如何通过dba_hist_active_sess_history分析历史数据库性能问题

如何通过dba_hist_active_sess_history分析历史数据库性能问题

背景
在很多情况下，当数据库发生性能问题的时候，我们并没有机会来收集足够的诊断信息，比如system state dump或者hang analyze，甚至问题发生的时候DBA根本不在场。这给我们诊断问题带来很大的困难。那么在这种情况下，我们是否能在事后收集一些信息来分析问题的原因呢？在Oracle 10G或者更高版本上，答案是肯定的。本文我们将介绍一种通过dba_hist_active_sess_history的数据来分析问题的一种方法。

适用于
Oracle 10G或更高版本，本文适用于任何平台。

详情
在Oracle 10G中，我们引入了AWR和ASH采样机制，有一个视图gv$active_session_history会每秒钟将数据库所有节点的Active Session采样一次，而dba_hist_active_sess_history则会将gv$active_session_history里的数据每10秒采样一次并持久化保存。基于这个特征，我们可以通过分析dba_hist_active_sess_history的Session采样情况，来定位问题发生的准确时间范围，并且可以观察每个采样点的top event和top holder。下面通过一个例子来详细说明。

1. Dump出问题期间的ASH数据：
为了不影响生产系统，我们可以将问题大概期间的ASH数据export出来在测试机上分析。
基于dba_hist_active_sess_history创建一个新表m_ash，然后将其通过exp/imp导入到测试机。在发生问题的数据库上执行exp:
SQL> conn user/passwd
SQL> create table m_ash as select * from dba_hist_active_sess_history where SAMPLE_TIME between TO_TIMESTAMP ('<time_begin>', 'YYYY-MM-DD HH24:MI:SS') and TO_TIMESTAMP ('<time_end>', 'YYYY-MM-DD HH24:MI:SS'); 

$ exp user/passwd file=m_ash.dmp tables=(m_ash) log=m_ash.exp.log

然后导入到测试机：
$ imp user/passwd file=m_ash.dmp log=m_ash.imp.log

2. 验证导出的ASH时间范围:
为了加快速度，我们采用了并行查询。另外建议采用Oracle SQL Developer来查询以防止输出结果折行不便于观察。

set line 200 pages 1000
col sample_time for a25
col event for a40
alter session set nls_timestamp_format='yyyy-mm-dd hh24:mi:ss.ff';

select /*+ parallel 8 */
 t.dbid, t.instance_number, min(sample_time), max(sample_time), count(*) session_count
  from m_ash t
 group by t.dbid, t.instance_number
 order by dbid, instance_number;

INSTANCE_NUMBER    MIN(SAMPLE_TIME)    MAX(SAMPLE_TIME)    SESSION_COUNT
1    2015-03-26 21:00:04.278    2015-03-26 22:59:48.387    2171
2    2015-03-26 21:02:12.047    2015-03-26 22:59:42.584    36

从以上输出可知该数据库共2个节点，采样时间共2小时，节点1的采样比节点2要多很多，问题可能发生在节点1上。

3. 确认问题发生的精确时间范围:
参考如下脚本：

select /*+ parallel 8 */
 dbid, instance_number, sample_id, sample_time, count(*) session_count
  from m_ash t
 group by dbid, instance_number, sample_id, sample_time
 order by dbid, instance_number, sample_time;

INSTANCE_NUMBER    SAMPLE_ID    SAMPLE_TIME    SESSION_COUNT
1    36402900    2015-03-26 22:02:50.985    4
1    36402910    2015-03-26 22:03:01.095    1
1    36402920    2015-03-26 22:03:11.195    1
1    36402930    2015-03-26 22:03:21.966    21
1    36402940    2015-03-26 22:03:32.116    102
1    36402950    2015-03-26 22:03:42.226    181
1    36402960    2015-03-26 22:03:52.326    200
1    36402970    2015-03-26 22:04:02.446    227
1    36402980    2015-03-26 22:04:12.566    242
1    36402990    2015-03-26 22:04:22.666    259
1    36403000    2015-03-26 22:04:32.846    289
1    36403010    2015-03-26 22:04:42.966    147
1    36403020    2015-03-26 22:04:53.076    2
1    36403030    2015-03-26 22:05:03.186    4
1    36403040    2015-03-26 22:05:13.296    1
1    36403050    2015-03-26 22:05:23.398    1

