Introduction of Oracle Database Architecture（抜粋版） - JPOUG Oracle Database入学式 2017

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2017年4月17日
株式会社コーソル渡部亮太
Introduction of
Oracle Database Architecture

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自己紹介+所属会社紹介
• 渡部亮太（わたべりょうた）
– JPOUG 共同創設者、ボードメンバー
– Oracle ACE
– 著書「プロとしてのOracleアーキテクチャ入門
[第2版]」「プロとしてのOracle運用管理入門」
– ブログ「コーソルDatabaseエンジニアのBlog」
http://cosol.jp/techdb/
• 株式会社コーソル
– 「CO-Solutions＝共に解決する」の理念のもと、Oracle技術に特
化した事業を展開中。心あるサービスの提供とデータベースエン
ジニアの育成に注力している
– 社員数: 135名 (2017年4月時点)
– ORACLE MASTER Platinum 11g 取得者数 47名
ORACLE MASTER Platinum 12c 取得者数 32名
取得者数日本 No.1

Agenda
I. OracleアーキテクチャとSQL処理
II. データとファイルI/O
III. テーブル、索引と実行計画
IV. オプティマイザ統計
V. データベースバッファキャッシュ
VI. SQLの解析と共有プール
VII. ソートとPGA、一時表領域
VIII.まとめ

RDBMSとは / Oracle Databaseとは
• RDBMS(Relational Database Management System)
＝表（テーブル）形式のデータを保管するデータベース管理
システム
• データ操作用の言語SQLを用いて、クライアントアプリケー
ションからデータの検索および更新を実行できる
• Oracle DatabaseはRDBMS製品の1つ
テーブル
id ename ・・・
87 Steven ・・・
204 Hermann ・・・
ABC xxx ・・・
クライアント
アプリケーション
id ename ・・・
87 Steven ・・・
205 Shelly ・・・
SELECT …
① SQL発行
②検索結果
RDBMS
以後 "Oracle Database"を"Oracle"と略記

SQL処理の全体像
SGA
データファイル
クライアント
データベース
バッファ
キャッシュ
共有
プール
一時ファイル
サーバープロセス
②
解析
PGA
1
2
3
4
1
2
3
4
① SQL発行
SELECT …
③
フェッチ
②解析結果を共有
プールに保管
③データファイルから
データを取得＆キャッシュ
④（必要な場合）
データをソート
⑤ 検索結果
を返送

Oracleアーキテクチャ - データ・記憶域構造
表領域
テーブル
データブロック
行データ
id ename ・・・
87 Steven ・・・
205 Shelly ・・・
 1つの表領域が複数のデータファイルから構成される場合もあります。
 1つのテーブルが複数の連続した領域から構成される場合もあります。
行データ

SQLの実行とファイルI/O
セッション
SGA
SQLの発行
実行結果の返送
SQL実行
クライアント
データベースバッファ
キャッシュ
データブロック

Oracleのテーブル（ヒープ構成表）
• テーブルに格納される行の順序は不
定
– ある行の位置を特定できない
• ある行を取得したい場合の処理
1. テーブルのHWM以下の全ブロックを読
み出し
(=TABLE ACCESS FULL、
いわゆるテーブルフルスキャン)
2. 条件に合致した行のみを抽出
(=filter)
• データ量が多い場合はI/Oが大量に発
生し、非効率
– テーブルフルスキャンは一般に避けるべ
き
ブロック1
ブロック2
id name ・・・
87 Steven ・・・
21 Shelly ・・・
id name ・・・
20 Neena ・・・
3 Lex ・・・
1 William ・・・
…
ブロックn
id name ・・・
103 Alexandar ・・・
105 David ・・・
203 Susan ・・・
テーブル

索引の仕組み
<DBA5>
<DBA9> <DBA4>
id=1 ブロック1
ブロック2
rowid5
…
id=1
索引
ルートブロック
ブランチブロック
リーフブロック
<DBA8>
ROWID id name ・・・
rowid0 87 Steven ・・・
rowid1 27 Hermann ・・・
rowid2 21 Shelly ・・・
id アドレス
～199 DBA5
～340 DBA…
803～ DBA…
rowid3 20 Neena ・・・
rowid4 3 Lex ・・・
rowid5 1 William ・・・
…
id アドレス
～20 DBA9
～35 DBA8
175～ DBA4
id アドレス
1 rowid5
3 rowid4
20 rowid3
…
…
id アドレス
21 rowid2
27 rowid1
35 rowid9
…
id アドレス
175 rowid6
177 rowid8
199 rowid9
…
…
…
索引を用いたアクセス
INDEX UNIQUE SCANオペレーション
TABLE ACCESS BY INDEX ROWID (BATCHED) オペレーション
A
B
ブロックn
rowid97 103 Alexandar ・・・
rowid98 105 David ・・・
rowid99 203 Susan ・・・
C
A
id=1
B
表
表を用いたアクセス
TABLE FULL SCANオペレーションC

実行計画とは
• 実行計画は、SQLがOracleで実行される手順を示す
• 実行計画はコストベースオプティマイザ(CBO; Cost-
Based Optimizer)が作成する
– CBOはOracleの内部コンポーネント
– オプティマイザ統計が最新でないと適切な実行計画が作成され
ないことに注意
• 意図したパフォーマンスが得られない場合、想定した実
行計画で実行されているかチェックする必要がある
--------------------------------------------------------------
| Id | Operation | Name | Rows |... |
--------------------------------------------------------------
| 0 | SELECT STATEMENT | | |... |
| 1 | NESTED LOOPS | | 2 |... |
|* 2 | TABLE ACCESS FULL | PA | 1 |... |
| 3 | TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| CH | 2 |... |
|* 4 | INDEX RANGE SCAN | IDX_CHPA | 2 |... |
--------------------------------------------------------------

