使用并发使用并发I/O改进改进DB2数据库性能数据库性能
概述
并发 I/O 和缓存 I/O 是两个与文件系统相关联的功能。出于此原因，大部分 DB2 DBA 认为这两种技术的使用取决于存储和系
统管理员的见识。然而，在 DB2 数据库环境中利用此技术是 DBA 的职责。事实上，IBM 的 DB2 专家推荐在数据库级别实现
此技术，因为这使 DB2 Database Manager 能够控制，应该使用 O_CIO 标志打开哪些文件和不应该打开哪些文件。
本文将介绍并发和缓存 I/O 的概念，重点介绍二者之间的重要区别。更重要的是，它将介绍如何在 DB2 数据库环境中利用并
发 I/O 技术改善 CPU 和内存利用率。
本文将介绍的主要主题如下：
缓存 I/O 以及它对 DB2 的影响：缓存 I/O 在应用程序向操作系统发出请求时如何工作，以及这对 DB2 等关系型 DBMS
有何影响。
并发 I/O (CIO) 以及它与 DB2 的关系：并发 I/O 的工作原理、直接 I/O 与并发 I/O 之间的区别、CIO 和原始设备之间的
性能类似性，以及这些性能对 DB2 有何益处。
如何实现 CIO：与 DB2 相关的实现方面、该实现的简单性，以及使用它的适合时机。
使用 CIO（限制与局限）：无法或不应使用 CIO 的场景。
各种能从 CIO 获益的应用程序，以及真实世界中的使用示例。
什么是缓存 I/O？
当应用程序发出一个访问磁盘中的数据的请求时，操作系统可通过两种方式处理该请求：一种是直接从磁盘检索该数据，另一
种是利用一个缓存区域，以便保留经常访问的数据以供快速访问。对每个请求执行物理 I/O 会影响性能，而在内存中拥有一个
缓存经常访问的数据的缓冲区可改进数据检索过程。
文件缓冲区缓存的用途是通过将经常访问的数据放在主要内存中，最小化物理磁盘 I/O 的频率。结果是，在缓存命中比率很高
时，文件缓冲区缓存的使用可非常有效地减少磁盘 I/O。这种数据检索方法常常称为缓存 I/O。当应用程序向操作系统发出一
个读取请求时，操作系统首先在文件缓冲区缓存中查找需要的数据。如果在这里找到该数据，就会从缓存获取并写入应用程序
缓冲区，无需进入磁盘。然而，如果请求的数据未在文件系统缓存中，操作系统必须从磁盘获取数据，并将它存储在文件系统
缓存中，之后再将它传输到应用程序缓冲区。
图 1 显示了将 I/O 缓存用于数据读取操作的步骤。
1. 应用程序发出一个读取请求。
2. 操作系统在文件缓冲区中查找请求的数据。
3. 请求的数据未在文件缓冲区缓存中。
4. 操作系统从磁盘读取数据。
5. 读取的数据缓存在文件缓冲区缓存中。
6. 读取的数据从文件缓冲区缓存复制到应用程序缓存。
图 1. 如何将 I/O 缓存用于数据读取操作
缓存 I/O 的另一个优势是，操作系统可利用异步文件写入。换句话说，应用程序不需要等待一个写入操作完成，即可继续执
行。与读取一样，缓存 I/O 尝试将要写入的数据缓存在文件系统缓冲区中，以改进未来的数据读取和最大程度地减少向磁盘写
入的操作。因此，对于读取和写入请求，缓存 I/O 支持先读取，后写入，这在缓存命中率很高时有助于改善性能。
图 2 显示了将 I/O 缓存用于数据写入操作的以下步骤。
1. 应用程序发出一个写入请求。
2. 操作系统将数据从应用程序缓冲区复制到文件缓冲区缓存。
3. 应用程序继续执行，无需等待磁盘写入。
4. 同步守护进程发起对脏文件缓冲区缓存页面的定期刷新。
5. 将脏页面写入磁盘。
图 2. I/O 缓存如何用于数据写入操作
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