庫的OLTP表壓縮專門設(shè)計了一個“唯一”（Unique）壓縮算法來處理OLTP應用程序。該算法通過消除同一個數(shù)據(jù)庫塊內(nèi)重復的值（這些值可以是跨越不同列的）來達到壓縮的目的。壓縮過后的塊包含一個稱為符號表的結(jié)構(gòu)來保持壓縮的原數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)庫塊被壓縮的時候，首先在符號表中為重復值添加一個副本，然后將這個重復值刪除，這樣每一個重復的值都可以被一個指向符號表中對應條目的一個更短的引用所替代。

該算法的革新性在于，壓縮后的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫塊內(nèi)是獨立的，那些用于將壓縮后的數(shù)據(jù)恢復到其原始狀態(tài)的原數(shù)據(jù)也存儲在對應數(shù)據(jù)庫塊中。與那些在全局數(shù)據(jù)庫上維護一個符號表的壓縮算法比較，這個獨特的設(shè)計因為在訪問壓縮數(shù)據(jù)的時候不用引進額外的I/O開銷而顯著提升了性能。

1.2 OLTP表壓縮的益處

在給定環(huán)境下獲得的壓縮比率取決于給定的數(shù)據(jù)的自身性質(zhì)，特別是數(shù)據(jù)自身的基數(shù)，如某數(shù)據(jù)的基數(shù)只有0～9這10個數(shù)字，顯然在同樣情況下相對于基數(shù)為0～100的數(shù)據(jù)，其占用空間少，壓縮效果好。

OLTP表壓縮，不僅僅在于節(jié)省磁盤存儲空間，一個顯著的優(yōu)勢是，在不事先對數(shù)據(jù)塊進行解壓縮就可以直接讀取壓縮數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容。因此，也就不會因為訪問壓縮數(shù)據(jù)而使性能大幅降低。相反的，由于要訪問的數(shù)據(jù)塊數(shù)目少了，從而降低了I/O開銷，也會提高性能。

1.3 最小化性能開銷

OLTP表壓縮對讀取數(shù)據(jù)沒有產(chǎn)生任何影響，而在寫數(shù)據(jù)（即壓縮數(shù)據(jù)）的時候必須做額外的工作，所以寫操作的性能開銷是不可避免的，因此，Oracle數(shù)據(jù)庫采用批處理模式壓縮塊而不是每有一個寫操作就進行數(shù)據(jù)的壓縮。剛被初始化的數(shù)據(jù)塊在達到數(shù)據(jù)塊內(nèi)部控制的閾值（80%）之前并不壓縮。當一個事務(wù)導致數(shù)據(jù)塊內(nèi)部達到設(shè)定的閾值之后，數(shù)據(jù)塊內(nèi)部所有的內(nèi)容都被壓縮，這時數(shù)據(jù)塊內(nèi)數(shù)據(jù)量會低于閾值，如果之后的某個事務(wù)再次導致數(shù)據(jù)塊內(nèi)部達到設(shè)定的閾值之后就再次對整個數(shù)據(jù)塊進行壓縮。重復執(zhí)行這個過程，直到Oracle數(shù)據(jù)庫認為進一步壓縮不會獲得合適的收益為止。在整個過程中，只有觸發(fā)塊壓縮的事務(wù)就會有輕微的壓縮開銷，因此，大多數(shù)的OLTP事務(wù)的性能在壓縮與未壓縮的數(shù)據(jù)塊上基本相同。

