OLAP、OLTP的介紹和比較

OLTP與OLAP的介紹

    數據處理大致可以分成兩大類:聯機事務處理OLTP(on-line transaction processing)、聯機分析處理OLAP(On-Line Analytical Processing)。OLTP是傳統的關係型數據庫的主要應用,主要是基本的、日常的事務處理,例如銀行交易。OLAP是數據倉庫系統的主要應用,支持複雜的分析操作,側重決策支持,並且提供直觀易懂的查詢結果。 

OLTP 系統強調數據庫內存效率,強調內存各種指標的命令率,強調綁定變量,強調併發操作;
OLAP 系統則強調數據分析,強調SQL執行市場,強調磁盤I/O,強調分區等。 

OLTP與OLAP之間的比較:   

    OLTP,也叫聯機事務處理(Online Transaction Processing),表示事務性非常高的系統,一般都是高可用的在線系統,以小的事務以及小的查詢爲主,評估其系統的時候,一般看其每秒執行的Transaction以及Execute SQL的數量。在這樣的系統中,單個數據庫每秒處理的Transaction往往超過幾百個,或者是幾千個,Select 語句的執行量每秒幾千甚至幾萬個。典型的OLTP系統有電子商務系統、銀行、證券等,如美國eBay的業務數據庫,就是很典型的OLTP數據庫。
OLTP系統最容易出現瓶頸的地方就是CPU與磁盤子系統。
(1)CPU出現瓶頸常表現在邏輯讀總量與計算性函數或者是過程上,邏輯讀總量等於單個語句的邏輯讀乘以執行次數,如果單個語句執行速度雖然很快,但是執行次數非常多,那麼,也可能會導致很大的邏輯讀總量。設計的方法與優化的方法就是減少單個語句的邏輯讀,或者是減少它們的執行次數。另外,一些計算型的函數,如自定義函數、decode等的頻繁使用,也會消耗大量的CPU時間,造成系統的負載升高,正確的設計方法或者是優化方法,需要儘量避免計算過程,如保存計算結果到統計表就是一個好的方法。
(2)磁盤子系統在OLTP環境中,它的承載能力一般取決於它的IOPS處理能力. 因爲在OLTP環境中,磁盤物理讀一般都是db file sequential read,也就是單塊讀,但是這個讀的次數非常頻繁。如果頻繁到磁盤子系統都不能承載其IOPS的時候,就會出現大的性能問題。
    OLTP比較常用的設計與優化方式爲Cache技術與B-tree索引技術,Cache決定了很多語句不需要從磁盤子系統獲得數據,所以,Web cache與Oracle data buffer對OLTP系統是很重要的。另外,在索引使用方面,語句越簡單越好,這樣執行計劃也穩定,而且一定要使用綁定變量,減少語句解析,儘量減少表關聯,儘量減少分佈式事務,基本不使用分區技術、MV技術、並行技術及位圖索引。因爲併發量很高,批量更新時要分批快速提交,以避免阻塞的發生。 
OLTP 系統是一個數據塊變化非常頻繁,SQL 語句提交非常頻繁的系統。 對於數據塊來說,應儘可能讓數據塊保存在內存當中,對於SQL來說,儘可能使用變量綁定技術來達到SQL重用,減少物理I/O 和重複的SQL 解析,從而極大的改善數據庫的性能。
    這裏影響性能除了綁定變量,還有可能是熱快(hot block)。 當一個塊被多個用戶同時讀取時,Oracle 爲了維護數據的一致性,需要使用Latch來串行化用戶的操作。當一個用戶獲得了latch後,其他用戶就只能等待,獲取這個數據塊的用戶越多,等待就越明顯。 這就是熱快的問題。 這種熱快可能是數據塊,也可能是回滾端塊。 對於數據塊來講,通常是數據庫的數據分佈不均勻導致,如果是索引的數據塊,可以考慮創建反向索引來達到重新分佈數據的目的,對於回滾段數據塊,可以適當多增加幾個回滾段來避免這種爭用。 
    OLAP,也叫聯機分析處理(Online Analytical Processing)系統,有的時候也叫DSS決策支持系統,就是我們說的數據倉庫。在這樣的系統中,語句的執行量不是考覈標準,因爲一條語句的執行時間可能會非常長,讀取的數據也非常多。所以,在這樣的系統中,考覈的標準往往是磁盤子系統的吞吐量(帶寬),如能達到多少MB/s的流量。
    磁盤子系統的吞吐量則往往取決於磁盤的個數,這個時候,Cache基本是沒有效果的,數據庫的讀寫類型基本上是db file scattered read與direct path read/write。應儘量採用個數比較多的磁盤以及比較大的帶寬,如4Gb的光纖接口。
在OLAP系統中,常使用分區技術、並行技術。