注意观察以上输出的每个采样点的active session的数量，数量突然变多往往意味着问题发生了。从以上输出可以确定问题发生的精确时间在2015-03-26 22:03:21 ~ 22:04:42，问题持续了大约1.5分钟。
注意: 观察以上的输出有无断档，比如某些时间没有采样。

4. 确定每个采样点的top n event:
在这里我们指定的是top 2 event，并且注掉了采样时间以观察所有采样点的情况。如果数据量较多，您也可以通过开启sample_time的注释来观察某个时间段的情况。注意最后一列session_count指的是该采样点上的等待该event的session数量。

select t.dbid,
       t.sample_id,
       t.sample_time,
       t.instance_number,
       t.event,
       t.session_state,
       t.c session_count
  from (select t.*,
               rank() over(partition by dbid, instance_number, sample_time order by c desc) r
          from (select /*+ parallel 8 */
                 t.*,
                 count(*) over(partition by dbid, instance_number, sample_time, event) c,
                 row_number() over(partition by dbid, instance_number, sample_time, event order by 1) r1
                  from m_ash t
                /*where sample_time >
                    to_timestamp('2013-11-17 13:59:00',
                                 'yyyy-mm-dd hh24:mi:ss')
                and sample_time <
                    to_timestamp('2013-11-17 14:10:00',
                                 'yyyy-mm-dd hh24:mi:ss')*/
                ) t
         where r1 = 1) t
 where r < 3
 order by dbid, instance_number, sample_time, r;

SAMPLE_ID    SAMPLE_TIME    INSTANCE_NUMBER    EVENT    SESSION_STATE    SESSION_COUNT
36402900    22:02:50.985    1        ON CPU    3
36402900    22:02:50.985    1    db file sequential read    WAITING    1
36402910    22:03:01.095    1        ON CPU    1
36402920    22:03:11.195    1    db file parallel read    WAITING    1
36402930    22:03:21.966    1    cursor: pin S wait on X    WAITING    11
36402930    22:03:21.966    1    latch: shared pool    WAITING    4
36402940    22:03:32.116    1    cursor: pin S wait on X    WAITING    83
36402940    22:03:32.116    1    SGA: allocation forcing component growth    WAITING    16
36402950    22:03:42.226    1    cursor: pin S wait on X    WAITING    161
36402950    22:03:42.226    1    SGA: allocation forcing component growth    WAITING    17
36402960    22:03:52.326    1    cursor: pin S wait on X    WAITING    177
36402960    22:03:52.326    1    SGA: allocation forcing component growth    WAITING    20
36402970    22:04:02.446    1    cursor: pin S wait on X    WAITING    204
36402970    22:04:02.446    1    SGA: allocation forcing component growth    WAITING    20
36402980    22:04:12.566    1    cursor: pin S wait on X    WAITING    219
36402980    22:04:12.566    1    SGA: allocation forcing component growth    WAITING    20
36402990    22:04:22.666    1    cursor: pin S wait on X    WAITING    236
36402990    22:04:22.666    1    SGA: allocation forcing component growth    WAITING    20
36403000    22:04:32.846    1    cursor: pin S wait on X    WAITING    265
36403000    22:04:32.846    1    SGA: allocation forcing component growth    WAITING    20
36403010    22:04:42.966    1    enq: US - contention    WAITING    69
36403010    22:04:42.966    1    latch: row cache objects    WAITING    56
36403020    22:04:53.076    1    db file scattered read    WAITING    1
36403020    22:04:53.076    1    db file sequential read    WAITING    1

从以上输出我们可以发现问题期间最严重的等待为cursor: pin S wait on X，高峰期等待该event的session数达到了265个，其次为SGA: allocation forcing component growth，高峰期session为20个。

注意:
1) 再次确认以上输出有无断档，是否有某些时间没有采样。
2) 注意那些session_state为ON CPU的输出，比较ON CPU的进程个数与您的OS物理CPU的个数，如果接近或者超过物理CPU个数，那么您还需要检查OS当时的CPU资源状况，比如OSWatcher/NMON等工具，高的CPU Run Queue可能引发该问题，当然也可能是问题的结果，需要结合OSWatcher和ASH的时间顺序来验证。