2 評測試驗目的

在我院的HIS應用中，每天都會不斷產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)占用了大量的磁盤存儲空間，這也是物理I/O繁忙影響性能的重要因素，如果能夠利用Oracle11g數(shù)據(jù)庫提供的面向OLTP應用的表壓縮技術(shù)，勢必會在改善數(shù)據(jù)庫應用的性能方面帶來好處。本次試驗的主要目的是應用實際數(shù)據(jù)來評測Oracle 11g數(shù)據(jù)庫表壓縮技術(shù)在壓縮完成之后對數(shù)據(jù)庫性能有多大影響，數(shù)據(jù)的壓縮比是多少。通過對未壓縮的表和壓縮過的表分別進行查詢和更新操作，對比壓縮表與未壓縮表的執(zhí)行計劃，記錄兩種表對這些操作的所需時間，量化兩者聯(lián)機事務(wù)處理操作對數(shù)據(jù)庫性能的影響。另一方面，在試驗過程批量導入數(shù)據(jù)的同時，對比數(shù)據(jù)批量導入到未壓縮表及壓縮表的所需時間，量化兩者批量操作對數(shù)據(jù)庫性能[3-5]的影響。

3 評測試驗設(shè)計及環(huán)境

3.1 評測試驗設(shè)計

（1）在同一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上進行試驗。為了準確地反映出壓縮表與未壓縮表之間在查詢及更新方面的性能差異，需要在相同的環(huán)境下執(zhí)行操作并記錄時間，為了保證試驗的準確性，我們用同一臺服務(wù)器進行試驗。

（2）在相同的數(shù)據(jù)庫內(nèi)存環(huán)境下進行試驗。為了保證試驗的公平性，在每次查詢及更新操作之前，需要清除數(shù)據(jù)庫高速緩存及共享池里的數(shù)據(jù)。

（3）記錄操作時間。為保證壓縮表和未壓縮表操作比較的準確性，在每次執(zhí)行查詢和更新操作前后，都記錄系統(tǒng)時間。

（4）模擬真實數(shù)據(jù)。為了更能反映評測的真實性，本次試驗的表結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)采用在用HIS的病人生命體征數(shù)據(jù)采集表。

3.2 評測試驗環(huán)境[6-7]

本次試驗用的服務(wù)器是一臺4核的PC機，具體配置為：主機Dell Vostro 260，CPU為Intel(R) Core(TM) i5-2400 CPU @ 3.10GHz，內(nèi)存4G，操作系統(tǒng)為Microsoft Windows 7旗艦版 Service Pack 1，數(shù)據(jù)庫版本為Oracle Database 11g Enterprise Edition Release 11.2.0.1.0 - 64bit。

4 評測試驗過程

對比試驗過程如下：① 創(chuàng)建試驗表結(jié)構(gòu)，包括非壓縮表和壓縮表；② 批量數(shù)據(jù)導入操作，首先向未壓縮表中導入700萬行數(shù)據(jù)，記錄導入所需的時間及占用的數(shù)據(jù)塊個數(shù)，然后向壓縮表中同樣導入這700萬行數(shù)據(jù)，記錄導入所需的時間及占用的數(shù)據(jù)塊個數(shù)，對比兩種方式的性能差異；③ 在沒有索引的環(huán)境中，執(zhí)行更新操作，對比兩種方式的性能差異；④ 創(chuàng)建索引；⑤ 在有索引的環(huán)境中，執(zhí)行更新操作，對比兩種方式的性能[6-7]差異；⑥ 查詢操作，對壓縮表和未壓縮表分別進行全表掃描和普通查詢，對比兩種方式的性能差異。

5 評測試驗結(jié)果及分析

通過本次試驗記錄，得到壓縮表與未壓縮表的各項試驗操作的執(zhí)行時間，綜合對比數(shù)據(jù)匯總，見表1。

表1 壓縮表與未壓縮表的各項試驗操作及執(zhí)行時間綜合對比數(shù)據(jù)匯總

從表1數(shù)據(jù)的對比可以看出，在相同的試驗環(huán)境下，對于批量插入操作，壓縮表比未壓縮表慢92.59 s，性能降低了76.62%；對于全表掃描操作，壓縮表比未壓縮表快1.17 s，性能提升了1倍；對于空間占用數(shù)據(jù)量，壓縮表比未壓縮表少占用23789個數(shù)據(jù)塊，空間占用率下降111%；對于數(shù)據(jù)更新操作和數(shù)據(jù)查詢操作，不論加還是不加索引，壓縮表與未壓縮表在時間上相差不大，由此可見，兩種表對于數(shù)據(jù)更新操作和數(shù)據(jù)查詢操作無明顯差異。