    分區技術在OLAP系統中的重要性主要體現在數據庫管理上,比如數據庫加載,可以通過分區交換的方式實現,備份可以通過備份分區表空間實現,刪除數據可以通過分區進行刪除,至於分區在性能上的影響,它可以使得一些大表的掃描變得很快(只掃描單個分區)。另外,如果分區結合並行的話,也可以使得整個表的掃描會變得很快。總之,分區主要的功能是管理上的方便性,它並不能絕對保證查詢性能的提高,有時候分區會帶來性能上的提高,有時候會降低。
    並行技術除了與分區技術結合外,在Oracle 10g中,與RAC結合實現多節點的同時掃描,效果也非常不錯,可把一個任務,如select的全表掃描,平均地分派到多個RAC的節點上去。
    在OLAP系統中,不需要使用綁定(BIND)變量,因爲整個系統的執行量很小,分析時間對於執行時間來說,可以忽略,而且可避免出現錯誤的執行計劃。但是OLAP中可以大量使用位圖索引,物化視圖,對於大的事務,儘量尋求速度上的優化,沒有必要像OLTP要求快速提交,甚至要刻意減慢執行的速度。
    綁定變量真正的用途是在OLTP系統中,這個系統通常有這樣的特點,用戶併發數很大,用戶的請求十分密集,並且這些請求的SQL 大多數是可以重複使用的。
    對於OLAP系統來說,絕大多數時候數據庫上運行着的是報表作業,執行基本上是聚合類的SQL 操作,比如group by,這時候,把優化器模式設置爲all_rows是恰當的。 而對於一些分頁操作比較多的網站類數據庫,設置爲first_rows會更好一些。 但有時候對於OLAP 系統,我們又有分頁的情況下,我們可以考慮在每條SQL 中用hint。 如:
    Select  a.* from table a;
分開設計與優化
    在設計上要特別注意,如在高可用的OLTP環境中,不要盲目地把OLAP的技術拿過來用。
    如分區技術,假設不是大範圍地使用分區關鍵字,而採用其它的字段作爲where條件,那麼,如果是本地索引,將不得不掃描多個索引,而性能變得更爲低下。如果是全局索引,又失去分區的意義。
    並行技術也是如此,一般在完成大型任務時才使用,如在實際生活中,翻譯一本書,可以先安排多個人,每個人翻譯不同的章節,這樣可以提高翻譯速度。如果只是翻譯一頁書,也去分配不同的人翻譯不同的行,再組合起來,就沒必要了,因爲在分配工作的時間裏,一個人或許早就翻譯完了。
    位圖索引也是一樣,如果用在OLTP環境中,很容易造成阻塞與死鎖。但是,在OLAP環境中,可能會因爲其特有的特性,提高OLAP的查詢速度。MV也是基本一樣,包括觸發器等,在DML頻繁的OLTP系統上,很容易成爲瓶頸,甚至是Library Cache等待,而在OLAP環境上,則可能會因爲使用恰當而提高查詢速度。
    對於OLAP系統,在內存上可優化的餘地很小,增加CPU 處理速度和磁盤I/O 速度是最直接的提高數據庫性能的方法,當然這也意味着系統成本的增加。      
    比如我們要對幾億條或者幾十億條數據進行聚合處理,這種海量的數據,全部放在內存中操作是很難的,同時也沒有必要,因爲這些數據快很少重用,緩存起來也沒有實際意義,而且還會造成物理I/O相當大。 所以這種系統的瓶頸往往是磁盤I/O上面的。
    對於OLAP系統,SQL 的優化非常重要,因爲它的數據量很大,做全表掃描和索引對性能上來說差異是非常大的。
其他
    Oracle 10g以前的版本建庫過程中可供選擇的模板有:
        Data Warehouse (數據倉庫)
        General Purpose  (通用目的、一般用途)
        New Database
        Transaction Processing  (事務處理)
    Oracle 11g的版本建庫過程中可供選擇的模板有:
        一般用途或事務處理
        定製數據庫

        數據倉庫

個人對這些模板的理解爲:

     聯機分析處理(OLAP,On-line Analytical Processing),數據量大,DML少。使用數據倉庫模板
     聯機事務處理(OLTP,On-line Transaction Processing),數據量少,DML頻繁,並行事務處理多,但是一般都很短。使用一般用途或事務處理模板。

     決策支持系統(DDS,Decision support system),典型的操作是全表掃描,長查詢,長事務,但是一般事務的個數很少,往往是一個事務獨佔系統。

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