5. 观察每个采样点的等待链:
其原理为通过dba_hist_active_sess_history. blocking_session记录的holder来通过connect by级联查询，找出最终的holder. 在RAC环境中，每个节点的ASH采样的时间很多情况下并不是一致的，因此您可以通过将本SQL的第二段注释的sample_time稍作修改让不同节点相差1秒的采样时间可以比较(注意最好也将partition by中的sample_time做相应修改)。该输出中isleaf=1的都是最终holder，而iscycle=1的代表死锁了(也就是在同一个采样点中a等b，b等c，而c又等a，这种情况如果持续发生，那么尤其值得关注)。采用如下查询能观察到阻塞链。

select /*+ parallel 8 */
 level                     lv,
 connect_by_isleaf         isleaf,
 connect_by_iscycle        iscycle,
 t.dbid,
 t.sample_id,
 t.sample_time,
 t.instance_number,
 t.session_id,
 t.sql_id,
 t.session_type,
 t.event,
 t.session_state,
 t.blocking_inst_id,
 t.blocking_session,
 t.blocking_session_status
  from m_ash t
/*where sample_time >
    to_timestamp('2013-11-17 13:55:00',
                 'yyyy-mm-dd hh24:mi:ss')
and sample_time <
    to_timestamp('2013-11-17 14:10:00',
                 'yyyy-mm-dd hh24:mi:ss')*/
 start with blocking_session is not null
connect by nocycle
 prior dbid = dbid
       and prior sample_time = sample_time
          /*and ((prior sample_time) - sample_time between interval '-1'
          second and interval '1' second)*/
       and prior blocking_inst_id = instance_number
       and prior blocking_session = session_id
       and prior blocking_session_serial# = session_serial#;

LV    ISLEAF    ISCYCLE    SAMPLE_TIME    INSTANCE_NUMBER    SESSION_ID    SQL_ID    EVENT    SESSION_STATE    BLOCKING_INST_ID    BLOCKING_SESSION    BLOCKING_SESSION_STATUS
1    0    0    22:04:32.846    1    1259    3ajt2htrmb83y    cursor:    WAITING    1    537    VALID
2    1    0    22:04:32.846    1    537    3ajt2htrmb83y    SGA:    WAITING            UNKNOWN

注意为了输出便于阅读，我们将等待event做了简写，下同。从上面的输出可见，在相同的采样点上(22:04:32.846)，节点1 session 1259在等待cursor: pin S wait on X，其被节点1 session 537阻塞，而节点1 session 537又在等待SGA: allocation forcing component growth，并且ASH没有采集到其holder，因此这里cursor: pin S wait on X只是一个表面现象，问题的原因在于SGA: allocation forcing component growth

6. 基于第5步的原理来找出每个采样点的最终top holder:
比如如下SQL列出了每个采样点top 2的blocker session，并且计算了其最终阻塞的session数(参考blocking_session_count)

select t.lv,
       t.iscycle,
       t.dbid,
       t.sample_id,
       t.sample_time,
       t.instance_number,
       t.session_id,
       t.sql_id,
       t.session_type,
       t.event,
       t.seq#,
       t.session_state,
       t.blocking_inst_id,
       t.blocking_session,
       t.blocking_session_status,
       t.c blocking_session_count
  from (select t.*,
               row_number() over(partition by dbid, instance_number, sample_time order by c desc) r
          from (select t.*,
                       count(*) over(partition by dbid, instance_number, sample_time, session_id) c,
                       row_number() over(partition by dbid, instance_number, sample_time, session_id order by 1) r1
                  from (select /*+ parallel 8 */
                         level              lv,
                         connect_by_isleaf  isleaf,
                         connect_by_iscycle iscycle,
                         t.*
                          from m_ash t
                        /*where sample_time >
                            to_timestamp('2013-11-17 13:55:00',
                                         'yyyy-mm-dd hh24:mi:ss')
                        and sample_time <
                            to_timestamp('2013-11-17 14:10:00',
                                         'yyyy-mm-dd hh24:mi:ss')*/
                         start with blocking_session is not null
                        connect by nocycle
                         prior dbid = dbid
                               and prior sample_time = sample_time
                                  /*and ((prior sample_time) - sample_time between interval '-1'
                                  second and interval '1' second)*/
                               and prior blocking_inst_id = instance_number
                               and prior blocking_session = session_id
                               and prior
                                    blocking_session_serial# = session_serial#) t
                 where t.isleaf = 1) t
         where r1 = 1) t
 where r < 3
 order by dbid, sample_time, r;