実行計画と物理I/Oブロック数の比較
--------------------------------------------------
--------------------------------------------------
| 0 | SELECT STATEMENT | | 1 |... |
|* 1 | TABLE ACCESS FULL| TESTTBL | 1 |... |
--------------------------------------------------
統計
----------------------------------------------------------
10098 physical reads
---------------------------------------------------------------------
---------------------------------------------------------------------
| 0 | SELECT STATEMENT | | 1 |... |
| 1 | TABLE ACCESS BY INDEX ROWID BATCHED| TESTTBL | 1 |... |
|* 2 | INDEX RANGE SCAN | TESTIDX1 | 1 |... |
---------------------------------------------------------------------
統計
----------------------------------------------------------
3 physical reads
索引作成
（出力を整形しています）
（出力を整形しています）

選択率と最適なアクセス
…
BLUE
BLUE
BLUE
BLUE
BLUE
BLUE
RED
BLUE
BLUE
BLUE
BLUE
BLUE
SELECT …
WHERE color='RED'
SELECT …
WHERE color ='BLUE'
索引（索引列color）

オプティマイザ統計の注意点
• 大量データ更新するたびに、オプティマイザ統計を収集する
必要がある
– DBMS_STATS.GATHER_xxxプロシージャを実行する
– データとオプティマイザ統計は独立して存在する
– 少量データ更新であれば、オプティマイザ統計を再収集する必要は
ない
• オプティマイザ統計はあくまでもデータの特徴を示す「サマリ情報」に
過ぎないので、あまり神経質に再収集する必要はない
• Oracle Database 10g以降ではデフォルトで自動収集される
– 収集開始タイミング：平日22:00 + 土日
• バージョンにより詳細なスケジュールが異なることに注意
– 自動収集されるまでの間、データとオプティマイザ統計にズレが生
じることに注意
• データ更新後にDBMS_STATS.GATHER_xxxプロシージャを実行すれ
ば、ズレの発生を回避できる

Oracleアーキテクチャ – メモリ
セッション SGA
SQLの発行
クライアント
データベース
バッファ
キャッシュ
共有
プール
PGA
SQL実行
セッション
SQLの発行
クライアント
PGA
SQL実行
専用サーバープロセス接続の場合
SGAの構成コンポーネントは省略して記載

データベースバッファキャッシュの役割
• データブロックのメモリキャッシュ
– 繰り返し同一のブロックにアクセスした場合の性能向上
• 論理I/Oと物理I/O
2回目のブロック読み出し
物理I/O
論理I/O
SGA
データベース
バッファ
キャッシュ
1回目のブロック読み出し
SGA
データベース
バッファ
キャッシュ
論理I/O
論理I/O＝高速
物理I/O＝低速

SQL解析と共有プール
• ハードパースで実施する処理
– SQL構文チェック
– アクセス対象オブジェクトのチェック
– SQLの最適化
– 実行計画の立案
• 解析結果は共有カーソルとして共有プールにキャッシュ
SGAサーバープロセス
クライアント
共有プール
共有
カーソル
③キャッシュ
① SQL
解析
②ハードパース

共有カーソルのキャッシュ
• 一度実行されたSQLの解析結果（＝共有カーソル）は再利用される
– ソフトパースによる処理効率化：SQL処理時間の短縮、CPU負荷の軽減
解析
クライアント
共有プール
共有
カーソル
③キャッシュ
クライアント
②ソフトパース
① SQL
① SQL

WHERE条件のリテラル値のみが異なるSQL
• （類似していても）文字列として異なるSQLは、共有カー
ソルが共有されない
– ハードパースによる処理効率低下：SQL処理時間とCPU負荷増加
– 共有メモリの非効率的な利用：使用メモリ量増加、キャッシュ
ヒット率低下
解析
クライアント
共有プール
共有
カーソル
③キャッシュ
クライアント
①SELECT …
WHERE id = 1
①SELECT …
WHERE id = 2
共有
カーソル
③キャッシュ
解析

バインド変数による共有カーソルの再利用
• 一度実行されたSQLの解析結果は再利用される
– ソフトパースによる処理効率化：SQL処理時間の短縮、CPU負荷の軽減
– 共有メモリの効率的な利用：使用メモリ量削減、キャッシュヒット率向上
解析
クライアント
共有プール
共有
カーソル
③キャッシュ
クライアント
②ソフトパース
①SELECT …
WHERE id = :n
①SELECT …
WHERE id = :n
n=1
n=2

データのソート
SGA
一時ファイル
クライアント
データベース
バッファ
キャッシュ
PGA
SQL実行
1
2
3
4
1
2
3
4
セッション
SQLの発行

まとめ
• SQL処理においてOracleの構成要素がどのように関係す
るかを理解しましょう
• 索引を適切に使うことで、ファイルI/Oを削減できます
• 適切な実行計画作成にはオプティマイザ統計を適切に取
得することが必要です
• SQL処理の性能向上に寄与する各種メモリ領域（データ
ベースバッファキャッシュ、共有プール、PGA）の役割
を理解しましょう
• ハードパースを回避するにはSQLのバインド変数化が有
効なケースがあります

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