6 評測小結(jié)

OLTP表壓縮功能是Oracle 11g數(shù)據(jù)庫的新特性，當執(zhí)行批量插入數(shù)據(jù)的同時，對表數(shù)據(jù)進行壓縮，試驗結(jié)果表明，表壓縮對批量插入操作的性能影響比較大，導致性能明顯下降，而對于數(shù)據(jù)的查詢與更新操作，數(shù)據(jù)壓縮與不壓縮，基本無明顯差異，而對于全表掃描的查詢操作，由于壓縮表占用的數(shù)據(jù)塊減少1倍，由此使得查詢性能可以提升1倍。

通過試驗證明，HIS中大型聯(lián)機事務(wù)處理的應用數(shù)據(jù)，可以考慮利用Oracle 11g數(shù)據(jù)庫的新特性，采用OLTP表壓縮技術(shù)，在不影響運行性能的前提下，盡可能減少數(shù)據(jù)的磁盤占用空間，從而獲得數(shù)據(jù)庫性能進一步改善的好處。

[1] 劉志敏．Oracle數(shù)據(jù)庫應用管理解決方案[M]．北京:電子工業(yè)出版社,2002．

[2] Thomas Kyte．Oracle Database 9i/10g/11g編程藝術(shù):深入數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)[M]．2版．北京:人民郵電出版社,2011．

[3] 馬錫坤．基于 Oracle的在線式應用容災系統(tǒng)的建立[J]．中國醫(yī)療設(shè)備,2012,27(2):38-40．

[4] 巢子杰． Oracle數(shù)據(jù)庫優(yōu)化探究[J]．軟件導刊,2010,(2):142-144．

[5] 魏亞楠,宋義秋．Oracle數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的性能優(yōu)化[J]．2010, (8):204-206．

[6] Oracle? Database SQL Language Reference 11g Release 2 (11．2) E10592-02[EB/OL](2001-11-01)[2009-08-02]．http://docs．oracle．com/cd/E14072_01/server．112/e10592．pdf．

[7] Oracle? Database Concepts 11g Release 2 (11．2) E10713-02[EB/ OL](1993-05-07)[2009-08-15]．http://docs．oracle．com/cd/ E14072_01/server．112/e10713．pdf．

Evaluation of OLTP Table Compression of Oracle 11g Database

SHI Hong-fei, LIU Zhi-min
Computer Room, General Hospital of PLA, Beijing 100853, China

ObjectiveUsing quantitative indicators to contrast query of compressed table and noncompressed table, and update their operation performance to make technical preparations for database application of the large scale online transaction processing (OLTP).MethodsMaking experimental design and building appropriate platform. Performing specifc data manipulation and query statements on the compressed table and non-compressed tables respectively, and generating execution plan of structured query language (SQL) database. Then recording and comparing the running time and results.ResultsSpace occupied by the compressed table is less than half of space occupied by non-compressed table while full table scan operation performance is doubled. However, there is no signifcant difference between performance of data update and query operations of compressed and non-compressed tables.ConclusionLarge scale OLTP applications can take advantage of the new features of Oracle11g for table compression technology, which neither affects the operation response time nor signifcantly reduces the disk space so as to obtain the benefts of improving performance.

Oracle database; structured query language; table compression technology; hospital information system

TP311.13

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.05.011

1674-1633(2013)05-0035-03

2013-02-25

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）（2012AA02A601）。

本文作者：史洪飛，解放軍總醫(yī)院計算機室主任。

劉志敏，高級工程師。

通訊作者郵箱：liuzhimin0724@163．com