SAMPLE_TIME    INSTANCE_NUMBER    SESSION_ID    SQL_ID    EVENT    SEQ#    SESSION_STATE    BLOCKING_SESSION_STATUS    BLOCKING_SESSION_COUNT
22:03:32.116    1    1136    1p4vyw2jan43d    SGA:    1140    WAITING    UNKNOWN    82
22:03:32.116    1    413    9g51p4bt1n7kz    SGA:    7646    WAITING    UNKNOWN    2
22:03:42.226    1    1136    1p4vyw2jan43d    SGA:    1645    WAITING    UNKNOWN    154
22:03:42.226    1    537    3ajt2htrmb83y    SGA:    48412    WAITING    UNKNOWN    4
22:03:52.326    1    1136    1p4vyw2jan43d    SGA:    2150    WAITING    UNKNOWN    165
22:03:52.326    1    537    3ajt2htrmb83y    SGA:    48917    WAITING    UNKNOWN    8
22:04:02.446    1    1136    1p4vyw2jan43d    SGA:    2656    WAITING    UNKNOWN    184
22:04:02.446    1    537    3ajt2htrmb83y    SGA:    49423    WAITING    UNKNOWN    10
22:04:12.566    1    1136    1p4vyw2jan43d    SGA:    3162    WAITING    UNKNOWN    187
22:04:12.566    1    2472        SGA:    1421    WAITING    UNKNOWN    15
22:04:22.666    1    1136    1p4vyw2jan43d    SGA:    3667    WAITING    UNKNOWN    193
22:04:22.666    1    2472        SGA:    1926    WAITING    UNKNOWN    25
22:04:32.846    1    1136    1p4vyw2jan43d    SGA:    4176    WAITING    UNKNOWN    196
22:04:32.846    1    2472        SGA:    2434    WAITING    UNKNOWN    48

注意以上输出，比如第一行，代表在22:03:32.116，节点1的session 1136最终阻塞了82个session.  顺着时间往下看，可见节点1的session 1136是问题期间最严重的holder，它在每个采样点都阻塞了100多个session，并且它持续等待SGA: allocation forcing component growth，注意观察其seq#您会发现该event的seq#在不断变化，表明该session并未完全hang住，由于时间正好发生在夜间22:00左右,这显然是由于自动收集统计信息job导致shared memory resize造成，因此可以结合Scheduler/MMAN/MMNL的trace以及dba_hist_memory_resize_ops的输出进一步确定问题。

注意：
1) blocking_session_count 指某一个holder最终阻塞的session数，比如 a <- b<- c （a被b阻塞,b又被c阻塞），只计算c阻塞了1个session，因为中间的b可能在不同的阻塞链中发生重复。
2) 如果最终的holder没有被ash采样(一般因为该holder处于空闲)，比如 a<- c 并且b<- c (a被c阻塞，并且b也被c阻塞)，但是c没有采样，那么以上脚本无法将c统计到最终holder里，这可能会导致一些遗漏。
3) 注意比较blocking_session_count的数量与第3步查询的每个采样点的总session_count数，如果每个采样点的blocking_session_count数远小于总session_count数，那表明大部分session并未记载holder，因此本查询的结果并不能代表什么。
4) 在Oracle 10g中，ASH并没有blocking_inst_id列，在以上所有的脚本中，您只需要去掉该列即可。因此10g的ASH一般只能用于诊断单节点的问题。

其他关于ASH的应用
除了通过ASH数据来找holder以外，我们还能用它来获取很多信息(基于数据库版本有所不同)：
比如通过PGA_ALLOCATED列来计算每个采样点的最大PGA，合计PGA以分析ora-4030/Memory Swap相关问题；
通过TEMP_SPACE_ALLOCATED列来分析临时表空间使用情况；
通过IN_PARSE/IN_HARD_PARSE/IN_SQL_EXECUTION列来分析SQL处于parse还是执行阶段;
通过CURRENT_OBJ#/CURRENT_FILE#/CURRENT_BLOCK#来确定I/O相关等待发生的对象